Поверхность меркурия. Характеристика планеты Меркурий: описание, строение, фото

18.10.2019

Сжатие < 0,0006 Экваториальный радиус 2439,7 км Средний радиус 2439,7 ± 1,0 км Длина окружности 15329,1 км Площадь поверхности 7,48×10 7 км²
0,147 Земных Объём 6,08272×10 10 км³
0,056 Земных Масса 3,3022×10 23 кг
0,055 Земных Средняя плотность 5,427 г/см³
0,984 Земных Ускорение свободного падения на экваторе 3,7 м/с²
0,38 Вторая космическая скорость 4,25 км/с Скорость вращения (на экваторе) 10,892 км/ч Период вращения 58,646 дней (1407,5 часов) Наклон оси вращения 0,01° Прямое восхождение на северном полюсе 18 ч 44 мин 2 с
281.01° Склонение на северном полюсе 61,45° Альбедо 0,119 (Бонд)
0,106 (геом. альбедо) Атмосфера Состав атмосферы 31,7 % калий
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

Меркурий – самая маленькая и самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Древние римляне дали ему имя в честь бога торговли Меркурия, посланника других богов, носившего крылатые сандалии, за то, что планета быстрее других движется по небу.

Краткая характеристика

Из-за малых размеров и близости к Солнцу Меркурий неудобен для земных наблюдений, поэтому долгое время о нем было известно очень мало. Важный шаг в его изучении был сделан благодаря космическим аппаратам «Маринер-10» и «Мессенджер», с помощью которых были получены качественные снимки и подробная карта поверхности.

Меркурий относится к планетам земной группы и находится на среднем расстоянии около 58 млн. км от Солнца. При этом максимальное расстояние (в афелии) 70 млн. км, а минимальное (в перигелии) – 46 млн. км. Его радиус лишь немного больше, чем у Луны, – 2 439 км, а плотность почти такая же, как у Земли, – 5,42 г/см³. Высокая плотность означает, что в его состав входит значительная доля металлов. Масса планеты составляет 3,3·10 23 кг, и около 80% от нее составляет ядро. Ускорение свободного падения в 2,6 раз меньше земного – 3,7 м/с². Стоит заметить, что форма Меркурия идеально шарообразная – он обладает нулевым полярным сжатием, то есть его экваториальный и полярный радиусы равны. Спутников у Меркурия нет.

Планета обращается вокруг Солнца за 88 суток, а период вращения вокруг своей оси относительно звезд (звездные сутки) составляет две трети от периода обращения – 58 дней. Это означает, что одни сутки на Меркурии длятся два его года, то есть 176 земных дней. Соизмеримость периодов, по-видимому, объясняется приливным воздействием Солнца, которое тормозило вращение Меркурия, изначально более быстрое, пока их значения не сравнялись.

Меркурий обладает самой вытянутой орбитой (ее эксцентриситет равен 0,205). Она значительно наклонена к плоскости земной орбиты (плоскости эклиптики) – угол между ними составляет 7 градусов. Скорость движения планеты по орбите составляет 48 км/с.

Температура на Меркурии определялась по его инфракрасному излучению. Она изменяется в обширном диапазоне от 100 К (-173 °C) на ночной стороне и полюсах до 700 К (430 °C) в полдень на экваторе. При этом суточные колебания температуры быстро уменьшаются с продвижением вглубь коры, то есть тепловая инерция грунта велика. Отсюда был сделан вывод, что грунт на поверхности Меркурия представляет собой, так называемый реголит – сильно раздробленную породу с низкой плотностью. Из реголита также состоят поверхностные слои Луны, Марса и его спутников – Фобоса и Деймоса.

Образование планеты

Наиболее вероятным описанием происхождения Меркурия считается небулярная гипотеза, согласно которой планета в прошлом была спутником Венеры, а затем по какой-то причине вышла из-под воздействия ее гравитационного поля. По другой версии Меркурий сформировался одновременно со всеми объектами Солнечной системы во внутренней части протопланетного диска, откуда легкие элементы уже были отнесены солнечным ветром во внешние области.

По одной из версий происхождения очень тяжелого внутреннего ядра Меркурия – теории гигантского столкновения – масса планеты первоначально была в 2,25 раз больше нынешней. Однако после столкновения с небольшой протопланетой или похожим на планету объектом большая часть коры и верхнего слоя мантии рассеялась в космосе, а ядро стало составлять значительную часть от массы планеты. Такая же гипотеза используется и для объяснения происхождения Луны.

После завершения основного этапа формирования 4,6 млрд. лет назад Меркурий долгое время интенсивно обстреливался кометами и астероидами, потому его поверхность испещрена множеством кратеров. Бурная вулканическая активность на заре истории Меркурия привела к образованию лавовых равнин и «морей» внутри кратеров. По мере того, как планета постепенно остывала и сжималась, рождались другие детали рельефа: хребты, горы, холмы и уступы.

Внутреннее строение

Структура Меркурия в целом мало отличается от остальных планет земной группы: в центре находится массивное металлическое ядро радиусом около 1800 км, окруженное слоем мантии в 500 – 600 км, которая, в свою очередь, покрыта корой толщиной 100 – 300 км.

