Der Merkur ist wahrlich keine kosmische Größe. Als kleinster Planet unseres Sonnensystems misst er gerade einmal 3023 Meilen im Durchmesser – das sind knapp 3,6 Prozent der 88 846 Meilen des Jupiters, des größten Planeten unseres Sonnensystems.

Sowohl der Saturnmond Titan als auch der Jupitermond Ganymed haben ebenfalls einen größeren Durchmesser als der Merkur. Einer neuen Studie im Fachblatt Geophysical Research Letters zufolge hat sich der Merkur jedoch redlich Mühe gegeben, so klein zu werden, wie er ist, und ist in einem Teil der vergangenen 4,5 Milliarden Jahre deutlich stärker geschrumpft, als Planetologen einst dachten.

Das ist von Bedeutung. Die Erforschung der Geschichte des Merkurs liefert Hinweise darauf, wie sich alle Gesteinswelten wie der Mond und der Mars gebildet haben. Und was in unserem Sonnensystem geschieht, passiert sicherlich auch in weit entfernten Systemen im Weltraum.

Die Erkenntnisse stammen von Daten, die von der Raumsonde MESSENGER gesammelt wurden – ein Raumschiff, dessen Name von dem zugegeben unhandlichen Akronym „MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging“ abgeleitet ist.

MESSENGER startete im August 2004, erreichte den Merkur im März 2011 und absolvierte 4105 Umläufe um den Planeten, bevor ihm der Treibstoff ausging und er am 30. April 2015 auf der Oberfläche zerschellte.

In diesen mehr als vier Jahren im Dienst leistete MESSENGER enorme Arbeit und untersuchte den Merkur mit sieben verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten – darunter sein Laserhöhenmesser, ein Messinstrument, das Oberflächenstrukturen bis auf einen Meter genau vermessen konnte, sowie ein duales Kamerasystem.

Wissenschaftler wissen schon lange, dass der Merkur seit seiner Geburt stetig kleiner geworden ist. Der Planet entstand, als Staub, Gas, Gestein und Asteroiden aus der Entstehung der Sonne kollidierten und sich zusammenschlossen, wodurch enorme Mengen an Wärme freigesetzt wurden.

Im Laufe der Äonen löste sich ein Großteil dieser Wärme auf, was dazu führte, dass der Merkur nach Schätzungen von Astronomen in seinem Durchmesser um 2,5 bis 10 Meilen schrumpfte.

Um diese Schlussfolgerung zu bestätigen, nutzten die MESSENGER-Wissenschaftler den Laserhöhenmesser und das duale Kamerasystem der Sonde, um den Planeten nach sogenannten Schrumpfungsstrukturen abzusuchen. Das sind Oberflächenverformungen aus Falten, Bergrücken und lobaten Steilufern.

Solche steilwandigen Strukturen bilden sich, wenn die Kruste Gestein entlang einer Verwerfung nach oben drückt. Schrumpfungsstrukturen entstehen, wenn ein Planet kontrahiert; je größer die Zahl dieser Oberflächenmerkmale ist, desto stärker war die Schrumpfung des Planeten.

MESSENGER tat sein Bestes, um die Schrumpfungsstrukturen auf dem gesamten Planeten zu kartieren, aber zwei Dinge machten diese Arbeit zu einer Herausforderung. Zum einen konnte das leistungsstärkere der beiden Kamerasysteme, der Laserhöhenmesser, nicht effektiv arbeiten, wenn das Raumschiff mehr als 930 Meilen von dem Planeten entfernt war.

Diesen geringen Abstand erreichte die Sonde nur, wenn sie sich auf ihren elliptischen Umlaufbahnen über der Nordpolregion des Merkurs befand; an anderen Punkten war sie bis zu 9500 Meilen entfernt. Das duale Kamerasystem konnte die Oberfläche zwar auch bei diesen entfernteren Annäherungen erfassen, lieferte jedoch nicht die detaillierten dreidimensionalen Bilder des Laserhöhenmessers.

