планета Меркурий

Общие сведения о планете Меркурий. Таинственная планета

Меркурий — ближайшая к Солнцу планета, самая маленькая в Солнечной системе, причём как по массе, так и по диаметру. Кроме того у Меркурия самое маленькое альбедо. Однако по средней плотности Меркурий опережает почти все планеты, за исключением Земли. Кроме того — это и одна из самых таинственных планет Солнечной планеты, несмотря на то, что Меркурий лежит от Земли всего в 90 млн. км.. Вроде бы цифра достаточно большая, но если вспомнить, что на таком же расстоянии от нашей планеты лежит Марс — изученный не хуже Земли, то становится понятным, что всего 2 (!) полёта космических кораблей к «ближайшему соседу Солнца» (из известных) — цифра несомненно малая и потому естественно, что процесс изучения Меркурия является очень увлекательным занятием, способным увлечь не менее чем изучение каких-либо древних манускриптов.

Вот лишь некоторые вопросы касающиеся планеты Меркурий на которые до сих пор нет точного ответа.

Первый неразрешённый вопрос. Как было сказано выше, по средней плотности Меркурий лишь немногим уступает Земле. Однако по всем остальным параметрам он очень похож на естественный спутник Земли — Луну. Столь высокая плотность Меркурия может быть вызвана потерей лёгких пород из-за какой-нибудь катастрофы на ранней стадии формирования. Но действительно ли подобная катастрофа имела место или это всего лишь предположение — неизвестно?

Вопрос номер два. На поверхности Меркурия не обнаружено следов присутствия железа, которое является основным элементом в составе его ядра. Чем это вызвано до сих пор неясно.

С предыдущим вопросом связан ещё один: наличие у Меркурия жидкого ядра. Казалось бы что же в этом удивительного, ведь у Земли внешнее ядро тоже жидкое. Но всё дело в том, что масса Меркурия очень невелика (0,055 массы Земли), поэтому даже несмотря на очень высокую температуру его поверхности, достигающую 400°C, его недра должны были очень быстро остыть и отвердеть. А в пользу того, что жидкое (пускай и не полностью) ядро у Меркурия всё-таки есть говорит как наличие у него слабого магнитного поля, так и результаты исследования астрономов США и России. Но вот то, каким образом это жидкое ядро у планеты Меркурий сохранилось — большой вопрос.

Как видно из этого, далеко неполного, списка, планета Меркурий полна загадок, и попытаться решить их способен любой человек, который в этом будет заинтересован. А чтобы облегчить эту непростую задачу предлагаю вам ознакомиться с теми сведениями, которые о планете Меркурий уже известны. И начать естественно с рассмотрения его положения на небе.

Наблюдение планеты Меркурий с Земли

Для наблюдений с Земли Меркурий — трудный объект. Связано это с тем, что он видимым образом никогда не удаляется от Солнца больше чем на 28,3°, т.е. имеет очень маленькое угловое расстояние — элонгацию. Другие планеты, которые можно наблюдать с Земли невооружённым глазом, не только крупнее планеты Меркурий, но и лежат над горизонтом выше, да и видны почти каждый день. Меркурий же всегда приходится наблюдать на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом, причём в течение очень непродолжительного промежутка времени: не позднее чем за 2 часа до рассвета и не позднее чем через 2 часа после заката. Однако, гораздо чаще время наблюдений намного меньше и составляет всего 20-30 минут.

Наблюдая Меркурий можно заметить, что относительно Солнца он перемещается то вправо от него, то влево, принимая вид то узкого серпа то небольшого яркого круглого пятна. Эти видимые изменения, связанные с отражением Меркурием солнечного света, называются фазами и похожи на таковые Луны, с тем лишь отличием, что размеры серпа заметно меняются со временем вследствие изменения расстояния между Землёй и Меркурием.

Лучше всего планета Меркурий видна в моменты верхних соединений (на рисунке — пункт 5), когда скрывается в лучах Солнца и имеет минимальный диаметр. В этот момент Меркурий принимает вид маленького яркого пятна без каких-либо деталей на своей поверхности.

Продолжая свой путь по орбите Меркурий начинает приближаться к Земле и потому размер его диска увеличивается. Площадь же освящённая Солнцем начинает сокращаться. Через некоторое время Меркурий уже не представляет собой круглого пятна. А спустя ещё 36 дней видимой остаётся только половина Меркурия. Фаза планеты (т.е. угол при планете между направлениями на Солнце и на Землю) в этот момент близка к 90°.

Вскоре, а именно через 22 дня, площадь, освящённая Солнцем уменьшается ещё больше и Меркурий становится похож на тоненький серп.

Двигаясь дальше планета Меркурий оказывается на той же самой стороне Солнца, что и Земля (т.н. нижнее соединение), и становится невидна для наблюдателя. Связано это с тем, что Меркурий в этот момент повёрнут к Земле своей неосвящённой, тёмной стороной, хотя размер его диска в этот момент — максимален. Однако раз в 3-13 лет случается так, что Меркурий проходит непосредственно между Солнцем и Землёй и становится виден, как тусклое пятно на диске Солнца.

Затем фазы начинают сменяться в обратном порядке: сначала появляется тоненький серп, который начинает расти, и вот уже видимой становится половина планеты; проходит ещё небольшой промежуток времени и Меркурий освящён полностью.

Между появлениями планеты на западе и на востоке от Солнца проходит от 106 до 130 дней (в среднем — 116); большая разница объясняется значительной вытянутостью орбиты Меркурия. Кстати, когда Меркурий находится по часовой стрелке впереди Солнца (пункты 3-7) — он виден утром; когда позади Солнца (пункты 1, 2, 8) — он виден вечером.

