Тяготение меркурия и проблема векового движения его перигелия. Неизвестный меркурий День и ночь
Меркурий – брат Луны.
К весеннему параду планет 2004 года.
Меркурий – брат Луны. Для увеличения изображения нажать на него.
Черное небо. Раскаленная горячими лучами близкого Солнца безжизненная поверхность. Причудливые скалы погружены в озера расплавленного металла. Ослепительный солнечный свет и глубокие черные тени. Таким представлялся Меркурий раньше. В то время ученые уже располагали сведениями о высокой температуре на дневной стороне Меркурия, вполне достаточной для плавления свинца. Была известна орбита Меркурия, менее точно - его масса, диаметр и средняя плотность. Астрономы легко определяют массу планеты, если у нее есть спутник. Но у Меркурия спутников нет. Приходилось пользоваться трудно оцениваемым влиянием Меркурия на орбиты планет, в частности, на орбиту малой планеты Эрос. Неважно обстояли дела с изучением поверхности Меркурия. Хотя минимальное расстояние между ним и Землей всего 80 млн. км, наблюдать планету в это время не удается из-за близости ее к Солнцу (по направлению). Но даже в наибольшем удалении от Солнца (около 29°) яркий солнечный свет очень мешает наблюдениям этой планеты. Лишь самые опытные астрономы-наблюдатели утверждали, что они различают какие-то пятна на поверхности Меркурия. Однако составленные ими карты не совпадали. Неоднократно предпринимались попытки обнаружить разреженную атмосферу Меркурия. (Сейчас ученым уже известно, что она настолько разрежена, что искать ее с Земли было совершенно бесполезно.)
РАДИОЛОКАТОР НАХОДИТ ОШИБКУ
Меркурий - самая близкая к Солнцу планета. Порою высказывались предположения, что внутри орбиты Меркурия существует еще одна небольшая планета. Сейчас можно смело утверждать, что такой планеты нет. Меркурий движется по сильно вытянутой орбите, наклоненной к плоскости орбиты Земли (эклиптике) на 7°. Орбита Меркурия такова, что его расстояние от Солнца меняется от 0,31 до 0,47 а. е. Среднее расстояние планеты от Солнца составляет 0,39 а. е., или 58 млн. км. Солнечный свет достигает поверхности Меркурия за три минуты. (Среднее расстояние до Земли 149 600 тыс. км, или 1 а. е., свет проходит за 8 минут 20 секунд.) Среди планет Солнечной системы Меркурий - рекордсмен по спринту:скорость его движения на орбите 58 км/с-вдвое больше, чем Земли. На один оборот вокруг Солнца Меркурий затрачивает 88 земных суток. Еще совсем недавно считалось, что вращение Меркурия синхронно с его движением вокруг Солнца, поэтому он всегда обращен к дневному светилу одним полушарием, как Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Действительность оказалась куда интереснее. И чтобы узнать истину, не потребовались космические аппараты. Решение было получено радиолокационным методом, которым можно пользоваться, «не выходя из дому». В 1965 году 300-метровый радиотелескоп в Аресибо послал мощный радиоимпульс в сторону Меркурия. Этот радиоимпульс сначала отразился небольшим «пятачком» в центральной области планеты и устремился во все стороны, в том числе и к антенне пославшего его радиолокатора. Возвратившийся импульс так слаб, что необходимо все могущество современной радиотехники, чтобы, как говорят радиоинженеры, выделить его. Вслед за первым импульсом пришел второй, отраженный примыкающим к «пятачку» узким кольцом. Расстояния всех точек этого кольца до радиолокатора равны между собой. А на очереди уже было третье, четвертое кольцо, и так до последнего, ограничивающего диск планеты. (Конечно, в действительности отдельных колец не существует и весь процесс отражения радиосигнала непрерывный.) Дальняя от радиолокатора сторона планеты находилась в радиотени, и потому от нее ничего не отразилось. Изучая пришедшие с разным запаздыванием импульсы, можно, например, найти, как меняются на данной длине волны отражательные свойства Меркурия. Но главное-впереди. Поскольку планета вращается, импульсы, отраженные каждым кольцом, не совсем однородны. Частота, на которой был принят сигнал, не равна точно частоте посланного импульса. Так как в своем движении вокруг Солнца Земля и Меркурий либо удаляются друг от Друга, либо сближаются, возникает эффект Доплера и частота смещается. Намного ли? Для Меркурия наибольшее смещение сигнала радиолокатора, который работает на длине волны 10 см, составляет 500 кГц - огромная величина по радиотехническим меркам. Однако этим дело не ограничивается. Меркурий вращается, а потому западная (левая) его сторона движется навстречу импульсу, вызывая дополнительно положительный доплеровский сдвиг, восточная же (правая) удаляется от него и дает отрицательный доплеровский сдвиг. Эти сдвиги, их называют остаточными разностями, на экваторе у Меркурия составляют 32 Гц-величина вполне измеримая.
