Меркурий - самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца за 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток на Меркурии составляет 58,65 земных, а солнечных - 176 земных. Планета названа в честь древнеримского бога торговли Меркурия, аналога греческого Гермеса и вавилонского Набу.
Меркурий относится к внутренним планетам, так как его орбита лежит внутри орбиты Земли. После лишения Плутона в 2006 году статуса планеты, Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от 1,9 до 5,5, но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). О планете пока известно сравнительно немного. Только в 2009 году учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов «Маринер-10» и «Мессенджер». Наличие каких-либо естественных спутников у планеты не обнаружено.
Меркурий - самая маленькая планета земной группы. Его радиус составляет всего 2439,7 ± 1,0 км, что меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана. Масса планеты равна 3,3·1023 кг. Средняя плотность Меркурия довольно велика - 5,43 г/см, что лишь незначительно меньше плотности Земли. Учитывая, что Земля больше по размерам, значение плотности Меркурия указывает на повышенное содержание в его недрах металлов. Ускорение свободного падения на Меркурии равно 3,70 м/с. Вторая космическая скорость - 4,25 км/с. Несмотря на меньший радиус, Меркурий всё же превосходит по массе такие спутники планет-гигантов, как Ганимед и Титан.
Астрономический символ Меркурия представляет собой стилизованное изображение крылатого шлема бога Меркурия с его кадуцеем.
Движение планеты
Меркурий движется вокруг Солнца по довольно сильно вытянутой эллиптической орбите (эксцентриситет 0,205) на среднем расстоянии 57,91 млн км (0,387 а. е.). В перигелии Меркурий находится в 45,9 млн км от Солнца (0,3 а. е.), в афелии - в 69,7 млн км (0,46 а. е.) В перигелии Меркурий более чем в полтора раза ближе к Солнцу, чем в афелии. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 7°. На один оборот по орбите Меркурий затрачивает 87,97 земных суток. Средняя скорость движения планеты по орбите 48 км/с. Расстояние от Меркурия до Земли меняется в пределах от 82 до 217 млн км.
В течение долгого времени считалось, что Меркурий постоянно обращён к Солнцу одной и той же стороной, и один оборот вокруг оси занимает у него те же 87,97 земных суток. Наблюдения деталей на поверхности Меркурия не противоречили этому. Данное заблуждение было связано с тем, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через период, примерно равный шестикратному периоду вращения Меркурия (352 суток), поэтому в различное время наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. Истина раскрылась только в середине 1960-х годов, когда была проведена радиолокация Меркурия.
Оказалось, что меркурианские звёздные сутки равны 58,65 земных суток, то есть 2/3 меркурианского года. Такая соизмеримость периодов вращения вокруг оси и обращения Меркурия вокруг Солнца является уникальным для Солнечной системы явлением. Оно, предположительно, объясняется тем, что приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением. В результате за один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота. То есть если в момент прохождения Меркурием перигелия определённая точка его поверхности обращена точно к Солнцу, то при следующем прохождении перигелия к Солнцу будет обращена в точности противоположная точка поверхности, а ещё через один меркурианский год Солнце снова вернётся в зенит над первой точкой. В результате солнечные сутки на Меркурии длятся два меркурианских года или трое меркурианских звёздных суток.
В результате такого движения планеты на ней можно выделить «горячие долготы» - два противоположных меридиана, которые попеременно обращены к Солнцу во время прохождения Меркурием перигелия, и на которых из-за этого бывает особенно горячо даже по меркурианским меркам.
На Меркурии не существует таких времён года, как на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под прямым углом к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, до которых солнечные лучи не доходят никогда. Обследование, проведённое радиотелескопом «Аресибо», позволяет предположить, что в этой студёной и тёмной зоне есть ледники. Ледниковый слой может достигать 2 м и покрыт слоем пыли.
Комбинация движений планеты порождает ещё одно уникальное явление. Скорость вращения планеты вокруг оси - величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток угловая скорость орбитального движения превышает угловую скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается и начинает двигаться в обратном направлении - с запада на восток. Этот эффект иногда называют эффектом Иисуса Навина, по имени главного героя Книги Иисуса Навина из Библии, остановившего движение Солнца (Нав.10:12-13). Для наблюдателя на долготах, отстоящих на 90° от «горячих долгот», Солнце при этом восходит (или заходит) дважды.
Интересно также, что, хотя ближайшими по расположению орбит к Земле являются Марс и Венера, Меркурий чаще других является ближайшей к Земле планетой (поскольку другие отдаляются в большей степени, не будучи столь «привязанными» к Солнцу).
Аномальная прецессия орбиты
Меркурий находится близко к Солнцу, поэтому эффекты общей теории относительности проявляются в его движении в наибольшей мере среди всех планет Солнечной системы. Уже в 1859 году французский математик и астроном Урбен Леверье сообщил, что существует медленная прецессия орбиты Меркурия, которая не может быть полностью объяснена на основе расчёта влияния известных планет согласно ньютоновской механике. Прецессия перигелия Меркурия составляет 5600 угловых секунд за век. Расчёт влияния всех других небесных тел на Меркурий согласно ньютоновской механике даёт прецессию 5557 угловых секунд за век. Пытаясь объяснить наблюдаемый эффект, он предположил, что существует ещё одна планета (или, возможно, пояс небольших астероидов), орбита которой расположена ближе к Солнцу, чем у Меркурия, и которая вносит возмущающее влияние (другие объяснения рассматривали неучтённое полярное сжатие Солнца). Благодаря ранее достигнутым успехам в поисках Нептуна с учётом его влияния на орбиту Урана данная гипотеза стала популярной, и искомая гипотетическая планета даже получила название - Вулкан. Однако эта планета так и не была обнаружена.
Так как ни одно из этих объяснений не выдержало проверки наблюдениями, некоторые физики начали выдвигать более радикальные гипотезы, что необходимо изменять сам закон тяготения, например, менять в нём показатель степени или добавлять в потенциал члены, зависящие от скорости тел. Однако большинство таких попыток оказались противоречивыми. В начале XX века общая теория относительности дала объяснение наблюдаемой прецессии. Эффект очень мал: релятивистская «добавка» составляет всего 42,98 угловой секунды за век, что составляет 1/130 (0,77 %) от общей скорости прецессии, так что потребуется по меньшей мере 12 млн оборотов Меркурия вокруг Солнца, чтобы перигелий вернулся в положение, предсказанное классической теорией. Подобное, но меньшее смещение существует и для других планет - 8,62 угловой секунды за век для Венеры, 3,84 для Земли, 1,35 для Марса, а также астероидов - 10,05 для Икара.
Гипотезы образования Меркурия
С XIX века существует научная гипотеза, что Меркурий в прошлом являлся спутником планеты Венеры, который впоследствии был ею «потерян». В 1976 году Томом ван Фландерном (англ.)русск. и К. Р. Харрингтоном, на основании математических расчётов, было показано, что эта гипотеза хорошо объясняет большие отклонения (эксцентриситет) орбиты Меркурия, его резонансный характер обращения вокруг Солнца и потерю вращательного момента как у Меркурия, так и у Венеры (у последней также - приобретение вращения, обратного основному в Солнечной системе).
В настоящее время эта гипотеза не подтверждается наблюдательными данными и сведениями с автоматических станций планеты. Наличие массивного железного ядра с большим количеством серы, процентное содержание которых больше, чем в составе любой другой планеты Солнечной системы, особенности геологического и физико-химического строения поверхности Меркурия говорят о том, что планета была сформирована в солнечной туманности независимо от других планет, то есть Меркурий всегда был самостоятельной планетой.
Сейчас существуют несколько версий для объяснения происхождения огромного ядра, самая распространённая из которых говорит о том, что у Меркурия первоначально отношение массы металлов к массе силикатов было подобно таковым в самых распространённых метеоритах - хондритах, состав которых в общем типичен для твёрдых тел Солнечной системы и внутренних планет, а масса планеты в древние времена была приблизительно в 2.25 раз больше её настоящей массы. В истории ранней Солнечной системы Меркурий, возможно, испытал столкновение с планетезималью приблизительно 1/6 его собственной массы на скорости ~20 км/с. Большую часть коры и верхнего слоя мантии снесло в космическое пространство, которые раздробившись в горячую пыль рассеялись в межпланетном пространстве. А ядро планеты, состоящее из более тяжёлых элементов сохранилось.
