Merkür'ün kayaları az silika içeriyor: Gezegenin volkanik geçmişi sanılandan sıcak

Güneş'e en yakın gezegenin yüzeyi, milyarlarca yıl önce sona eren şiddetli bir volkanizmanın kayıtlarını taşıyor. Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü (MPS) ile Münster ve Göttingen üniversitelerinden bilim insanlarının ortak çalışması, bu kayıtları okumanın yeni bir yolunu buldu ve Merkür yüzeyindeki silisyum dioksit (SiO₂) oranını kütlece yaklaşık yüzde 37 olarak hesapladı. Bu değer önceki tahminlerin belirgin biçimde altında kalıyor ve gezegenin lavlarının, Dünya'dakinden daha derin ve daha sıcak bir mantodan yükseldiğini düşündürüyor.

Silika neden bir termometre gibi?

Silisyum dioksit, yerkabuğunun en bol bileşenlerinden biri. Kumun ana maddesi olan bu bileşik, bazalttan granite kadar volkanik kayaların temel yapı taşı; bazı kayalarda oranı yüzde 75'e yaklaşıyor. Volkanik kayaların silika içeriği, onları üreten erimenin koşullarını ele veriyor. Manto kayası erimeye başladığında ilk oluşan eriyiğin bileşimi sıcaklığa ve basınca bağlı; daha derinde ve daha yüksek sıcaklıkta gerçekleşen kapsamlı erime, genellikle silikaca daha fakir ve magnezyumca daha zengin lavlar üretiyor.

Çalışmanın yürütücüsü Christian Renggli'ye göre Merkür'de ölçülen düşük oran, volkanik kayaların daha derinde ve daha yüksek sıcaklıklarda eriyen bir mantodan türediği sonucuna götürüyor. Ekip alternatif bir yorumu da masada tutuyor: Kabuk başlangıçta daha fazla silika içermiş, ancak zamanla oksijen kaybederek bugünkü bileşimine ulaşmış olabilir.

Cam boncuklarla kalibrasyon

Uzaktaki bir gezegenin yüzey kimyasını ölçmek, büyük ölçüde kızılötesi ışınıma dayanıyor. Farklı mineraller ısındıklarında farklı dalga boylarında ışıma yapıyor; ancak bu spektrumları sayısal bileşim değerlerine çevirmek için güvenilir bir referans gerekiyor. Ekip bu referansı laboratuvarda üretti: Silika içeriği önceden bilinen, yarım milimetre çapında cam boncuklar hazırlandı ve her birinin kızılötesi davranışı ölçüldü.

Münster Üniversitesi'nden Iris Weber, boncukların bir teraziyi ayarlamak için kullanılan kalibrasyon ağırlıkları gibi işlev gördüğünü anlatıyor. Yöntem önce Ay'da sınandı. NASA'nın Ay Keşif Yörünge Aracı (LRO) üzerindeki Diviner cihazının kızılötesi verileri bu kalibrasyonla yorumlandığında, Ay yüzeyindeki silika dağılımının haritası, Apollo görevleriyle Dünya'ya getirilen örneklerin laboratuvar ölçümleriyle uyumlu çıktı. Ancak bu doğrulamanın ardından aynı yöntem Merkür'e uygulandı.

Kükürtlü, karanlık ve eski bir yüzey

Yeni bulgu, Merkür hakkında zaten bilinen tuhaflıklarla birlikte okunduğunda daha anlamlı hâle geliyor. NASA'nın 2011-2015 arasında gezegenin yörüngesinde çalışan MESSENGER aracı, yüzeyin beklenmedik ölçüde kükürtçe zengin ve demirce fakir olduğunu göstermişti. Bu bileşim, gezegenin oluştuğu ortamın oksijen bakımından fakir, yani kimyacıların deyişiyle "indirgen" olduğuna işaret ediyor. Merkür ayrıca hacmine oranla devasa bir metal çekirdeğe sahip; çekirdek, gezegen yarıçapının yaklaşık yüzde 85'ini kaplıyor.

Gezegendeki yaygın volkanik faaliyetin, oluşumundan sonraki ilk bir milyar yıl içinde büyük ölçüde sona erdiği düşünülüyor. Geniş volkanik ovalar o dönemden kalma. Düşük silika oranı, bu ovaları üreten erimenin yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiği fikrini destekliyor ve genç Merkür'ün iç ısısına dair modellere yeni bir sınır koyuyor.

Merkür'ün sıra dışı yapısının kökeni de hâlâ tartışmalı. Bazı modellere göre gezegen, oluşumunun erken evresinde büyük bir çarpışmayla kayalık dış katmanlarının bir bölümünü kaybetti ve geriye orantısız büyüklükte bir çekirdek kaldı. Başka modeller ise Güneş'e yakın bölgedeki sıcak gaz diskinin, gezegeni oluşturan malzemeyi baştan metalce zengin hâle getirdiğini öne sürüyor. Yüzey kayalarının bileşimi, mantonun bugünkü durumunu ve dolayısıyla bu senaryoları ayırt etmek için kullanılabilecek ender ipuçlarından biri.

BepiColombo'dan beklenen

Merkür'den henüz hiçbir örnek Dünya'ya getirilmedi; dolayısıyla uzaktan algılama ve laboratuvar deneyleri, gezegenin kimyasını anlamanın tek yolu. Bu açıdan zamanlama da dikkat çekici. ESA ile Japonya Uzay Ajansı JAXA'nın ortak görevi BepiColombo, 2018'de fırlatıldıktan sonraki uzun yolculuğunun sonunda Kasım 2026'da Merkür yörüngesine girmeye hazırlanıyor. Aracın üzerindeki MERTIS adlı termal kızılötesi spektrometre, Münster Üniversitesi ile Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) öncülüğünde geliştirildi ve tam da bu tür mineral ölçümleri için tasarlandı.

MERTIS'in gezegenin tamamını kapsayacak verileri, laboratuvarda hazırlanan cam boncuk kalibrasyonuyla birleştiğinde, Merkür yüzeyinin farklı bölgelerindeki silika değişimlerinin haritası çıkarılabilecek. Bu harita, volkanizmanın gezegen genelinde aynı sıcaklıkta mı yoksa bölgeden bölgeye değişerek mi ilerlediğini gösterebilir. Araştırmacılar, derin ve sıcak manto senaryosu ile oksijen kaybı senaryosu arasındaki seçimin de büyük ölçüde bu yeni verilere bağlı olacağını belirtiyor.