После анализа остаточных разностей отраженного от Меркурия сигнала удалось определить скорость вращения планеты. Вот эти-то данные никак не согласовывались с уже записанным в конце задачи ответом, полученным раньше из оптических наблюдений. И тогда ученые поступили так же, как поступает иной школьник, у которого не сходится ответ,- они сказали, что в задачнике ошибка! И были правы. Еще до радиолокации Меркурия астрономы не сомневались в том, что при сближении с Землей Меркурий всегда повернут к ней одной стороной. И это было верно. Но и только! А ведь отсюда был сделан вывод о синхронном движении Меркурия. Конечно, можно было допустить, что между противостояниями Меркурий делает целое число оборотов вокруг своей оси, но это представлялось маловероятным. И тем не менее вращение планеты вокруг оси таково, что, проходя перигелий, Меркурий поочередно обращен к Солнцу то одной, то другой стороной. За 2/3 своего года он завершает полный оборот вокруг оси. Засвидетельствовав свое уважение к владыке - Солнцу, Меркурий к тому моменту, когда он окажется на линии Солнце-Земля, успевает оборачиваться к последней всегда одной и той же стороной. Такая сложная синхронизация, по-видимому, объясняется приливным воздействием Солнца вытянутостью орбиты Меркурия. Солнечные сутки длятся на Меркурии 176 земных дней. Но перемещение Солнца по меркурианскому небу было бы непривычно для нас. Движение планеты по сильно вытянутой орбите в сочетании с медленным вращением вокруг оси приводит к тому, что Солнце может остановиться в своем видимом перемещении по меркурианскому небу и даже вернуться назад. В некоторых зонах планеты восходы и заходы Солнца наблюдаются дважды в сутки, причем подняться и опуститься Солнце может как на востоке, так и на западе. Все это светопредставление (иначе и не скажешь!) длится регулярно по две недели - «утром» и «вечером», если здесь годятся наши привычные понятия. Очень долгие-по одному меркурианскому году-день и ночь почти не подвержены сезонным изменениям, ибо полярная ось Меркурия слабо наклонена к плоскости орбиты. Таковы были наши знания о Меркурии в начале 1974 года, очень урожайного года в исследовании планет, когда люди впервые увидели поверхность Меркурия. Изображения его поверхности передали на Землю телевизионные камеры «Маринера-10»-космического аппарата, запущенного в конце 1973 года в США. «Маринер-10» -аппарат пролетного типа. Исследования Меркурия и Венеры он проводил в процессе кратковременного сближения с планетами. Вначале он пролетел около Венеры, а затем возле Меркурия, к которому он возвращался еще дважды, обогнув Солнце.
МЕРКУРИЙ ИЛИ ЛУНА?
На телевизионных снимках Меркурия астрономы увидели поверхность, сплошь покрытую кратерами и внешне неотличимую от Луны. Правда, на Луне кратеры более крупные. Одна из причин этого - большее ускорение свободного падения на Меркурии (368 см/с2), чем на Луне (162 см/с2). На Меркурии есть крупные кратеры диаметр которых несколько десятков километров, и более мелкие-вплоть до 50 м.-Таково было разрешение лучших телевизионных снимков.
