Меркурий

Меркурий

Меркурий — самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца за 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток на Меркурии составляет 58,65 земных, а солнечных — 176 земных. Планета названа древними римлянами в честь бога торговли быстроногого Меркурия, поскольку она движется по небу быстрее других планет.

Меркурий относится к внутренним планетам, так как его орбита лежит внутри орбиты Земли. После лишения Плутона в 2006 году статуса планеты, Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −1,9 до 5,5, но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). О планете пока известно сравнительно немного. Только в 2009 году учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов «Маринер-10» и «Мессенджер». Наличие каких-либо естественных спутников у планеты не обнаружено.

Меркурий — самая маленькая планета земной группы. Его радиус составляет всего 2439,7 ± 1,0 км, что меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана. Масса планеты равна 3,3·1023 кг. Средняя плотность Меркурия довольно велика — 5,43 г/см3, что лишь незначительно меньше плотности Земли. Учитывая, что Земля больше по размерам, значение плотности Меркурия указывает на повышенное содержание в его недрах металлов. Ускорение свободного падения на Меркурии равно 3,70 м/с2. Вторая космическая скорость — 4,25 км/с. Несмотря на меньший радиус, Меркурий всё же превосходит по массе такие спутники планет-гигантов, как Ганимед и Титан.

Планеты земной группы
Планеты земной группы

Астрономический символ Меркурия представляет собой стилизованное изображение крылатого шлема бога Меркурия с его кадуцеем.

Движение планеты

Меркурий движется вокруг Солнца по довольно сильно вытянутой эллиптической орбите (эксцентриситет 0,205) на среднем расстоянии 57,91 млн км (0,387 а. е.). В перигелии Меркурий находится в 45,9 млн км от Солнца (0,3 а. е.), в афелии — в 69,7 млн км (0,46 а. е.) В перигелии Меркурий более чем в полтора раза ближе к Солнцу, чем в афелии. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 7°. На один оборот по орбите Меркурий затрачивает 87,97 земных суток. Средняя скорость движения планеты по орбите 48 км/с. Расстояние от Меркурия до Земли меняется в пределах от 82 до 217 млн км.

Движение Меркурия
Движение Меркурия

В течение долгого времени считалось, что Меркурий постоянно обращён к Солнцу одной и той же стороной, и один оборот вокруг оси занимает у него те же 87,97 земных суток. Наблюдения деталей на поверхности Меркурия не противоречили этому. Данное заблуждение было связано с тем, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через период, примерно равный шестикратному периоду вращения Меркурия (352 суток), поэтому в различное время наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. Истина раскрылась только в середине 1960-х годов, когда была проведена радиолокация Меркурия.

Оказалось, что меркурианские звёздные сутки равны 58,65 земных суток, то есть 2/3 меркурианского года. Такая соизмеримость периодов вращения вокруг оси и обращения Меркурия вокруг Солнца является уникальным для Солнечной системы явлением. Оно, предположительно, объясняется тем, что приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением. В результате за один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота. То есть если в момент прохождения Меркурием перигелия определённая точка его поверхности обращена точно к Солнцу, то при следующем прохождении перигелия к Солнцу будет обращена в точности противоположная точка поверхности, а ещё через один меркурианский год Солнце снова вернётся в зенит над первой точкой. В результате солнечные сутки на Меркурии длятся два меркурианских года или трое меркурианских звёздных суток.

В результате такого движения планеты на ней можно выделить «горячие долготы» — два противоположных меридиана, которые попеременно обращены к Солнцу во время прохождения Меркурием перигелия, и на которых из-за этого бывает особенно горячо даже по меркурианским меркам.

На Меркурии не существует таких времён года, как на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под прямым углом к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, до которых солнечные лучи не доходят никогда. Обследование, проведённое радиотелескопом «Аресибо», позволяет предположить, что в этой студёной и тёмной зоне есть ледники. Ледниковый слой может достигать 2 м и покрыт слоем пыли.