По другой гипотезе, Меркурий сформировался в уже крайне обеднённой лёгкими элементами внутренней части протопланетного диска, которые были выметены Солнцем во внешние области Солнечной системы.
Поверхность
По своим физическим характеристикам Меркурий напоминает Луну. У планеты нет естественных спутников, но есть очень разреженная атмосфера. Планета обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля по своей совокупности составляющим 0,01 от земного. Ядро Меркурия составляет 83 % от всего объёма планеты. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (от +80 до +430 °C). Солнечная сторона нагревается гораздо больше, чем полярные области и обратная сторона планеты.
Поверхность Меркурия также во многом напоминает лунную - она сильно кратерирована. Плотность кратеров различна на разных участках. Предполагается, что более густо усеянные кратерами участки являются более древними, а менее густо усеянные - более молодыми, образовавшимися при затоплении лавой старой поверхности. В то же время крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Самый большой кратер на Меркурии назван в честь великого голландского живописца Рембрандта, его поперечник составляет 716 км. Однако сходство неполное - на Меркурии видны образования, которые на Луне не встречаются. Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров, - эскарпов. Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого площадь поверхности Меркурия уменьшилась на 1 %. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3-4 млрд лет там не происходило в широких масштабах движение участков коры, а также отсутствовала эрозия поверхности, последнее почти полностью исключает возможность существования в истории Меркурия сколько-нибудь существенной атмосферы.
В ходе исследований, проводимых зондом «Мессенджер», было сфотографировано свыше 80 % поверхности Меркурия и выявлено, что она однородна. Этим Меркурий не схож с Луной или Марсом, у которых одно полушарие резко отличается от другого.
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.
Кратеры
Кратеры на Меркурии варьируются по размеру в пределах от маленьких впадин, имеющих форму чаши, до многокольцевых ударных кратеров, имеющих в поперечнике сотни километров. Они находятся в разной стадии разрушения. Есть относительно хорошо сохранившиеся кратеры с длинными лучами вокруг них, которые образовались в результате выброса вещества в момент удара. Имеются также сильно разрушенные остатки кратеров. Меркурианские кратеры отличаются от лунных тем, что область их покрова от выброса вещества при ударе меньше из-за большей силы тяжести на Меркурии.
Одна из самых заметных деталей поверхности Меркурия - равнина Жары (лат. Caloris Planitia). Эта деталь рельефа получила такое название потому, что расположена вблизи одной из «горячих долгот». Её поперечник составляет около 1550 км.
Вероятно, тело, при ударе которого образовался кратер, имело поперечник 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 пересечённого «хаотического» ландшафта. Также о силе удара свидетельствует тот факт, что он вызвал выброс лавы, которая образовала высокие концентрические круги на расстоянии 2 км вокруг кратера.
Точка с самым высоким альбедо на поверхности Меркурия - это кратер Койпер диаметром 60 км. Вероятно, это один из наиболее «молодых» крупных кратеров на Меркурии.
До недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится металлическое ядро радиусом 1800-1900 км, содержащее 60 % массы планеты, так как КА «Маринер-10» обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером не может иметь жидкого ядра. Но в 2007 году группа Жана-Люка Марго подвела итоги пятилетних радарных наблюдений за Меркурием, в ходе которых были замечены вариации вращения планеты, слишком большие для модели с твёрдым ядром. Поэтому на сегодняшний день можно с высокой долей уверенности говорить, что ядро планеты именно жидкое.
Процентное содержание железа в ядре Меркурия выше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. Было предложено несколько теорий для объяснения этого факта. Согласно наиболее широко поддерживаемой в научном сообществе теории, Меркурий изначально имел такое же соотношение металла и силикатов, как в обычном метеорите, имея массу в 2,25 раза больше, чем сейчас. Однако в начале истории Солнечной системы в Меркурий ударилось планетоподобное тело, имеющее в 6 раз меньшую массу и несколько сот километров в поперечнике. В результате удара от планеты отделилась большая часть изначальной коры и мантии, из-за чего относительная доля ядра в составе планеты увеличилась. Подобный процесс, известный как теория гигантского столкновения, был предложен и для объяснения формирования Луны. Однако первые данные исследования элементного состава поверхности Меркурия с помощью гамма-спектрометра АМС «Мессенджер» не подтверждают эту теорию: изобилие радиоактивного изотопа калий-40 умеренно летучего химического элемента калия по сравнению с радиоактивными изотопами торий-232 и уран-238 более тугоплавких элементов урана и тория не стыкуется с высокими температурами, неизбежными при столкновении. Поэтому предполагается, что элементный состав Меркурия соответствует первичному элементному составу материала, из которого он сформировался, близкому к энстатитовым хондритам и безводным кометным частицам, хотя содержание железа в исследованных к настоящему времени энстатитовых хондритах недостаточно для объяснения высокой средней плотности Меркурия.
Ядро окружено силикатной мантией толщиной 500-600 км. Согласно данным от «Маринера-10» и наблюдениям с Земли толщина коры планеты составляет от 100 до 300 км.
Геологическая история
Как и у Земли, Луны и Марса, геологическая история Меркурия разделена на эры. Они имеют следующие названия (от более ранней к более поздней): дотолстовская, толстовская, калорская, поздняя калорская, мансурская и койперская. Данное разделение периодизирует относительный геологический возраст планеты. Абсолютный возраст, измеряемый в годах, точно не установлен.
После формирования Меркурия 4,6 млрд лет назад происходила интенсивная бомбардировка планеты астероидами и кометами. Последняя сильная бомбардировка планеты произошла 3,8 млрд лет назад. Часть регионов, например, Равнина Жары, формировалась также за счёт их заполнения лавой. Это привело к образованию гладких плоскостей внутри кратеров, наподобие лунных.
Затем, по мере того как планета остывала и сжималась, стали образовываться хребты и разломы. Их можно наблюдать на поверхности более крупных деталей рельефа планеты, таких как кратеры, равнины, что указывает на более позднее время их образования. Период вулканизма на Меркурии закончился, когда мантия сжалась достаточно для предотвращения выхода лавы на поверхность планеты. Это, вероятно, произошло в первые 700-800 млн лет её истории. Все последующие изменения рельефа обусловлены ударами о поверхность планеты внешних тел.
Магнитное поле
Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого в 100 раз меньше земного. Магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру и в высшей степени симметрично, а его ось всего на 10 градусов отклоняется от оси вращения планеты, что налагает существенное ограничение на круг теорий, объясняющих его происхождение. Магнитное поле Меркурия, возможно, образуется в результате эффекта динамо, то есть так же, как и на Земле. Этот эффект является результатом циркуляции жидкого ядра планеты. Из-за выраженного эксцентриситета планеты возникает чрезвычайно сильный приливный эффект. Он поддерживает ядро в жидком состоянии, что необходимо для проявления эффекта динамо.
Магнитное поле Меркурия достаточно сильное, чтобы изменять направление движения солнечного ветра вокруг планеты, создавая магнитосферу. Магнитосфера планеты, хотя и настолько мала, что может поместиться внутри Земли, достаточно мощная, чтобы поймать плазму солнечного ветра. Результаты наблюдений, полученные «Маринером-10», обнаружили низкоэнергетическую плазму в магнитосфере на ночной стороне планеты. В хвосте магнитосферы были обнаружены взрывы активных частиц, что указывает на динамические качества магнитосферы планеты.