Поверхность любой планеты, как своеобразный «дневник», рассказывает о событиях той поры, когда формировалась эта поверхность. На крупных, но сильно разрушенных меркурианских кратерах заметны более молодые и более мелкие кратеры. Значит, Меркурий бомбардировали сначала глыбы всяких размеров, а потом все более мелкие, следами которых усеяны древние кратеры. Но случалось, что крупные метеоритные тела врезались в поверхность Меркурия и на поздней стадии. И еще одну важную «засечку» последовательности событий можно разглядеть на снимках. Дно отдельных кратеров залито потоками лавы. Извержения происходили после выпадения основного объема метеоритного вещества и даже после появления мелких кратеров на дне больших. Редкие и сравнительно мелкие глыбы выпадали на поверхность уже застывшего лавового потока. Что, казалось бы, дают все эти «до» и «после»? - Очень многое. В природе все датировано. Сейчас мы умеем читать часть этого календаря и знаем, что поверхность Меркурия формировалась давно - 4,6 млрд. лет назад. Об этом говорит такая же картина поверхности Луны, возраст образцов которой определен непосредственно. Во многих небольших меркурианских кратерах видны центральные горки. Такие горки хорошо знакомы по лунным пейзажам. Еще одна примечательная деталь на снимках Меркурия - прямая долина. И точно по заказу, такая же долина известна на Луне. Сходство внешнего вида Луны и Меркурия поразительно. Даже мелкораздробленный материал, которым покрыт Меркурий, обладает такими же фотометрическими и поляризационными свойствами, как у Луны. По имеющимся данным, это- анортозитовые породы, происхождение которых обязательно требует, чтобы геологическая история планеты включала магматическую дифференциацию недр. Некоторые кратеры Меркурия имеют систему лучей, простирающихся на огромные расстояния. На Луне такими же лучами обладает ряд кратеров, например знаменитый Тихо. Яркость этих лучей регулярно усиливается к полнолунию, а затем снова ослабевает. Происхождение их, по-видимому, связано с ударным возникновением больших метеоритных кратеров. При ударе о поверхность крупного метеорита огромное количество вещества выбрасывается на значительное расстояние, образуя вторичные кратеры. Их цепочки и складываются в венец «лучей». Долгое время было неясно, почему лучи светлые? Наиболее вероятная причина-«космический загар»; поверхность планеты, лишенной атмосферы, приобретает темную окраску под действием длительного облучения протонами солнечного ветра. Увеличение яркости к полнолунию объясняется тем, что дно в мелких кратерах отражает свет в основном по тому же направлению, откуда приходят солнечные лучи. Может возникнуть вопрос: если сходство Меркурия и Луны так велико; есть ли здесь вообще что-нибудь новое? Может быть, «выучив урок» о Луне, мы все знаем о Меркурии? Оказывается, новое есть. Высоты кратерных валов, центральных горок, обрывов оценены только предварительно по длине отбрасываемых теней. Эти высоты значительно меньше, чем на Луне, и не превышают 2-4 км. Лунные Скалистые горы возвышаются на 5,8 км.
ВЕЧНАЯ ТЕРМООБРАБОТКА
Поверхность Меркурия очень темная. Температура ее днем доходит до 345 С. В перигелии повышается до 420 С, а в афелии – опускается до 290 С. Однако очень высокую температуру имеет лишь поверхностный слой. Он сильно измельчен и служит прекрасной теплоизоляцией для более глубоких слоев. Согласно радиоастрономическим данным, уже на глубине нескольких десятков сантиметров температура, вероятно, не превышает 70-90° С и очень мало меняется. Такая низкая теплопроводность поверхности Меркурия приводит к тому, что после захода Солнца поверхность быстро остывает. Уже через два часа температура снижается до -140° С, а ночью может упасть до -180° С. Именно эти значения температуры и были получены с борта «Маринера-10». На Луне днем температура может подниматься до 100° С, а ночью-уменьшаться до -180° С. Интересно, что измерения температуры поверхности вдоль трассы пролета космического аппарата позволяют исследовать физические свойства пород, из которых сложена поверхность. Делается это так. Измерения проводятся радиометром- прибором, определяющим тепловой поток, который излучается поверхностью. Если днем на фоне нагретого окружающего района будет обнаружен холодный участок с такими же отражательными свойствами (их определением занимается фотометрия), это означает, что тепло куда-то уходит. Но куда? Если поверхность сухая, как у Меркурия и Луны, отток тепла может идти лишь в глубину. О таком участке говорят, что он обладает повышенной тепловой инерцией, которая зависит от плотности и коэффициентов теплоемкости и теплопроводности. Например, холодным будет скальный массив, окруженный тем же, но сильно раздробленным материалом. Ночью, наоборот, раздробленный материал быстро остывает, излучив свои небольшие запасы тепла, а скала будет ярко светиться в инфракрасных лучах. Такие детали тоже обнаружил «Маринер-10». Их немного, что свидетельствует об однородной поверхности планеты. Гораздо сложнее вопрос об однородности ее недр. Земной шар в разрезе изображают как систему сферических оболочек вокруг центрального ядра. Для массивной планеты, как наша Земля, эта модель, в общем, близка к натуре. Иначе устроена Луна. Когда первые космические аппараты, запущенные на орбиту спутника Луны, начали свою работу, ученые с удивлением заметили в движении спутников какие-то рывки. Эффект был небольшим, но вполне измеримым. Оказалось, что внешние слои Луны (сотни километров) неоднородны. Это как бы несколько крупных массивных глыб, которые присыпаны песком, придающим всему сооружению вполне пристойную форму шара. Но каждая из глыб проявляет себя неоднородностью в общем поле тяготения. Так родилось новое понятие «масконы» - сокращенное от английского mass concentration-концентрация масс. Поскольку у Меркурия еще не было искусственного спутника, мет пока и определенного заключения о наличии там масконов. Впрочем, в научной литературе уже появилась попытка объяснить резонансный период вращения Меркурия существованием маскона, который скрыт под уже известным нам Mare Caloris. Такой маскон должен быть положительным, то есть обладать повышенной плотностью. (На Луне имеется и отрицательный маскон в Заливе Радуги.) Меркурий - маленькая планета, его диаметр равен всего 4880 км. Но масса планеты довольно велика, она составляет 5,5% массы Земли. Средняя плотность Меркурия почти такая же, как Земли, 5,44 г/см3. Плотность его поверхностных пород должна быть того же порядка, что и у Луны (3,0-3,3 г/см3). Чтобы получить среднюю плотность 5,44 г/см3, необходимо железное ядро. Возможно также, что благодаря очень высокому давлению в центре Меркурия силикатные породы уплотняются и переходят в металлизованное состояние. Предполагается, что массивное ядро занимает 50% объема планеты. Ядро окружено силикатной оболочкой толщиной 600 км. Ускорение свободного падения на Меркурии 368 см/с2. Если космонавт в гермокостюме будет весить на Земле 1000 Н, то на Меркурии только 380 Н.
