Чем отличается меркурий от других планет. Характеристика планеты Меркурий: описание, строение, фото

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

Меркурий – одна из планет нашей солнечной системы. Она менее обсуждаема, о ней известно не так много, но несмотря на это, учёные не перестают пристально следить за ней. Сложно представить, сколько загадок хранит эта планета, но существуют интересные факты, о которых стало известно относительно недавно.

До Солнца рукой подать

Меркурий является самой приближенной планетой к Солнцу. Расстояние между этими двумя объектами составляет не более 58 миллионов километров. На самом деле в космическом измерении это расстояние – ничто.

Самая маленькая

Из восьми планет Солнечной системы, Меркурий является самой маленькой. В сравнении с Землёй, диаметр его экватора в три раза меньше. Однако это не мешает «малышу» входить в пятёрку планет, которые можно увидеть невооружённым взглядом, в ночном небе.

Высокая плотность

Меркурий по праву является одной из самых плотных планет Солнечной системы. Он занимает второе место по плотности, уступая этой характеристикой только нашей Земле.

Холмистая поверхность

Благодаря сжатию и охлаждению железного ядра Меркурия, его поверхность стала морщинистой. Интересно, но эскарпы, как называют их астрономы, только на поверхностных фотографиях выглядят, как морщины. На самом деле их высота превышает сотни километров.

На Меркурии периодически происходят извержения специфических гейзеров. Они выбрасывают водород, и не имеют практически ничего общего со знакомым нам земным явлением.

Тепло, где солнце греет

Несмотря на близкое соседство с Солнцем, Меркурий не самая горячая планета. Температура его атмосферы не превышает 430 градусов по Цельсию, но так нагревается лишь одна сторона. На обратной, повернутой от Солнца, поверхности температура опускается до −180°C. Пониженная плотность атмосферы не дает возможности сохранять тепло или холод, поэтому происходят резкие перепады температур. Интересно, что первенство по показателям высокой температуры занимает Венера .

Усеян кратерами

Меркурию приходилось часто сталкиваться с различного рода кометами и астероидами, которые оставили свой след на планете. Место столкновения с космическими объектами называют кратерами, а те, что превышают в диаметре 250 километров, называются бассейнами. Самым крупным бассейном «солнечного соседа» является “Равнина Жары” (Caloris), его диаметр достигает около 1550 километров – треть диаметра планеты. Сложно представить силу удара, которая стала причиной появления бассейна.

Гости с Земли

За всю историю человечества Меркурий посещали только два земных объекта, один из которых находится на орбите до сих пор («Мессенджер»). Он был запущен 3 августа 2004 г. Второй объект это межпланетная станция Маринер-10, отправленная в 1974 году для изучения Меркурия. Ей удалось несколько раз облететь планету и передать уникальные снимки на Землю.

Нет открывателя

Неизвестно до сих пор, кто стал первооткрывателем Меркурия. Эту планету видно с Земли и без телескопа, наверное, поэтому о ней было упомянуто, задолго до нашей эры. Известно одно, что открытие случилось именно тогда, когда человек стал интересоваться ночным небом и загадочными звездами.

Регенерация атмосферы

Несмотря на сильнейший солнечный ветер, атмосфера на Меркурии все же присутствует. Удивительно, что она сохраняется при таком влиянии Солнца. Учёные объясняют это тем, что атмосфера Меркурия в состоянии регенерировать, именно поэтому она удерживается на планете.

Поделится в соц. сетях

Меркурий – первая планета Солнечной системы: описание, размер, масса, орбита вокруг Солнца, расстояние, характеристика, интересные факты, история изучения.

Меркурий – первая планета от Солнца и самая маленькая планета в Солнечной системе. Это один из наиболее экстремальных миров. Свое название получил в честь посланника римских богов. Его можно отыскать без использования приборов, поэтому Меркурий отметился во многих культурах и мифах.

Однако это также и очень загадочный объект. Меркурий можно наблюдать утром и вечером в небе, а сама планета обладает собственными фазами.

Интересные факты о планете Меркурий

Давайте узнаем больше интересных фактов о планете Меркурий.

Год на Меркурии длится всего 88 дней

Один солнечный день (промежуток между полуднями) охватывает 176 дней, а сидерический день (осевое вращение) – 59 дней. Меркурий наделен наибольшим орбитальным эксцентриситетом, а удаленность от Солнца – 46-70 млн. км.

Это наименьшая планета в системе

Меркурия входит в пятерку планет, которые можно найти без использования инструментов. В экваторе простирается на 4879 км.

Стоит на втором месте по плотности

Каждый см 3 наделен показателем в 5.4 грамма. Но Земля стоит на первом месте, потому что Меркурий представлен тяжелыми металлами и горными породами.

Есть морщинки

Когда железное планетарное ядро остыло и сжалось, поверхностный слой покрылся морщинками. Они способны вытягиваться на сотни миль.

Есть расплавленное ядро

Исследователи считают, что железное ядро Меркурия способно пребывать в расплавленном состоянии. Обычно у маленьких планет оно быстро теряет нагрев. Но сейчас думают, что оно вмещает серу, которая снижает температуру плавления. Ядро охватывает 42% планетарного объема.

На втором месте по раскаленности

Хотя Венера проживает дальше, но ее поверхность стабильно удерживает наивысшую поверхностную температуру из-за парникового эффекта. Дневная сторона Меркурия прогревается на 427°C, а на ночной температура падает к -173°C. Планета лишена атмосферного слоя, поэтому не способна обеспечивать равномерное распределение нагрева.

Наиболее кратерная планета

Геологические процессы помогают планетам обновлять поверхностный слой и сглаживать кратерные шрамы. Но Меркурий лишен такой возможности. Все его кратеры именуются в честь художников, писателей и музыкантов. Ударные формирования, превышающие в диаметре 250 км, называют бассейнами. Крупнейший – Равнина Жары, простирающаяся на 1550 км.

Его посещали лишь два аппарата

Меркурий слишком близко находится к Солнцу. Трижды его облетел Маринер-10 в 1974-1975 гг., отобразив чуть меньше половины поверхности. В 2004 году туда отправился MESSENGER.

Имя дали в честь посланника у римского божественного пантеона

Точная дата обнаружения планеты неизвестна, потому что о ней писали еще шумеры в 3000 г. до н.э.

Есть атмосфера (кажется)

Гравитация составляет лишь 38% от земной, но этого мало, чтобы удержать стабильную атмосферу (разрушается солнечными ветрами). Газ выходит, но его пополняют солнечные частички и пыль.

Размер, масса и орбита планеты Меркурий

При радиусе в 2440 км и массе 3.3022 х 10 23 кг Меркурий считается самой маленькой планетой в Солнечной системе . По размеру достигает всего 0.38 земного. Также уступает по параметрам некоторым спутникам, но по плотности стоит на втором месте после Земли – 5.427 г/см 3 . На нижнем фото указано сравнение размеров Меркурия и Земли.

Это обладатель самой эксцентричной орбиты. Удаленность Меркурия от Солнца может колебаться от 46 миллионов км (перигелий) до 70 миллионов км (афелий). От этого могут меняться и ближайшие планеты. Средняя орбитальная скорость равна – 47322 км/с, поэтому на прохождения орбитального пути уходит 87.969 дней. Ниже представлена табличка характеристик планеты Меркурий.