Во время второго пролёта планеты 6 октября 2008 года «Мессенджер» обнаружил, что магнитное поле Меркурия может иметь значительное количество окон. Космический аппарат столкнулся с явлением магнитных вихрей - сплетённых узлов магнитного поля, соединяющих корабль с магнитным полем планеты. Вихрь достигал 800 км в поперечнике, что составляет треть радиуса планеты. Данная вихревая форма магнитного поля создаётся солнечным ветром. Так как солнечный ветер обтекает магнитное поле планеты, оно связывается и проносится с ним, завиваясь в вихреподобные структуры. Эти вихри магнитного потока формируют окна в планетарном магнитном щите, через которые солнечный ветер проникает и достигает поверхности Меркурия. Процесс связи планетного и межпланетного магнитных полей, названный магнитным пересоединением, - обычное явление в космосе. Оно возникает и у Земли, когда она генерирует магнитные вихри. Однако, по наблюдениям «Мессенджера», частота пересоединения магнитного поля Меркурия в 10 раз выше.
Условия на Меркурии
Близость к Солнцу и довольно медленное вращение планеты, а также крайне слабая атмосфера приводят к тому, что на Меркурии наблюдаются самые резкие перепады температур в Солнечной системе. Этому способствует также рыхлая поверхность Меркурия, которая плохо проводит тепло (а при полностью отсутствующей или крайне слабой атмосфере тепло может передаваться вглубь только за счёт теплопроводности). Поверхность планеты быстро нагревается и остывает, но уже на глубине в 1 м суточные колебания перестают ощущаться, а температура становится стабильной, равной приблизительно +75 °C.
Средняя температура его дневной поверхности равна 623 К (349,9 °C), ночной - всего 103 К (170,2 °C). Минимальная температура на Меркурии равна 90 К (183,2 °C), а максимум, достигаемый в полдень на «горячих долготах» при нахождении планеты близ перигелия, - 700 К (426,9 °C).
Несмотря на такие условия, в последнее время появились предположения о том, что на поверхности Меркурия может существовать лёд. Радарные исследования приполярных областей планеты показали наличие там участков деполяризации от 50 до 150 км, наиболее вероятным кандидатом отражающего радиоволны вещества может являться обычный водяной лёд. Поступая на поверхность Меркурия при ударах о неё комет, вода испаряется и путешествует по планете, пока не замёрзнет в полярных областях на дне глубоких кратеров, куда никогда не заглядывает Солнце, и где лёд может сохраняться практически неограниченно долго.
При пролёте космического аппарата «Маринер-10» мимо Меркурия было установлено наличие у планеты предельно разреженной атмосферы, давление которой в 5·1011 раз меньше давления земной атмосферы. В таких условиях атомы чаще сталкиваются с поверхностью планеты, чем друг с другом. Атмосферу составляют атомы, захваченные из солнечного ветра или выбитые солнечным ветром с поверхности, - гелий, натрий, кислород, калий, аргон, водород. Среднее время жизни отдельного атома в атмосфере - около 200 суток.
Водород и гелий, вероятно, поступают на планету с солнечным ветром, диффундируя в её магнитосферу, и затем уходят обратно в космос. Радиоактивный распад элементов в коре Меркурия является другим источником гелия, натрия и калия. Присутствуют водяные пары, выделяющиеся в результате ряда процессов, таких как удары комет о поверхность планеты, образование воды из водорода солнечного ветра и кислорода камней, сублимация изо льда, который находится в постоянно затенённых полярных кратерах. Нахождение значительного числа родственных воде ионов, таких как O+, OH+ H2O+, стало неожиданностью.
Так как значительное число этих ионов было найдено в окружающем Меркурий космосе, учёные предположили, что они образовались из молекул воды, разрушенных на поверхности или в экзосфере планеты солнечным ветром.
5 февраля 2008 года группой астрономов из Бостонского университета под руководством Джеффри Бомгарднера было объявлено об открытии кометоподобного хвоста у планеты Меркурий длиной более 2,5 млн км. Обнаружили его при наблюдениях с наземных обсерваторий в линии натрия. До этого было известно о хвосте длиной не более 40 000 км. Первое изображение данной группой было получено в июне 2006 года на 3,7-метровом телескопе Военно-воздушных сил США на горе Халеакала (Гавайи), а затем использовали ещё три меньших инструмента: один на Халеакала и два на обсерватории Макдональд (штат Техас). Телескоп с 4-дюймовой апертурой (100 мм) использовался для создания изображения с большим полем зрения. Изображение длинного хвоста Меркурия было получено в мае 2007 года Джоди Вилсоном (старший научный сотрудник) и Карлом Шмидтом (аспирант). Видимая длина хвоста для наблюдателя с Земли составляет порядка 3°.
Новые данные о хвосте Меркурия появились после второго и третьего пролёта АМС «Мессенджер» в начале ноября 2009 года. На основе этих данных сотрудники НАСА смогли предложить модель данного явления.
Особенности наблюдения с Земли
Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от -1,9 до 5,5, но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). В высоких широтах планету никогда нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий виден в течение очень небольшого промежутка времени после наступления сумерек. Оптимальным временем для наблюдений планеты являются утренние или вечерние сумерки в периоды его элонгаций (периодов максимального удаления Меркурия от Солнца на небе, наступающих несколько раз в год).
Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия - в низких широтах и вблизи экватора: это связано с тем, что продолжительность сумерек там наименьшая. В средних широтах найти Меркурий гораздо труднее и возможно только в период наилучших элонгаций, а в высоких широтах невозможно вообще. Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия в средних широтах обоих полушарий складываются около равноденствий (продолжительность сумерек при этом минимальная).
Наиболее раннее известное наблюдение Меркурия было зафиксировано в таблицах «Муль апин» (сборник вавилонских астрологических таблиц). Это наблюдение, скорее всего, было выполнено ассирийскими астрономами примерно в XIV веке до н. э. Шумерское название, используемое для обозначения Меркурия в таблицах «Муль апин», может быть транскрибировано в виде UDU.IDIM.GUU4.UD («прыгающая планета»). Первоначально планету ассоциировали с богом Нинуртой, а в более поздних записях её называют «Набу» в честь бога мудрости и писцового искусства.
В Древней Греции во времена Гесиода планету знали под именами («Стилбон») и («Гермаон»). Название «Гермаон» является формой имени бога Гермеса. Позже греки стали называть планету «Аполлон».
Существует гипотеза, что название «Аполлон» соответствовало видимости на утреннем небе, а «Гермес» («Гермаон») на вечернем. Римляне назвали планету в честь быстроногого бога торговли Меркурия, который эквивалентен греческому богу Гермесу, за то, что он перемещается по небу быстрее остальных планет. Римский астроном Клавдий Птолемей, живший в Египте, написал о возможности перемещения планеты через диск Солнца в своей работе «Гипотезы о планетах». Он предположил, что такое прохождение никогда не наблюдалось потому, что такая планета, как Меркурий, слишком мала для наблюдения или потому, что момент прохождения наступает нечасто.
В Древнем Китае Меркурий назывался Чэнь-син, «Утренняя звезда». Он ассоциировался с направлением на север, чёрным цветом и элементом воды в У-син. По данным «Ханьшу», синодический период Меркурия китайскими учёными признавался равным 115,91 дней, а по данным «Хоу Ханьшу» - 115,88 дней. В современной китайской, корейской, японской и вьетнамской культурах планета стала называться «Водяная звезда».
Индийская мифология использовала для Меркурия имя Будха. Этот бог, сын Сомы, был главенствующим по средам. В германском язычестве бог Один также ассоциировался с планетой Меркурий и со средой. Индейцы майя представляли Меркурий как сову (или, возможно, как четыре совы, причём две соответствовали утреннему появлению Меркурия, а две - вечернему), которая была посланником загробного мира. На иврите Меркурий был назван «Коха в Хама».
Меркурий на звёздном небе (вверху, над Луной и Венерой)
В индийском астрономическом трактате «Сурья-сиддханта», датированном V веком, радиус Меркурия был оценён в 2420 км. Ошибка по сравнению с истинным радиусом (2439,7 км) составляет менее 1%. Однако эта оценка базировалась на неточном предположении об угловом диаметре планеты, который был принят за 3 угловые минуты.