Hinzu kommt der Zustand der Merkurడోoberfläche selbst. Die Schrumpfungsstrukturen bildeten sich früh in der Geschichte des Planeten, und in den folgenden Äonen wurde der Merkur ununterbrochen von einfallenden Asteroiden bombardiert, die Krater schlugen und Trümmer verstreuten.

Es ist zwar möglich, sich durch diesen Schutt zu arbeiten – indem man Schrumpfungsstrukturen verfolgt, bis sie von Kratern oder Gestein bedeckt werden, und ihren Verlauf abschätzt –, aber das erfordert planetenweite dreidimensionale Karten, die MESSENGER nicht liefern konnte.

Es gab jedoch einen Weg, diese zu erstellen. Mit Unterstützung der NASA, dem Verwalter der MESSENGER-Bilder, wertete ein Team unter der Leitung von Gaku Nishiyama, einem Planetologen am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, zweidimensionale Aufnahmen aus.

Sie kombinierten die Bilder des dualen Kamerasystems so, dass jedes vermessene Landstück zweimal erfasst wurde – jedes Mal aus leicht unterschiedlichen Winkeln. Mithilfe dieser detaillierten Geländekarte konnten Nishiyama und seine Kollegen den gesamten Merkur mit einer nie dagewesenen Auflösung untersuchen.

Dies half dem Team, die Lage und Ausdehnung von Schrumpfungsstrukturen zu ermitteln, die im Laufe der Zeit ansonsten verdeckt worden waren. Dies führte wiederum zu dem Schluss, dass bisherige Berechnungen der historischen Schrumpfung des Merkurs Unterschätzungen waren.

Dieser Faktor von 30 Prozent entspricht etwa 4,5 Meilen mehr Kontraktion als frühere Berechnungen – selbst im Maßstab einer so bescheidenen Welt wie dem Merkur ein kleiner, aber dennoch bedeutsamer Wert.

Die stärkere Schrumpfung zwingt Planetologen dazu, ihre bisherigen Annahmen über die chemische Zusammensetzung und Temperatur des Merkurkerns zu überdenken. Ein im Vergleich zu früheren Annahmen geringerer Schwefel- oder Siliziumgehalt führt zu einer schnelleren Abkühlung und stärkeren Kontraktion.

Dies könnte auch darauf hindeuten, dass der Kern des Merkurs heißer begann als vermutet, was zu einer drastischeren Volumenänderung führte, als er schließlich abkühlte. Was Nishiyama und seine Kollegen über die Abkühlung und Schrumpfung des Merkurs herausgefunden haben, könnte auch Auswirkungen auf die Erforschung anderer Gesteinswelten wie dem Mond und dem Mars haben.

Der Mond weist mehr Krater und andere rauere Merkmale auf als der Merkur, weshalb es umso wichtiger ist, die überlebten Schrumpfungsstrukturen zu interpretieren, um die potentielle Mondschrumpfung abzuschätzen. Wenn sich auf dem Mond und vielleicht auch auf dem Mars das Gleiche ereignet hat wie auf dem Merkur, dürften alle drei Welten noch immer kontrahieren, während weiterhin Wärme aus ihren Inneren in den Weltraum entweicht.

In der Zwischenzeit wird der Merkur bald genauer unter die Lupe genommen. Im Jahr 2018 starteten die europäischen und japanischen Raumfahrtagenturen die Raumsonde BepiColombo auf eine achtjährige Reise zum Merkur.

Die Sonde wird im Dezember ankommen und im April 2027 den wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen. BepiColombo verfügt über einen deutlich leistungsstärkeren Laserhöhenmesser als MESSENGER, der Oberflächenveränderungen von bis zu 20 Zentimetern auflösen kann.

Zudem wird das Raumschiff eine weniger exzentrische Umlaufbahn als MESSENGER einnehmen, wodurch ein größerer Teil der Merkurడోoberfläche in sein Visier gerät.