Меркурий — самая близкая к Солнцу планета (общие сведения о Меркурии и других планетах вы найдете в приложении 1) — среднее расстояние от Солнца 57 909 176 км. Однако расстояние от Солнца до Меркурия может меняться от 46,08 до 68,86 млн км. Расстояние Меркурия от Земли составляет от 82 до 217 млн км. Ось Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты.

Из-за незначительного наклонения оси вращения Меркурия к плоскости его орбиты заметных сезонных изменений на этой планете нет. Нет у Меркурия и спутников.

Меркурий — маленькая планета. Его масса составляет двадцатую часть массы Земли, а радиус в 2,5 раза меньше земного.

Ученые считают, что в центре планеты находится большое железное ядро — на его долю приходится 80 % массы планеты, а сверху — мантия из каменных пород.

Для наблюдений с Земли Меркурий — трудный объект, так как его приходится наблюдать всегда на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом, а кроме этого, в эту пору наблюдатель видит освещенной лишь половину его диска.

Первым исследовал Меркурий американский космический зонд «Маринер-10», который в 1974-1975 гг. трижды пролетел мимо планеты. Максимальное сближение этого космического зонда с Меркурием составляло 320 км.

Поверхность планеты похожа на сморщенную яблочную кожуру, она изрыта трещинами, впадинами, горными хребтами, наиболее высокие из которых достигают 2-4 км, отвесными уступами-эскарпами высотой 2-3 км и длиной в сотни километров. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. Средняя плотность грунта — 5,43 г/см 3 .

На изученном полушарии Меркурия имеется единственное ровное место — Равнина Жары. Предполагается, что это застывшая лава, излившаяся из недр после столкновения с гигантским астероидом около 4 млрд лет назад.

Атмосфера Меркурия

Атмосфера Меркурия имеет крайне низкую плотность. Она состоит из водорода, гелия, кислорода, паров кальция, натрия и калия (рис. 1). Водород и гелий планета, вероятно, получает от Солнца, а металлы испаряются с ее поверхности. «Атмосферой» эту тонкую оболочку можно назвать лишь с большой натяжкой. Давление у поверхности планеты в 500 млрд раз меньше, чем у поверхности Земли (это меньше, чем в современных вакуумных установках на Земле).

Общие характеристики планеты Меркурий

Максимальная температура поверхности Меркурия, зарегистрированная датчиками, +410 °С. Средняя температура ночного полушария равна -162 °С, а дневного +347 °С (этого достаточно, чтобы расплавить свинец или олово). Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100 °С. На глубине 1 м температура постоянна и равна +75 °С, ведь пористый грунт плохо проводит тепло.

Органическая жизнь на Меркурии исключается.

Рис. 1. Состав атмосферы Меркурия

Поверхность Меркурия, кратко говоря, напоминает Луну. Обширные равнины и множество кратеров говорят о том, что геологическая активность на планете прекратилась миллиарды лет назад.

Характер поверхности

Поверхность Меркурия (фото приведено далее в статье), снятая зондами «Маринер-10» и «Мессенджер», внешне была похожа на лунную. Планета в значительной мере усеяна кратерами разных размеров. Мельчайшие из видимых на самых детальных фотографиях «Маринера» измеряются несколькими сотнями метров в диаметре. Пространство между крупными кратерами относительно плоское и представляет собой равнины. Оно похоже на поверхность Луны, но занимает намного больше места. Подобные области окружают наиболее заметную ударную структуру Меркурия, образованную в результате столкновения, - бассейн равнины Жары (Caloris Planitia). При встрече с «Маринером-10» была освещена только ее половина, а полностью она была открыта «Мессенджером» во время его первого пролета мимо планеты в январе 2008 года.

Кратеры

Наиболее распространенными структурами рельефа планеты являются кратеры. Они в значительной мере покрывают поверхность (фото приведены далее) на первый взгляд похожа на Луну, но при более близком изучении у них выявляются интересные различия.