В средневековой арабской астрономии астроном из Андалусии Аз-Заркали описал деферент геоцентрической орбиты Меркурия как овал наподобие яйца или кедрового ореха. Тем не менее, эта догадка не оказала влияния на его астрономическую теорию и его астрономические вычисления. В XII веке Ибн Баджа наблюдал две планеты в виде пятен на поверхности Солнца. Позднее астрономом марагинской обсерватории Аш-Ширази было высказано предположение, что его предшественником наблюдалось прохождение Меркурия и (или) Венеры. В Индии астроном кералийской школы Нилаканса Сомаяджи (англ.)русск. в XV веке разработал частично гелиоцентрическую планетарную модель, в которой Меркурий вращался вокруг Солнца, которое, в свою очередь, вращалось вокруг Земли. Эта система была похожа на систему Тихо Браге, разработанную в XVI веке.
Средневековые наблюдения Меркурия в северных частях Европы затруднялись тем, что планета всегда наблюдается в заре - утренней или вечерней - на фоне сумеречного неба и довольно низко над горизонтом (особенно в северных широтах). Период его наилучшей видимости (элонгация) наступает несколько раз в году (продолжаясь около 10 дней). Даже в эти периоды увидеть Меркурий невооружённым глазом непросто (относительно неяркая звёздочка на довольно светлом фоне неба). Существует история о том, что Николай Коперник, наблюдавший астрономические объекты в условиях северных широт и туманного климата Прибалтики, сожалел, что за всю жизнь так и не увидел Меркурий. Эта легенда сложилась исходя из того, что в работе Коперника «О вращениях небесных сфер» не приводится ни одного примера наблюдений Меркурия, однако он описал планету, используя результаты наблюдений других астрономов. Как он сам сказал, Меркурий всё-таки можно «изловить» с северных широт, проявив терпение и хитрость. Следовательно, Коперник вполне мог наблюдать Меркурий и наблюдал его, но описание планеты делал по чужим результатам исследований.
Наблюдения с помощью телескопов
Первое телескопическое наблюдение Меркурия было сделано Галилео Галилеем в начале XVII века. Хотя он наблюдал фазы Венеры, его телескоп не был достаточно мощным, чтобы наблюдать фазы Меркурия. В 1631 году Пьер Гассенди сделал первое телескопическое наблюдение прохождения планеты по диску Солнца. Момент прохождения был вычислен до этого Иоганном Кеплером. В 1639 году Джованни Зупи с помощью телескопа открыл, что орбитальные фазы Меркурия подобны фазам Луны и Венеры. Наблюдения окончательно продемонстрировали, что Меркурий обращается вокруг Солнца.
Очень редким астрономическим событием является перекрытие одной планетой диска другой, наблюдаемое с Земли. Венера перекрывает Меркурий раз в несколько столетий, и это событие наблюдалось только один раз в истории - 28 мая 1737 года Джоном Бевисом в Королевской Гринвичской обсерватории. Следующее перекрытие Венерой Меркурия будет 3 декабря 2133 года.
Трудности, сопровождающие наблюдение Меркурия, привели к тому, что он долгое время был изучен менее остальных планет. В 1800 году Иоганн Шрётер, наблюдавший детали поверхности Меркурия, объявил о том, что наблюдал на ней горы высотой 20 км. Фридрих Бессель, используя зарисовки Шрётера, ошибочно определил период вращения вокруг своей оси в 24 часа и наклон оси в 70°. В 1880-х годах Джованни Скиапарелли картографировал планету более точно и предположил, что период вращения составляет 88 дней и совпадает с сидерическим периодом обращения вокруг Солнца из-за приливных сил. Работа по картографированию Меркурия была продолжена Эженом Антониади, который в 1934 году выпустил книгу, где были представлены старые карты и его собственные наблюдения. Многие детали поверхности Меркурия получили своё название согласно картам Антониади.
Итальянский астроном Джузеппе Коломбо (англ.)русск. заметил, что период вращения составляет 2/3 от сидерического периода обращения Меркурия, и предположил, что эти периоды попадают в резонанс 3:2. Данные с «Маринера-10» впоследствии подтвердили эту точку зрения. Это не означает, что карты Скиапарелли и Антониади неверны. Просто астрономы видели одни и те же детали планеты каждый второй оборот её вокруг Солнца, заносили их в карты и игнорировали наблюдения в то время, когда Меркурий был обращён к Солнцу другой стороной, так как из-за геометрии орбиты в это время условия для наблюдения были плохими.
Близость Солнца создаёт некоторые проблемы и для телескопического изучения Меркурия. Так, например, телескоп «Хаббл» никогда не использовался и не будет использоваться для наблюдения этой планеты. Его устройство не позволяет проводить наблюдения близких к Солнцу объектов - при попытке сделать это аппаратура получит необратимые повреждения.
Исследования Меркурия современными методами
Меркурий - наименее изученная планета земной группы. К телескопическим методам его изучения в XX веке добавились радиоастрономические, радиолокационные и исследования с помощью космических аппаратов. Радиоастрономические измерения Меркурия были впервые проведены в 1961 году Ховардом, Барреттом и Хэддоком с помощью рефлектора с двумя установленными на нём радиометрами. К 1966 году на основе накопленных данных получены неплохие оценки температуры поверхности Меркурия: 600 К в подсолнечной точке и 150 К на неосвещённой стороне. Первые радиолокационные наблюдения были проведены в июне 1962 года группой В. А. Котельникова в ИРЭ, они выявили сходство отражательных свойств Меркурия и Луны. В 1965 году подобные наблюдения на радиотелескопе в Аресибо позволили получить оценку периода вращения Меркурия: 59 дней.
Только два космических аппарата были направлены для исследования Меркурия. Первым был «Маринер-10», который в 1974-1975 годах трижды пролетел мимо Меркурия; максимальное сближение составляло 320 км. В результате было получено несколько тысяч снимков, покрывающих примерно 45 % поверхности планеты. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах.
Из всех планет, видных невооружённым глазом, только Меркурий никогда не имел собственного искусственного спутника. В настоящее время НАСА осуществляет вторую миссию к Меркурию под названием «Мессенджер». Аппарат был запущен 3 августа 2004 года, а в январе 2008 года впервые совершил облёт Меркурия. Для выхода на орбиту вокруг планеты в 2011 году аппарат совершил ещё два гравитационных манёвра вблизи Меркурия: в октябре 2008 года и в сентябре 2009 года. «Мессенджер» также выполнил один гравитационный манёвр у Земли в 2005 году и два манёвра вблизи Венеры: в октябре 2006 и в июне 2007 года, в ходе которых производил проверку оборудования.
Маринер-10 - первый космический аппарат, достигший Меркурия.
Европейским космическим агентством (ESA) совместно с японским аэрокосмическим исследовательским агентством (JAXA) разрабатывается миссия «Бепи Коломбо», 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. Запуск BepiColombo планируется на 2013 год, а в 2019 году он выйдет на орбиту вокруг Меркурия, где и разделится на две составляющие.
Развитие электроники и информатики сделало возможным наземные наблюдения Меркурия с помощью приёмников излучения ПЗС и последующую компьютерную обработку снимков. Одним из первых серии наблюдений Меркурия с ПЗС-приёмниками осуществил в 1995-2002 годах Йохан Варелл в обсерватории на острове Ла Пальма на полуметровом солнечном телескопе. Варелл выбирал лучшие из снимков, не используя компьютерное сведение. Сведение начали применять в Абастуманской астрофизической обсерватории к сериям фотографий Меркурия, полученным 3 ноября 2001 года, а также в обсерватории Скинакас Ираклионского университета к сериям от 1-2 мая 2002 года; для обработки результатов наблюдений применили метод корреляционного совмещения. Полученное разрешённое изображение планеты обладало сходством с фотомозаикой «Маринера-10», очертания небольших образований размерами 150-200 км повторялись. Так была составлена карта Меркурия для долгот 210-350°.
17 марта 2011 года межпланетный зонд «Мессенджер» (англ. Messenger) вышел на орбиту Меркурия. Предполагается, что с помощью аппаратуры, установленной на нём, зонд сможет исследовать ландшафт планеты, состав её атмосферы и поверхности; также оборудование «Мессенджера» позволяет вести исследования энергичных частиц и плазмы. Срок работы зонда определяется в один год.
17 июня 2011 года стало известно, что, по данным первых исследований, проведённых КА «Мессенджер», магнитное поле планеты не симметрично относительно полюсов; таким образом, северного и южного полюса Меркурия достигает различное количество частиц солнечного ветра. Также был проведён анализ распространённости химических элементов на планете.