ГЕЛИЙ ВМЕСТО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
«Маринер-10» обнаружил, наконец, у Меркурия атмосферу. Однако ее состав и плотность не имеют ничего общего с тем, что ожидали астрономы. Существование или отсутствие атмосферы у планеты определяется целым рядом обстоятельств. Прежде всего это-сила тяжести. Чем массивнее планета и меньше ее радиус, тем надежнее она удерживает даже самые легкие газы. Очень важно, каков молекулярный вес газа. Чем он меньше, тем труднее удерживать газ. Огромную роль играет и температура внешней части атмосферы. Энергия хаотического теплового движения атомов и молекул газа зависит только от их температуры. С повышением температуры растет скорость частиц. Она может превысить предельное значение- вторую космическую скорость. Тогда частицы навсегда покинут планету. Наша Земля ежесуточно теряет около 100 т легкого водорода, но практически полностью сохраняет запасы тяжелого кислорода. Малая масса Меркурия, его близость к Солнцу, а следовательно, высокая температура определили быструю потерю первичной атмосферы. Одним из первых в таких случаях «убегает» (именно этот термин принят) гелий. И вот в нынешней атмосфере Меркурия найден гелий. Противоречие? Автомобиль, у которого кончился бензин, останавливается. Электропоезд получает энергию непрерывно, ее приток равен затратам. А как же гелий? Его непрерывно поставляет Меркурию находящееся поблизости Солнце, поставляет в виде облаков солнечного ветра. Облака эти очень разреженные но и меркурианская атмосфера им подстать. Давление гелия у поверхности в районе терминатора в 200 млрд. раз, а полное давление всех газов в полмиллиарда раз меньше, чем давление у поверхности Земли. Углекислый газ, который астрономы надеялись обнаружить в атмосфере Меркурия, приборы «Маринера-10» не зарегистрировали. Однако чувствительность приборов известна, значит, можно указать верхний предел-не более 40 триллионов молекул в столбе над 1 см2 поверхности. Гелия же в атмосфере Меркурия в 10 раз больше-400 триллионов молекул в столбе над 1 см2. Эти числа, большие сами по себе, соответствуют невероятно разреженной атмосфере, которая в земных условиях считается глубоким вакуумом. Ведь в атмосфере Земли над 1 см2 поверхности находится 2х1025 молекул.
ЗАГАДКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПЛАНЕТ
В облаках солнечного ветра помимо гелия содержится огромное количество заряженных частиц различной энергии-как электронов, так и протонов. Достигая Земли, заряженные частицы прежде всего наталкиваются на ее магнитосферу. Хотя магнитное поле постепенно убывает с расстоянием, можно "указать границу, где начинается взаимодействие плазмы солнечного ветра с магнитосферой. Эта граница находится там, где давление магнитного поля достигает величины, равной газодинамическому давлению плазмы. Именно вдоль границы тянется слой, по которому течет ток. Впереди слоя набегающая плазма образует ударную волну, в которой сильно разогревается. Все эти события происходят далеко от Земли, на расстоянии 50-100 тыс. км. Магнитное поле Земли определяет также существование у нее радиационных поясов большой мощности и протяженности. Невидимая «крыша» из магнитного поля над планетой способствовала когда-то возникновению жизни-без такой защиты на Земле вряд ли появились бы сухопутные животные. Медленно вращающаяся Луна сейчас практически лишена общего собственного магнитного поля. Тем более неожиданным оказалось обнаружение ударной волны плазмы и магнитного поля вблизи Меркурия. Правда, после первого пролета «Маринера-10» нельзя было категорически утверждать, что это магнитное поле - дипольное поле самой планеты. Известны сложные механизмы наведения на планету обрывков солнечного магнитного поля, перенесенного плазмой. Но предположение о собственном дипольном поле Меркурия несколько лучше. Во время третьего сближения было подтверждено, что поле действительно принадлежит планете. Напряженность его на экваторе 35х10-4 Э, у полюсов 70х10-11 Э, наклон оси диполя к оси вращения Меркурия 7°. Среди множества глубоко скрытых тайн природы - механизм, создающий магнитное поле Земли. В последние годы все чаще магнитное поле Земли связывают с ее вращением и возбуждением кольцевых токов в ее металлическом ядре - модель планетарного магнитного динамо. Один из главных выводов теории-несоосиость магнитного поля с осью планеты. К сожалению, наши представления о недрах Земли поверхностны в буквальном смысле слова, в о недрах других планет известно еще меньше. Но так как в природе все закономерно, можно предположить, что возникновение магнитного поля на разных планетах подчинено общим правилам. Что тогда все это может означать: у Земли большая масса, быстрое вращение и сильное магнитное поле; у Венеры большая масса, медленное вращение и нет магнитного поля или оно очень слабое; у Меркурия масса в 10 раз меньше земной, быстрое вращение и, кажется, есть очень слабое магнитное поле; у Луны очень малая масса, медленное вращение и нет магнитного поля; у Меркурия масса меньше, чем у Марса, медленное вращение и есть магнитное поле? На эти вопросы ответ будет дан в следующих полетах к Меркурию
– самая маленькая среди планет, в солнечной системе. Меркурий с большой скоростью вращается вокруг светила.
Большая часть информации об этой планете была получена космическим аппаратом “Маринер-10” в 1974г. Это единственный зонд, посланный с целью изучения планеты Меркурий.
Поверхность планеты
Фотографирование Меркурия “Маринером-10” показало, что поверхность планеты усыпана кратерами. На первый взгляд создаётся впечатление что рельеф Меркурия имеет сходство с Луной. На нём просматриваются пространства, напоминающие лунные плоскогорья, рядом можно увидеть равнину без возвышенностей с небольшим количеством кратеров. Это напоминает моря спутника нашей планеты.
Хорошо на планете образовались гладкие пространства. Скорее всего этому послужило выброс горячих пород из недр планеты. Наиболее часто на рельефе Меркурия встречаются крупные уступы. Ими буквально изрезаны сотни километров поверхности. Высота таких уступов колеблется от нескольких сотен метров до 3км максимально. Появление таких геологических структур можно рассматривать в следствии разлома коры, произошедшего из-за резкого охлаждения и последующим за тем потеплением планеты. Всё это происходило во время формирования Меркурия.
В недрах планеты
Магнитное поле Меркурия слабое, его напряжённость составляет 1/100 напряжённости поля Земли. Кора и мантия тонкие. Плотность высокая, превышает 5г/см3, так же как и на Земле. Это значит, что планета в основном состоит из тяжёлых элементов. Предполагается, что почти 70% массы составляет железосодержащее ядро, оно занимает три четверти радиуса планеты. Таким образом, находит объяснение факт существования магнитного поля, хотя не совсем понятно как именно оно возникло. Может быть, расплавленный металл, находящийся внутри ядра действует как генератор постоянного тока. То же происходит и в недрах Земли. Вряд ли планета с момента своего образования имело железосодержащее ядро таких размеров. Скорее всего, большая часть мантии откололась во время катастрофической по силе коллизии с другим небесным телом, произошедшим в самом начале существования Солнечной системы.
Орбита Меркурия
Орбита меркурия находится примерно на расстоянии 58 миллионов км. от Солнца. Она имеет форму эксцентрика. Следует иметь в виду, что по мере движения по орбите расстояние до Солнца меняется до 24 миллионов км. Скорость вращения Меркурия равна примерно 48км/c Причем она зависит от положения планеты: в афелии Меркурий движется со скоростью 38,7 кс/с, а в перигелии – 56,6 км/с.
В связи с тем что Меркурий занимает положение между Землёй и Солнцем, его фазы имеют много общего с лунными. Находясь в точке, самой близкой к Земле, он имеет вид тонкой половинки Луны, на максимальной удалённости от нашей планеты большая половина его поверхности хорошо освещена. Из за близости к Солнцу практический невозможно увидеть полную фазу Меркурия, плоскость орбиты Меркурия имеет наклон 7 градусов по отношению к плоскости Земли, и во время прохождения между Солнцем и Землёй она отклоняется к северу или к югу от Солнца. Примерно 14 раз в сто лет Меркурий проходит перед Солнцем, это называется “транзит”
День и ночь
Меркурий очень медленно вращается вокруг собственной оси.