Звёздная величина Меркурия во время наблюдений с Земли невелика и колеблется от -2 до 5,5. В тоже время на небе это четвёртая по яркости планета; в максимуме блеска, когда Меркурий достигает -1 звёздной величины, он сияет почти как звезда Сириус, а из планет уступает только Венере, Марсу и Юпитеру.

Увидеть планету Меркурий можно и невооружённым глазом, не говоря уже о наблюдениях в бинокль или телескоп. Но проводить наблюдения следует лишь в определённое время суток: это, как уже было сказано выше,— сумерки. С помощью же телескопа Меркурий можно увидеть и в дневное время, причём распознать какие-либо детали на нём практически не удаётся. Однако, наблюдение следует проводить очень осторожно, т.к. Меркурий никогда не удаляется далеко от Солнца и при неумелом обращении с телескопом это может привести к плохим последствиям, которые вызываются мощным излучением ближайшей к нам звезды.

Более или менее продуктивное изучение Меркурия возможно только в горных обсерваториях или в пределах низких широт. Это связано как с меньшей продолжительностью сумерек, так и с наличием подходящих для наблюдений условий: более чистого воздуха чем на равнинах, безоблачного неба и т.д..

Необходимо отметить, что именно на основании наблюдений с Земли было установлено что: Меркурий лишён атмосферы (выяснилось на основе низкой отражательной способности Меркурия, определяемой малой величиной альбедо (0,07)), поверхность его обращённой к Солнцу стороны подвергается сильному нагреву, в то время как противоположная теневая сторона сильно охлаждается. А с помощью самых современных телескопов получены изображения планеты с разрешением достаточным чтобы рассмотреть наиболее крупные детали меркурианской поверхности. Однако о физических свойствах, о природе её вращения вокруг оси до недавнего времени было известно очень мало.

Сейчас же многое изменилось и о планете Меркурий люди знают практически всё. А вот о том, как был достигнут столь потрясающий результат читайте ниже...

История исследования планеты Меркурий

Первыми людьми, которые наблюдали планету Меркурий были шумеры из Междуречья Тигра и Евфрата, записавшие свои наблюдения в клинописных текстах, и скотоводческие племена из долины Нижнего Нила. Было это 5 тыс. лет назад.

Однако из-за сложности наблюдений люди долгое время думали, что наблюдавшийся утром Меркурий — это одна планета, а вечером — совершенно другая.

Поэтому и названий у Меркурия было два. Так, египтяне называли его Сет и Горус, индийцы — Будда и Рогинея, а древние греки — Аполлон и Стилбон (начиная с 200 г. до н.э. — Гермес). В китайском, японском, вьетнамском и корейском языках Меркурий называется Водяная звезда, на иврите — «Кохав Хама» — «Солнечная планета», а жители Древнего Вавилона придумали для Меркурия имя Набу, в честь своего бога.

Привычное же для современного человека название планете дали римляне. Именно они назвали Меркурий Меркурием, в честь бога путешественников и торговцев, который у греков носил имя Гермес. А стилизованное изображение божественного жезла — кадуцея послужило прообразом астрономического знака этой планеты.

К этому времени люди уже знали, что Меркурий утренний и Меркурий вечерний — одна и та же планета и активно его изучали. Правда, изучение это сводилось в основном к наблюдениям планеты на фоне утренней или вечерней зари.

Первым астрономом, наблюдавшим Меркурий в телескоп, стал великий итальянский астроном Галилео Галилей. Спустя несколько лет — в 1639 году итальянец Джованни Батиста Зупи, при наблюдении первой планеты от Солнца заметил, что со временем меняется освящённость Меркурия, т.е. происходит смена меркурианских фаз. Это наблюдение доказало, что планета Меркурий является спутником Солнца.

Ещё один великий астроном Средневековья — Иоганн Кеплер, открывший три закона движения планет Солнечной системы, предсказал прохождение Меркурия по диску Солнца, что и наблюдал француз Пьер Гассенди 7-го ноября 1631 года.

После этого, столь знаменательного в астрономической летописи события, на протяжении почти 250 лет в астрономических наблюдениях царило затишье...

И лишь в конце XIX века астрономы снова стали вести наблюдения Меркурия, пробуя при этом создавать карты его поверхности. Первые такие попытки предприняли итальянец Дж. Скиапарелли и американец П. Ловелл. А в 1934 г. французский астроном Эжен Мишель Антониади, при составлении своей карты Меркурия, предложил систему наименования тёмных и светлых деталей поверхности, связанную с богом Гермесом. Тёмные области по этой системе назывались пустыни (solitudo), светлые же имели собственные имена.

Однако, необходимо отметить, что все перечисленные выше карты имели один существенный недостаток: они составлялись только для одного полушария. Поводом для этого послужило предположение итальянского астронома Джованни Скиапарелли, который на основании своих астрономических наблюдений сделал вывод, что Меркурий постоянно повёрнут к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле..

Лишь в 1965 году методами радиолокации был измерен точный период обращения планеты вокруг оси, оказавшийся равным 58,6 суток. Выяснилось также, что Меркурий вращается несинхронно, делая один оборот вокруг оси быстрее, чем один оборот вокруг Солнца, и составленные ранее карты и учебники астрономии пришлось переписывать.

Но все эти открытия кажутся рядовыми по сравнению с тем, что произошло 3 ноября 1973 г..