Гравитация на Меркурии более чем в два раза превышает лунную, отчасти из-за большой плотности его огромного ядра, состоящего из железа и серы. Большая сила тяжести стремится удержать вещество, выброшенное из кратера, вблизи места столкновения. По сравнению с Луной, оно падало на расстоянии, составляющем лишь 65% от лунного. Это может быть одним из факторов, которые способствовали возникновению на планете вторичных кратеров, образованных под воздействием выброшенного материала, в отличие от первичных, возникших непосредственно при столкновении с астероидом или кометой. Более высокая сила тяжести означает, что сложные формы и конструкции, характерные для крупных кратеров — центральные пики, крутые склоны и ровное основание, — на Меркурии наблюдаются у меньших кратеров (минимальный диаметр около 10 км), чем на Луне (около 19 км). Структуры меньше этих размеров имеют простые чашеподобные очертания. Кратеры Меркурия отличаются от марсианских, хотя эти две планеты имеют сопоставимую гравитацию. Свежие кратеры на первой, как правило, глубже, чем соразмерные образования на второй. Это может быть следствием низкого содержания летучих веществ в коре Меркурия или более высоких ударных скоростей (поскольку скорость объекта на солнечной орбите увеличивается при приближении к Солнцу).

Кратеры больше 100 км в диаметре начинают приближаться к овальной форме, характерной для подобных крупных образований. Эти структуры - полициклические бассейны - имеют размеры 300 км и более и являются результатом наиболее мощных столкновений. Несколько десятков их было обнаружено на сфотографированной части планеты. Изображения «Мессенджера» и лазерная альтиметрия внесли большой вклад в понимание этих остаточных шрамов от ранних астероидных бомбардировок Меркурия.

Равнина Жары

Эта ударная структура простирается на 1550 км. При первоначальном ее обнаружении «Маринером-10» считалось, что ее размеры значительно меньше. Внутреннее пространство объекта представляет собой гладкие равнины, укрытые складчатыми и изломанными концентрическими окружностями. Крупнейшие хребты простираются на несколько сотен километров в длину, около 3 км в ширину и менее 300 метров в высоту. Более 200 изломов, сопоставимых по размерам краями, исходят от центра равнины; многие из них являются впадинами, ограниченными бороздами (грабенами). Там, где грабены пересекаются с гребнями, они, как правило, проходят через них, что свидетельствует об их более позднем формировании.

Типы поверхности

Равнину Жары окружают два типа местности — ее кромка и рельеф, образованный выброшенной породой. Кромка представляет собой кольцо неправильных горных блоков, достигающих 3 км в высоту, которые являются самыми высокими горами, обнаруженными на планете, с относительно крутыми склонами в направлении к центру. Второе гораздо меньшее кольцо отстоит на 100-150 км от первого. За внешними склонами расположена зона линейных радиальных хребтов и долин, частично заполненных равнинами, некоторые из которых усеяны многочисленными буграми и холмами в несколько сотен метров. Происхождение образований, составляющих широкие кольца вокруг бассейна Жары, противоречиво. Некоторые равнины на Луне образовались в основном в результате взаимодействия выбросов с уже существующим рельефом поверхности, и это, возможно, также справедливо для Меркурия. Но результаты «Мессенджера» дают основание предположить, что значительную роль в их формировании сыграла вулканическая активность. Там не только мало кратеров, по сравнению с бассейном Жары, что указывает на затяжной период становления равнин, но они обладают другими чертами, более явно связанными с вулканизмом, чем можно было увидеть на изображениях, полученных «Маринером-10». Решающие доказательства вулканизма были получены с помощью снимков «Мессенджера», показывающих жерла вулканов, многие из которых расположены вдоль внешнего края равнины Жары.

Кратер Радитлади

Caloris является одной из самых молодых крупных полицикличных равнин, по крайней мере на исследованной часть Меркурия. Она, вероятно, образовалось тогда же, когда и последняя гигантская структура на Луне, - около 3,9 млрд лет назад. Изображения «Мессенджера» выявили еще один, гораздо меньший ударный кратер с видимым внутренним кольцом, который мог образоваться намного позже, названный бассейном Радитлади.

Странный антипод

На другой стороне планеты, в точности в 180° напротив равнины Жары, расположен участок странно искаженной местности. Ученые интерпретируют этот факт, говоря об их одновременном формировании путем фокусировки сейсмических волн от событий, которые затронули антиподальную поверхность Меркурия. Холмистая и испещренная линиями местность является обширной зоной возвышенностей, представляющих собой холмистые многоугольники шириной 5-10 км и высотой до 1,5 км. Существовавшие до этого кратеры были превращены в холмы и трещины сейсмическими процессами, в результате которых и сформировался данный рельеф. У некоторых из них дно было ровным, но затем его форма изменилась, что свидетельствует о более позднем их заполнении.

Равнины

Равнина - это относительно ровная или плавно волнистая поверхность Меркурия, Венеры, Земли и Марса, которая встречается повсеместно на этих планетах. Представляет собой «полотно», на котором развивался ландшафт. Равнины являются свидетельством процесса разрушения грубого рельефа и создания сглаженного пространства.