Во время полного обращения по орбите вокруг Солнца Меркурий всего полтора раза совершает вращение вокруг своей оси. Солнечные сутки на планете (имеется в виду не вращение вокруг оси, а период от одного до второго появления Солнца) составляет два меркурианских года.
Из-за медленного движения во круг своей оси, полушарие Меркурия обращено к Солнцу в течении долгого времени, в связи с этим разница между днём и ночью выражена значительно меньше, чем на других планетах Солнечной системы. Ночью температура на полушарии, противоположном Солнцу, опускается до -180 градусов, но, когда планета находится в афелии, в “послеобеденное время” она поднимается до +430 градусов C. Так как ось вращения почти перпендикулярна к плоскости орбиты, на Меркурий не существует смены времён года, как на Земле. Рядом с полюсами есть места, куда не когда не проникает Солнечный свет.
Смотрите также:
 |
|
| Венера – вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Это самое яркое светило на небе (после Солнца и Луны) и в сумерках, и утром.О существовании Венеры люди знали с незапамятных времён, но впервые за фазамиВенера этой планеты наблюдал Галилей при помощи подзорной трубы. Первые наблюдатели через телескоп отметили на своих рисунках высокие горы... |
Меркурий – самая маленькая и самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Древние римляне дали ему имя в честь бога торговли Меркурия, посланника других богов, носившего крылатые сандалии, за то, что планета быстрее других движется по небу.
Краткая характеристика
Из-за малых размеров и близости к Солнцу Меркурий неудобен для земных наблюдений, поэтому долгое время о нем было известно очень мало. Важный шаг в его изучении был сделан благодаря космическим аппаратам «Маринер-10» и «Мессенджер», с помощью которых были получены качественные снимки и подробная карта поверхности.
Меркурий относится к планетам земной группы и находится на среднем расстоянии около 58 млн. км от Солнца. При этом максимальное расстояние (в афелии) 70 млн. км, а минимальное (в перигелии) – 46 млн. км. Его радиус лишь немного больше, чем у Луны, – 2 439 км, а плотность почти такая же, как у Земли, – 5,42 г/см³. Высокая плотность означает, что в его состав входит значительная доля металлов. Масса планеты составляет 3,3·10 23 кг, и около 80% от нее составляет ядро. Ускорение свободного падения в 2,6 раз меньше земного – 3,7 м/с². Стоит заметить, что форма Меркурия идеально шарообразная – он обладает нулевым полярным сжатием, то есть его экваториальный и полярный радиусы равны. Спутников у Меркурия нет.
Планета обращается вокруг Солнца за 88 суток, а период вращения вокруг своей оси относительно звезд (звездные сутки) составляет две трети от периода обращения – 58 дней. Это означает, что одни сутки на Меркурии длятся два его года, то есть 176 земных дней. Соизмеримость периодов, по-видимому, объясняется приливным воздействием Солнца, которое тормозило вращение Меркурия, изначально более быстрое, пока их значения не сравнялись.
Меркурий обладает самой вытянутой орбитой (ее эксцентриситет равен 0,205). Она значительно наклонена к плоскости земной орбиты (плоскости эклиптики) – угол между ними составляет 7 градусов. Скорость движения планеты по орбите составляет 48 км/с.
Температура на Меркурии определялась по его инфракрасному излучению. Она изменяется в обширном диапазоне от 100 К (-173 °C) на ночной стороне и полюсах до 700 К (430 °C) в полдень на экваторе. При этом суточные колебания температуры быстро уменьшаются с продвижением вглубь коры, то есть тепловая инерция грунта велика. Отсюда был сделан вывод, что грунт на поверхности Меркурия представляет собой, так называемый реголит – сильно раздробленную породу с низкой плотностью. Из реголита также состоят поверхностные слои Луны, Марса и его спутников – Фобоса и Деймоса.
Образование планеты
Наиболее вероятным описанием происхождения Меркурия считается небулярная гипотеза, согласно которой планета в прошлом была спутником Венеры, а затем по какой-то причине вышла из-под воздействия ее гравитационного поля. По другой версии Меркурий сформировался одновременно со всеми объектами Солнечной системы во внутренней части протопланетного диска, откуда легкие элементы уже были отнесены солнечным ветром во внешние области.
По одной из версий происхождения очень тяжелого внутреннего ядра Меркурия – теории гигантского столкновения – масса планеты первоначально была в 2,25 раз больше нынешней. Однако после столкновения с небольшой протопланетой или похожим на планету объектом большая часть коры и верхнего слоя мантии рассеялась в космосе, а ядро стало составлять значительную часть от массы планеты. Такая же гипотеза используется и для объяснения происхождения Луны.