Физические характеристики Меркурия

Экваториальный радиус	2439,7 км
Полярный радиус	2439,7 км
Средний радиус	2439,7 км
Окружность большого круга	15 329,1 км
Площадь поверхности	7,48·10 7 км² 0,147 земной
Объём	6,083·10 10 км³ 0,056 земного
Масса	3,33·10 23 кг 0,055 земной
Средняя плотность	5,427 г/см³ 0,984 земной
Ускорение свободного падения на экваторе	3,7 м/с² 0,377 g
Первая космическая скорость	3,1 км/с
Вторая космическая скорость	4,25 км/с
Экваториальная скорость вращения	10,892 км/ч
Период вращения	58,646 дней
Наклон оси	2,11′ ± 0,1′
Прямое восхождение северного полюса	18 ч 44 мин 2 с 281,01°
Склонение северного полюса	61,45°
Альбедо	0,142 (Бонд) 0,068 (геом.)
Видимая звёздная величина	от −2,6 m до 5,7 m
Угловой диаметр	4,5" – 13"

Скорость оборота оси составляет 10.892 км/ч, поэтому сутки на Меркурии длятся 58.646 дней. Это говорит о том, что планета находится в резонансе 3:2 (3 осевых вращения на 2 орбитальных).

Эксцентричность и замедленность вращения приводят к тому, что планета тратит 176 дней на то, чтобы вернуться в изначальную точку. Так что один день на планете вдвое длиннее года. Также это обладатель наиболее низкого осевого наклона – 0.027 градусов.

Состав и поверхность планеты Меркурий

Состав Меркурия на 70% представлен металлическим и на 30% силикатным материалам. Считают, что его ядро охватывает примерно 42% всего объема планеты (у Земли – 17%). Внутри располагается ядро из расплавленного железа, вокруг которого сосредоточен силикатный слой (500-700 км). Поверхностный слой – кора с толщиной в 100-300 км. На поверхности можно заметить огромное количество хребтов, которые тянутся на километры.

По сравнению с другими планетами Солнечной системы, ядро Меркурия обладает наибольшим количеством железа. Полагают, что раньше Меркурий был намного больше. Но из-за удара с крупным объектом внешние слои разрушились, оставив главное тело.

Некоторые считают, что планета могла появиться в протопланетном диске до того, как солнечная энергия стала стабильной. Тогда он должен быть вдвое массивнее современного состояния. При нагреве в 25000-35000 К большая часть породы могла просто испариться. Изучите строение Меркурия на фото.

Есть и еще одно предположение. Солнечная туманность могла привести к увеличению частичек, которые набросились на планету. Тогда более легкие отошли и не использовались при создании Меркурия.

Если смотреть издалека, то планета напоминает земной спутник. Такой же кратерный ландшафт с равнинами и следами лавовых потоков. Но здесь отмечено большее разнообразие элементов.

Меркурий сформировался 4.6 миллиардов лет назад и попал под обстрел целой армии астероидов и мусорных осколков. Атмосферы не было, поэтому удары оставили заметные следы. Но планета оставалась активной, так что лавовые потоки создали равнины.

Размеры кратеров варьируются от небольших ям до бассейнов с шириною в сотни километров. Самый крупный – Калорис (равнина Жары) с диаметром в 1550 км. Удар был настолько сильным, что привел к лавовому извержению на противоположной планетарной стороне. А сам кратер окружен концентрическим кольцом высотой в 2 км. На поверхности можно отыскать примерно 15 крупных кратерных образований. Внимательно рассмотрите схему магнитного поля Меркурия.

Планета обладает глобальным магнитным полем, достигающем 1.1% земной силы. Возможно, что источником служит динамо, напоминая нашу Землю. Оно образуется благодаря вращению жидкого ядра, наполненного железом.

Этого поля хватает, чтобы противостоять звездные ветра и формировать магнитосферный слой. Его силы достаточно, чтобы удерживать плазму из ветра, из-за чего происходит поверхностное выветривание.

Атмосфера и температура планеты Меркурий

Из-за близости к Солнцу планета слишком сильно прогревается, поэтому не способна сберечь атмосферу. Но ученые отметили тонкий слой переменной экзосферы, представленной водородом, кислородом, гелием, натрием, водяным паром и калием. Общий уровень давления приближается к отметке 10-14 бар.

Без атмосферного слоя солнечное тепло не накапливается, поэтому на Меркурии отмечают серьезные температурные колебания: на солнечной стороне – 427°С, а на темной опускается до -173°С.

Однако поверхность располагает водяным льдом и органическими молекулами. Дело в том, что полюсные кратеры отличаются глубиной и туда не попадают прямые солнечные лучи. Полагают, что на дне можно обнаружить 10 14 – 10 15 кг льда. Пока нет точных данных о том, откуда на планете взялся лед, но это может быть подарок от упавших комет или же он происходит из-за дегазации воды от внутренней планетарной части.

История изучения планеты Меркурий

Описание Меркурия не обходится без истории исследований. Эта планета доступна для наблюдения без использования приборов, поэтому фигурирует в мифах и древних легендах. Первые записи обнаружены в табличке Мул Апин, выступающей астрономическими и астрологическими вавилонскими записями.

Эти наблюдения сделаны в 14-м веке до н.э. и рассказывают о «пляшущей планете», потому что Меркурий перемещается быстрее всего. В Древней Греции его именовали Стилбон (переводится как «блеск»). Это был посланник Олимпа. Потом римляне переняли эту идею и дали современное наименование в честь своего пантеона.

Птолемей в работах несколько раз упоминал, что планеты способны проходить перед Солнцем. Но он не записывал в примеры Меркурий и Венеру, потому что считал их слишком маленькими и незаметными.

Китайцы именовали его Чэнь Синь («Часовая звезда») и связывали с водой и северной направленностью. Причем в азиатской культуре до сих пор сохранилось такое представление о планете, которую даже записывают как 5-й элемент.

Для германских племен здесь наблюдалась связь с богом Одином. Майя видели четырех сов, две из которых отвечали за утро, а две других за вечер.

О геоцентрическом орбитальном пути еще в 11 веке написал один из исламских астрономов. В 12-м веке Ибн Баджья отметил транзит двух крошечных темных тел перед Солнцем. Скорее всего он видел Венеру и Меркурий.

Индийский астроном Кералы Сомаяджи в 15 веке создал частичную гелиоцентрическую модель, где Меркурий совершал обороты вокруг Солнца.

Первый обзор в телескоп приходится на 17 век. Это сделал Галилео Галилей. Он тогда внимательно изучал фазы Венеры. Но его аппарату не хватило мощности, поэтому Меркурий остался без внимания. А вот транзит отметил Пьер Гассенди в 1631 году.

Орбитальные фазы в 1639 году заметил Джованни Зупи. Это было важное наблюдение, потому что подтвердило вращение вокруг звезды и правильность гелиоцентрической модели.

Более точные наблюдения в 1880-х гг. предоставил Джованни Скиапарелли. Он считал, что орбитальный путь занимает 88 дней. В 1934 году Юджиос Антониади создал детальную карту поверхности Меркурия.

Первый радиолокационный сигнал удалось отбить советским ученым в 1962 году. Через три года американцы повторили эксперимент и закрепили осевой оборот в 59 дней. Обычные оптические наблюдения не смогли дать новых сведений, но интерферометры открыли химические и физические характеристики подповерхностных слоев.