Ранее считалось, что ядро Меркурия твердое и составляет около 60% от всей его массы. Предполагали, что у такой маленькой планеты ядро может быть только твердым. Но наличие собственного магнитного поля у планеты, хоть и слабого, – веский аргумент в пользу версии об ее жидком ядре. Движение вещества внутри ядра вызывает эффект динамо, а также сильная вытянутость орбиты вызывает приливный эффект, поддерживающий ядро в жидком состоянии. Сейчас достоверно известно, что ядро Меркурия состоит из жидких железа и никеля и составляет три четверти от массы планеты.

Поверхность Меркурия практически ничем не отличается от лунной. Самое заметное сходство – это бесчисленное множество кратеров, крупных и мелких. Как и на Луне, от молодых кратеров расходятся в разные стороны светлые лучи. Однако на Меркурии нет таких обширных морей, которые к тому же были бы относительно ровными и свободными от кратеров. Еще одно заметное различие в ландшафтах – это многочисленные уступы длиной в сотни километров, образовавшиеся при сжатии Меркурия.

Кратеры располагаются на поверхности планеты неравномерно. Ученые предполагают, что районы, более густо заполненные кратерами – более старые, а более ровные – молодые. Также наличие крупных кратеров говорит о том, что на Меркурии уже, по крайней мере, 3-4 млрд. лет не было сдвигов коры и эрозии поверхности. Последнее является доказательством того, что на планете никогда не существовало достаточно плотной атмосферы.

Самый крупный кратер Меркурия имеет размер около 1500 километров и 2 километров в высоту. Внутри него находится огромная лавовая равнина – равнина Жары. Этот объект является самой заметной деталью на поверхности планеты. Тело, столкнувшееся с планетой и породившее такое масштабное образование, должно было быть не менее 100 км длиной.

Снимки зондов показали, что поверхность Меркурия однородна и рельефы полушарий не отличаются друг от друга. В этом состоит еще одно отличие планеты от Луны, а также от Марса. Состав поверхности заметно отличается от лунного – в ней мало тех элементов, которые характерны для Луны – алюминия и кальция, – но довольно много серы.

Атмосфера и магнитное поле

Атмосфера на Меркурии практически отсутствует – она очень сильно разрежена. Ее средняя плотность равна такой же плотности на Земле на высоте 700 км. Точный состав ее не определен. Благодаря спектроскопическим исследованиям известно, что в атмосфере содержится много гелия и натрия, а также кислород, аргон, калий и водород. Атомы элементов принесены из космического пространства солнечным ветром либо подняты им с поверхности. Одним из источников гелия и аргона являются радиоактивные распады в коре планеты. Присутствие паров воды объясняется образованием воды из водорода и кислорода, содержащихся в атмосфере, ударами комет о поверхность, сублимацией льда, предположительно находящегося в кратерах на полюсах.

Меркурий имеет слабое магнитное поле, напряженность которого на экваторе в 100 раз меньше, чем на Земле. Однако такой напряженности хватает, чтобы создать у планеты мощную магнитосферу. Ось поля почти совпадает с осью вращения, возраст оценивается примерно в 3,8 млрд. лет. Взаимодействие поля с обволакивающим его солнечным ветром вызывает вихри, происходящие в 10 раз чаще, чем в магнитном поле Земли.

Наблюдение

Как уже говорилось, наблюдать Меркурий с Земли довольно трудно. Он никогда не удаляется от Солнца больше, чем на 28 градусов и потому практически незаметен. Видимость Меркурия зависит от географической широты. Легче всего его наблюдать на экваторе и близких к нему широтах, поскольку здесь сумерки длятся меньше всего. На более высоких широтах Меркурий увидеть гораздо сложнее – он находится очень низко над горизонтом. Здесь наилучшие условия для наблюдения наступают во время наибольшего удаления Меркурия от Солнца или на наибольшей высоте над горизонтом во время восхода или захода Солнца. Также Меркурий удобно наблюдать во время равноденствий, когда продолжительность сумерек минимальна.

Меркурий довольно просто разглядеть в бинокль сразу после захода Солнца. Фазы Меркурия хорошо видны в телескоп от 80 мм в диаметре. Однако детали поверхности, естественно, можно рассмотреть только в гораздо более крупные телескопы, и даже с такими инструментами это будет сложной задачей.

Меркурий имеет фазы, похожие на фазы Луны. На минимальном расстоянии от Земли он виден как тонкий серп. В полной фазе он находится слишком близко к Солнцу, и увидеть его невозможно.

При запуске зонда «Маринер-10» к Меркурию (1974 г.) был использован гравитационный маневр. Прямой перелет аппарата к планете требовал колоссальных затрат энергии и был практически невозможен. Эту трудность обошли с помощью коррекции орбиты: сначала аппарат прошел мимо Венеры, и условия пролета мимо нее были подобраны так, что ее гравитационное поле изменило его траекторию ровно настолько, что зонд долетел до Меркурия без дополнительных трат энергии.

