Neun Sekunden sind nicht viel. Wer zu einer Verabredung etwa neun Sekunden zu spät kommt, ist sozusagen pünktlich. Geht es aber um die Rotation eines Planeten um die eigene Achse, sind neun Sekunden nicht unerheblich. Auf dem Merkur bedeutet dies: Einen Punkt auf seinem Äquator würde man nach vier Jahren nicht wieder dort finden, wo man ihn vermutet, sondern um 700 Meter verschoben. Durch präzise Höhenmessungen des Laser-Altimeters MLA an Bord der NASA-Raumsonde MESSENGER und Vergleich der Laserdaten mit Geländemodellen, die aus den Kameradaten der Raumsonde gewonnen wurden, haben Wissenschaftler unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) festgestellt, dass sich der Merkur im Durchschnitt etwa neun Sekunden schneller um die eigene Achse dreht als erwartet.

"Vor der MESSENGER-Mission hatten wir nur unzureichende Informationen über Merkur von den drei Vorbeiflügen der Mariner-10-Sonde und Messungen von der Erde aus", erläutert Alexander Stark vom DLR-Institut für Planetenforschung. Durch die genaue Vermessung der Rotation können Rückschlüsse über den inneren Aufbau und damit über die Entwicklung des Merkurs gezogen werden. So wurde die Stärke der regelmäßigen Schwankung der Rotationsgeschwindigkeit um den durchschnittlichen Wert ebenfalls vermessen und "die Messungen bestätigen, dass Merkur einen großen teilweise geschmolzenen Kern besitzt, der mehr als die Hälfte des Volumens und über 70 Prozent der Masse des Planeten ausmacht" sagt Prof. Jürgen Oberst ebenfalls vom DLR-Institut für Planetenforschung.

Erstmals Messungen aus einem Orbit

Die Mission MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) erreichte am 18. März 2011 ihr Ziel und umkreiste - bis zum Missionsende am 30. April 2015 - 3308 Mal den Merkur. "Mit MESSENGER waren wir direkt vor Ort", sagt DLR-Planetenforscher Alexander Stark, der die Rotationsbewegung des Merkur gemeinsam mit Frank Preusker und Prof. Jürgen Oberst vom DLR sowie einem Team amerikanischer Partner untersuchte. Das Ergebnis wurde nun in den "Geophysical Research Letters" der American Geophysical Union (AGU) veröffentlicht.

Merkur nimmt unter den Planeten eine Sonderstellung ein: Als erster Planet umkreist er die Sonne in einer Entfernung von nur etwa 60 Millionen Kilometern. Aufgrund seiner Nähe zum Zentralgestirn ist er starken Gezeitenkräften ausgesetzt. Seine etwa 59-tägige Rotation ist gekoppelt an die 88 Tage dauernde Umlaufzeit um die Sonne. Er rotiert somit exakt dreimal um seine Achse, in der gleichen Zeit, in der er zweimal um die Sonne kreist - das Verhältnis zwischen einem Umlauf um die Sonne und der Rotationdauer um die eigene Achse beträgt also 3:2, was es so im Sonnensystem kein zweites Mal gibt.

Planet mit Torkel-Bewegung

"Eine mögliche Erklärung für die schnellere Rotation Merkurs ist, dass Jupiter die Bahn von Merkur stört", sagt DLR-Wissenschaftler Alexander Stark. "Dadurch ändert sich der Abstand der Sonne und als Folge auch die Rotationsgeschwindigkeit des Merkur." Diese kleine Änderung war mit den bisherigen Messverfahren nicht messbar. Aus der periodischen Torkel- Bewegung Merkurs auf seiner Bahn kann man zudem - wie bei einem rohen und einem gekochten Ei, das man auf einer Tischplatte kreiseln lässt - auf die innere Beschaffenheit des Körpers, insbesondere auf die Anteile von festen und flüssigen Stoffen, schließen. Bei Merkur lässt sich so sogar unter Zuhilfenahme des Gravitationsfeldes die Größe und Dichte des Kerns bestimmen.

Wissen für die nächste Merkur-Mission

"Mit der Vermessung der Rotationsgeschwindigkeit und den dadurch möglichen Rückschlüssen auf das Innere von Merkur haben wir eines der großen Missionsziele von MESSENGER erreicht", sagt DLR-Planetenforscher Alexander Stark. Ein korrektes Rotationsmodell für den Planeten ist Grundlage für die Erstellung von präzisen Karten, die auch für die Planung zukünftiger Missionen zum Merkur wichtig sind. Die Raumsonde Bepi Colombo der europäischen Weltraumorganisation ESA, die 2017 zum Merkur starten soll, wird die Oberfläche und den inneren Aufbau des sonnennächsten Planeten weiter erforschen. Auch das DLR wird dann wieder beim Flug zum Merkur dabei sein: Zu den elf wissenschaftlichen Instrumenten an Bord der Sonde gehören auch das Laser-Altimeter BELA sowie das Spektrometer MERTIS, beides Instrumente, die das DLR mit Partnern beisteuert.