Особенности номенклатуры
Правила в именовании геологических объектов, находящихся на поверхности Меркурия, утверждены на XV Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в 1973 году:
Маленький кратер Хун Каль (указан стрелкой), служащий точкой привязки системы долгот Меркурия. Фото АМС «Маринер-10»
За крупнейшим объектом на поверхности Меркурия, диаметром около 1300 км, закрепилось название Равнина Жары, поскольку та располагается в области максимальных температур. Это многокольцевая структура ударного происхождения, залитая застывшей лавой. Другая равнина, находящаяся в области минимальных температур, у северного полюса, названа Равниной Северной. Остальные подобные формирования получили название планеты Меркурий или аналога римского бога Меркурия в языках разных народов мира. Например: Равнина Суйсей (планета Меркурий по-японски) и Равнина Будха (планета Меркурий на хинди), Равнина Собкоу (планета Меркурий у древних египтян), Равнина Один (скандинавский бог) и Равнина Тир (древнеармянское божество).
Кратеры Меркурия (за двумя исключениями) получают название в честь известных людей в гуманитарной сфере деятельности (архитекторы, музыканты, писатели, поэты, философы, фотографы, художники). Например: Барма, Белинский, Глинка, Гоголь, Державин, Лермонтов, Мусоргский, Пушкин, Репин, Рублёв, Стравинский, Суриков, Тургенев, Феофан Грек, Фет, Чайковский, Чехов. Исключение составляют два кратера: Койпер по имени одного из главных разработчиков проекта «Маринер-10» и Хун Каль, что означает число «20» на языке народа майя, который использовал двадцатеричную систему счисления. Последний кратер находится у экватора на меридиане 200 западной долготы и был избран в качестве удобного ориентира для отсчёта в системе координат поверхности Меркурия. Первоначально кратерам большего размера присваивались имена знаменитостей, которые, по мнению МАС, имели соответственно большее значение в мировой культуре. Чем крупнее кратер - тем сильнее влияние личности на современный мир. В первую пятёрку вошли Бетховен (диаметром 643 км), Достоевский (411 км), Толстой (390 км), Гёте (383 км) и Шекспир (370 км).
Эскарпы (уступы), горные цепи и каньоны получают названия кораблей исследователей, вошедших в историю, поскольку бог Меркурий/Гермес считался покровителем путешественников. Например: Бигль, Заря, Санта-Мария, Фрам, Восток, Мирный). Исключением из правила являются две гряды, наименованные в честь астрономов Гряда Антониади и Гряда Скиапарелли.
Долины и другие детали на поверхности Меркурия получают названия в честь крупных радиообсерваторий, как признание значения метода радиолокации в исследовании планеты. Например: Долина Хайстек (радиотелескоп в США).
Впоследствии, в связи с открытием в 2008 году автоматической межпланетной станцией «Мессенджер» борозд на Меркурии, добавилось правило именования борозд, которые получают названия великих архитектурных сооружений. Например: Пантеон на Равнине Жары.
Меркурий - это планета, которая находится ближе всего к Солнцу. На Меркурии практически нет атмосферы, небо там темное, как ночь и всегда ярко светит Солнце. С поверхности планеты Солнце выглядело бы в 3 раза больше по размеру, чем земное. Поэтому перепады температур на Меркурии сильно выражены: от -180 o C по ночам до нестерпимо жарких +430 o C днем (при такой температуре плавится свинец и олово).
У этой планеты очень странный счет времени. На Меркурии вам придется перевести часы таким образом, чтобы день длился примерно 6 земных месяцев, а год - всего 3 (88 земных суток). Хотя планета Меркурий известна с давних времен, тысячи лет человек не имел представления о том, как она выглядит (пока в 1974 году аппарат NASA не передал первые снимки).
Более того, древние астрономы вообще не сразу поняли, что утром и вечером видят одну и ту же звезду. Древние римляне считали Меркурия покровителем торговли, путешественников и воров, а также вестником богов. Неудивительно, что небольшая планета, быстро перемещающаяся по небу вслед за Солнцем, получила его имя.
Меркурий является самой маленькой планетой после Плутона (которого лишили статуса планеты в 2006 году). Диаметр не больше 4880 км и совсем немного превышает по размерам Луну. Такая скромная величина и постоянная близость к Солнцу создают трудности для изучения и наблюдения за данной планетой с Земли.
Меркурий выделяется также своей орбитой. Она у него не круговая, а более вытянутая эллиптическая, если сравнивать с прочими планетами Солнечной системы. Минимальное расстояние до Солнца равно примерно 46 миллионам километров, максимальное - приблизительно на 50% больше (70 миллионов).
Меркурий получает в 9 раз больше солнечного света, чем поверхность Земли. Отсутствие атмосферы, которая могла бы защищать от сжигающих солнечных лучей, приводит к тому, что температура на поверхности поднимается до 430 o C. Это одно из самых жарких мест в Солнеченой системе.
Поверхность планеты Меркурий - олицетворение древности, неподвласной времени. Атмосфера здесь очень разряжена, а воды вообще никогда не было, поэтому эрозионные процессы практически отсутствовали, если не считать последствий падения редких метеоритов или столкновений с кометами.
Галерея
А знаете ли Вы...
Хотя ближайшими по расположению орбит к Земле являются Марс и Венера, Меркурий чаще других является ближайшей к Земле планетой,поскольку другие отдаляются в большей степени, не будучи столь «привязанными» к Солнцу.
На Меркурии не существует таких времён года, как на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под почти прямым углом к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, до которых солнечные лучи не доходят никогда. Это позволяет предположить, что в этой студёной и тёмной зоне есть ледники.
Меркурий движется быстрее любой другой планеты. Комбинация его движений приводит к тому, что восход Солнца на Меркурии продолжается недолго, после чего Солнце заходит и восходит вновь. На закате эта последовательность повторяется в обратном порядке.
Для своих размеров Меркурий очень тяжел - по-видимому, у него огромное железное ядро. Астрономы полагают, что когда-то планета была крупнее и имела более толстые внешние слои, но миллиарды лет назад столкнулась с протопланетой, и часть мантии и коры разлетелась в космическое пространство.
0,147 Земных
0,056 Земных
0,055 Земных
0,984 Земных
0,38
281.01°
0,106 (геом. альбедо)
24,9 % натрий
9,5 %, А. кислород
7,0 % аргон
5,9 % гелий
5,6 %, М. кислород
5,2 % азот
3,6 % углекислый газ
3,4 % вода
3,2 % водород
Меркурий в натуральном цвете (снимок Mariner 10)
Мерку́рий - самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы , обращается вокруг Солнца за 88 земных суток. Меркурий относится к внутренним планетам, так как его орбита проходит ближе к Солнцу, чем основной пояс астероидов. После лишения Плутона в 2006 году статуса планеты Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −2,0 до 5,5, но его нелегко заметить по причине очень маленького углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). В высоких широтах планету никогда нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий всегда скрывается в утренней или вечерней заре. Оптимальным временем для наблюдений планеты являются утренние или вечерние сумерки в периоды его элонгаций (периодов максимального удаления Меркурия от Солнца на небе, наступающих несколько раз в год).
Наблюдать Меркурий удобно в низких широтах и вблизи экватора: это связано с тем, что продолжительность сумерек там наименьшая. В средних широтах найти Меркурий гораздо труднее и только в период наилучших элонгаций, а в высоких широтах невозможно вообще.
О планете пока известно сравнительно немного. Аппарат Маринер-10 , изучавший Меркурий в -1975 годах , успел картографировать лишь 40-45 % поверхности. В январе 2008 года мимо Меркурия пролетела межпланетная станция MESSENGER , которая выйдет на орбиту вокруг планеты в 2011 году.
По своим физическим характеристикам Меркурий напоминает Луну , сильно кратерирован . У планеты нет естественных спутников, но есть очень разреженная атмосфера. Планета обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля по своей совокупности составляющим 0,1 от земного. Ядро Меркурия составляет 70 процентов от всего объёма планеты. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 (от −180 до +430 °C). Солнечная сторона нагревается гораздо больше, чем полярные области и обратная сторона планеты.