Есть предположения, что на поверхности Меркурия существует лед. В его атмосфере присутствует водяной пар, который вполне может находиться в твердом состоянии на полюсах внутри глубоких кратеров.

В XIX веке астрономы, наблюдая за Меркурием, не могли найти объяснения его орбитальному движению, используя законы Ньютона. Вычисленные ими параметры различались с наблюдаемыми. Чтобы объяснить это, была выдвинута гипотеза о том, что на орбите Меркурия находится еще одна невидимая планета Вулкан, воздействие которой и вносит наблюдаемые несоответствия. Настоящее объяснение было дано спустя десятилетия с помощью общей теории относительности Эйнштейна. Впоследствии имя планеты Вулкан было дано вулканоидам – предполагаемым астероидам, находящимся внутри орбиты Меркурия. Зона от 0,08 а.е. до 0,2 а.е. гравитационно стабильна, поэтому вероятность существования таких объектов довольно высока.

Меркурий в натуральном цвете (снимок Mariner 10)

История и название

Движение планеты

Физические характеристики

Сравнительные размеры Меркурия, Венеры, Земли и Марса

Кратер Койпер (чуть ниже центра). Снимок КА MESSENGER

Атмосфера и физические поля

Исследования

Снимок участка поверхности Меркурия, полученный аппаратом MESSENGER

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

Ближе всех к Солнцу располагается планета Меркурий. Это самая маленькая, не имеющая спутников планета земной группы, расположенная в нашей солнечной системе. За 88 суток (около 3 месяцев), она делает 1 оборот вокруг нашего Солнца.

Лучшие фотографии, были получены с единственного космического зонда «Маринер-10», отправленного для исследования Меркурия еще в 1974 году. На этих снимках отчетливо видно, что почти вся поверхность Меркурия усыпана кратерами, поэтому довольно схожа с Лунной структурой. Большая их часть образовалась при столкновении с метеоритами. Там есть равнины, горы и плоскогорья. Встречаются так же и уступы, высота которых может доходить до 3х километров. Все эти неровности связаны с разломом коры, из-за резких перепадов температур, резкого охлаждения и последующего потепления. Скорее всего, это случилось еще при формировании планеты.

Наличие плотного металлического ядра у Меркурия, характеризуется высокой плотностью и сильным магнитным полем. Мантия и кора довольно тонкие, а значит, почти вся планета состоит из тяжелых элементов. По современным подсчетам, плотность в центре ядра планеты, достигает почти 10г/см3 , а радиус ядра составляет 75% радиуса планеты и равен 1800 км. Довольно сомнительно, что такое огромное и тяжелое железосодержащее ядро было у планеты с самого начала. Ученые полагают, что при сильном столкновении, с другим небесным телом, во время формирования солнечной системы, значительная часть мантии откололась.

Орбита Меркурия

Орбита Меркурия имеет форму эксцентрика и располагается приблизительно на расстоянии 58 000 000 км от Солнца. При движении по орбите, расстояние меняется до 24 000 000 км. Скорость вращения зависит от положения планеты к Солнцу. В афелии – наиболее удаленной от Солнца точки орбиты планеты или другого небесного тела –Меркурий движется со скоростью около 38 км/с, а перигелии – самой близкой к Солнцу точки орбиты – его скорость составляет 56 км/с. Таким образом, средняя скорость движения Меркурия составляет около 48 км/с. Так как и Луна и Меркурий, располагаются между Землей и Солнцем их фазы имеют много общих черт. В ближайшей точке к Земле он имеет форму тонкой фазы полумесяца. Но из-за очень близкого положения к Солнцу, полную его фазу увидеть очень проблематично.

День и ночь на Меркурии

Одно из полушарий Меркурия, в течение длительного срока обращено к Солнцу, из-за его медленного вращения. Поэтому смена дня и ночи там происходит значительно реже, чем на других планетах солнечной системы, да и вообще, практически не заметна. День и ночь на Меркурии равны году планеты, потому что продолжаются целых 88 суток! Так же, на Меркурии характерны значительные перепады температур: днем температура поднимается до +430 °С, а ночью, опускается до – 180 °С. Ось Меркурия практически перпендикулярна к плоскости орбиты, и составляет всего 7° , поэтому смены времен года здесь нет. Зато, рядом с полюсами, наблюдаются места, куда ни когда не проникает солнечный свет.

Характеристики Меркурия

Масса: 3,3*1023 кг (0,055 массы Земли)
Диаметр на экваторе: 4880 км
Наклон оси: 0,01°
Плотность: 5,43 г/см3
Средняя температура поверхности: –73 °С
Период обращения вокруг оси (сутки): 59 дней
Расстояние от Солнца (среднее): 0, 390 а. е. или 58 млн. км
Период обращения вокруг Солнца по орбите (год): 88 дней
Скорость вращения по орбите: 48 км/с
Эксцентриситет орбиты: e = 0,0206
Наклон орбиты к эклиптике: i = 7°
Ускорение свободного падения: 3,7 м/c2
Спутники: нет

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.