Первое глубокое изучение поверхностных особенностей провели в 2000 году обсерваторией Маунт-Вильсон. Большую часть карты составили при помощи радиолокационного телескопа Аресибо, где расширение достигает 5 км.

Исследование планеты Меркурий

До момента первого полета беспилотных аппаратов мы многого не знали о морфологических характеристиках. Первым к Меркурию отправился Маринер в 1974-1975 гг. Он трижды приблизился и сделал ряд масштабных фото.

Но аппарат обладал длительным орбитальным периодом, поэтому при каждом приближении подходил к одной и той же стороне. Так что карта составляла лишь 45% всей площади.

При первом сближении удалось зафиксировать магнитное поле. Последующие подходы показали, что оно сильно напоминает земное, отклоняющее звездные ветры.

В 1975 году у аппарата кончилось топливо, и мы потеряли связь. Однако Маринер-10 и сейчас может вращаться вокруг Солнца и наведываться к Меркурию.

Вторым посланником стал MESSENGER. Он должен был разобраться в плотности, магнитном поле, геологии, структуре ядра и атмосферных особенностях. Для этого установили специальные камеры, гарантирующие высшее разрешение, а спектрометры отмечали составляющие элементы.

MESSENGER стартовал в 2004 году и выполнил три пролета с 2008 года, компенсировав упущенную Маринером-10 территорию. В 2011 году он перешел на эллиптическую планетарную орбиту и начал снимать поверхность.

После этого стартовала следующая годичная миссия. Последний маневр пришелся на 24 апреля 2015 года. После этого закончилось топливо, и 30 апреля спутник разбился об поверхность.

В 2016 году ЕКА и JAXA объединились для создания BepiColombo, который должен добраться к планете в 2024 году. У него есть два зонда, которые будут изучать магнитосферу, а также поверхность во всех длинах волн.

Расширенное изображение Меркурия, созданное на основе снимков камер MESSENGER

Меркурий – интересная планета, раздираемая крайностями и противоречиями. Обладает расплавленной поверхностью и льдом, нет атмосферы, зато присутствует магнитосфера. Мы надеемся, что будущие технологии позволят узнать больше интригующих подробностей. Обязательно рассмотрите, как выглядит современная карта поверхности Меркурия в высоком разрешении.

планета Меркурий

Общие сведения о планете Меркурий. Таинственная планета

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

Меркурий - ближайшая к Солнцу планета, самая маленькая в Солнечной системе, причём как по массе, так и по диаметру. Кроме того у Меркурия самое маленькое альбедо. Однако по средней плотности Меркурий опережает почти все планеты, за исключением Земли. Кроме того - это и одна из самых таинственных планет Солнечной планеты, несмотря на то, что Меркурий лежит от Земли всего в 90 млн. км.. Вроде бы цифра достаточно большая, но если вспомнить, что на таком же расстоянии от нашей планеты лежит Марс - изученный не хуже Земли, то становится понятным, что всего 2 (!) полёта космических кораблей к «ближайшему соседу Солнца» (из известных) - цифра несомненно малая и потому естественно, что процесс изучения Меркурия является очень увлекательным занятием, способным увлечь не менее чем изучение каких-либо древних манускриптов.

Вот лишь некоторые вопросы касающиеся планеты Меркурий на которые до сих пор нет точного ответа.

Первый неразрешённый вопрос. Как было сказано выше, по средней плотности Меркурий лишь немногим уступает Земле. Однако по всем остальным параметрам он очень похож на естественный спутник Земли - Луну. Столь высокая плотность Меркурия может быть вызвана потерей лёгких пород из-за какой-нибудь катастрофы на ранней стадии формирования. Но действительно ли подобная катастрофа имела место или это всего лишь предположение - неизвестно?

Вопрос номер два. На поверхности Меркурия не обнаружено следов присутствия железа, которое является основным элементом в составе его ядра. Чем это вызвано до сих пор неясно.

С предыдущим вопросом связан ещё один: наличие у Меркурия жидкого ядра. Казалось бы что же в этом удивительного, ведь у Земли внешнее ядро тоже жидкое. Но всё дело в том, что масса Меркурия очень невелика (0,055 массы Земли), поэтому даже несмотря на очень высокую температуру его поверхности, достигающую 400°C, его недра должны были очень быстро остыть и отвердеть. А в пользу того, что жидкое (пускай и не полностью) ядро у Меркурия всё-таки есть говорит как наличие у него слабого магнитного поля, так и результаты исследования астрономов США и России. Но вот то, каким образом это жидкое ядро у планеты Меркурий сохранилось - большой вопрос.

Как видно из этого, далеко неполного, списка, планета Меркурий полна загадок, и попытаться решить их способен любой человек, который в этом будет заинтересован. А чтобы облегчить эту непростую задачу предлагаю вам ознакомиться с теми сведениями, которые о планете Меркурий уже известны. И начать естественно с рассмотрения его положения на небе.

Наблюдение планеты Меркурий с Земли

Для наблюдений с Земли Меркурий - трудный объект. Связано это с тем, что он видимым образом никогда не удаляется от Солнца больше чем на 28,3°, т.е. имеет очень маленькое угловое расстояние - элонгацию. Другие планеты, которые можно наблюдать с Земли невооружённым глазом, не только крупнее планеты Меркурий, но и лежат над горизонтом выше, да и видны почти каждый день. Меркурий же всегда приходится наблюдать на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом, причём в течение очень непродолжительного промежутка времени: не позднее чем за 2 часа до рассвета и не позднее чем через 2 часа после заката. Однако, гораздо чаще время наблюдений намного меньше и составляет всего 20-30 минут.

рис.2 Смена фаз Меркурия. Credit: сайт

Наблюдая Меркурий можно заметить, что относительно Солнца он перемещается то вправо от него, то влево, принимая вид то узкого серпа то небольшого яркого круглого пятна. Эти видимые изменения, связанные с отражением Меркурием солнечного света, называются фазами и похожи на таковые Луны, с тем лишь отличием, что размеры серпа заметно меняются со временем вследствие изменения расстояния между Землёй и Меркурием.

Лучше всего планета Меркурий видна в моменты верхних соединений (на рисунке - пункт 5), когда скрывается в лучах Солнца и имеет минимальный диаметр. В этот момент Меркурий принимает вид маленького яркого пятна без каких-либо деталей на своей поверхности.

Продолжая свой путь по орбите Меркурий начинает приближаться к Земле и потому размер его диска увеличивается. Площадь же освящённая Солнцем начинает сокращаться. Через некоторое время Меркурий уже не представляет собой круглого пятна. А спустя ещё 36 дней видимой остаётся только половина Меркурия. Фаза планеты (т.е. угол при планете между направлениями на Солнце и на Землю) в этот момент близка к 90°.

Вскоре, а именно через 22 дня, площадь, освящённая Солнцем уменьшается ещё больше и Меркурий становится похож на тоненький серп.

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

Двигаясь дальше планета Меркурий оказывается на той же самой стороне Солнца, что и Земля (т.н. нижнее соединение), и становится невидна для наблюдателя. Связано это с тем, что Меркурий в этот момент повёрнут к Земле своей неосвящённой, тёмной стороной, хотя размер его диска в этот момент - максимален. Однако раз в 3-13 лет случается так, что Меркурий проходит непосредственно между Солнцем и Землёй и становится виден, как тусклое пятно на диске Солнца.

Затем фазы начинают сменяться в обратном порядке: сначала появляется тоненький серп, который начинает расти, и вот уже видимой становится половина планеты; проходит ещё небольшой промежуток времени и Меркурий освящён полностью.