Обсерватория Аресибо
Обсерватория Аресибо

Комбинация движений планеты порождает ещё одно уникальное явление. Скорость вращения планеты вокруг оси — величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток угловая скорость орбитального движения превышает угловую скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается и начинает двигаться в обратном направлении — с запада на восток. Этот эффект иногда называют эффектом Иисуса Навина, по имени главного героя Книги Иисуса Навина из Библии, остановившего движение Солнца. Для наблюдателя на долготах, отстоящих на 90° от «горячих долгот», Солнце при этом восходит (или заходит) дважды.

Интересно также, что, хотя ближайшими по расположению орбит к Земле являются Марс и Венера, Меркурий чаще других является ближайшей к Земле планетой (поскольку другие отдаляются в большей степени, не будучи столь «привязанными» к Солнцу).

Поверхность Меркурия

По своим физическим характеристикам Меркурий напоминает Луну. У планеты нет естественных спутников, но есть очень разреженная атмосфера. Планета обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля по своей совокупности составляющим 0,01 от земного. Ядро Меркурия составляет 83 % от всего объёма планеты. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (от −180 до +430 °C). Солнечная сторона нагревается гораздо больше, чем полярные области и обратная сторона планеты.

Поверхность Меркурия
Поверхность Меркурия

Поверхность Меркурия также во многом напоминает лунную — она сильно кратерирована. Плотность кратеров различна на разных участках. Предполагается, что более густо усеянные кратерами участки являются более древними, а менее густо усеянные — более молодыми, образовавшимися при затоплении лавой старой поверхности. В то же время крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Самый большой кратер на Меркурии назван в честь великого голландского живописца Рембрандта, его поперечник составляет 716 км. Однако сходство неполное — на Меркурии видны образования, которые на Луне не встречаются. Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров, — эскарпов. Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого площадь поверхности Меркурия уменьшилась на 1 %. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3—4 млрд лет там не происходило в широких масштабах движение участков коры, а также отсутствовала эрозия поверхности, последнее почти полностью исключает возможность существования в истории Меркурия сколько-нибудь существенной атмосферы.

В ходе исследований, проводимых зондом «Мессенджер», было сфотографировано свыше 80 % поверхности Меркурия и выявлено, что она однородна. Этим Меркурий не схож с Луной или Марсом, у которых одно полушарие резко отличается от другого.

Межпланетная станция Мессенджер
Межпланетная станция Мессенджер

Первые данные исследования элементного состава поверхности с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра аппарата «Мессенджер» показали, что она бедна алюминием и кальцием по сравнению с плагиоклазовым полевым шпатом, характерным для материковых областей Луны. В то же время поверхность Меркурия сравнительно бедна титаном и железом и богата магнием, занимая промежуточное положение между типичными базальтами и ультраосновными горными породами типа земных коматиитов. Обнаружено также сравнительное изобилие серы, что предполагает восстановительные условия формирования планеты.

Геология и внутреннее строение

Внутреннее строение Меркурия
1. Кора, толщина — 100—300 км.
2. Мантия, толщина — 600 км.
3. Ядро, радиус — 1800 км.

До недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится металлическое ядро радиусом 1800—1900 км, содержащее 60 % массы планеты, так как КА «Маринер-10» обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером не может иметь жидкого ядра. Но в 2007 году группа Жана-Люка Марго подвела итоги пятилетних радарных наблюдений за Меркурием, в ходе которых были замечены вариации вращения планеты, слишком большие для модели с твёрдым ядром. Поэтому на сегодняшний день можно с высокой долей уверенности говорить, что ядро планеты именно жидкое.

Межпланетная станция Маринер-10
Межпланетная станция Маринер-10

Процентное содержание железа в ядре Меркурия выше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. Было предложено несколько теорий для объяснения этого факта. Согласно наиболее широко поддерживаемой в научном сообществе теории, Меркурий изначально имел такое же соотношение металла и силикатов, как в обычном метеорите, имея массу в 2,25 раза больше, чем сейчас.

