Atmósfera de Mercurio

Mercurio, al ser el planeta más cercano al Sol, con un campo magnético débil y la masa más pequeña de los planetas terrestres reconocidos, posee una atmósfera muy tenue y altamente variable (exosfera superficial) que contiene hidrógeno, helio, oxígeno, sodio, calcio, potasio y vapor de agua, con una presión combinada de aproximadamente 10⁻⁻¹ bar (1 nPa). Las partículas exosféricas se originan en el viento solar o en la corteza planetaria. La luz solar aleja los gases atmosféricos del Sol, creando una cola similar a la de un cometa detrás del planeta.La existencia de una atmósfera mercuriana fue controvertida hasta 1974, aunque para entonces ya se había llegado a un consenso sobre la ausencia de atmósfera sustancial en Mercurio, al igual que la Luna. Esta conclusión se confirmó en 1974 cuando la sonda espacial no tripulada Mariner 10 descubrió tan solo una tenue exosfera. Posteriormente, en 2008, la sonda espacial Messenger obtuvo mediciones más precisas y descubrió magnesio en la exosfera mercuriana.La exosfera mercuriana está compuesta por diversas especies que se originan ya sea del viento solar o de la corteza planetaria. Los primeros componentes descubiertos fueron el hidrógeno atómico (H), el helio (He) y el oxígeno atómico (O), observados por el fotómetro de radiación ultravioleta de la sonda espacial Mariner 10 en 1974. Se estimó que las concentraciones de estos elementos cerca de la superficie variaban de 230 cm−3 para el hidrógeno a 44 000 cm−3 para el oxígeno, con una concentración intermedia de helio. En 2008, la sonda MESSENGER confirmó la presencia de hidrógeno atómico, aunque su concentración parecía superior a la estimada en 1974. Se cree que el hidrógeno y el helio exosféricos de Mercurio provienen del viento solar, mientras que es probable que el oxígeno sea de origen cortical.

La cuarta especie detectada en la exosfera de Mercurio fue el sodio (Na). Fue descubierto en 1985 por Drew Potter y Tom Morgan, quienes observaron sus líneas de emisión de Fraunhofer a 589 y 589,6 nm. La densidad de columna promedio de este elemento es de aproximadamente 1 × 10¹¹ cm⁻². Se observa que el sodio se concentra cerca de los polos, formando puntos brillantes. Su abundancia también es mayor cerca del terminador del amanecer en comparación con el terminador del anochecer. Algunas investigaciones han afirmado una correlación de la abundancia de sodio con ciertas características superficiales como Caloris o puntos brillantes de radio; sin embargo, estos resultados siguen siendo controvertidos. Un año después del descubrimiento del sodio, Potter y Morgan informaron que el potasio (K) también está presente en la exosfera de Mercurio, aunque con una densidad de columna dos órdenes de magnitud menor que la del sodio. Las propiedades y la distribución espacial de estos dos elementos son, por lo demás, muy similares. En 1998, se detectó otro elemento, el calcio (Ca), con una densidad de columna tres órdenes de magnitud inferior a la del sodio. Las observaciones de la sonda MESSENGER en 2009 mostraron que el calcio se concentra principalmente cerca del ecuador, a diferencia de lo observado para el sodio y el potasio. Observaciones posteriores de la sonda Messenger, publicadas en 2014, indican que la atmósfera se complementa con materiales vaporizados de la superficie por meteoros, tanto esporádicos como en una lluvia de meteoros asociada al cometa Encke.En 2008, el Espectrómetro de Plasma de Imágenes Rápidas (FIPS) de la sonda MESSENGER descubrió varios iones moleculares diferentes en las proximidades de Mercurio, incluyendo H₂O⁺ (vapor de agua ionizado) y H₂S⁺ (sulfuro de hidrógeno ionizado). Sus abundancias en relación con el sodio son de aproximadamente 0,2 y 0,7, respectivamente. También están presentes otros iones como H₃O⁺ (hidronio), OH (hidroxilo), O₂⁺ y Si⁺. Durante su sobrevuelo de 2009, el canal del Espectrómetro Ultravioleta y Visible (UVVS) del Espectrómetro de Composición Atmosférica y Superficial de Mercurio (MASCS), a bordo de la sonda espacial MESSENGER, reveló por primera vez la presencia de magnesio en la exosfera mercuriana. La abundancia de este componente recién detectado cerca de la superficie es prácticamente comparable a la del sodio.Las observaciones ultravioleta

de Mariner 10 han establecido un límite superior para la densidad superficial exosférica de aproximadamente 10⁵ partículas por centímetro cúbico. Esto corresponde a una presión superficial inferior a 10⁻¹² bar (1 nPa).

La temperatura de la exosfera de Mercurio depende de las especies, así como de la ubicación geográfica. Para el hidrógeno atómico exosférico, la temperatura parece rondar los 420 K, un valor obtenido tanto por la Mariner 10 como por la MESSENGER. La temperatura del sodio es mucho mayor, alcanzando entre 750 y 1500 K en el ecuador y entre 1500 y 3500 K en los polos. Algunas observaciones muestran que Mercurio está rodeado por una corona caliente de átomos de calcio con temperaturas de entre 12 000 y 20 000 K. A principios de la década de 2000, se realizó una simulación de la exosfera de Na de Mercurio y su variación temporal para identificar el proceso que suministró especies de la corteza a la exosfera. Se analizaron procesos como la evaporación, la difusión desde el interior, la pulverización catódica por fotones e iones energéticos, la pulverización catódica química por fotones y la vaporización meteorítica. Sin embargo, la evaporación ofrece la coincidencia más sólida al comparar los cambios en la exosfera de sodio con la distancia solar y la hora del día con las observaciones de 2001 de la cola de sodio de Mercurio.

Debido a la proximidad de Mercurio al Sol, la presión de la luz solar es mucho mayor que cerca de la Tierra. La radiación solar aleja los átomos neutros de Mercurio, creando una cola similar a la de un cometa. El componente principal de la cola es el sodio, que se ha detectado a más de 24 millones de km (1000 R_M) del planeta. Esta cola de sodio se expande rápidamente hasta alcanzar un diámetro de unos 20 000 km a una distancia de 17 500 km. En 2009, la sonda MESSENGER también detectó calcio y magnesio en la cola, aunque estos elementos solo se observaron a distancias inferiores a 8 R_M.Mercurio es el planeta menos explorado del Sistema Solar interior debido a las numerosas dificultades para su observación. Su posición, vista desde la Tierra, siempre está muy cerca del Sol, lo que dificulta su observación. El Telescopio Espacial Hubble y otros sistemas de imágenes espaciales terrestres cuentan con sensores de alta sensibilidad que les permiten observar objetos del espacio profundo. No deben orientarse hacia el Sol, ya que su potente radiación podría dañar los sensores.En cambio, las misiones de sobrevuelo y orbitales a Mercurio permiten estudiar el planeta y obtener datos precisos. Aunque Mercurio está más cerca de la Tierra que Plutón, la órbita de transferencia de la Tierra a Mercurio requiere más energía. Al estar Mercurio tan cerca del Sol, las sondas espaciales que se dirigen allí aceleran a medida que se acercan, debido a la atracción gravitatoria solar. Esto requiere el uso de retrocohetes, que utilizan el combustible que la sonda debe transportar en lugar de instrumentos más avanzados.

• Órdenes de magnitud (presión)
• Magnetosphere of Mercury