Между появлениями планеты на западе и на востоке от Солнца проходит от 106 до 130 дней (в среднем - 116); большая разница объясняется значительной вытянутостью орбиты Меркурия. Кстати, когда Меркурий находится по часовой стрелке впереди Солнца (пункты 3-7) - он виден утром; когда позади Солнца (пункты 1, 2, 8) - он виден вечером.

Звёздная величина Меркурия во время наблюдений с Земли невелика и колеблется от -2 до 5,5. В тоже время на небе это четвёртая по яркости планета; в максимуме блеска, когда Меркурий достигает -1 звёздной величины, он сияет почти как звезда Сириус, а из планет уступает только Венере, Марсу и Юпитеру.

Увидеть планету Меркурий можно и невооружённым глазом, не говоря уже о наблюдениях в бинокль или телескоп. Но проводить наблюдения следует лишь в определённое время суток: это, как уже было сказано выше,- сумерки. С помощью же телескопа Меркурий можно увидеть и в дневное время, причём распознать какие-либо детали на нём практически не удаётся. Однако, наблюдение следует проводить очень осторожно, т.к. Меркурий никогда не удаляется далеко от Солнца и при неумелом обращении с телескопом это может привести к плохим последствиям, которые вызываются мощным излучением ближайшей к нам звезды.

Более или менее продуктивное изучение Меркурия возможно только в горных обсерваториях или в пределах низких широт. Это связано как с меньшей продолжительностью сумерек, так и с наличием подходящих для наблюдений условий: более чистого воздуха чем на равнинах, безоблачного неба и т.д..

Необходимо отметить, что именно на основании наблюдений с Земли было установлено что: Меркурий лишён атмосферы (выяснилось на основе низкой отражательной способности Меркурия, определяемой малой величиной альбедо (0,07)), поверхность его обращённой к Солнцу стороны подвергается сильному нагреву, в то время как противоположная теневая сторона сильно охлаждается. А с помощью самых современных телескопов получены изображения планеты с разрешением достаточным чтобы рассмотреть наиболее крупные детали меркурианской поверхности. Однако о физических свойствах, о природе её вращения вокруг оси до недавнего времени было известно очень мало.

Сейчас же многое изменилось и о планете Меркурий люди знают практически всё. А вот о том, как был достигнут столь потрясающий результат читайте ниже...

История исследования планеты Меркурий

Первыми людьми, которые наблюдали планету Меркурий были шумеры из Междуречья Тигра и Евфрата, записавшие свои наблюдения в клинописных текстах, и скотоводческие племена из долины Нижнего Нила. Было это 5 тыс. лет назад.

Однако из-за сложности наблюдений люди долгое время думали, что наблюдавшийся утром Меркурий - это одна планета, а вечером - совершенно другая.

Поэтому и названий у Меркурия было два. Так, египтяне называли его Сет и Горус, индийцы - Будда и Рогинея, а древние греки - Аполлон и Стилбон (начиная с 200 г. до н.э. - Гермес). В китайском, японском, вьетнамском и корейском языках Меркурий называется Водяная звезда, на иврите - «Кохав Хама» - «Солнечная планета», а жители Древнего Вавилона придумали для Меркурия имя Набу, в честь своего бога.

Привычное же для современного человека название планете дали римляне. Именно они назвали Меркурий Меркурием, в честь бога путешественников и торговцев, который у греков носил имя Гермес. А стилизованное изображение божественного жезла - кадуцея послужило прообразом астрономического знака этой планеты.

К этому времени люди уже знали, что Меркурий утренний и Меркурий вечерний - одна и та же планета и активно его изучали. Правда, изучение это сводилось в основном к наблюдениям планеты на фоне утренней или вечерней зари.

Первым астрономом, наблюдавшим Меркурий в телескоп, стал великий итальянский астроном Галилео Галилей. Спустя несколько лет - в 1639 году итальянец Джованни Батиста Зупи, при наблюдении первой планеты от Солнца заметил, что со временем меняется освящённость Меркурия, т.е. происходит смена меркурианских фаз. Это наблюдение доказало, что планета Меркурий является спутником Солнца.

Ещё один великий астроном Средневековья - Иоганн Кеплер, открывший три закона движения планет Солнечной системы, предсказал прохождение Меркурия по диску Солнца, что и наблюдал француз Пьер Гассенди 7-го ноября 1631 года.

После этого, столь знаменательного в астрономической летописи события, на протяжении почти 250 лет в астрономических наблюдениях царило затишье...

И лишь в конце XIX века астрономы снова стали вести наблюдения Меркурия, пробуя при этом создавать карты его поверхности. Первые такие попытки предприняли итальянец Дж. Скиапарелли и американец П. Ловелл. А в 1934 г. французский астроном Эжен Мишель Антониади, при составлении своей карты Меркурия, предложил систему наименования тёмных и светлых деталей поверхности, связанную с богом Гермесом. Тёмные области по этой системе назывались пустыни (solitudo), светлые же имели собственные имена.

Однако, необходимо отметить, что все перечисленные выше карты имели один существенный недостаток: они составлялись только для одного полушария. Поводом для этого послужило предположение итальянского астронома Джованни Скиапарелли, который на основании своих астрономических наблюдений сделал вывод, что Меркурий постоянно повёрнут к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле..

Лишь в 1965 году методами радиолокации был измерен точный период обращения планеты вокруг оси, оказавшийся равным 58,6 суток. Выяснилось также, что Меркурий вращается несинхронно, делая один оборот вокруг оси быстрее, чем один оборот вокруг Солнца, и составленные ранее карты и учебники астрономии пришлось переписывать.

Именно тогда к Меркурию была запущена автоматическая межпланетная станция (АМС) «Маринер-10», которая подлетев к поверхности планеты 29 марта 1974 г. на расстояние 704 км, позволила сделать серию детальных снимков, обнаружив сходство меркурианской поверхности с лунной.

Те же многочисленные метеоритные кратеры (как правило, менее глубокие, чем на Луне), холмы и долины, горы, гладкие округлые равнины, получившие, по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Наибольший из них - Калорис, имеет в диаметре 1350 км.

Отличие поверхности Меркурия от лунной заключалось в наличии таких специфических форм рельефа как эскарпы - выступы высотой 2-3 км, которые разделяют два района поверхности. Считается, что эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты.

Но наиболее важным отличием Меркурия от Луны оказалось наличие воды, точнее водного льда. Находится такой лёд на дне кратеров в полярных областях планеты. Стенки кратера защищают лёд от лучей Солнца и он никогда не тает...

Кроме съёмок поверхности АМС были обнаружены ударная волна плазмы и магнитное поле вблизи Меркурия. Удалось уточнить значение радиуса планеты и её массы.

Спустя несколько месяцев - 21 сентября 1974 г. АМС «Маринер-10» вновь подлетела к Меркурию. На довольно большом расстоянии - более 48 тыс. километров, с помощью датчиков температуры было установлено, что в течение дня, продолжительность которого составляет 88 земных суток, яркостные температуры поверхности планеты (измеряемые по инфракрасному излучению в соответствии с законом теплового излучения Планка) поднимаются до 600К, а ночью опускаются до 100К (-210°С). С помощью радиометра был определён тепловой поток, излучаемый поверхностью; на фоне нагретых участков, состоящих из рыхлых пород, выявлены более холодные, представляющие собой силикатные породы, близкие к земным базальтам. Это обстоятельство ещё раз подтвердило сходство меркурианской и лунной поверхностей.