Однако в начале истории Солнечной системы в Меркурий ударилось планетоподобное тело, имеющее в 6 раз меньшую массу и несколько сот километров в поперечнике. В результате удара от планеты отделилась большая часть изначальной коры и мантии, из-за чего относительная доля ядра в составе планеты увеличилась. Подобный процесс, известный как теория гигантского столкновения, был предложен и для объяснения формирования Луны.

Однако первые данные исследования элементного состава поверхности Меркурия с помощью гамма-спектрометра АМС «Мессенджер» не подтверждают эту теорию: изобилие радиоактивного изотопа калий-40 умеренно летучего химического элемента калия по сравнению с радиоактивными изотопами торий-232 и уран-238 более тугоплавких элементов урана и тория не стыкуется с высокими температурами, неизбежными при столкновении. Поэтому предполагается, что элементный состав Меркурия соответствует первичному элементному составу материала, из которого он сформировался, близкому к энстатитовым хондритам и безводным кометным частицам, хотя содержание железа в исследованных к настоящему времени энстатитовых хондритах недостаточно для объяснения высокой средней плотности Меркурия.

Ядро окружено силикатной мантией толщиной 500—600 км. Согласно данным от «Маринера-10» и наблюдениям с Земли толщина коры планеты составляет от 100 до 300 км.

Магнитное поле Меркурия

Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого в 100 раз меньше земного. Магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру и в высшей степени симметрично, а его ось всего на 10 градусов отклоняется от оси вращения планеты, что налагает существенное ограничение на круг теорий, объясняющих его происхождение. Магнитное поле Меркурия, возможно, образуется в результате эффекта динамо, то есть так же, как и на Земле. Этот эффект является результатом циркуляции жидкого ядра планеты. Из-за выраженного эксцентриситета планеты возникает чрезвычайно сильный приливный эффект. Он поддерживает ядро в жидком состоянии, что необходимо для проявления эффекта динамо.

Магнитное поле Меркурия
Магнитное поле Меркурия

Магнитное поле Меркурия достаточно сильное, чтобы изменять направление движения солнечного ветра вокруг планеты, создавая магнитосферу. Магнитосфера планеты, хотя и настолько мала, что может поместиться внутри Земли, достаточно мощная, чтобы поймать плазму солнечного ветра. Результаты наблюдений, полученные «Маринером-10», обнаружили низкоэнергетическую плазму в магнитосфере на ночной стороне планеты. В хвосте магнитосферы были обнаружены взрывы активных частиц, что указывает на динамические качества магнитосферы планеты.

Во время второго пролёта планеты 6 октября 2008 года «Мессенджер» обнаружил, что магнитное поле Меркурия может иметь значительное количество окон. Космический аппарат столкнулся с явлением магнитных вихрей — сплетённых узлов магнитного поля, соединяющих корабль с магнитным полем планеты. Вихрь достигал 800 км в поперечнике, что составляет треть радиуса планеты. Данная вихревая форма магнитного поля создаётся солнечным ветром.

Так как солнечный ветер обтекает магнитное поле планеты, оно связывается и проносится с ним, завиваясь в вихреподобные структуры. Эти вихри магнитного потока формируют окна в планетарном магнитном щите, через которые солнечный ветер проникает и достигает поверхности Меркурия. Процесс связи планетного и межпланетного магнитных полей, названный магнитным пересоединением, — обычное явление в космосе. Оно возникает и у Земли, когда она генерирует магнитные вихри. Однако, по наблюдениям «Мессенджера», частота пересоединения магнитного поля Меркурия в 10 раз выше.

