Hur utforskar du det inre av en planet utan att någonsin beröra den? Börja med att se hur planeten snurrar, mät sedan hur din rymdfarkost kretsar runt den - väldigt, väldigt försiktigt. Detta är precis vad planetforskare från NASA gjorde, med hjälp av data från byråns tidigare uppdrag till Merkurius.

Det har länge varit känt att Merkurius och jorden har metallkärnor. Som jorden, Merkurius yttre kärna består av flytande metall, men det har bara funnits antydningar om att Merkurius innersta kärna är solid. Nu, i en ny studie, forskare från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland har hittat bevis för att Merkurius inre kärna verkligen är solid och att den är nästan lika stor som jordens inre kärna.

Vissa forskare jämför Merkurius med en kanonkula eftersom dess metallkärna fyller nästan 85 procent av planetens volym. Denna stora kärna – enorm jämfört med de andra steniga planeterna i vårt solsystem – har länge varit ett av de mest spännande mysterierna om Merkurius. Forskare hade också undrat om Merkurius kan ha en solid inre kärna.

Fynden av Merkurius solida inre kärna, beskrivs i Geofysiska forskningsbrev , bidrar verkligen till en bättre förståelse av Merkurius, men det finns större konsekvenser. Hur lika, och hur olika, planeternas kärnor kan ge oss ledtrådar om hur solsystemet bildades och hur steniga planeter förändras över tiden.

"Mercurys interiör är fortfarande aktiv, på grund av den smälta kärnan som driver planetens svaga magnetfält, i förhållande till jordens, sade Antonio Genova, en biträdande professor vid Sapienza-universitetet i Rom som ledde forskningen vid NASA Goddard. "Mercurius inre har svalnat snabbare än vår planets. Merkurius kan hjälpa oss att förutsäga hur jordens magnetfält kommer att förändras när kärnan svalnar."

För att ta reda på vad kärnan i Merkurius består av, Genova och hans kollegor var tvungna att få, bildligt talat, närmare. Teamet använde flera observationer från MESSENGER (Mercury Surface, Rymdmiljö, GEochemistry and Ranging) uppdrag för att undersöka det inre av Merkurius. Forskarna tittade, viktigast, vid planetens spinn och gravitation.

Rymdfarkosten MESSENGER gick in i bana runt Merkurius i mars 2011, och tillbringade fyra år med att observera denna planet närmast vår sol tills den medvetet fördes ner till planetens yta i april 2015.

Radioobservationer från MESSENGER användes för att bestämma gravitationsanomalierna (områden med lokala ökningar eller minskningar i massa) och platsen för dess rotationspol, vilket gjorde det möjligt för forskare att förstå planetens orientering.

Varje planet snurrar på en axel, även känd som stolpen. Merkurius snurrar mycket långsammare än jorden, med dess dag som varar omkring 58 jorddagar. Forskare använder ofta små variationer i hur ett föremål snurrar för att avslöja ledtrådar om dess inre struktur. Under 2007, radarobservationer från jorden avslöjade små förändringar i Merkurius spinn, kallade librationer, som visade att en del av Mercurys kärna måste vara flytande smält metall. Men observationer av enbart spinhastigheten var inte tillräckliga för att ge ett tydligt mått på hur den inre kärnan såg ut. Kan det finnas en solid kärna som lurar under, undrade forskarna?

Tyngdkraften kan hjälpa till att svara på den frågan. "Gravity är ett kraftfullt verktyg för att titta på det djupa inre av en planet eftersom det beror på planetens densitetsstruktur, sa Sander Goossens, en Goddard-forskare som arbetade med Genova på denna studie.

När MESSENGER kretsade runt Merkurius under loppet av sitt uppdrag, och kom närmare och närmare ytan, forskare registrerade hur rymdfarkosten accelererade under påverkan av planetens gravitation. Densitetsstrukturen hos en planet kan skapa subtila förändringar i en rymdfarkosts omloppsbana. I de senare delarna av uppdraget, MESSENGER flög cirka 120 miles över ytan, och mindre än 65 mil under sitt sista år. De sista låghöjdsbanorna gav de bästa data hittills, och gjorde det möjligt för Genova och hans team att göra de mest exakta mätningarna om Merkurius interna struktur som hittills tagits.

Genova och hans team lade data från MESSENGER i ett sofistikerat datorprogram som gjorde det möjligt för dem att justera parametrar och ta reda på hur den inre sammansättningen av Merkurius måste vara för att matcha hur den snurrar och hur rymdfarkosten accelererade runt den. Resultaten visade att för den bästa matchen, Merkurius måste ha en stor, fast inre kärna. De uppskattade att den fasta, järnkärnan är ca 1, 260 miles (cirka 2, 000 kilometer) bred och utgör ungefär hälften av Merkurius hela kärna (cirka 2, 440 mil, eller nästan 4, 000 kilometer, bred). I kontrast, Jordens fasta kärna är ungefär 1, 500 miles (2, 400 kilometer) tvärs över, tar upp lite mer än en tredjedel av denna planets hela kärna.

"Vi var tvungna att samla information från många områden:geodesi, geokemi, orbital mekanik och gravitation för att ta reda på vad Merkurius inre struktur måste vara, " sa Goddard planetforskare Erwan Mazarico, som också hjälpte Genova att avslöja Mercurys solida kärna.

Det faktum att forskare behövde komma nära Merkurius för att ta reda på mer om dess inre belyser kraften i att skicka rymdfarkoster till andra världar. Sådana exakta mätningar av Merkurius spinn och gravitation var helt enkelt inte möjliga att göra från jorden. Dessutom, detta resultat använde data som samlats in av MESSENGER under flera år, information som är tillgänglig för alla forskare att använda. Nya upptäckter om Merkurius väntar praktiskt taget garanterat i MESSENGERs arkiv, med varje upptäckt om vårt lokala planetariska grannskap ger oss en bättre förståelse för vad som ligger bortom.

"Varje ny bit av information om vårt solsystem hjälper oss att förstå det större universum, " sa Genova.