Во время своего третьего и последнего пролёта около Меркурия, происходившего 16 марта 1975 г. на расстоянии 327 км от поверхности планеты, «Маринер-10» подтвердил, что обнаруженное чуть ранее магнитное поле действительно принадлежит планете. Его напряжённость составляет около 1/100 от напряжённости земного магнитного поля.

Кроме измерения физических полей станция сделала 3 тысячи фотографий с разрешением до 50 м, которые, вместе со снимками, сделанными во время 2-ух предыдущих подлётов, охватив 45% поверхности Меркурия, позволили составить детальную карту его поверхности, правда, лишь в западном полушарии, восточное полушарие оставалось неисследованным.

Объекты на составленной карте: кратеры, равнины, уступы, получили собственные названия. Кратеры - в честь деятелей гуманитарного направления: писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов, среди которых много русских; равнины - в честь богов, игравших в различных мифологиях роль, аналогичную богу Меркурию, а некоторые - по названиям планеты на разных языках; уступам даны названия исследовательских судов; долинам - радиообсерваторий. Конечно встречаются и исключения: так Северная равнина получила своё название по местоположению, а равнина Жары - из-за высоких температур в пределах своей территории. Горы, окаймляющие эту равнину, носят такое же название. Ещё 2 меркурианские гряды названы в честь астрономов Антониади и Скиапарелли, составивших первые карты этой планеты.

В качестве опорного объекта для отсчёта долгот в системе координат на поверхности Меркурия был принят маленький кратер диаметром 1,5 км, расположенный около экватора. Этот кратер назван Хун Каль, что на языке древних майя означает "двадцать" (на этом числе у них основана система счета). Через кратер Хун Каль проходит меридиан 20°. Долготы на Меркурии отсчитываются от 0° до 360° к западу от нулевого меридиана.

24 марта 1975 года «Маринер-10» исчерпал топливо и не мог больше управляться с Земли. Его миссия подошла к концу. Но, как предполагают астрономы, «Маринер-10» всё ещё вращается по орбите вокруг Солнца, иногда проходя возле планеты Меркурий.

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

После завершения миссии «Маринера-10» в течении почти тридцати лет полётов к Меркурию не было. Лишь 3 августа 2004 году с мыса Канаверал во Флориде США произвели запуск космического корабля Messenger, который 14 января 2008 года наконец то подлетел к поверхности планеты. Сделать это, кстати, было очень непросто. И вот почему: для того чтобы перебраться с околоземной на околомеркурианскую орбиту нужно погасить значительную часть орбитальной скорости Земли, которая составляет ~30 км/с, а для этого необходимо совершить ряд гравитационных манёвров. Messenger за время своей миссии, совершит 6 таких манёвров, из которых 5 уже завершены: 2 августа 2005 г. аппарат прошёл на высоте 2347 км от поверхности Земли, 24 октября 2006 г. состоялся первый пролёт около Венеры на минимальной высоте 2992 км, 5 июня 2007 г. Messenger совершил второй пролёт вблизи Венеры, на этот раз гораздо ниже: по верхней границе облаков. Спустя 8 месяцев - 14 января 2008 года Messenger наконец-то подлетел к Меркурию. Этого события с нетерпением ждали не только специалисты НАСА, но и всё прогрессивное человечество. И не зря!

Messenger сделал детальные снимки меркурианской поверхности, в том числе обратной стороны планеты (о которой раньше мы ничего не знали).

Переданные на Землю снимки позволили установить, что на планете Меркурий протекала довольно интенсивная тектоническая деятельность, следы которой, в виде огромных плоских равнин, особенно заметны в восточном полушарии. Также во время первого подлёта были более подробно изучены магнитосфера и атмосфера Меркурия.

Спустя несколько месяцев - 6 октября того же года Messenger опять подлетел к Меркурию. Был сделан ряд детальных снимков планеты, на которых обнаружились непонятные точки тёмного вещества, обильно разбросанные по поверхности. Как считают астрономы - это результат метеоритных ударов.

Кроме того в результате второго пролёта была обнаружена разнородная структура поверхности Меркурия, природа которой до конца не ясна, и промер меркурианского ландшафта, который показал, что по высоте промеренный ландшафт остаётся удивительно постоянным: на 30% более ровным чем ландшафт противоположной области. Не менее удивительные открытия ждали астрономов и под поверхностью меркурия: в коре Меркурия был обнаружен резкий перепад высотой целых 600 м, который может быть «шрамом», оставленным на планете в результате её сжимания в период быстрого остывания.

29 сентября 2009 года Messenger совершил последний гравитационный манёвр, чтобы затем - 18 марта 2011 года, выйти на высокоэллиптическую полярную орбиту вокруг планеты, став первые её искусственным спутником. По плану, после этого зонду предстоит работать не менее двух меркурианских суток, что составляет немного меньше земного года...

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

Во время последнего на сегодняшний день пролёта мимо планеты Меркурий Messenger сделал ряд снимков неисследованных до сих пор районов (6% от всей поверхности планеты), провёл исследование меркурианской атмосферы и обнаружил следы недавних вулканических извержений. Таким образом к настоящему времени исследовано и сфотографировано более 98% поверхности Меркурия. Оставшиеся 2% поверхности - это полярные районы, исследовать которые учёные надеются в 2011 году.

рис.7 BepiColombo. Credit: ESA

В настоящее время Европейским космическим агентством (ESA) совместно с японским аэрокосмическим исследовательским агентством (JAXA) разрабатывается миссия BepiColombo (в честь учёного Джузеппе Коломбо, разработавшего теорию гравитационного манёвра), состоящая из двух космических аппаратов Mercury Planetary Orbiter (MPO) и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Европейский аппарат MPO будет исследовать поверхность Меркурия и его глубины, в то время как японский MMO будет наблюдать за магнитным полем и магнитосферой планеты. Кроме непосредственного изучения планеты оба космических аппарата надеются использовать близость области исследования к Солнцу, чтобы проверить общую теорию относительности.

Запуск BepiColombo планируется на 2013 год, а в 2019 году, совершив ряд гравитационных манёвров, он достигнет орбиты Меркурия, где и разделится на две составляющие. Предполагается, что миссия BepiColombo на Меркурии будет длиться примерно один земной год.

Необходимо отметить, что изучение планеты Меркурий идёт и с Земли, с помощью приёмников излучения ПЗС и последующей компьютерной обработкой снимков. Это стало возможным благодаря развитию электроники и информатики.

Одним из первых серии наблюдений Меркурия с ПЗС-приемниками осуществил в 1995-2002 годах Йохан Варелл в обсерватории на острове Ла Пальма на полуметровом солнечном телескопе. Варелл выбирал лучшие из снимков, не используя компьютерных сведений.

Наблюдения Меркурия вели также в Абастуманской астрофизической обсерватории 3 ноября 2001 года а также в обсерватории Скинакас Ираклионского университета 1-2 мая 2002 года. После обработки результатов наблюдений методом корреляционного совмещения было получено разрешённое изображение планеты, сходное с фотомозайкой «Маринера-10». Так была составлена карта Меркурия для долгот 210-350°.

На этом история исследования Меркурия пока заканчивается. Но ненадолго. Ведь уже в 2011 году к планете подлетит Messenger, который, наверное, сделает ещё немало интересных открытий. Затем изучением Меркурия займётся BepiColombo...

Орбитальное движение и вращение планеты Меркурий

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

Меркурий является ближайшей к Солнцу планетой. Вокруг светила он движется по сильно вытянутой орбите, на среднем расстоянии 0,387 а.е. (59,1 млн.км) В перигелии это расстояние уменьшается до 46 млн.км, в афелии увеличивается до 69,8 млн.км. Таким образом эксцентриситет орбиты (е) составляет 0,206.

Наклонение меркурианской орбиты (i) к плоскости эклиптики составляет 7°.

По орбите планета Меркурий не просто движется, а буквально летит: со скоростью около 48 км/сек, являясь по этому показателю быстрейшей планетой Солнечной системы. Весь путь по орбите занимает у Меркурия 88 дней - это продолжительность меркурианского года.

В отличии от сумасшедшего движения по орбите вокруг своей оси, почти перпендикулярно наклонённой к плоскости планетарной орбиты, Меркурий вращается медленно, делая полный оборот за 59 (58,65) земных суток, что составляет 2/3 от периода вращения планеты по орбите. Это совпадение на протяжении нескольких веков вводило в заблуждение астрономов, которые считали, что период вращения Меркурия вокруг своей оси и период его обращения по орбите вокруг Солнца совпадают. Причина заблуждения состояла в том, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через тройной синодический период, то есть 348 земных суток, что примерно равно шестикратному периоду вращения Меркурия вокруг своей оси (352 суток), поэтому астрономами наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. С другой стороны, некоторые из них полагали, что меркурианские сутки примерно равны земным. Лишь в 1965 году была установлена несостоятельность обеих гипотез, и определено истинное время вращения ближайшей к Солнцу планеты.

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

В тот год трёхсотметровый радиотелескоп в обсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико) послал мощный радиоимпульс в сторону планеты Меркурий. Радиоимпульс отразился небольшим «пучком» от центральной области планеты и устремился во все стороны, в том числе и к антенне пославшего его радиолокатора. Вслед за первым радиоимпульсом к Меркурию был послан второй, отразившийся узким кольцом вокруг места отражения первого радиоимпульса. А на очереди уже было третье, затем четвёртое кольцо, и так до последнего, ограничивающего диск планеты (в действительности весь процесс посылки радиосигнала был непрерывным). Дальняя от радиолокатора сторона планеты находилась в радиотени, и потому от неё ничего не отразилось.

Поскольку планета вращается, импульсы, отражённые каждым кольцом, не совсем однородны. Частота, на которой был принят сигнал, не соответствует частоте посланного импульса. Так как в своём движении вокруг Солнца Земля и Меркурий либо удаляются друг от друга, либо сближаются, возникает эффект Доплера и частота смещается.

Для Меркурия наибольшее смещение сигнала радиолокатора, который работает на длине волны 10 см, составляет 500 кГц. Кроме того Меркурий. как и любая другая планета, вращается, а потому западная (левая) его сторона движется навстречу импульсу, вызывая дополнительно положительный доплеровский сдвиг, восточная же (правая) удаляется от него и даёт отрицательный доплеровский сдвиг. Эти сдвиги, их называют остаточными разностями, на экваторе у Меркурия составляют 32 Гц.

Зная сдвиги и линейное расстояние между противоположными краями планеты астрономы Р. Дайс и Г. Петтенджил, работающие на обсерватории Аресибо, измерили скорость вращения Меркурия вокруг оси, определив её как 59±5 дней.

Чуть позже, в 1971 г. американский учёный Р. Гольдштейн уточнил скорость вращения Меркурия. Она оказалась равна 58,65±0,25 дней. Через 3 года к Меркурию подлетел первый космический аппарат «Маринер-10», который лишь скорректировал данный Гольдштейна до 58,646 дней.

Узнав время вращения Меркурия вокруг своей оси и время его вращения по орбите и сопоставив их учёные смогли вычислить продолжительность солнечных суток. Они оказались равны 176 земным дням или 2 меркурианским годам. В течении этого времени 88 земных дней продолжается меркурианский день и ровно столько же меркурианская ночь.

Синхронизация вращения Меркурия по орбите и периода его вращения вокруг своей оси является результатом приливного воздействия Солнца. Приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением. В результате за один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота. То есть, если в момент прохождения Меркурием перигелия определённая точка его поверхности обращена точно к Солнцу, то при следующем прохождении перигелия к Солнцу будет обращена в точности противоположная точка поверхности, а ещё через один меркурианский год Солнце снова вернётся в зенит над первой точкой.

В результате такого движения планеты на ней можно выделить «горячие долготы» - два противоположных меридиана, которые попеременно обращены к Солнцу во время прохождения Меркурием перигелия, и на которых из-за этого наблюдается крайне высокая, даже по меркурианским меркам температура - 440-500°C.

Кстати, Солнце на меркурианском небе ведёт себя очень необычно для земного наблюдателя. Оно восходит на востоке, крайне медленно поднимается (в среднем на один градус за двенадцать часов), постепенно увеличиваясь в размерах, затем достигает своей верхней кульминации (зенита на экваторе), останавливается, изменяет направление движения, снова останавливается, и медленно заходит. Звёзды при всём этом светопреставлении перемещались бы по небу в три раза быстрее.

Иногда Солнце на небе Меркурия ведёт себя ещё более странно: оно поднимается, достигает своей верхней кульминации, останавливается, а затем начинает двигаться в обратном направлении, заходя в той же точке, где взошло. Спустя несколько земных суток Солнце снова восходит в той же точке, уже надолго. Такое поведение Солнца характерно для долгот 0° и 180°. На долготах, отстоящих на 90° от «горячих долгот», Солнце восходит и заходит дважды. На меридианах 90° и 270° можно видеть три захода и три восхода Солнца за одни солнечные сутки, которые длятся 176 земных суток.

Эффект поведения Солнца на небе Меркурия иногда называют эффектом Иисуса Навина, по имени библейского героя, умеющего останавливать движение Солнца.

Удивительное поведение Солнца на меркурианском небе вызвано тем, что скорость орбитального движения Меркурия постоянно изменяется, в отличии от скорости вращения вокруг оси, которая постоянна. Так на участке орбиты вблизи перигелия в течении примерно 8 суток скорость орбитального движения превышает скорость вращательного движения.

Кстати, как ни странно это звучит, но именно Меркурий является к Земле ближайшей планетой большую часть времени.

Внутреннее строение планеты Меркурий

Меркурий является одной из наиболее плотных планет Солнечной системы. Его средняя плотность - 5,515 г/см 3 лишь немногим уступает средней плотности Земли, а если иметь в виду, что на земную плотность влияет более сильное сжатие вещества из-за большего размера нашей планеты, то получается, что при равных размерах планет плотность меркурианского вещества превышала бы земную на 30%.

Согласно современной теории образования планет считается, что в протопланетном пылевом облаке температура прилегавшей к Солнцу области была более высокой, чем в окраинных его частях, из-за чего лёгкие химические элементы выносились в удалённые, холодные части облака. В результате в околосолнечной области где расположена планета Меркурий заметно преобладание тяжёлых элементов, самым распространённым из которых является железо.