Именно тогда к Меркурию была запущена автоматическая межпланетная станция (АМС) «Маринер-10», которая подлетев к поверхности планеты 29 марта 1974 г. на расстояние 704 км, позволила сделать серию детальных снимков, обнаружив сходство меркурианской поверхности с лунной.

Те же многочисленные метеоритные кратеры (как правило, менее глубокие, чем на Луне), холмы и долины, горы, гладкие округлые равнины, получившие, по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Наибольший из них — Калорис, имеет в диаметре 1350 км.

Отличие поверхности Меркурия от лунной заключалось в наличии таких специфических форм рельефа как эскарпы — выступы высотой 2-3 км, которые разделяют два района поверхности. Считается, что эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты.

Но наиболее важным отличием Меркурия от Луны оказалось наличие воды, точнее водного льда. Находится такой лёд на дне кратеров в полярных областях планеты. Стенки кратера защищают лёд от лучей Солнца и он никогда не тает...

Кроме съёмок поверхности АМС были обнаружены ударная волна плазмы и магнитное поле вблизи Меркурия. Удалось уточнить значение радиуса планеты и её массы.

Спустя несколько месяцев — 21 сентября 1974 г. АМС «Маринер-10» вновь подлетела к Меркурию. На довольно большом расстоянии — более 48 тыс. километров, с помощью датчиков температуры было установлено, что в течение дня, продолжительность которого составляет 88 земных суток, яркостные температуры поверхности планеты (измеряемые по инфракрасному излучению в соответствии с законом теплового излучения Планка) поднимаются до 600К, а ночью опускаются до 100К (-210°С). С помощью радиометра был определён тепловой поток, излучаемый поверхностью; на фоне нагретых участков, состоящих из рыхлых пород, выявлены более холодные, представляющие собой силикатные породы, близкие к земным базальтам. Это обстоятельство ещё раз подтвердило сходство меркурианской и лунной поверхностей.

Во время своего третьего и последнего пролёта около Меркурия, происходившего 16 марта 1975 г. на расстоянии 327 км от поверхности планеты, «Маринер-10» подтвердил, что обнаруженное чуть ранее магнитное поле действительно принадлежит планете. Его напряжённость составляет около 1/100 от напряжённости земного магнитного поля.

Кроме измерения физических полей станция сделала 3 тысячи фотографий с разрешением до 50 м, которые, вместе со снимками, сделанными во время 2-ух предыдущих подлётов, охватив 45% поверхности Меркурия, позволили составить детальную карту его поверхности, правда, лишь в западном полушарии, восточное полушарие оставалось неисследованным.

Объекты на составленной карте: кратеры, равнины, уступы, получили собственные названия. Кратеры — в честь деятелей гуманитарного направления: писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов, среди которых много русских; равнины — в честь богов, игравших в различных мифологиях роль, аналогичную богу Меркурию, а некоторые — по названиям планеты на разных языках; уступам даны названия исследовательских судов; долинам — радиообсерваторий. Конечно встречаются и исключения: так Северная равнина получила своё название по местоположению, а равнина Жары — из-за высоких температур в пределах своей территории. Горы, окаймляющие эту равнину, носят такое же название. Ещё 2 меркурианские гряды названы в честь астрономов Антониади и Скиапарелли, составивших первые карты этой планеты.

В качестве опорного объекта для отсчёта долгот в системе координат на поверхности Меркурия был принят маленький кратер диаметром 1,5 км, расположенный около экватора. Этот кратер назван Хун Каль, что на языке древних майя означает "двадцать" (на этом числе у них основана система счета). Через кратер Хун Каль проходит меридиан 20°. Долготы на Меркурии отсчитываются от 0° до 360° к западу от нулевого меридиана.

24 марта 1975 года «Маринер-10» исчерпал топливо и не мог больше управляться с Земли. Его миссия подошла к концу. Но, как предполагают астрономы, «Маринер-10» всё ещё вращается по орбите вокруг Солнца, иногда проходя возле планеты Меркурий.

После завершения миссии «Маринера-10» в течении почти тридцати лет полётов к Меркурию не было. Лишь 3 августа 2004 году с мыса Канаверал во Флориде США произвели запуск космического корабля Messenger, который 14 января 2008 года наконец то подлетел к поверхности планеты. Сделать это, кстати, было очень непросто. И вот почему: для того чтобы перебраться с околоземной на околомеркурианскую орбиту нужно погасить значительную часть орбитальной скорости Земли, которая составляет ~30 км/с, а для этого необходимо совершить ряд гравитационных манёвров. Messenger за время своей миссии, совершит 6 таких манёвров, из которых 5 уже завершены: 2 августа 2005 г. аппарат прошёл на высоте 2347 км от поверхности Земли, 24 октября 2006 г. состоялся первый пролёт около Венеры на минимальной высоте 2992 км, 5 июня 2007 г. Messenger совершил второй пролёт вблизи Венеры, на этот раз гораздо ниже: по верхней границе облаков. Спустя 8 месяцев — 14 января 2008 года Messenger наконец-то подлетел к Меркурию. Этого события с нетерпением ждали не только специалисты НАСА, но и всё прогрессивное человечество. И не зря!

Messenger сделал детальные снимки меркурианской поверхности, в том числе обратной стороны планеты (о которой раньше мы ничего не знали).

Переданные на Землю снимки позволили установить, что на планете Меркурий протекала довольно интенсивная тектоническая деятельность, следы которой, в виде огромных плоских равнин, особенно заметны в восточном полушарии. Также во время первого подлёта были более подробно изучены магнитосфера и атмосфера Меркурия.