Существует как минимум три способа «шлифовки», благодаря которой, вероятно, выравнивалась поверхность Меркурия.

Один из способов - повышение температуры - снижает прочность коры и ее способность удерживать высокий рельеф. На протяжении миллионов лет горы «тонут», дно кратеров поднимется и поверхность Меркурия выравнивается.

Второй способ включает перемещение пород в сторону более низких участков местности под действием силы тяжести. С течением времени порода накапливается в низинах и заполняет более высокие уровни по мере увеличения ее объема. таким образом ведут себя потоки лавы из недр планеты.

Третий способ заключается в попадании фрагментов пород на поверхность Меркурия сверху, что в конечном итоге приводит к выравниванию грубого рельефа. Примером этого механизма могут служить выбросы породы при образовании кратеров и вулканический пепел.

Вулканическая активность

Некоторые доказательства, склоняющие к гипотезе о влиянии вулканической активности на формирование многих равнин, окружающих бассейн Жары, уже были приведены. Другие относительно молодые равнины на Меркурии, особенно заметные в регионах, освещенных под небольшим углом во время первого облета «Мессенджера», демонстрируют характерные особенности вулканизма. Например, несколько старых кратеров были заполнены до краев потоками лавы, подобно таким же образованиям на Луне и Марсе. Однако широко распространенные равнины на Меркурии оценить сложнее. Поскольку они старше, то очевидно, что вулканы и других вулканические образования могли подвергнуться эрозии или разрушиться иначе, затрудняя их объяснение. Понимание этих старых равнин имеет важное значение, поскольку они, вероятно, причастны к исчезновению большей части кратеров диаметром 10-30 км, по сравнению с Луной.

Эскарпы

Важнейшими формами рельефа Меркурия, которые позволяют получить представление о внутреннем строении планеты, являются сотни зубчатых уступов. Протяженность этих скал варьируется от десятков до более чем тысяч километров, а высота - от 100 м до 3 км. Если смотреть сверху, то края их кажутся округлыми или зубчатыми. Понятно, что это - результат трещинообразования, когда часть грунта поднялась и легла на прилегающую местность. На Земле такие структуры ограничены в объемах и возникают при местном горизонтальном сжатии в земной коре. Но вся исследованная поверхность Меркурия покрыта эскарпами, из чего следует, что кора планеты в прошлом уменьшилась. Из количества и геометрии эскарпов следует, что планета уменьшилась в диаметре на 3 км.

Кроме того, усадка, должно быть, продолжалась до сравнительно недавнего в геологической истории времени, так как некоторые эскарпы изменили форму хорошо сохранившихся (и, следовательно, относительно молодых) ударных кратеров. Замедление первоначально высокой скорости вращения планеты приливными силами произвело сжатие в экваториальных широтах Меркурия. Глобально распределенных эскарпы, однако, наводят на другое объяснение: позднее охлаждение мантии, возможно, в сочетании с затвердеванием части некогда полностью расплавленного ядра, привело к сжатию сердцевины и деформации холодной коры. Сокращение размеров Меркурия при охлаждении его мантии должно было привести к большему количеству продольных структур, чем можно увидеть, что говорит о незавершенности процесса сжатия.

Поверхность Меркурия: из чего состоит?

Ученые пытались выяснить состав планеты, исследуя солнечный свет, отраженный от разных ее участков. Одним из различий между Меркурием и Луной, помимо того, что первый немного темнее, является то, что спектр поверхностных яркостей его меньше. Например, моря спутника Земли — гладкие пространства, видимые невооруженным глазом как большие темные пятна — гораздо темнее, чем испещренные кратерами нагорья, а равнины Меркурия всего лишь немного темнее. Цветовые различия на планете менее выражены, хотя снимки «Мессенджера», сделанные с помощью набора цветных фильтров, показали небольшие очень красочные участки, связанные с жерлами вулканов. Эти особенности, а также относительно невыразительный видимый и ближний инфракрасный спектр отраженного солнечного света, предполагают, что поверхность Меркурия состоит из небогатых на железо и титан силикатных минералов более темного цвета, по сравнению с лунными морями. В частности, в породах планеты может быть низкое содержание окислов железа (FeO), и это приводит к предположению, что она была сформирована в гораздо более восстанавливающих условиях (т. е. при недостатке кислорода), чем другие представители земной группы.