Условия на Меркурии

Близость к Солнцу и довольно медленное вращение планеты, а также крайне слабая атмосфера приводят к тому, что на Меркурии наблюдаются самые резкие перепады температур в Солнечной системе. Этому способствует также рыхлая поверхность Меркурия, которая плохо проводит тепло (а при полностью отсутствующей или крайне слабой атмосфере тепло может передаваться вглубь только за счёт теплопроводности). Поверхность планеты быстро нагревается и остывает, но уже на глубине в 1 м суточные колебания перестают ощущаться, а температура становится стабильной, равной приблизительно +75 °C.

Меркурий
Меркурий

Средняя температура его дневной поверхности равна 623 К (349,9 °C), ночной — всего 103 К (−170,2 °C). Минимальная температура на Меркурии равна 90 К (−183,2 °C), а максимум, достигаемый в полдень на «горячих долготах» при нахождении планеты близ перигелия, — 700 К (426,9 °C).

Несмотря на такие условия, в последнее время появились предположения о том, что на поверхности Меркурия может существовать лёд. Радарные исследования приполярных областей планеты показали наличие там участков деполяризации от 50 до 150 км, наиболее вероятным кандидатом отражающего радиоволны вещества может являться обычный водяной лёд. Поступая на поверхность Меркурия при ударах о неё комет, вода испаряется и путешествует по планете, пока не замёрзнет в полярных областях на дне глубоких кратеров, куда никогда не заглядывает Солнце, и где лёд может сохраняться практически неограниченно долго.

При пролёте космического аппарата «Маринер-10» мимо Меркурия было установлено наличие у планеты предельно разреженной атмосферы, давление которой в 5·1011 раз меньше давления земной атмосферы. В таких условиях атомы чаще сталкиваются с поверхностью планеты, чем друг с другом. Атмосферу составляют атомы, захваченные из солнечного ветра или выбитые солнечным ветром с поверхности, — гелий, натрий, кислород, калий, аргон, водород. Среднее время жизни отдельного атома в атмосфере — около 200 суток.

Концентрация натрия в атмосфере Меркурия
Концентрация натрия в атмосфере Меркурия

Водород и гелий, вероятно, поступают на планету с солнечным ветром, диффундируя в её магнитосферу, и затем уходят обратно в космос. Радиоактивный распад элементов в коре Меркурия является другим источником гелия, натрия и калия. Присутствуют водяные пары, выделяющиеся в результате ряда процессов, таких как удары комет о поверхность планеты, образование воды из водорода солнечного ветра и кислорода камней, сублимация изо льда, который находится в постоянно затенённых полярных кратерах. Нахождение значительного числа родственных воде ионов, таких как O+, OH и H2O+, стало неожиданностью.

Так как значительное число этих ионов было найдено в окружающем Меркурий космосе, учёные предположили, что они образовались из молекул воды, разрушенных на поверхности или в экзосфере планеты солнечным ветром.

5 февраля 2008 года группой астрономов из Бостонского университета под руководством Джеффри Бомгарднера было объявлено об открытии кометоподобного хвоста у планеты Меркурий длиной более 2,5 млн км. Обнаружили его при наблюдениях с наземных обсерваторий в линии натрия. До этого было известно о хвосте длиной не более 40 тыс. км. Первое изображение данной группой было получено в июне 2006 года на 3,7-метровом телескопе Военно-воздушных сил США на горе Халеакала (Гавайи), а затем использовали ещё три меньших инструмента: один на Халеакала и два на обсерватории Макдональд (штат Техас). Телескоп с 4-дюймовой апертурой (100 мм) использовался для создания изображения с большим полем зрения. Изображение длинного хвоста Меркурия было получено в мае 2007 года Джоди Вилсоном (старший научный сотрудник) и Карлом Шмидтом (аспирант). Видимая длина хвоста для наблюдателя с Земли составляет порядка 3°.

Хвост Меркурия
Хвост Меркурия

Новые данные о хвосте Меркурия появились после второго и третьего пролёта АМС «Мессенджер» в начале ноября 2009 года. На основе этих данных сотрудники НАСА смогли предложить модель данного явления/

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *