Меркурий

Пятая планета солнечной  системы Меркурий, ближайшая к  Солнцу большая планета Солнечной  системы, среднее расстояние от Солнца 0,387 астрономических единиц (58 млн. км), период обращения 88 сут., период вращения 58,6 сут., средний диаметр 4878 км, масса 3,3·1023 кг, в состав крайне разреженной атмосферы входят: Ar, Ne, He. Поверхность Меркурия по внешнему виду подобна лунной. Особенности движения Меркурий пятая планета солнечной системы движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 7°0015. Расстояние Меркурия от Солнца меняется от 46,08 млн. км до 68,86 млн. км. Период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет 87,97 земных суток, а средний интервал между одинаковыми фазами (синодический период) 115,9 земных суток. Продолжительность солнечных суток на Меркурии равна 176 земным суткам. Расстояние Меркурия от Земли меняется от 82 до 217 млн. км. Максимальный угловой размер планеты при наблюдении с Земли составляет 13, минимальный 5. Средняя скорость движения Меркурия по орбите вокруг Солнца 47,89 км/с. Период обращения Меркурия вокруг своей оси равен 58,6461 ± 0,0005 суток, что составляет 2/3 от периода обращения вокруг Солнца. Это обстоятельство является результатом действия приливного трения и крутящего момента гравитационных сил со стороны Солнца, обусловленного тем, что на Меркурии распределение масс не является строго концентрическим (центр масс смещен по отношению к геометрическому центру планеты). Обращение Меркурия вокруг Солнца и его собственное вращение приводят к тому, что длительность солнечных суток на планете равна трем звездным меркурианским суткам или двум меркурианским годам и составляет около 175,92 земных суток. Ось вращения Меркурия наклонена к плоскости его орбиты не более чем на 3°, благодаря чему заметных сезонных изменений на этой планете не должно существовать. Для наблюдений с Земли Меркурий трудный объект, так как он видимым образом никогда не удаляется от Солнца больше чем на 28°, вследствие чего его приходится наблюдать всегда на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом. Кроме того, в эту пору фаза планеты (то есть угол при планете между направлениями на Солнце и на Землю) близка к 90°, и наблюдатель видит освещенной лишь половину ее диска. Размеры, форма и масса Меркурия По форме Меркурий близок к шару с экваториальным радиусом (2440 ± 2) км, что примерно в 2,6 раза меньше, чем у Земли. Разность полуосей экваториального эллипса планеты составляет около 1 км; экваториальное и полярное сжатия незначительны. Отклонения геометрического центра планеты (шара) от центра масс порядка полутора километров. Площадь поверхности Меркурия в 6,8 раз, а объем в 17,8 раз меньше, чем у Земли. Масса Меркурия равна 3,31 · 1023 кг, что примерно в 18 раз меньше массы Земли. Средняя плотность близка к земной и составляет 5,44 г/см3. Ускорение свободного падения вблизи поверхности 3,7 м/с2. Температура и рельеф поверхности Меркурия Как ближайшая к Солнцу планета, Меркурий получает от центрального светила значительно большую энергию, чем, например, Земля (в среднем в 10 раз). Из-за вытянутости орбиты поток энергии от Солнца варьируется примерно в два раза. Большая продолжительность дня и ночи приводит к тому, что яркостные температуры (измеряемые по инфракрасному излучению в соответствии с законом теплового излучения Планка) на «дневной» и на «ночной» сторонах поверхности Меркурия при среднем расстоянии от Солнца могут изменяться примерно от 600 К до 100 К. Но уже на глубине нескольких десятков сантиметров значительных колебаний температуры нет, что является следствием весьма низкой теплопроводности пород. Поверхность Меркурия, покрытая раздробленным веществом базальтового типа, довольно темная. Судя по наблюдениям с Земли и фотографиям с космических аппаратов, она в целом похожа на поверхность Луны, хотя контраст между темными и светлыми участками выражен слабее. Наряду с кратерами (как правило, менее глубокими, чем на Луне) есть холмы и долины. Атмосфера и физические поля Над поверхностью Меркурия имеются следы весьма разреженной атмосферы, содержащей, кроме гелия, также водород, углекислый газ, углерод, кислород и благородные газы (аргон, неон). Близость Солнца обусловливает ощутимое влияние на Меркурий солнечного ветра. Благодаря этой близости значительно и приливное воздействие Солнца на Меркурий, что должно приводить к возникновению над поверхностью планеты электрического поля, напряженность которого может быть примерно вдвое больше, чем у «поля ясной погоды» над поверхностью Земли, и отличается от последнего сравнительной стабильностью. На Меркурии имеется и магнитное поле. Магнитный дипольный момент Меркурия равен 4,9 · 1022 Гс·см3, что примерно на четыре порядка меньше, чем у Земли; однако, поскольку напряженности поля обратно пропорциональны кубу радиуса планет, то на Меркурии и на Земле они близкие по порядку величины. Модель внутреннего строения Предложено несколько моделей внутреннего строения Меркурия. Согласно наиболее распространенному (хотя и предварительному) мнению планета состоит из горячего, постепенно остывающего железоникелевого ядра и силикатной оболочки, на границе между которыми температура может приближаться к 103 К. На долю ядра приходится больше половины массы планеты.

"История"  железной Планеты

 
     В телескоп Меркурий виден и в  светлое время, но таких дней на год  приходится всего-то от тридцати до сорока. Угловой размер меркурианского диска составляет менее десяти угловых секунд. И человеческий глаз, и лучшие фотоэмульсии настолько скверно различают детали поверхности планеты, что до недавнего времени наземные наблюдения Меркурия практически не приносили полезной информации. Ситуация улучшилась лишь в последние десятилетия благодаря компьютеризованным телескопам, оснащенным цифровыми мегапиксельными матрицами. С космическими наблюдениями тоже не все обстоит гладко. Орбитальный телескоп "Хаббл" с самого начала решили никогда не направлять на Меркурий - слишком опасны последствия неточной наводки. Если объектив телескопа вместо Меркурия взглянет на Солнце, его аппаратуре угрожают значительные повреждения. А отправлять к Меркурию исследовательские зонды тоже непросто. Поэтому за всю космическую эру вблизи него работал всего один корабль, американский Mariner 10, причем с тех пор прошло уже больше 30 лет. Лишь 3 августа 2004 года NASA отправило к Меркурию автоматическую станцию Messenger, которая 14 января и 6 октября 2008 совершила первые два пролета мимо планеты. "Мессенджер" еще раз приблизится к Меркурию 29 сентября 2009 года, а 18 марта 2011 года превратится в его спутник. Европейское космическое агентство и Япония в рамках проекта BepiColombo намереваются вывести на орбиты вокруг Меркурия сразу два спутника. Если все пойдет по плану, то космический "автобус" с этими аппаратами запустят в 2013 году, а цели он достигнет шестью годами позднее.      

Самые ранние сведения о наблюдениях  Меркурия (и других четырех планет, видных без помощи оптики) дошли  до нас на шумерских клинописных  табличках III тысячелетия до нашей  эры. От шумеров эти знания переняли вавилоняне, а затем и греки. Любопытно, что эллины сначала полагали, что Меркурий - не одна, а две планеты: утренняя, Аполлон, и вечерняя, Гермес. Однако примерно две с половиной тысячи лет назад они поняли, что оба имени принадлежат одному и тому же небесному телу. В те же времена замечательный математик и астроном Евдокс Книдский определил, что планета (за которой закрепилось имя Гермес) на земном небосводе возвращается в прежнее положение относительно Солнца каждые 115 суток. Этот параметр орбитального движения называется синодическим периодом, и Евдокс определил его менее чем с однопроцентной ошибкой! Греческий бог торговли (и воров!) быстроногий Гермес в римском пантеоне стал именоваться Меркурием.  
     Первым астрономом, наблюдавшим Меркурий в телескоп, стал Галилей. Будь его инструмент помощнее, Галилей заметил бы не только венерианские, но и меркурианские фазы, но судьба рассудила иначе. Первым их узрел в 1639 году итальянец Джованни Батиста Зупи, который тем самым окончательно доказал, что Меркурий является спутником Солнца. Впрочем, восемью годами раньше француз Пьер Гассенди уже наблюдал прохождение Меркурия по солнечному диску, предсказанное Иоганном Кеплером на основе гелиоцентрической теории.

Скорость вращения Меркурия вокруг своей оси почти  постоянна, а скорость орбитального движения изменяется за счет большого эксцентриситета орбиты. Вблизи перигелия  в течение некоторого времени  скорость орбитального движения превышает  скорость вращательного движения, для  наблюдателя на поверхности планеты  Солнце останавливается, а затем  начинает двигаться в обратном направлении! Это явление называют эффектом Иисуса Навина, библейского героя, остановившего  движение солнца. Для наблюдателя  на терминаторе (линии раздела дня  и ночи) Солнце восходит (или заходит) дважды.     

В середине XIX столетия меркурианская астрономия обогатилась и куда более ценными фактами. В 1841 году Иоганн Энке первым вычислил массу Меркурия по возмущениям движения кометы, которая сейчас носит его имя. Тогда же было доказано, что его орбита вращается относительно Солнца, так что Меркурий описывает не замкнутый эллипс, а розетку. Правда, скорость этого вращения очень невелика - за столетие меркурианский перигелий смещается всего на 5600 угловых секунд. В принципе, в этой аномалии не было ничего тревожного. Из ньютоновской механики следует, что строго по эллипсу может двигаться лишь одиночная планета, не имеющая соседей. Однако на Меркурий влияют не только Солнце, но и прочие планеты, главным образом гигант Юпитер. В 1859 году Урбен Леверье (тот самый, который тринадцатью годами раньше "на кончике пера" открыл Нептун) вычислил, что под действием гравитации Юпитера, Венеры, Земли и Марса орбита Меркурия должна поворачиваться приблизительно на наблюдаемую величину, но все же чуточку медленней, чем в действительности. Расхождение было ничтожным, примерно две трети угловой минуты за столетие, но объяснить его никак не получалось. Причину дополнительного поворота обнаружил в конце 1915 года Альберт Эйнштейн - на базе только что созданной общей теории относительности.

 
ПОЛЕТ "МОРЯКА"     

Львиную долю информации о  Меркурии принес феноменально удачный  полет последнего из автоматических межпланетных аппаратов Mariner ("Моряк"). Эту экспедицию предложил в 1968 году Совет по космическим исследованиям Национальной академии наук США, а спустя год ее утвердил Конгресс. Для нее построили два одинаковых корабля - основной и дублер, который предполагали отправить в космос в случае неудачи первого запуска. Сейчас "запасной игрок" экспонируется в Смитсоновском музее авиации и космонавтики в Вашингтоне.  
     "Маринер-10" занимает в истории космических исследований уникальное место. Он стал первым кораблем, которому для выхода к планете - цели потребовалось на промежуточном участке траектории произвести разгон в гравитационном поле другой планеты (Венеры). Этот маршрут разработал уже упоминавшийся Коломбо, который впервые рассказал о нем в феврале 1970 года на конференции в Калтехе. Во время пролета мимо Венеры "Маринер-10" отправил на Землю более 4 тысяч снимков, так что фактически он исследовал не одну, а две планеты - тоже первый случай в анналах космонавтики. Корабль приближался к планете - цели более одного раза (точнее, трижды), чего опять-таки ранее не случалось. И наконец, для определения пространственной ориентации зонда впервые был применен метод измерения величины лучевого давления солнечного света на энергетические панели.  
     Меркурианский зонд весом в 474 кг 3 ноября 1973 года был выведен в космос ракетой Atlas Centaur с космодрома на мысе Канаверал. Он нес две телекамеры, радиометр инфракрасного излучения, ультрафиолетовый спектрометр, пару магнитометров и прочую аппаратуру. Во время пролетов 29 марта и 21 сентября 1974 года и 16 марта 1975 года эти приборы работали с полной нагрузкой. Минимальная дистанция между зондом и планетой была достигнута на последнем пролете - 327 км. А всего через восемь суток, 24 марта, на корабле иссякло топливо для двигателей ориентационной системы, и связь с ним была потеряна. Впрочем, судьба его известна - зонд стал спутником Солнца.  
     "Маринер-10" сфотографировал примерно 45% поверхности Меркурия, измерил ее температуру, просканировал меркурианское магнитное поле и собрал сведения о газовом окружении планеты. Данные телеметрии позволили определить возмущения траектории зонда в поле тяготения планеты и на основании этого впервые точно вычислить ее массу и радиус. В общем, этот космический бродяга потрудился на славу.

 
ОРБИТАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ     

Орбита Меркурия вытянута сильнее, чем орбита любой из семи других планет от Венеры до Нептуна. Ее эксцентриситет несколько больше одной  пятой (у орбиты Земли он равен  всего лишь 0,017). В перигелии Меркурий приближается к Солнцу на 0,308 а.е. (46 млн км), а в афелии удаляется на 0,47 а.е. (в километрах это почти 70 млн). Совсем недавно были сделаны расчеты, из которых следует, что по прошествии 5 млрд лет, то есть еще до того, как Солнце превратится в красный гигант, Юпитер может растянуть орбиту Меркурия настолько, что у того появятся шансы столкнуться с Венерой. Впрочем, вероятность подобного исхода не превышает 1-2%.