После завершения основного этапа формирования 4,6 млрд. лет назад Меркурий долгое время интенсивно обстреливался кометами и астероидами, потому его поверхность испещрена множеством кратеров. Бурная вулканическая активность на заре истории Меркурия привела к образованию лавовых равнин и «морей» внутри кратеров. По мере того, как планета постепенно остывала и сжималась, рождались другие детали рельефа: хребты, горы, холмы и уступы.
Внутреннее строение
Структура Меркурия в целом мало отличается от остальных планет земной группы: в центре находится массивное металлическое ядро радиусом около 1800 км, окруженное слоем мантии в 500 – 600 км, которая, в свою очередь, покрыта корой толщиной 100 – 300 км.
Ранее считалось, что ядро Меркурия твердое и составляет около 60% от всей его массы. Предполагали, что у такой маленькой планеты ядро может быть только твердым. Но наличие собственного магнитного поля у планеты, хоть и слабого, – веский аргумент в пользу версии об ее жидком ядре. Движение вещества внутри ядра вызывает эффект динамо, а также сильная вытянутость орбиты вызывает приливный эффект, поддерживающий ядро в жидком состоянии. Сейчас достоверно известно, что ядро Меркурия состоит из жидких железа и никеля и составляет три четверти от массы планеты.
Поверхность Меркурия практически ничем не отличается от лунной. Самое заметное сходство – это бесчисленное множество кратеров, крупных и мелких. Как и на Луне, от молодых кратеров расходятся в разные стороны светлые лучи. Однако на Меркурии нет таких обширных морей, которые к тому же были бы относительно ровными и свободными от кратеров. Еще одно заметное различие в ландшафтах – это многочисленные уступы длиной в сотни километров, образовавшиеся при сжатии Меркурия.
Кратеры располагаются на поверхности планеты неравномерно. Ученые предполагают, что районы, более густо заполненные кратерами – более старые, а более ровные – молодые. Также наличие крупных кратеров говорит о том, что на Меркурии уже, по крайней мере, 3-4 млрд. лет не было сдвигов коры и эрозии поверхности. Последнее является доказательством того, что на планете никогда не существовало достаточно плотной атмосферы.
Самый крупный кратер Меркурия имеет размер около 1500 километров и 2 километров в высоту. Внутри него находится огромная лавовая равнина – равнина Жары. Этот объект является самой заметной деталью на поверхности планеты. Тело, столкнувшееся с планетой и породившее такое масштабное образование, должно было быть не менее 100 км длиной.
Снимки зондов показали, что поверхность Меркурия однородна и рельефы полушарий не отличаются друг от друга. В этом состоит еще одно отличие планеты от Луны, а также от Марса. Состав поверхности заметно отличается от лунного – в ней мало тех элементов, которые характерны для Луны – алюминия и кальция, – но довольно много серы.
Атмосфера и магнитное поле
Атмосфера на Меркурии практически отсутствует – она очень сильно разрежена. Ее средняя плотность равна такой же плотности на Земле на высоте 700 км. Точный состав ее не определен. Благодаря спектроскопическим исследованиям известно, что в атмосфере содержится много гелия и натрия, а также кислород, аргон, калий и водород. Атомы элементов принесены из космического пространства солнечным ветром либо подняты им с поверхности. Одним из источников гелия и аргона являются радиоактивные распады в коре планеты. Присутствие паров воды объясняется образованием воды из водорода и кислорода, содержащихся в атмосфере, ударами комет о поверхность, сублимацией льда, предположительно находящегося в кратерах на полюсах.
Меркурий имеет слабое магнитное поле, напряженность которого на экваторе в 100 раз меньше, чем на Земле. Однако такой напряженности хватает, чтобы создать у планеты мощную магнитосферу. Ось поля почти совпадает с осью вращения, возраст оценивается примерно в 3,8 млрд. лет. Взаимодействие поля с обволакивающим его солнечным ветром вызывает вихри, происходящие в 10 раз чаще, чем в магнитном поле Земли.
Наблюдение
Как уже говорилось, наблюдать Меркурий с Земли довольно трудно. Он никогда не удаляется от Солнца больше, чем на 28 градусов и потому практически незаметен. Видимость Меркурия зависит от географической широты. Легче всего его наблюдать на экваторе и близких к нему широтах, поскольку здесь сумерки длятся меньше всего. На более высоких широтах Меркурий увидеть гораздо сложнее – он находится очень низко над горизонтом. Здесь наилучшие условия для наблюдения наступают во время наибольшего удаления Меркурия от Солнца или на наибольшей высоте над горизонтом во время восхода или захода Солнца. Также Меркурий удобно наблюдать во время равноденствий, когда продолжительность сумерек минимальна.