Проблемы дистанционного исследования

Очень затруднено определение состава планеты путем дистанционного зондирования солнечного света и спектра теплового излучения, который отражает поверхность Меркурия. Планета сильно нагревается, что изменяет оптические свойства частиц минералов и осложняет прямую интерпретацию. Однако «Мессенджер» был оснащен несколькими инструментами, отсутствовавшими на борту «Маринера-10», измерявшими химический и минеральный состав напрямую. Этим приборам требовался длительный период наблюдения, пока корабль оставался вблизи Меркурия, поэтому конкретных результатов после трех первых кратких пролетов не было. Только во время орбитальной миссии «Мессенджера» появилось достаточно новой информации о составе поверхности планеты.

Как ближайшая к Солнцу планета, Меркурий получает от центрального светила значительно большую энергию, чем, например, Земля (в среднем в 10 раз). Из-за вытянутости орбиты поток энергии от Солнца варьируется примерно в два раза. Большая продолжительность дня и ночи приводит к тому, что яркостные температуры (измеряемые по инфракрасному излучению в соответствии с законом теплового излучения Планка) на «дневной» и на «ночной» сторонах поверхности Меркурия при среднем расстоянии от Солнца могут изменяться примерно от 90 К до 700 К (-180 о C до +430 о С). При этом температура в полярной области достигает ночью - 210 о С, а днем под палящими лучами Солнца в экваториальной зоне + 500 о С. Но уже на глубине нескольких десятков сантиметров значительных колебаний температуры нет, что является следствием весьма низкой теплопроводности пород. В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед. Внутренние области находящихся там кратеров Солнце никогда не освещает, и температура там может держаться около -210°С. Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11. В 1970 году Т. Мардок и Э. Ней из Миннесотского университета установили, что средняя температура ночного полушария равна -162°С (111 К). С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна +347°С.
В 1992 году во время радиолокационных наблюдений с Земли вблизи северного и южного полюсов планеты, были впервые обнаружены участки, очень сильно отражающие радиоволны. Именно эти данные и были истолкованы как свидетельства наличия льда в приповерхностном меркурианском слое. Радиолокацией, выполненной из расположенной на острове Пуэрто-Рико радиообсерватории «Аресибо», а также из Центра дальней космической связи NASA в Голдстоуне (Калифорния) было выявлено около 20 округлых пятен поперечником в несколько десятков километров, имеющих повышенное радиоотражение. Предположительно это кратеры, в которые из-за их близкого расположения к полюсам планеты солнечные лучи попадают лишь вскользь или не попадают вовсе. Такие кратеры, называемые постоянно затененными, имеются и на Луне, в них при измерениях со спутников было выявлено наличие некоторого количества водного льда. Расчеты показали, что во впадинах постоянно затененных кратеров у полюсов Меркурия может быть достаточно холодно (-175°С), чтобы там в течение длительного времени мог существовать лед. Даже на равнинных участках близ полюсов расчетная дневная температура не превышает -105°С.
Поверхность Меркурия напоминает лунную, покрыта тысячами кратеров, образовавшихся от столкновений с метеоритами и скал, которые образовались, когда молодое ядро остывало и сжималось, стягивая кору планеты, а также раздробленным веществом базальтового типа, довольно темная. 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. На Меркурии есть горы, высота наиболее высоких достигает 2-4 км. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. Судя по наблюдениям с Земли и фотографиям с космических аппаратов, она в целом похожа на поверхность Луны, хотя контраст между темными и светлыми участками выражен слабее. Наряду с кратерами (как правило, менее глубокими, чем на Луне) есть холмы и долины. Самый большой кратер на Меркурии назван в честь великого немецкого композитора Бетховена, его поперечник составляет 625 км.
До 70% изученной области занимает древняя, сильно изрытая кратерами поверхность. Наиболее существенная деталь - равнина Жары (бассейн Калорис), огромный ударный кратер с диаметром 1300 км (четверть диаметра планеты). Впадина была заполнена лавой и относительно сглажена, причем поверхность того же типа захватывает и часть области выброса. Удар произошел 3800 млн. лет назад, вызвав временное оживление вулканический деятельности, которая в основном прекратилась за 100 млн. лет до того. Это и привело к сглаживанию областей внутри и вокруг впадины. В той области поверхности Меркурия, которая диаметрально противоположна месту удара, наблюдается удивительно хаотическое строение, созданное, по-видимому, ударной волной.
Характерные детали, найденные на Меркурии, - изрезанные обрывы (лопастевидные уступы - эскарп), которые принимают форму утесов. Они были названы уступами, поскольку для их очертаний на карте типичны округлые выступы - "лопасти" поперечником до нескольких десятков километров. Высота уступов от 0,5 до 3 км, по протяженности же крупнейшие из них достигают 500 км. Уступы эти довольно крутые, но в отличие от лунных тектонических уступов, имеющих резко выраженный перегиб склона вниз, меркурианские лопастевидные имеют в своей верхней части сглаженную линию перегиба поверхности. Расположены эти уступы в древних материковых районах планеты. Как предполагают, они сформировались при сжатии планетарной коры в процессе охлаждения. В некоторых местах они пересекают стенки кратеров. Расчеты же величины сжатия указывают на сокращение площади коры на 100 тыс кв км, что соответствует уменьшению радиуса планеты на 1-2 км. (остывание и затвердевание недр планеты). Радарные наблюдения Меркурия в конце 2001г, показали наличие на его поверхности большого кратера диаметром 85 км. По своему строению он схож с кратером Тихо на поверхности Луны, но может быть значительно моложе, чем лунное образование возрастом 109 миллионов лет.