Спустя несколько месяцев — 6 октября того же года Messenger опять подлетел к Меркурию. Был сделан ряд детальных снимков планеты, на которых обнаружились непонятные точки тёмного вещества, обильно разбросанные по поверхности. Как считают астрономы — это результат метеоритных ударов.

Кроме того в результате второго пролёта была обнаружена разнородная структура поверхности Меркурия, природа которой до конца не ясна, и промер меркурианского ландшафта, который показал, что по высоте промеренный ландшафт остаётся удивительно постоянным: на 30% более ровным чем ландшафт противоположной области. Не менее удивительные открытия ждали астрономов и под поверхностью меркурия: в коре Меркурия был обнаружен резкий перепад высотой целых 600 м, который может быть «шрамом», оставленным на планете в результате её сжимания в период быстрого остывания.

29 сентября 2009 года Messenger совершил последний гравитационный манёвр, чтобы затем — 18 марта 2011 года, выйти на высокоэллиптическую полярную орбиту вокруг планеты, став первые её искусственным спутником. По плану, после этого зонду предстоит работать не менее двух меркурианских суток, что составляет немного меньше земного года...

Во время последнего на сегодняшний день пролёта мимо планеты Меркурий Messenger сделал ряд снимков неисследованных до сих пор районов (6% от всей поверхности планеты), провёл исследование меркурианской атмосферы и обнаружил следы недавних вулканических извержений. Таким образом к настоящему времени исследовано и сфотографировано более 98% поверхности Меркурия. Оставшиеся 2% поверхности — это полярные районы, исследовать которые учёные надеются в 2011 году.

В настоящее время Европейским космическим агентством (ESA) совместно с японским аэрокосмическим исследовательским агентством (JAXA) разрабатывается миссия BepiColombo (в честь учёного Джузеппе Коломбо, разработавшего теорию гравитационного манёвра), состоящая из двух космических аппаратов Mercury Planetary Orbiter (MPO) и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Европейский аппарат MPO будет исследовать поверхность Меркурия и его глубины, в то время как японский MMO будет наблюдать за магнитным полем и магнитосферой планеты. Кроме непосредственного изучения планеты оба космических аппарата надеются использовать близость области исследования к Солнцу, чтобы проверить общую теорию относительности.

Запуск BepiColombo планируется на 2013 год, а в 2019 году, совершив ряд гравитационных манёвров, он достигнет орбиты Меркурия, где и разделится на две составляющие. Предполагается, что миссия BepiColombo на Меркурии будет длиться примерно один земной год.

Необходимо отметить, что изучение планеты Меркурий идёт и с Земли, с помощью приёмников излучения ПЗС и последующей компьютерной обработкой снимков. Это стало возможным благодаря развитию электроники и информатики.

Одним из первых серии наблюдений Меркурия с ПЗС-приемниками осуществил в 1995-2002 годах Йохан Варелл в обсерватории на острове Ла Пальма на полуметровом солнечном телескопе. Варелл выбирал лучшие из снимков, не используя компьютерных сведений.

Наблюдения Меркурия вели также в Абастуманской астрофизической обсерватории 3 ноября 2001 года а также в обсерватории Скинакас Ираклионского университета 1-2 мая 2002 года. После обработки результатов наблюдений методом корреляционного совмещения было получено разрешённое изображение планеты, сходное с фотомозайкой «Маринера-10». Так была составлена карта Меркурия для долгот 210-350°.

На этом история исследования Меркурия пока заканчивается. Но ненадолго. Ведь уже в 2011 году к планете подлетит Messenger, который, наверное, сделает ещё немало интересных открытий. Затем изучением Меркурия займётся BepiColombo...

Орбитальное движение и вращение планеты Меркурий

Меркурий является ближайшей к Солнцу планетой. Вокруг светила он движется по сильно вытянутой орбите, на среднем расстоянии 0,387 а.е. (59,1 млн.км) В перигелии это расстояние уменьшается до 46 млн.км, в афелии увеличивается до 69,8 млн.км. Таким образом эксцентриситет орбиты (е) составляет 0,206.

Наклонение меркурианской орбиты (i) к плоскости эклиптики составляет 7°.

По орбите планета Меркурий не просто движется, а буквально летит: со скоростью около 48 км/сек, являясь по этому показателю быстрейшей планетой Солнечной системы. Весь путь по орбите занимает у Меркурия 88 дней — это продолжительность меркурианского года.

В отличии от сумасшедшего движения по орбите вокруг своей оси, почти перпендикулярно наклонённой к плоскости планетарной орбиты, Меркурий вращается медленно, делая полный оборот за 59 (58,65) земных суток, что составляет 2/3 от периода вращения планеты по орбите. Это совпадение на протяжении нескольких веков вводило в заблуждение астрономов, которые считали, что период вращения Меркурия вокруг своей оси и период его обращения по орбите вокруг Солнца совпадают. Причина заблуждения состояла в том, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через тройной синодический период, то есть 348 земных суток, что примерно равно шестикратному периоду вращения Меркурия вокруг своей оси (352 суток), поэтому астрономами наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. С другой стороны, некоторые из них полагали, что меркурианские сутки примерно равны земным. Лишь в 1965 году была установлена несостоятельность обеих гипотез, и определено истинное время вращения ближайшей к Солнцу планеты.