За один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота, то есть в момент прохождения перигелия он подставляет Солнцу то одну сторону, то прямо противоположную. Два противоположных меридиана, которые попеременно обращены к Солнцу во время прохождения Меркурием перигелия, называют "горячими долготами" или "горячими полюсами". Карта распределения температур, полученная с помощью радиотелескопов VLA [Very Large Array], наглядно показывает наличие этих полюсов (точнее, одного - второй находится на противоположной от земных наблюдателей стороне Меркурия). Слева показаны синтезированные цветовые карты отраженного солнечного света (левая колонка) и концентрации паров натрия (правая колонка), рассчитанные на основе снимков, сделанных обсерваторией Китт-Пик на протяжении трех дней. Красной штриховкой показана ночная сторона Меркурия. Распределение натрия в атмосфере значительно меняется на протяжении дня, в особенности на полюсах. Существует предположение, что это связано с влиянием магнитного поля, которое заставляет ионы натрия и электроны мигрировать к полюсам и там рекомбинировать, образуя пары натрия. 
     Плоскость меркурианского движения наклонена к плоскости орбиты Земли (или, что то же самое, к плоскости эклиптики) на целых 7 градусов - и по этому показателю он чемпион Солнечной системы. Зато его ось вращения отстоит от нормали к этой плоскости на несчастную сотую долю градуса, то есть практически совпадает с ней (для Земли этот показатель равен 23,5 градуса), так что понятие времени года для Меркурия не имеет ни малейшего смысла. Из-за этого на меркурианском экваторе полуденное Солнце отходит от зенита не больше чем на 0,01 градуса, а на полюсах никогда не поднимается над горизонтом выше тех же 0,01 градуса. Поэтому не исключено, что на дне высокоширотных кратеров прячутся залежи водяного льда кометного и метеоритного происхождения.

РАДИОЛОКАЦИЯ Долго считалось, что периоды обращения Меркурия вокруг Солнца и вокруг собственной оси совпадают. Но в середине 1960-х с помощью радиолокации удалось установить, что меркурианский год и звездные сутки соотносятся как 3:2     

Меркурианские ночи всегда равны по продолжительности дням, но и те и другие вовсе не совпадают по протяженности с полупериодом осевого вращения! Все дело в том самом магическом соотношении 3:2 между осевым и орбитальным периодами этой странной планеты. За время одного полуповорота вокруг оси Меркурий успевает сместиться по орбите на 120 градусов, в связи с чем большая часть его поверхности остается освещенной. В результате длительность солнечных суток на Меркурии (время от восхода до восхода) составляет два меркурианских года - 176 земных суток. Половина этого времени приходится на день, половина - на ночь.  
     Меркурий уступает по размерам не только остальным планетам, но и их крупнейшим спутникам. При диаметре в 4878 км он меньше юпитерианца Ганимеда (5468 км) и сатурнианского спутника Титана (5150 км). А вот по средней плотности вещества (5,4 г/см³) Меркурий почти не уступает Земле (5,5 г/см³), несколько опережает Венеру (5,2 г/см³) и сильно превосходит Марс (3,9 г/см³). Поэтому меркурианское ускорение свободного падения, равное 3,7 м/с², практически не отличается от марсианского.

Наряду с Венерой, Землей и Марсом Меркурий относится  к планетам так называемой земной группы. В отличие от газовых гигантов и ледяных объектов пояса Койпера они имеют высокую плотность и состоят в основном из силикатов и железа. Структура всех планет и спутника Земли - Луны - похожа: в центре находится железное ядро (у Луны - предположительно), окруженное силикатной мантией и корой. Ядро Меркурия непропорционально большое, оно составляет три четверти диаметра планеты. Ранее считалось, что ядро Меркурия остыло и является твердым, однако полученные данные о магнитном поле планеты породили сомнения в кругах ученых. Впрочем, существование жидкого внешнего ядра, подогреваемого, например, солнечными приливными волнами, - лишь одна из альтернативных гипотез. Существуют и другие - например, гипотеза об остаточной намагниченности коры Меркурия или о том, что внешняя часть ядра состоит из раствора серы в железе.

 
     Однако Меркурий лидирует по другому  показателю - ненагруженной плотности  вещества. Для определения этого  параметра массу небесного тела делят не на его реальный объем, а  на тот, который оно имело бы, не будучи сдавлено собственной тяжестью. Ненагруженная плотность Меркурия практически не отличается от физической - 5,3 г/см³. А вот для Земли расхождение весьма велико, ее ненагруженная плотность равна всего лишь 4 г/см³. Отсюда следует, что Меркурий в основном состоит из тяжелых элементов, главным образом железа, которое обеспечивает около 70% его массы. Скорее всего, железо почти целиком сосредоточено в исполинском ядре, радиус которого равен 1800 км - 3/4 планетарного радиуса. Радиус земного ядра несколько больше половины радиуса планеты (точнее, 54%), а для Венеры, Марса и Луны эти отношения еще меньше.