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.

планета Меркурий

Общие сведения о планете Меркурий. Таинственная планета

Рис.1 Меркурий. Изображение составлено из снимков MESSENGERа от 30 января 2008г. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

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.

рис.2 Смена фаз Меркурия. Credit: сайт

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.

рис.3 Прохождение Меркурия по диску Солнца. Снимок аппарата SOHO и телескопа TRACE от 7 мая 2003г. Credit: NASA Goddard Space Flight Center

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.

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.

рис.5 MESSENGER. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

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...

рис.6 Глобальная карта Меркурия, составленная на основе изображений сделанных «Маринером-10» и Messenger-ом. Credit: NASA

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.

рис.7 BepiColombo. Credit: ESA

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

рис.8 Расстояние от планет земной группы до Солнца. Credit: Lunar and Planetary Institute

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.

рис.9 Обсерватория Аресибо. Credit: courtesy of the NAIC - Arecibo Observatory, a facility of the NSF

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/см 3 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.

рис.10 Внутреннее строение Меркурия. Credit: NASA

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/см 3 . 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.

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/см 3 . На границе между мантией и ядром температура достигает 10 3 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.

рис.11 Бассейн Калорис на Меркурии. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Arizona State University/Carnegie Institution of Washington. Image reproduced courtesy of Science/AAAS

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.км 2 .

рис.12 Сравнение планет Солнечной системы. Credit: сайт

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.

рис.13 «Паук» в пределах бассейна Калорис. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

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. км 2 .

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.

рис.14 Кратеры на поверхности Меркурия. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

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 см 2 меркурианской поверхности - всего 400 триллионов, количество молекул других газов на порядок меньше. Общее же количество молекул газа в столбе атмосферы Меркурия составляет 2x10 14 над 1 см 2 площади поверхности.

Малое количество газов в атмосфере планеты говорит о её чрезвычайной разреженности: так давление всех меркурианских газов на 1 см 2 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.

рис.15 Магнитосфера Меркурия. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

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.

Чтобы получить представление о том, насколько большой Меркурий, давайте посмотрим на него в сравнении с нашей планетой.
Диаметр его составляет 4879 км. Это примерно 38% от диаметра нашей планеты. Другими словами, мы могли бы поставить три Меркурия бок о бок, и они будут чуточку больше, чем Земля.

Какова площадь поверхности

Площадь поверхности составляет 75 миллионов квадратных километров, что составляет примерно 10% площади поверхности Земли.

Если бы Вы могли развернуть Меркурий, то он стал бы почти в два раза больше площади Азии (44 миллиона квадратных километров).

А как насчет объема? Объем равен 6,1 х 10*10 км3. Это большое число, но это только 5,4% объема Земли. Другими словами, мы смогли бы поместить 18 объектов размером с Меркурий внутрь Земли.

Масса составляет 3,3 х 10*23 кг. Опять же, это много, но в соотношении это равно только 5,5% массы нашей планеты.

Наконец, давайте посмотрим на силу тяжести на его поверхности. Если бы вы могли стоять на поверхности Меркурия (в хорошем, жаропрочном скафандре), то почувствовали бы 38% силы тяжести, которую чувствуете на Земле. Иначе говоря, если вы весите 100 кг, то на Меркурии всего 38 кг.

	· · · ·
	·