Merkur kan være mye fattigere på silisiumdioksid enn forskerne trodde

Merkurs overflate kan være betydelig fattigere på silisiumdioksid enn tidligere antatt. En ny studie anslår at planetens silikatrike overflate inneholder rundt 37 masseprosent SiO₂, sammenlignet med tidligere estimater på omtrent 49–60 prosent.140

Hvis resultatet blir bekreftet, peker det mot vulkanske bergarter som ble dannet gjennom uvanlig omfattende smelting dypt inne i planeten. Men tallet har et viktig forbehold: Merkur ble dannet under ekstremt oksygenfattige forhold. Noe av silisiumet kan derfor ha vært bundet i metalliske forbindelser eller karbid, i stedet for i silisiumdioksid.3342

Slik beregnet forskerne silisiumdioksidinnholdet

Ingen romsonde har landet på Merkur for å analysere bergarter direkte, og ingen prøver fra planeten er brakt tilbake til Jorden. Forskerne måtte derfor bruke en indirekte infrarød metode basert på den såkalte Christiansen-funksjonen – et karakteristisk maksimum i emissiviteten som endrer plassering avhengig av hvor mye silisiumdioksid silikatmaterialet inneholder.130

Først målte forskerne glasskuler som var laget i laboratoriet med sammensetninger som ligner dem man forventer å finne på planetoverflater. Målingene ga en empirisk sammenheng mellom bølgelengden til Christiansen-funksjonen og mengden SiO₂ i glasset.

Deretter brukte de kalibreringen på infrarøde observasjoner av Månen. Her kunne resultatene sammenlignes med prøver hentet av Apollo-, Luna- og Chang’e-ferdene. Denne sammenligningen med måneprøver fungerte som en test av metoden før den ble brukt på teleskopobservasjoner av Merkur.1

Anslaget for Merkur er dermed ikke en direkte kjemisk analyse. Det bør heller forstås som et omtrentlig mål på overflatens silikat-ekvivalente SiO₂-innhold, slik det kan utledes fra planetens infrarøde signal.

Hva kan 37 prosent SiO₂ fortelle om Merkur?

En så silisiumdioksidfattig overflate støtter et mer ekstremt bilde av Merkurs vulkanske historie. Planetens store, jevne sletter dekker betydelige områder og antas i stor grad å ha blitt dannet gjennom vulkanisme.3637

For å produsere lava med så lavt silisiumdioksidinnhold kan det ha vært nødvendig med svært omfattende delvis smelting i en mantel som var varmere og smeltet dypere enn konvensjonelle modeller har lagt til grunn.140

Funnet kan derfor knytte dagens overflate til en særlig voldsom tidlig fase med indre differensiering og vulkanisme. Det fastslår likevel ikke én bestemt mantelte­mperatur, smeltedybde eller geologisk utviklingsbane. Slike konklusjoner avhenger blant annet av hvor godt glassene i laboratoriet representerer Merkurs kjemisk uvanlige overflate.

Alternativ forklaring: Silisiumet trenger ikke være SiO₂

Merkur er blant de mest kjemisk reduserte steinplanetene vi kjenner. Målinger har vist høye svovelverdier og relativt lite jern og oksygen – tegn på at planeten ble dannet under forhold med svært lite tilgjengelig oksygen.334244

Under slike forhold trenger ikke alt silisium å være bundet til oksygen. Noe kan ha forekommet i reduserte former, som metallisk silisium eller silisiumkarbid. Slike faser kan påvirke det infrarøde signalet på en måte som ligner en silikatoverflate med uvanlig lite SiO₂.40

Det endrer hvordan hovedtallet bør leses. Studien viser ikke at bare 37 prosent av alt silisiumholdig materiale på Merkur er silisiumdioksid. Den gir et lavt anslag for overflatens silikatbaserte silisiumdioksidinnhold, basert på forutsetningene i kalibreringen.

BepiColombo kan gi svaret

ESA og JAXAs BepiColombo-ferd nærmer seg fasen som kan avklare usikkerheten. Mercury Transfer Module skal etter planen separeres 3. september 2026, mens innsettingen i bane rundt Merkur skal begynne 21. november 2026.1724 Full vitenskapelig drift er planlagt fra april 2027.26

Instrumentet MERTIS er utviklet for å observere Merkur i termisk infrarøde bølgelengder, blant annet området der Christiansen-funksjonen finnes.30 I motsetning til tidligere observasjoner som i praksis ga et samlet signal fra hele planetskiven, skal MERTIS kunne koble infrarøde målinger til bestemte regioner og geologiske enheter.

Observasjonene kan blant annet undersøke:

• Gjelder det lave, beregnede SiO₂-innholdet for store deler av Merkurs overflate?
• Varierer innholdet mellom vulkanske sletter, kraterlandskap og andre geologiske områder?
• Støtter regionale mønstre en modell med uvanlig dyp smelting i mantelen?
• Viser kombinasjonen av element- og mineralmålinger fra andre instrumenter at noe av silisiumet er lagret i reduserte metalliske faser eller karbider?

Frem til disse målingene foreligger, er den sikreste konklusjonen forsiktig, men betydningsfull: Merkurs vulkanske overflate kan være langt mindre silisiumdioksidrik enn antatt. Det kan skyldes en eksepsjonelt varm mantel med omfattende smelting, en enda mer uvanlig oksygenfattig kjemi – eller en kombinasjon av begge deler.