Некоторые учёные считают, что высокая плотность Меркурия вызвана действием очень сильной солнечной радиации. Радиация вызывает химическое восстановление окислов до их более тяжёлой, металлической, формы. Возможно Солнце способствовало испарению и, как следствие, улетучиванию в космос внешнего слоя первоначальной меркурианской коры планеты, нагревая её до критических температур.

рис.10 Внутреннее строение Меркурия. Credit: NASA

Влияет на среднюю плотность планеты Меркурий и её массивное планетарное ядро. Представляя собой огромный, по размерам сопоставимый с Луной (радиус 1800 км), шар, оно сосредотачивает до 80% массы всей планеты. Средняя плотность ядра Меркурия по расчётам С.В. Козловской - 9,8 г/см 3 . Представляет оно собой частично расплавленную железоникелевую субстанцию с примесью серы, и состоит из внешнего жидкого и внутреннего твёрдого ядра. Данное предположение было выдвинуто после полёта АМС «Маринер-10» и дальнейших радарных наблюдений Меркурия группой Жана-Люка Марго в 2007 году. «Маринер» обнаружил у планеты слабое магнитное поле, а группа Марго - изучила вариации её вращения вокруг своей оси.

Наличие у Меркурия даже частично расплавленного ядра повергло учёных в глубокие раздумья.

Дело в том, что, хотя на его поверхности и наблюдается очень высокая температура поверхности, достигающая 400°C, его масса очень невелика, и следовательно планета должна была очень быстро остыть и отвердеть. Поэтому у астрономов не было сомнений в том, что столь малая планета как Меркурий должна обладать твёрдым ядром. Открытие «Маринера-10» заставило астрономов заговорить о возможности наличия у Меркурия хотя бы частично расплавленного ядра, как и у Земли.

Спустя тридцать лет после полёта «Маринера» группа Жана-Люка Марго, объединившая астрономов из Корнелльского университета (Итака, штат Нью-Йорк, США) и других учреждений США и России, на основании пятилетних радарных исследований Меркурия, проводимых посредством 3-х наземных радиотелескопов, доказала что вариации, связанные с вращением Меркурия, действительно характерны для небесного тела, обладающего расплавленным ядром.

Объединив все эти данные, физики смогли обнаружить периодические сбои во вращении Меркурия, вызванные приливно-отливными взаимодействиями с Солнцем.

Воздействие Солнца, кстати, по-разному воздействует на вращение планет в зависимости от того, каков их состав. Это похоже на широко известный метод выявления сваренных вкрутую яиц: полностью отвердевшее яйцо вращается быстро и долго, а яйцо, сваренное всмятку - медленно, с колебаниями.

Результаты измерений группы Марго были опубликованы в одном из последних номеров журнала Science («Наука»). Новая работа добавила также веса теории, согласно которой Меркурий, как и Земля, генерирует собственное магнитное поле посредством механизма гидромагнитного динамо - то есть за счёт конвекции жидкого электропроводящего металлического ядра.

Над ядром Меркурия лежит силикатная оболочка - мантия, толщиной 600 км, которая по плотности уступает ядру в 3 раза - 3,3 г/см 3 . На границе между мантией и ядром температура достигает 10 3 К.

Третьей оболочкой твёрдого Меркурия является его кора, толщина которой 100-300 км.

На основании анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и Д. Гаулт предложили схему эволюции его поверхности.

Согласно этой схеме после завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой.

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

Далее наступил процесс интенсивной бомбардировки планеты остатками допланетного роя, во время которой образовались бассейны типа Калорис, а так же кратеры типа Коперника на Луне. В это же время видимо произошло и обогащение меркурианского ядра железом в результате столкновения с крупным космическим телом - планетезималем. В результате Меркурий потерял до 60% своей первоначальной массы, часть мантии и планетарной коры.

Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потоков лавы, заполнявшей крупные бассейны. Эти процессы происходили в результате остывания Меркурия с течением времени. Объём планеты уменьшался, и её внешняя каменная оболочка - кора, остывшая и затвердевшая раньше, чем недра, вынуждена была сжиматься. Это приводило к растрескиванию каменной оболочки Меркурия, надвиганию одного края трещин на другой с образованием своего рода надвигов, в которых один слой пород надвинут на другой. Верхний слой, надвинувшийся на более низкий, имеет выпуклый профиль, напоминая застывшую каменную волну.

Во время этого периода появился так называемый «паук», представляющий собой систему из более чем сотни широких грабенов, радиально разбегающихся от небольшого кратера в центре бассейна Калорис. Согласно гипотезе, огромные массы магмы поднялись из недр Меркурия к поверхности планеты, прогнув вверх меркурианскую кору.

В некоторых местах кора лопнула, и в образовавшиеся трещины хлынули расплавленные глубинные породы, образовав наблюдаемые борозды. А вот как образовался сам центральный кратер астрономы не знают. По- видимому, он мог случайно попасть в центр Калориса, а мог и стать причиной его образования, ударив достаточно сильно, чтобы кора отпружинила, на такой огромной площади. Пока понятно лишь, что бассейн Калорис был залит лавой примерно 3,8- 3,9 миллиардов лет назад.

Примерно 3 млрд. лет назад описанный период завершился. На смену ему пришёл период относительного спокойствия, когда вулканическая деятельность ослабла или совсем прекратилась (до конца этот вопрос не ясен, возможно будет решён АМС Messenger), а бомбардировки метеоритами стали реже. Этот период продолжается и по сей день...

Поверхность планеты Меркурий

По своим размерам Меркурий - самая маленькая планета Солнечной системы. Его радиус - 2440 км, составляет 0,38 от радиуса Земли. Площадь поверхности - 74,8 млн.км 2 .

рис.12 Сравнение планет Солнечной системы. Credit: сайт

Когда в 1974 году мимо Меркурия пролетел «Маринер-10» и передал сделанные снимки на Землю, астрономы были поражены: так он был похож на Луну. Те же плоские равнины, в т.ч. уникальная - прямая, многочисленные крутые утёсы и густо усыпанная кратерами безжизненная пустыня. Даже полезные ископаемые, разбросанные по поверхности планеты Меркурий в виде крошечных частиц имеют сходство с лунными и называются силикатами. Но главное сходство меркурианской и лунной поверхностей заключается в наличии двух основных типов местностей: материков и морей.

Материки - наиболее древние геологические образования на планете, покрытые кратерами, равнинами, холмами, горами и пересекающими их каньонами. В отличии от материков меркурианские моря - образования более молодые, представляющие собой обширные гладкие равнины, образовавшиеся в результате излияния лав на меркурианскую поверхность и отложения вещества, выброшенного при образовании кратеров. Они выглядят темнее меркурианских материков, но светлее лунных морей.

Больше всего морей в пределах т.н. равнины Жары (лат. «Caloris Planitia» или бассейн Калорис) - гигантской кольцевой структуры диаметром 1300 км, окружённой гористым хребтом. Своё название равнина Жары получила из-за своего местоположения: через неё проходит меридиан 180°, который вместе с противоположным ему нулевым меридианом входит в число т.н. «горячих долгот» - обращённых к Солнцу во время минимального сближения с ним Меркурия.

Полагают, что равнина Жары образовалась в результате столкновения Меркурия с крупным небесным телом диаметром не менее 100 км. Удар был настолько сильным, что сейсмические волны, пройдя всю планету, и сфокусировавшись в противоположной точке поверхности, привели к образованию здесь своеобразного пересеченного «хаотического» ландшафта, системы многочисленных крупных холмов диаметром около сотни километров, пересечённой несколькими крупными прямолинейными долинами, явно образованными по линиям разломов коры планеты.