В тот год трёхсотметровый радиотелескоп в обсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико) послал мощный радиоимпульс в сторону планеты Меркурий. Радиоимпульс отразился небольшим «пучком» от центральной области планеты и устремился во все стороны, в том числе и к антенне пославшего его радиолокатора. Вслед за первым радиоимпульсом к Меркурию был послан второй, отразившийся узким кольцом вокруг места отражения первого радиоимпульса. А на очереди уже было третье, затем четвёртое кольцо, и так до последнего, ограничивающего диск планеты (в действительности весь процесс посылки радиосигнала был непрерывным). Дальняя от радиолокатора сторона планеты находилась в радиотени, и потому от неё ничего не отразилось.

Поскольку планета вращается, импульсы, отражённые каждым кольцом, не совсем однородны. Частота, на которой был принят сигнал, не соответствует частоте посланного импульса. Так как в своём движении вокруг Солнца Земля и Меркурий либо удаляются друг от друга, либо сближаются, возникает эффект Доплера и частота смещается.

Для Меркурия наибольшее смещение сигнала радиолокатора, который работает на длине волны 10 см, составляет 500 кГц. Кроме того Меркурий. как и любая другая планета, вращается, а потому западная (левая) его сторона движется навстречу импульсу, вызывая дополнительно положительный доплеровский сдвиг, восточная же (правая) удаляется от него и даёт отрицательный доплеровский сдвиг. Эти сдвиги, их называют остаточными разностями, на экваторе у Меркурия составляют 32 Гц.

Зная сдвиги и линейное расстояние между противоположными краями планеты астрономы Р. Дайс и Г. Петтенджил, работающие на обсерватории Аресибо, измерили скорость вращения Меркурия вокруг оси, определив её как 59±5 дней.

Чуть позже, в 1971 г. американский учёный Р. Гольдштейн уточнил скорость вращения Меркурия. Она оказалась равна 58,65±0,25 дней. Через 3 года к Меркурию подлетел первый космический аппарат «Маринер-10», который лишь скорректировал данный Гольдштейна до 58,646 дней.

Узнав время вращения Меркурия вокруг своей оси и время его вращения по орбите и сопоставив их учёные смогли вычислить продолжительность солнечных суток. Они оказались равны 176 земным дням или 2 меркурианским годам. В течении этого времени 88 земных дней продолжается меркурианский день и ровно столько же меркурианская ночь.

Синхронизация вращения Меркурия по орбите и периода его вращения вокруг своей оси является результатом приливного воздействия Солнца. 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 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 наблюдается крайне высокая, даже по меркурианским меркам температура — 440-500°C.

Кстати, Солнце на меркурианском небе ведёт себя очень необычно для земного наблюдателя. Оно восходит на востоке, крайне медленно поднимается (в среднем на один градус за двенадцать часов), постепенно увеличиваясь в размерах, затем достигает своей верхней кульминации (зенита на экваторе), останавливается, изменяет направление движения, снова останавливается, и медленно заходит. Звёзды при всём этом светопреставлении перемещались бы по небу в три раза быстрее.

Иногда Солнце на небе Меркурия ведёт себя ещё более странно: оно поднимается, достигает своей верхней кульминации, останавливается, а затем начинает двигаться в обратном направлении, заходя в той же точке, где взошло. Спустя несколько земных суток Солнце снова восходит в той же точке, уже надолго. Такое поведение Солнца характерно для долгот 0° и 180°. На долготах, отстоящих на 90° от «горячих долгот», Солнце восходит и заходит дважды. На меридианах 90° и 270° можно видеть три захода и три восхода Солнца за одни солнечные сутки, которые длятся 176 земных суток.

Эффект поведения Солнца на небе Меркурия иногда называют эффектом Иисуса Навина, по имени библейского героя, умеющего останавливать движение Солнца.

Удивительное поведение Солнца на меркурианском небе вызвано тем, что скорость орбитального движения Меркурия постоянно изменяется, в отличии от скорости вращения вокруг оси, которая постоянна. Так на участке орбиты вблизи перигелия в течении примерно 8 суток скорость орбитального движения превышает скорость вращательного движения.

Кстати, как ни странно это звучит, но именно Меркурий является к Земле ближайшей планетой большую часть времени.

Внутреннее строение планеты Меркурий

Меркурий является одной из наиболее плотных планет Солнечной системы. Его средняя плотность — 5,515 г/см³ лишь немногим уступает средней плотности Земли, а если иметь в виду, что на земную плотность влияет более сильное сжатие вещества из-за большего размера нашей планеты, то получается, что при равных размерах планет плотность меркурианского вещества превышала бы земную на 30%.

Согласно современной теории образования планет считается, что в протопланетном пылевом облаке температура прилегавшей к Солнцу области была более высокой, чем в окраинных его частях, из-за чего лёгкие химические элементы выносились в удалённые, холодные части облака. В результате в околосолнечной области где расположена планета Меркурий заметно преобладание тяжёлых элементов, самым распространённым из которых является железо.

Некоторые учёные считают, что высокая плотность Меркурия вызвана действием очень сильной солнечной радиации. Радиация вызывает химическое восстановление окислов до их более тяжёлой, металлической, формы. Возможно Солнце способствовало испарению и, как следствие, улетучиванию в космос внешнего слоя первоначальной меркурианской коры планеты, нагревая её до критических температур.

Влияет на среднюю плотность планеты Меркурий и её массивное планетарное ядро. Представляя собой огромный, по размерам сопоставимый с Луной (радиус 1800 км), шар, оно сосредотачивает до 80% массы всей планеты. Средняя плотность ядра Меркурия по расчётам С.В. Козловской — 9,8 г/см³. Представляет оно собой частично расплавленную железоникелевую субстанцию с примесью серы, и состоит из внешнего жидкого и внутреннего твёрдого ядра. Данное предположение было выдвинуто после полёта АМС «Маринер-10» и дальнейших радарных наблюдений Меркурия группой Жана-Люка Марго в 2007 году. «Маринер» обнаружил у планеты слабое магнитное поле, а группа Марго — изучила вариации её вращения вокруг своей оси.