Несмотря на меньший радиус, Меркурий всё же превосходит по массе такие спутники планет-гигантов , как Ганимед и Титан .
Астрономический символ Меркурия представляет собой стилизованное изображение крылатого шлема бога Меркурия с его кадуцеем .
История и название
Самые древние свидетельства наблюдения Меркурия можно найти ещё в шумерских клинописных текстах, датируемых третьим тысячелетием до н. э. Планета названа в честь бога римского пантеона Меркурия , аналога греческого Гермеса и Вавилонского Набу . Древние греки времён Гесиода называли Меркурий «Στίλβων» (Стилбон, Блестящий). До V века до н. э. греки полагали, что Меркурий, видимый на вечернем и утреннем небе - два различных объекта. В Древней Индии Меркурий именовали Будда (बुध) и Рогинея . В китайском , японском , вьетнамском и корейском языках Меркурий называется Водяная звезда (水星) (в соответствии с представлениями о «Пяти элементах». На иврите название Меркурия звучит как «Коха́в Хама́» (כוכב חמה) («Солнечная планета»).
Движение планеты
Меркурий движется вокруг Солнца по довольно сильно вытянутой эллиптической орбите (эксцентриситет 0,205) на среднем расстоянии 57,91 млн км (0,387 а. е.). В перигелии Меркурий находится в 45,9 млн км от Солнца (0,3 а.е), в афелии - в 69,7 млн км (0,46 а.е) В перигелии Меркурий более чем в полтора раза ближе к Солнцу чем в афелии. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 7°. На один оборот по орбите Меркурий затрачивает 87,97 суток. Средняя скорость движения планеты по орбите 48 км/с.
В течение долгого времени считалось, что Меркурий постоянно обращён к Солнцу одной и той же стороной, и один оборот вокруг оси занимает у него те же 87,97 суток. Наблюдения деталей на поверхности Меркурия, выполненные на пределе разрешающей способности, казалось, не противоречили этому. Данное заблуждение было связано с тем, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через тройной синодический период , то есть 348 земных суток , что примерно равно шестикратному периоду вращения Меркурия (352 суток), поэтому в различное время наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. С другой стороны, некоторые астрономы полагали, что меркурианские сутки примерно равны земным. Истина раскрылась только в середине 1960-х годов , когда была проведена радиолокация Меркурия.
Оказалось, что меркурианские звёздные сутки равны 58,65 земных суток, то есть 2/3 меркурианского года. Такая соизмеримость периодов вращения и обращения Меркурия является уникальным для Солнечной системы явлением. Оно предположительно объясняется тем, что приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением. В результате за один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота. То есть, если в момент прохождения Меркурием перигелия определённая точка его поверхности обращена точно к Солнцу, то при следующем прохождении перигелия к Солнцу будет обращена в точности противоположная точка поверхности, а ещё через один меркурианский год Солнце снова вернётся в зенит над первой точкой. В результате солнечные сутки на Меркурии длятся два меркурианских года или трое меркурианских звёздных суток.
В результате такого движения планеты на ней можно выделить «горячие долготы» - два противоположных меридиана , которые попеременно обращены к Солнцу во время прохождения Меркурием перигелия, и на которых из-за этого бывает особенно горячо даже по меркурианским меркам.
Комбинация движений планеты порождает ещё одно уникальное явление. Скорость вращения планеты вокруг оси - величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток скорость орбитального движения превышает скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается, и начинает двигаться в обратном направлении - с запада на восток. Этот эффект иногда называют эффектом Иисуса Навина , по имени главного героя Книги Иисуса Навина из Библии , остановившего движение Солнца (Нав., X, 12-13). Для наблюдателя на долготах, отстоящих на 90° от «горячих долгот», Солнце при этом восходит (или заходит) дважды.
Интересно также, что, хотя ближайшими по расположению орбит к Земле являются Марс и Венера, именно Меркурий является бо́льшую часть времени ближайшей к Земле планетой, чем любая другая (поскольку другие отдаляются в большей степени, не будучи столь «привязанными» к Солнцу).
Физические характеристики
Сравнительные размеры Меркурия, Венеры, Земли и Марса
Меркурий - самая маленькая планета земной группы. Его радиус составляет всего 2439,7 ± 1,0 км, что меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана . Масса планеты равна 3,3×10 23 кг. Средняя плотность Меркурия довольно велика - 5,43 г/см³, что лишь незначительно меньше плотности Земли . Учитывая, что Земля больше по размерам, значение плотности Меркурия указывает на повышенное содержание в его недрах металлов. Ускорение свободного падения на Меркурии равно 3,70 м/с². Вторая космическая скорость - 4,3 км/с.
Кратер Койпер (чуть ниже центра). Снимок КА MESSENGER
Одна из самых заметных деталей поверхности Меркурия - Равнина Жары (лат. Caloris Planitia ). Этот кратер получил своё название, потому что расположен вблизи одной из «горячих долгот». Его поперечник составляет около 1300 км. Вероятно, тело, при ударе которого образовался кратер, имело поперечник 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 пересечённого «хаотического» ландшафта.
Атмосфера и физические поля
При пролёте космического аппарата «Маринер-10 » мимо Меркурия было установлено наличие у планеты предельно разреженной атмосферы , давление которой в 5×10 11 раз меньше давления земной атмосферы. В таких условиях атомы чаще сталкиваются с поверхностью планеты, чем друг с другом. Её составляют атомы, захваченные из солнечного ветра или выбитые солнечным ветром с поверхности - гелий , натрий , кислород , калий , аргон , водород . Среднее время жизни определённого атома в атмосфере около 200 суток.
Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого в 300 раз меньше напряжённости магнитного поля Земли. Магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру и в высшей степени симметрично , а его ось всего на 2 градуса отклоняется от оси вращения планеты, что налагает существенное ограничение на круг теорий, объясняющих его происхождение.
Исследования
Снимок участка поверхности Меркурия, полученный аппаратом MESSENGER
Меркурий - наименее изученная планета земной группы. Только два аппарата были направлены для его исследования. Первым был «Маринер-10 », который в -1975 годах трижды пролетел мимо Меркурия; максимальное сближение составляло 320 км. В результате было получено несколько тысяч снимков, охватывающих примерно 45 % поверхности планеты. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах.
Меркурий в искусстве
- В научно-фантастическом рассказе Бориса Ляпунова «Ближайшие к Солнцу» (1956 г.) советские космонавты впервые высаживаются на Меркурий и Венеру для их изучения.
- В повести Айзека Азимова «Большое солнце Меркурия» (серия о Лакки Старре) действие происходит на Меркурии.
- В рассказах Айзека Азимова «Хоровод » (Runaround) и «Ночь, которая умирает» (The Dying Night), написанных соответственно в 1941 и 1956 годах, описывается Меркурий, повёрнутый к Солнцу одной стороной. При этом во втором рассказе на этом факте строится разгадка детективного сюжета.
- В научно-фантастическом романе Франсиса Карсака «Бегство Земли », наряду с основным сюжетом, описывается научная станция по изучению Солнца, расположенная на Северном полюсе Меркурия. Учёные живут на базе, расположенной в вечной тени глубоких кратеров, а наблюдения ведутся с постоянно освещённых светилом гигантских башен.
- В научно-фантастической повести Алана Нурса «Через Солнечную сторону» главные герои пересекают сторону Меркурия обращённую к Солнцу. Повесть написана в соответствии с научными взглядами своего времени, когда предполагалось, что Меркурий постоянно обращён к Солнцу одной стороной.
- В аниме-мультсериале «Сейлор Мун » планету олицетворяет девушка-воительница Сейлор Меркурий, она же Ами Мицуно. Ее атака заключается в силе воды и льда.
- В научно-фантастической повести Клиффорда Саймака «Однажды на Меркурии», основным полем действия является Меркурий, а энергетическая форма жизни на нем - шары, превосходит человечество на миллионы лет развития, давно пройдя стадию цивилизации.