Меркурий довольно просто разглядеть в бинокль сразу после захода Солнца. Фазы Меркурия хорошо видны в телескоп от 80 мм в диаметре. Однако детали поверхности, естественно, можно рассмотреть только в гораздо более крупные телескопы, и даже с такими инструментами это будет сложной задачей.
Для того, чтобы объяснить сходство между рельефом Луны, Меркурия и Марса, знаменитым астрономом-исследователем из США Г. Везеримом была выдвинута теория о глобальной деструкции астероида под влиянием притекающих сил во время его прохождения около Земли и Венеры и последовавшего за разрушением выпадения осколочных остатков. Куски астероида могли бы таким образом распределиться в районе области местонахождения планетарных тел земной группы достаточно равномерно. Внешне подобный сценарий выглядит привлекательно. Однако, в данном случае уместно вспомнить о философско-методологическом принципе, гласящем, что не следует придумывать сущности сверх тех, которые действительно необходимы. Проще говоря, вряд ли наука нуждается в экзотических объяснениях, если ситуацию вполне можно разъяснить более просто.Меркурий имеет фазы, похожие на фазы Луны. На минимальном расстоянии от Земли он виден как тонкий серп. В полной фазе он находится слишком близко к Солнцу, и увидеть его невозможно.
При запуске зонда «Маринер-10» к Меркурию (1974 г.) был использован гравитационный маневр. Прямой перелет аппарата к планете
требовал колоссальных затрат энергии и был практически невозможен. Эту трудность обошли с помощью коррекции орбиты: сначала аппарат прошел мимо Венеры, и условия пролета мимо нее были подобраны так, что ее гравитационное поле изменило его траекторию ровно настолько, что зонд долетел до Меркурия без дополнительных трат энергии.
Есть предположения, что на поверхности Меркурия существует лед. В его атмосфере присутствует водяной пар, который вполне может находиться в твердом состоянии на полюсах внутри глубоких кратеров.
В XIX веке астрономы, наблюдая за Меркурием, не могли найти объяснения его орбитальному движению, используя законы Ньютона. Вычисленные ими параметры различались с наблюдаемыми. Чтобы объяснить это, была выдвинута гипотеза о том, что на орбите Меркурия находится еще одна невидимая планета Вулкан, воздействие которой и вносит наблюдаемые несоответствия. Настоящее объяснение было дано спустя десятилетия с помощью общей теории относительности Эйнштейна. Впоследствии имя планеты Вулкан было дано вулканоидам – предполагаемым астероидам, находящимся внутри орбиты Меркурия. Зона от 0,08 а.е. до 0,2 а.е. гравитационно стабильна, поэтому вероятность существования таких объектов довольно высока.
Осуществляя анализ базовых элементов рельефа планеты Меркурий в предыдущих статьях, мы проводили много аналогий с Луной, говоря как о различиях, так и о многочисленных сходствах между двумя планетами. Доскональное изучение приводит нас к ещё одной любопытнейшей особенности, которая, очевидно, проливает свет на некоторые нюансы истории появления Меркурия. В данном случае имеются в виду характерные признаки тектонической активности в крупном масштабе, проявляющиеся как откосы-эскарпы (специфические крутые уступы). Их протяжённость составляет от 20 до 500 км, а высота склонов колеблется от 1-2 сотен метров до пары километров. Морфология эскарпов, а также их геометрия расположения на поверхности отличается от обыкновенных тектонических сбросов и разрывов, которые наблюдаются на Луне и Марсе. Скорее всего, они возникли за счёт наслоений, надвигов и т.п. в результате напряжения в слое поверхности, которое возникло при сжатии планеты Меркурий. На это указывает смещение валов ряда кратеров в горизонтальной области.
Отдельные эскарпы отчасти разрушены, т.к. в прошлом были подвержены бомбардировке астероидами. Это говорит о том, что их образование произошло раньше, нежели состоялся момент появления кратеров на их поверхности. Предполагается, что процесс сжатия коры проходил около 4 млрд. лет тому назад в тот период, когда образовывались «моря». Самой очевидной причиной, по которой произошло сжатие, нужно, наверное, считать начавшееся остывание планеты. Другая интересная гипотеза, нашедшая отклик у ряда специалистов, гласит, что в тот период провоцировать мощную тектоническую активность Меркурия могло замедление его вращения приблизительно в 175 раз: от изначально предполагаемого показателся, составляющего 8 часов, до почти 59 суток.