Наличие у Меркурия даже частично расплавленного ядра повергло учёных в глубокие раздумья.

Дело в том, что, хотя на его поверхности и наблюдается очень высокая температура поверхности, достигающая 400°C, его масса очень невелика, и следовательно планета должна была очень быстро остыть и отвердеть. Поэтому у астрономов не было сомнений в том, что столь малая планета как Меркурий должна обладать твёрдым ядром. Открытие «Маринера-10» заставило астрономов заговорить о возможности наличия у Меркурия хотя бы частично расплавленного ядра, как и у Земли.

Спустя тридцать лет после полёта «Маринера» группа Жана-Люка Марго, объединившая астрономов из Корнелльского университета (Итака, штат Нью-Йорк, США) и других учреждений США и России, на основании пятилетних радарных исследований Меркурия, проводимых посредством 3-х наземных радиотелескопов, доказала что вариации, связанные с вращением Меркурия, действительно характерны для небесного тела, обладающего расплавленным ядром.

Во-первых, были произведены измерения небольших смещений при вращении Меркурия вокруг своей оси. Во-вторых, были изучены пятнистые спекл-структуры, появляющиеся за счёт интерференции лучей, рассеиваемых отдельными шероховатостями объекта. «Паразитные» флуктуации (случайные отклонения от среднего значения физических величин) в интенсивности свечения таких структур несут информацию о качаниях-либрациях и о деформации изучаемого объекта.

Объединив все эти данные, физики смогли обнаружить периодические сбои во вращении Меркурия, вызванные приливно-отливными взаимодействиями с Солнцем.

Воздействие Солнца, кстати, по-разному воздействует на вращение планет в зависимости от того, каков их состав. Это похоже на широко известный метод выявления сваренных вкрутую яиц: полностью отвердевшее яйцо вращается быстро и долго, а яйцо, сваренное всмятку — медленно, с колебаниями.

Результаты измерений группы Марго были опубликованы в одном из последних номеров журнала Science («Наука»). Новая работа добавила также веса теории, согласно которой Меркурий, как и Земля, генерирует собственное магнитное поле посредством механизма гидромагнитного динамо — то есть за счёт конвекции жидкого электропроводящего металлического ядра.

Над ядром Меркурия лежит силикатная оболочка — мантия, толщиной 600 км, которая по плотности уступает ядру в 3 раза — 3,3 г/см³. На границе между мантией и ядром температура достигает 10³ К.

Третьей оболочкой твёрдого Меркурия является его кора, толщина которой 100-300 км.

На основании анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и Д. Гаулт предложили схему эволюции его поверхности.

Согласно этой схеме после завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой.

Далее наступил процесс интенсивной бомбардировки планеты остатками допланетного роя, во время которой образовались бассейны типа Калорис, а так же кратеры типа Коперника на Луне. В это же время видимо произошло и обогащение меркурианского ядра железом в результате столкновения с крупным космическим телом — планетезималем. В результате Меркурий потерял до 60% своей первоначальной массы, часть мантии и планетарной коры.

Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потоков лавы, заполнявшей крупные бассейны. Эти процессы происходили в результате остывания Меркурия с течением времени. Объём планеты уменьшался, и её внешняя каменная оболочка — кора, остывшая и затвердевшая раньше, чем недра, вынуждена была сжиматься. Это приводило к растрескиванию каменной оболочки Меркурия, надвиганию одного края трещин на другой с образованием своего рода надвигов, в которых один слой пород надвинут на другой. Верхний слой, надвинувшийся на более низкий, имеет выпуклый профиль, напоминая застывшую каменную волну.

Во время этого периода появился так называемый «паук», представляющий собой систему из более чем сотни широких грабенов, радиально разбегающихся от небольшого кратера в центре бассейна Калорис. Согласно гипотезе, огромные массы магмы поднялись из недр Меркурия к поверхности планеты, прогнув вверх меркурианскую кору.

В некоторых местах кора лопнула, и в образовавшиеся трещины хлынули расплавленные глубинные породы, образовав наблюдаемые борозды. А вот как образовался сам центральный кратер астрономы не знают. По- видимому, он мог случайно попасть в центр Калориса, а мог и стать причиной его образования, ударив достаточно сильно, чтобы кора отпружинила, на такой огромной площади. Пока понятно лишь, что бассейн Калорис был залит лавой примерно 3,8- 3,9 миллиардов лет назад.

Примерно 3 млрд. лет назад описанный период завершился. На смену ему пришёл период относительного спокойствия, когда вулканическая деятельность ослабла или совсем прекратилась (до конца этот вопрос не ясен, возможно будет решён АМС Messenger), а бомбардировки метеоритами стали реже. Этот период продолжается и по сей день...

Поверхность планеты Меркурий

По своим размерам Меркурий — самая маленькая планета Солнечной системы. Его радиус — 2440 км, составляет 0,38 от радиуса Земли. Площадь поверхности — 74,8 млн.км².