Примечания
См. также
Литература
- Бронштэн В. Меркурий - ближайший к Солнцу // Аксёнова М. Д. Энциклопедия для детей. Т. 8. Астрономия - М.: Аванта+, 1997. - С. 512-515. - ISBN 5-89501-008-3
- Ксанфомалити Л. В. Неизвестный Меркурий // В мире науки . - 2008. - № 2.
Ссылки
- Сайт о миссии MESSENGER (англ.)
- Фотографии Меркурия, сделанные Мессенджером (англ.)
- Раздел о миссии BepiColombo (англ.) на сайте JAXA
- А. Левин. Железная планета Популярная механика № 7, 2008
- «Самый близкий» Лента.ру , 5 октября 2009, фотографии Меркурия, сделанные «Мессенджером»
- «Опубликованы новые снимки Меркурия» Лента.ру, 4 ноября 2009, о сближении в ночь с 29 на 30 сентября 2009 года Мессенджера и Меркурия
Здесь на Земле, мы склонны воспринимать время как должное, никогда не задумываясь, что шаг, с которым мы измеряем его, довольно относителен.
Например, то, как мы измеряем наши дни и годы, является фактическим результатом расстояния нашей планеты до Солнца, время, требующееся для совершения оборота вокруг него, и обращения вокруг собственной оси. То же самое верно для других планет в нашей Солнечной системе. В то время как мы – земляне рассчитываем день за 24 часа от рассвета до заката, длина одного дня на другой планете существенно отличается. В некоторых случаях, он очень короткий, в то время как в других, он может длиться более года.
День на Меркурии:
Меркурий является самой близкой планетой к нашему Солнцу, начиная от 46 001 200 км в перигелии (ближайшее расстояние к Солнцу) до 69 816 900 км в афелии (дальше всего). Оборот Меркурия вокруг своей оси занимает 58,646 земных суток, это означает, что день на Меркурии проходит примерно за 58 земных дня от рассвета до заката.
Однако, всего 87,969 земных дня требуется Меркурию, чтобы облететь Солнце один раз (иначе говоря, орбитальный период). Это означает, что год на Меркурии эквивалентен приблизительно 88 земным суткам, что в свою очередь означает, что один год на Меркурии длится 1,5 меркурианских дня. Более того, северные полярные области Меркурия постоянно находятся в тени.
Это происходит из-за его наклона оси – 0,034° (для сравнения у Земли 23,4°), это означает, что на Меркурии нет экстремальных сезонных изменений, когда дни и ночи могут длиться месяцами, в зависимости от сезона. На полюсах Меркурия всегда темно.
День на Венере:
Также известная как «близнец Земли», Венера – вторая самая близкая планета к нашему Солнцу – в пределах от 107 477 000 км в перигелии до 108 939 000 км в афелии. К сожалению, Венера и самая медленная планета, этот факт очевиден, если взглянуть на ее полюса. Принимая во внимание, что планеты в Солнечной системе испытала уплощение на полюсах из-за скорости вращения, Венера не пережила его.
Венера вращается со скоростью всего 6,5 км/ч (по сравнению с рациональной скоростью Земли в 1670 км/ч), которая приводит к сидерическому периоду вращения 243,025 дня. Технически это минус 243,025 дня, так как вращение Венеры ретроградное (т.е вращение в противоположную сторону ее орбитального пути вокруг Солнца).
Тем ни менее Венера все таки обращается вокруг своей оси за 243 земных дня, т.е между ее восходом и закатом проходит очень много дней. Это может казаться странным, пока Вы не знаете, что один Венерианский год длится 224,071 земных суток. Да, Венере необходимо 224 дня чтобы завершить орбитальный период, но более 243 дня, чтобы пройти от рассвета до заката.
Таким образом, один день Венеры немного больше чем Венерианский год! Хорошо, что Венера имеет другие сходства с Землёй, но это явно не суточный цикл!
День на Земле:
Когда мы думаем о дне на Земле, мы склоны думать, что это просто 24 часа. По правде говоря, сидерический период вращения Земли 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Так один день на Земле эквивалентен 0,997 земным суткам. Странно, но опять же, люди предпочитают простоту, когда дело доходит до управления временем, поэтому мы округляем.
В то же время, существуют различия в длине одного дня на планете в зависимости от сезона. Ввиду наклона земной оси, количество получаемого солнечного света в некоторых полушариях будет меняться. Наиболее яркие случаи происходят на полюсах, где день и ночь могут длиться на протяжении нескольких дней и даже месяцев, в зависимости от сезона.
На Северном и Южном полюсах в зимний период, одна ночь может длиться до шести месяцев, известна как «полярная ночь». Летом на полюсах начнется так называемый «полярный день», где солнце не заходит 24 часа. Это на самом деле не так просто, как хотелось бы представить.
День на Марсе:
Во многих отношениях Марс тоже можно назвать «близнецом Земли». Добавим к полярной ледяной шапке сезонные колебания и воду (хотя и в замороженном виде), и день на Марсе довольно близок к земному. Один оборот вокруг своей оси Марс делает за 24 часа 
37 минут и 22 секунды. Это означает, что один день на Марсе эквивалентен 1,025957 земным дням.
Сезонные циклы на Марсе, похожи на наши земные, больше чем на любой другой планете, из-за его наклона оси 25,19°. В результате марсианские дни испытывают подобные изменения с Солнцем, которое рано всходит и поздно садится летом, а зимой наоборот.
Однако сезонные изменения длятся на Марсе вдвое дольше, потому что Красная планета находится на большем расстоянии от Солнца. Это приводит к тому, что Марсианский год длится вдвое дольше земного – 686,971 земных дня или 668,5991 марсианских дня или Сола.
День на Юпитере:
Учитывая тот факт, что это самая большая планета в Солнечной системе, можно было бы ожидать, что день на Юпитере будет длиться долго. Но, как оказывается, официально день на Юпитере длится всего 9 часов 55 минут и 30 секунд, что составляет меньше трети продолжительности земного дня. Это связано с тем, что газовый гигант имеет очень большую скорость вращения примерно 45300 км/ч. Такая высокая скорость вращения также одна из причин, по которой на планете такие сильные штормы.
Обратите внимание на использование слова официально. Так как Юпитер не твердое тело, его верхняя атмосфера движется со скоростью отличной от скорости на его экваторе. В основном, вращение полярной атмосферы Юпитера на 5 минут быстрее, чем у экваториальной атмосферы. Из-за этого астрономы используют три системы отсчета.
Система I применяется в широтах с 10°N до 10°S, где его период вращения составляет 9 часов 50 минут и 30 секунд. Система II применяется на всех широтах к северу и к югу от них, там период вращения равен 9 часам 55 минутам и 40,6 секундам. Система III соответствует вращению магнитосферы планеты, и этот период используется IAU и IAG, чтобы определить официальное вращение Юпитера (т.е 9 часов 44 минуты и 30 секунд)
Так что, если Вы теоретически могли бы стоять на облаках газового гиганта, вы бы наблюдали восход Солнца меньше чем раз в 10 часов в любой широте Юпитера. А за один год на Юпитере Солнце восходит примерно 10 476 раз.
День на Сатурне:
Ситуация Сатурна очень подобна Юпитеру. Несмотря на его крупный размер, у планеты есть предположительная скорость вращения 35 500 км/ч. Одно сидерическое вращение Сатурна занимает приблизительно 10 часов 33 минуты, делая один день на Сатурне меньше, чем половина земного дня.
Орбитальный период вращения Сатурна эквивалентен 10 759,22 земным суткам (или 29,45 земным годам), год длится примерно 24 491 сатурианских дней. Однако, как и у Юпитера, атмосфера Сатурна вращается с разной скоростью в зависимости от широты, что требует использование астрономами трех различных систем отсчета.
Система I охватывает экваториальные зоны Южного экваториального полюса и Северного экваториального пояса, и имеет период 10 часов 14 минут. Система II охватывает все остальные широты Сатурна, за исключением северного и южного полюсов, период вращения 10 часов 38 минут и 25,4 секунды. Система III использует радиоизлучение, чтобы измерить внутреннюю скорость вращения Сатурна, которая привела к периоду вращения 10 часов 39 минут 22,4 секунды.
Используя эти различные системы, ученые получили различные данные из Сатурна за эти годы. Например, данные, полученные в течение 1980-х миссиями Voyager 1 и 2, указали, что день на Сатурне составляет 10 часов 45 минут и 45 секунд (± 36 секунд).
В 2007 это было пересмотрено исследователями на кафедре Земли, планетарных и космических наук UCLA, что привело к текущей оценке 10 часов и 33 минуты. Во многом, как и с Юпитером, проблема точных измерений связана с тем, что разные части вращаются с разной скоростью.
День на Уране:
Когда мы подошли к Урану, вопрос о том, сколько длится день, стал сложнее. С одной стороны, планета имеет звёздный период вращения 17 часов 14 минут и 24 секунды, что является эквивалентным 0,71833 земным суткам. Таким образом, можно сказать, что день на Уране длится почти столько же, сколько день на Земле. Это было бы верно, если бы не чрезвычайный наклон оси этого газо-ледяного гиганта.
С наклоном оси 97,77° Уран, по сути, вращается вокруг Солнца на боку. Это означает, что его север или юг обращены прямо к Солнцу в разное время орбитального периода. Когда на одном полюсе лето, там будет непрерывно светить солнце в течение 42 лет. Когда тот же полюс отвернут от Солнца (то есть на Уране зима), там 42 года будет темнота.
Следовательно, можно сказать, что один день на Уране от восхода до заката длится целых 84 года! Другими словами, один день на Уране длится столько же, сколько и один год.
Кроме того, как и с другими гигантами газа/льда, Уран вращается быстрее в определенных широтах. Следовательно, в то время как вращение планеты на экваторе, приблизительно в 60° южной широты, составляет 17 часов и 14,5 минут, видимые особенности атмосферы движутся гораздо быстрее, делая полный оборот всего за 14 часов.
День на Нептуне:
Наконец, у нас есть Нептун. Здесь также измерение одного дня несколько сложнее. Например, сидерический период вращения Нептуна составляет примерно 16 часов 6 минут и 36 секунд (эквивалентно 0,6713 земным дням). Но из-за его газа/ледяного происхождения, полюса планеты сменяют друг друга быстрее, чем экватор.
Принимая во внимание, что скорость вращения магнитного поля планеты 16,1 часов, экваториальная зона вращается примерно 18 часов. Между тем полярные области вращаются в течение 12 часов. Это дифференциальное вращение ярче, чем у любой другой планеты в Солнечной системе, что приводит к сильному широтному сдвигу ветра.
Кроме того, наклон оси планеты 28.32° приводит к сезонным колебаниям, похожим на Земные и Марсианские. Длинный орбитальный период Нептуна означает, что сезон длится в течение 40 земных лет. Но т.к его осевой наклон сопоставим с Земным, изменение продолжительности его дня в течение его длительного года не так экстремально.
Как Вы видите из этого краткого изложения о различных планетах в нашей Солнечной системе, длительность дня полностью зависит от нашей системы отсчета. В дополнение к тому, варьирующийся, в зависимости от рассматриваемой планеты, сезонный цикл и откуда на планете производятся измерения.
Здесь, на Земле, люди воспринимают время как что-то само собой разумеющееся. Но на самом деле ведь в основе всего лежит крайне сложная система. Например, то, как люди исчисляют дни и годы, вытекает из того, каково расстояние между планетой и Солнцем, из времени, которое тратится Землей на совершение полного оборота вокруг газового светила, а также времени, которое тратится на совершение движения на 360 градусов вокруг своей оси. Тот же самый метод применим и для остальных планет, находящихся в Солнечной системе. Земляне привыкли считать, что в сутках содержится 24 часа, однако на других планетах продолжительность суток намного отличается. В некоторых случаях они короче, в других - длиннее, порой значительно. Солнечная система полна сюрпризов, и пришло время ее изучить.
Меркурий
Меркурий - это планета, которая располагается ближе всего к Солнцу. Расстояние это может составлять от 46 до 70 миллионов километров. Учитывая тот факт, что Меркурию требуется около 58 земных дней, чтобы обернуться на 360 градусов, стоит понимать, что на этой планете вы сможете увидеть рассвет только раз в 58 дней. Но для того чтобы описать круг около главного светила системы, Меркурию требуется всего 88 земных дней. Это означает, что год на этой планете длится примерно полтора дня.
Венера
Венера, известная также как «близнец Земли», является второй от Солнца планетой. Расстояние от нее до Солнца составляет от 107 до 108 миллионов километров. К сожалению, Венера также является самой медленно вращающейся планетой, что можно заметить при взгляде на ее полюса. В то время как абсолютно все планеты, находящиеся в Солнечной системе, испытали сплющивание на полюсах из-за скорости их вращения, у Венеры не наблюдается его признаков. В итоге Венере требуется около 243 земных дней, чтобы один раз обойти главное светило системы. Это может показаться странным, но планете требуется 224 дня, чтобы совершить полное вращение вокруг своей оси, что означает лишь одно: день на этой планете длится дольше, чем год!
Земля
Когда речь идет о сутках на Земле, люди обычно представляют их как 24 часа, в то время как на самом деле период вращения составляет всего 23 часа и 56 минут. Таким образом, одни сутки на Земле равны где-то 0.9 земным дням. Выглядит странно, однако люди всегда предпочитают простоту и удобство, а не точность. Однако все не так просто, и длина дня может изменяться - иногда она даже на самом деле равна 24 часам.
Марс
Во многих смыслах Марс тоже может быть назван близнецом Земли. Кроме того, что у него имеются снежные полюса, смена сезонов и даже вода (пусть и в замороженном состоянии), день на планете является крайне близким по продолжительности к дню на Земле. Оборот вокруг своей оси занимает у Марса 24 часа, 37 минут и 22 секунды. Таким образом, здесь день чуть-чуть длиннее, чем на Земле. Как уже было сказано ранее, сезонные циклы здесь также очень похожи на земные, поэтому и варианты продолжительности дня будут схожими.
Юпитер
Учитывая тот факт, что Юпитер является крупнейшей планетой Солнечной системы, можно было бы ожидать, что день на нем окажется невероятно продолжительным. Но на самом деле все обстоит совершенно иначе: сутки на Юпитере длятся всего 9 часов, 55 минут и 30 секунд, то есть один день на этой планете составляет примерно треть земного дня. Это происходит из-за того, что данный газовый гигант имеет очень высокую скорость вращения вокруг своей оси. Именно из-за этого на планете также наблюдаются очень сильные ураганы.
Сатурн
Ситуация на Сатурне очень похожа на ту, которая наблюдается на Юпитере. Несмотря на большой размер, планета имеет маленькую скорость вращения, поэтому на один период вращения на 360 градусов у Сатурна уходит всего 10 часов и 33 минуты. Это значит, что один день на Сатурне по продолжительности равен менее чем половине земного дня. И, опять же, высокая скорость вращения приводит к невероятным ураганам и даже постоянному вихревому шторму на южном полюсе.
Уран
Когда речь заходит об Уране, вопрос подсчета продолжительности дня становится затруднительным. С одной стороны, время вращения планеты вокруг своей оси составляет 17 часов, 14 минут и 24 секунды, что немногим меньше стандартного земного дня. И это заявление было бы верным, если бы не сильнейший осевой наклон Урана. Угол этого наклона составляет более 90 градусов. Это означает, что планета движется мимо главной звезды системы фактически на боку. Более того, при таком раскладе один полюс очень долгое время смотрит в сторону Солнца - целых 42 года. В итоге можно сказать, что сутки на Уране длятся 84 года!
Нептун
Последним в списке идет Нептун, и здесь также возникает проблема измерения продолжительности суток. Полное вращение вокруг своей оси планета совершает за 16 часов, 6 минут и 36 секунд. Однако и здесь имеется загвоздка - учитывая тот факт, что планета является газово-ледяным гигантом, ее полюса вращаются быстрее, чем экватор. Выше было обозначено время вращения магнитного поля планеты - ее экватор оборачивается за 18 часов, в то время как полюса завершают круговое вращение за 12 часов.