Когда в 1974 году мимо Меркурия пролетел «Маринер-10» и передал сделанные снимки на Землю, астрономы были поражены: так он был похож на Луну. Те же плоские равнины, в т.ч. уникальная — прямая, многочисленные крутые утёсы и густо усыпанная кратерами безжизненная пустыня. Даже полезные ископаемые, разбросанные по поверхности планеты Меркурий в виде крошечных частиц имеют сходство с лунными и называются силикатами. Но главное сходство меркурианской и лунной поверхностей заключается в наличии двух основных типов местностей: материков и морей.

Материки — наиболее древние геологические образования на планете, покрытые кратерами, равнинами, холмами, горами и пересекающими их каньонами. В отличии от материков меркурианские моря — образования более молодые, представляющие собой обширные гладкие равнины, образовавшиеся в результате излияния лав на меркурианскую поверхность и отложения вещества, выброшенного при образовании кратеров. Они выглядят темнее меркурианских материков, но светлее лунных морей.

Больше всего морей в пределах т.н. равнины Жары (лат. «Caloris Planitia» или бассейн Калорис) — гигантской кольцевой структуры диаметром 1300 км, окружённой гористым хребтом. Своё название равнина Жары получила из-за своего местоположения: через неё проходит меридиан 180°, который вместе с противоположным ему нулевым меридианом входит в число т.н. «горячих долгот» — обращённых к Солнцу во время минимального сближения с ним Меркурия.

Полагают, что равнина Жары образовалась в результате столкновения Меркурия с крупным небесным телом диаметром не менее 100 км. Удар был настолько сильным, что сейсмические волны, пройдя всю планету, и сфокусировавшись в противоположной точке поверхности, привели к образованию здесь своеобразного пересеченного «хаотического» ландшафта, системы многочисленных крупных холмов диаметром около сотни километров, пересечённой несколькими крупными прямолинейными долинами, явно образованными по линиям разломов коры планеты.

В отличии от всех остальных областей Меркурия здесь почти нет малых кратеров, столь распространённых на объектах Солнечной системы, почти или полностью лишённых атмосферы. Наличие ударных кратеров на всех этих объектах предсказали в 1947 г. советские астрономы Всеволод Федынский и Кирилл Станюкович.

Вокруг некоторых из меркурианских кратеров обнаружены радиально-концентрические разломы — лучи, расчленяющие меркурианскую кору на отдельные блоки, что говорит о геологической молодости кратеров, и валы выброшенных при ударе поверхностных пород. У крупнейших кратеров, диаметром более 200 км, таких валов не один, а два, причём в отличии от лунных они в полтора раза уже и ниже из-за большей силы тяжести Меркурия. Необходимо отметить, что яркость лучей, отходящих от кратеров, регулярно усиливается к полнолунию, а затем снова ослабевает. Это явление связано с тем, что дно в мелких кратерах отражает свет в основном по тому же направлению, откуда приходят солнечные лучи.

Одним из самых интересных меркурианских элементов поверхности является обнаруженный космическим кораблём Messenger т.н. «Паук». Расположен «Паук» в центре другого кратера — крупнейшего бассейна Калорис и представляет собой систему из сотни грабенов, расходящихся от маленького кратера в центре.

Кстати о грабенах. Это чисто меркурианская деталь рельефа, представляющая собой длинные узкие впадины с плоским дном. Расположены грабены в древних материковых районах планеты и образовались при сжатии и растрескивании коры Меркурия во время его остывания, в результате которого поверхность планеты уменьшилась на 1% или 100 тыс. км².

Кроме грабенов характерной чертой поверхности Меркурия являются эскарпы — лопастевидные уступы, поперечником до нескольких десятков километров. Высота эскарпов до 3 км, а протяжённость крупнейших из них может достигать 500 км.

Наиболее известными эскарпами являются: эскарп Санта-Мария, названный по имени корабля Христофора Колумба, уступ Антониади длиной 450 км, названный в честь французского астронома, и уступ Дискавери протяжённостью 350 км, названный в честь корабля Джеймса Кука. Необходимо отметить, что всем уступам на Меркурии присваивают имена морских кораблей, на которых совершались самые значимые плавания в истории человечества, а двое названы в честь астрономов Скиапарелли и Антониади, сделавших много визуальных наблюдений.

Меркурианским кратерам, чаще крупным: более 100 км. в поперечнике, выборочно — более мелким, присваивают имена деятелей мировой культуры — известных писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов. Для обозначения равнин (кроме равнины Жары и Северной равнины) были использованы названия планеты Меркурий на разных языках. Протяжённые тектонические долины получили имена радиообсерваторий, внесших вклад в изучение планет. Названия деталям рельефа на Меркурии были даны Международным астрономическим союзом — организацией, объединяющей астрономические сообщества всего мира.

Как уже было сказано выше поверхность Меркурия сильно кратеризована. Крупных кратеров мало и многие из них имеют на своей поверхности более мелкие, и соответственно молодые кратеры. Дно крупных кратеров заполнено излившимися на поверхность потоками лавы, которая впоследствии застыла, образовав гладкую поверхность, подобную меркурианским морям. На дне же большинства некрупных кратеров видны центральные горки, хорошо знакомые астрономам по лунным пейзажам.

Среди самых примечательных меркурианских кратеров, такие как Бетховен — крупнейший на Меркурии с диаметром 625 км, Толстой — диаметром 400 км, Достоевский — его поперечник 390 км, Рафаэль, Шекспир, Гёте, Гомер и другие...

Кстати, сравнивая по фотографиям, окрестности Северного полюса Меркурия с окрестностями Южного, астрономы заметили между ними существенные различия, а именно преобладание гладкой равнинной поверхности вокруг Северного полюса, против сильно кратеризованной — вокруг Южного.

Атмосфера планеты Меркурий. Физические условия на Меркурии

Атмосфера у Меркурия была обнаружена космическим кораблём «Маринер-10», вызвав тем самым массу вопросов у астрономов, и в первую очередь своим существованием. Меркурий — близкий к Солнцу и имеющий небольшую массу её иметь в принципе не мог. Ведь что нужно для существования атмосферы?

Во-первых — большая сила тяжести: чем массивнее планета и меньше её радиус, тем надёжнее она удерживает даже очень лёгкие газы, такие как водород, гелий и др. На планете Меркурий сила тяжести примерно в три раза меньше чем на поверхности Земли, т.е. он не в состоянии удержать даже более тяжёлые чем водород газы.

Вторым условием наличия у планеты атмосферы является температура, причём как поверхности, так и самой атмосферы. От температуры зависит энергия хаотического теплового движения атомов и молекул газа. Чем она выше, тем выше скорость частиц, поэтому достигнув предельного значения, а именно — второй космической скорости, частицы газа навсегда покидают планеты, причём первыми улетучиваются в космическое пространство лёгкие газы.

На Меркурии температура приповерхностных слоёв может достигать 420°-450°C, что является одним из рекордных показателей среди планет Солнечной системы. При таких экстремальных температурах первым начинает «убегать» гелий. Однако же вопреки всем перечисленным выше доводам гелий в атмосфере Меркурия был найден. С чем же связано наличие этого газа, который по идее должен был улетучиться из атмосферы ближайшей к Солнцу планеты ещё миллиарды лет назад. А связано это как раз с положением Меркурия в определённом месте космического пространства.

Лежащий в непосредственной близости от Солнца Меркурий постоянно получает подпитку гелием, который поставляет ему солнечный ветер — поток из электронов, протонов и ядер гелия, истекающий из солнечной короны. Без этой подпитки весь гелий меркурианской атмосферы улетучился бы в космическое пространство в течении 200 дней.

Кроме гелия в атмосфере Меркурия обнаружено присутствие водорода, кислорода и натрия, но в очень небольших количествах, а также наличие следов углекислого газа и атомов щелочных металлов. Так количество молекул гелия в столбе «воздуха» над 1 см² меркурианской поверхности — всего 400 триллионов, количество молекул других газов на порядок меньше. Общее же количество молекул газа в столбе атмосферы Меркурия составляет 2x10¹⁴ над 1 см² площади поверхности.

Малое количество газов в атмосфере планеты говорит о её чрезвычайной разреженности: так давление всех меркурианских газов на 1 см² площади поверхности планеты в полмиллиарда меньше чем давление у поверхности Земли. Кроме того разреженная атмосфера, а также низкая теплопроводность поверхностного слоя Меркурия, не в состоянии выравнивать температуру, что приводит к её резким суточным колебаниям. Так средняя температура дневной стороны Меркурия равна 623К, а ночной — всего 103К. Однако на глубине нескольких десятков сантиметров температура примерно постоянна и держится на отметке 70-90°C.

Несмотря на экстремально высокие дневные температуры в приполярных районах Меркурия допускается наличие водяного льда. Такой вывод был сделан на основании данных радарного исследования, показавшего наличие сильно отражающего радиоволны вещества, которым, по-видимому, является водяной лёд. Существование льда возможно лишь на дне глубоких кратеров, куда никогда не проникает солнечный свет.

Магнитное поле Меркурия. Магнитосфера планеты Меркурий

В 1974 году космическим аппаратом «Маринер-10» было обнаружено наличие у планеты Меркурий слабого магнитного поля. Его напряжённость в 100-300 раз меньше напряжённости магнитного поля Земли и меняется в сторону увеличения при движении к полюсам.

Магнитное поле Меркурия глобально, имеет дипольную структуру, устойчиво и симметрично: его ось всего на 2° отклоняется от оси вращения планеты. Кроме дипольного у Меркурия имеются поля с четырьмя и восемью полюсами.

Как полагают учёные, магнитное поле Меркурия образуется посредством вращения вещества его жидкого внешнего ядра. Кстати вращение, а лучше сказать — перемещение вещества в ядре Меркурия происходит очень интересно, что описали в своей статье учёные из 2-ух американских университетов: Иллинойса и Западного резервного района.

Чтобы лучше понять физическое состояние в ядре Меркурия, учёные использовали сверхмощный пресс, позволяющий изучить поведение смеси железа и серы в условиях высокого давления и температуры. В каждом эксперименте образцы смеси железа и серы подвергали определённому давлению и разогревали до определённой температуры. Затем образцы охлаждали, разрезали надвое и изучали под электронным микроскопом и с помощью электронного микроанализатора.

Быстрое охлаждение сохраняло структура образцов, которые обнаруживали разделение на твёрдую и жидкую фазы, и сера содержалась в каждой из них, - говорит ведущий автор исследования, аспирант Иллинойса Бин Чен (Bin Chen). Базируясь на данных нашего эксперимента, мы можем сделать выводы о том, что происходит в ядре Меркурия,— добавляет он.

По мере того, как расплавленная смесь железа и серы охлаждается во внешних слоях ядра, атомы железа конденсируются в «снежинки», которые падают к центру планеты. По мере того, как холодный железный «снег» опускается вниз и легкая, богатая серой жидкость подымается, конвективные потоки создают гигантскую динамо-машину, которая и создаёт относительно слабое магнитное поле планеты.

Кроме магнитного поля планета Меркурий имеет обширную магнитосферу, которая со стороны Солнца сильно сжата под действием солнечного ветра.