В отличии от всех остальных областей Меркурия здесь почти нет малых кратеров, столь распространённых на объектах Солнечной системы, почти или полностью лишённых атмосферы. Наличие ударных кратеров на всех этих объектах предсказали в 1947 г. советские астрономы Всеволод Федынский и Кирилл Станюкович.

Вокруг некоторых из меркурианских кратеров обнаружены радиально-концентрические разломы - лучи, расчленяющие меркурианскую кору на отдельные блоки, что говорит о геологической молодости кратеров, и валы выброшенных при ударе поверхностных пород. У крупнейших кратеров, диаметром более 200 км, таких валов не один, а два, причём в отличии от лунных они в полтора раза уже и ниже из-за большей силы тяжести Меркурия. Необходимо отметить, что яркость лучей, отходящих от кратеров, регулярно усиливается к полнолунию, а затем снова ослабевает. Это явление связано с тем, что дно в мелких кратерах отражает свет в основном по тому же направлению, откуда приходят солнечные лучи.

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

Одним из самых интересных меркурианских элементов поверхности является обнаруженный космическим кораблём Messenger т.н. «Паук». Расположен «Паук» в центре другого кратера - крупнейшего бассейна Калорис и представляет собой систему из сотни грабенов, расходящихся от маленького кратера в центре.

Кстати о грабенах. Это чисто меркурианская деталь рельефа, представляющая собой длинные узкие впадины с плоским дном. Расположены грабены в древних материковых районах планеты и образовались при сжатии и растрескивании коры Меркурия во время его остывания, в результате которого поверхность планеты уменьшилась на 1% или 100 тыс. км 2 .

Кроме грабенов характерной чертой поверхности Меркурия являются эскарпы - лопастевидные уступы, поперечником до нескольких десятков километров. Высота эскарпов до 3 км, а протяжённость крупнейших из них может достигать 500 км.

Наиболее известными эскарпами являются: эскарп Санта-Мария, названный по имени корабля Христофора Колумба, уступ Антониади длиной 450 км, названный в честь французского астронома, и уступ Дискавери протяжённостью 350 км, названный в честь корабля Джеймса Кука. Необходимо отметить, что всем уступам на Меркурии присваивают имена морских кораблей, на которых совершались самые значимые плавания в истории человечества, а двое названы в честь астрономов Скиапарелли и Антониади, сделавших много визуальных наблюдений.

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

Меркурианским кратерам, чаще крупным: более 100 км. в поперечнике, выборочно - более мелким, присваивают имена деятелей мировой культуры - известных писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов. Для обозначения равнин (кроме равнины Жары и Северной равнины) были использованы названия планеты Меркурий на разных языках. Протяжённые тектонические долины получили имена радиообсерваторий, внесших вклад в изучение планет. Названия деталям рельефа на Меркурии были даны Международным астрономическим союзом - организацией, объединяющей астрономические сообщества всего мира.

Как уже было сказано выше поверхность Меркурия сильно кратеризована. Крупных кратеров мало и многие из них имеют на своей поверхности более мелкие, и соответственно молодые кратеры. Дно крупных кратеров заполнено излившимися на поверхность потоками лавы, которая впоследствии застыла, образовав гладкую поверхность, подобную меркурианским морям. На дне же большинства некрупных кратеров видны центральные горки, хорошо знакомые астрономам по лунным пейзажам.

Среди самых примечательных меркурианских кратеров, такие как Бетховен - крупнейший на Меркурии с диаметром 625 км, Толстой - диаметром 400 км, Достоевский - его поперечник 390 км, Рафаэль, Шекспир, Гёте, Гомер и другие...

Кстати, сравнивая по фотографиям, окрестности Северного полюса Меркурия с окрестностями Южного, астрономы заметили между ними существенные различия, а именно преобладание гладкой равнинной поверхности вокруг Северного полюса, против сильно кратеризованной - вокруг Южного.

Атмосфера планеты Меркурий. Физические условия на Меркурии

Атмосфера у Меркурия была обнаружена космическим кораблём «Маринер-10», вызвав тем самым массу вопросов у астрономов, и в первую очередь своим существованием. Меркурий - близкий к Солнцу и имеющий небольшую массу её иметь в принципе не мог. Ведь что нужно для существования атмосферы?

Во-первых - большая сила тяжести: чем массивнее планета и меньше её радиус, тем надёжнее она удерживает даже очень лёгкие газы, такие как водород, гелий и др. На планете Меркурий сила тяжести примерно в три раза меньше чем на поверхности Земли, т.е. он не в состоянии удержать даже более тяжёлые чем водород газы.

Вторым условием наличия у планеты атмосферы является температура, причём как поверхности, так и самой атмосферы. От температуры зависит энергия хаотического теплового движения атомов и молекул газа. Чем она выше, тем выше скорость частиц, поэтому достигнув предельного значения, а именно - второй космической скорости, частицы газа навсегда покидают планеты, причём первыми улетучиваются в космическое пространство лёгкие газы.

На Меркурии температура приповерхностных слоёв может достигать 420°-450°C, что является одним из рекордных показателей среди планет Солнечной системы. При таких экстремальных температурах первым начинает «убегать» гелий. Однако же вопреки всем перечисленным выше доводам гелий в атмосфере Меркурия был найден. С чем же связано наличие этого газа, который по идее должен был улетучиться из атмосферы ближайшей к Солнцу планеты ещё миллиарды лет назад. А связано это как раз с положением Меркурия в определённом месте космического пространства.

Лежащий в непосредственной близости от Солнца Меркурий постоянно получает подпитку гелием, который поставляет ему солнечный ветер - поток из электронов, протонов и ядер гелия, истекающий из солнечной короны. Без этой подпитки весь гелий меркурианской атмосферы улетучился бы в космическое пространство в течении 200 дней.

Кроме гелия в атмосфере Меркурия обнаружено присутствие водорода, кислорода и натрия, но в очень небольших количествах, а также наличие следов углекислого газа и атомов щелочных металлов. Так количество молекул гелия в столбе «воздуха» над 1 см 2 меркурианской поверхности - всего 400 триллионов, количество молекул других газов на порядок меньше. Общее же количество молекул газа в столбе атмосферы Меркурия составляет 2x10 14 над 1 см 2 площади поверхности.

Малое количество газов в атмосфере планеты говорит о её чрезвычайной разреженности: так давление всех меркурианских газов на 1 см 2 площади поверхности планеты в полмиллиарда меньше чем давление у поверхности Земли. Кроме того разреженная атмосфера, а также низкая теплопроводность поверхностного слоя Меркурия, не в состоянии выравнивать температуру, что приводит к её резким суточным колебаниям. Так средняя температура дневной стороны Меркурия равна 623К, а ночной - всего 103К. Однако на глубине нескольких десятков сантиметров температура примерно постоянна и держится на отметке 70-90°C.

Несмотря на экстремально высокие дневные температуры в приполярных районах Меркурия допускается наличие водяного льда. Такой вывод был сделан на основании данных радарного исследования, показавшего наличие сильно отражающего радиоволны вещества, которым, по-видимому, является водяной лёд. Существование льда возможно лишь на дне глубоких кратеров, куда никогда не проникает солнечный свет.

Магнитное поле Меркурия. Магнитосфера планеты Меркурий

В 1974 году космическим аппаратом «Маринер-10» было обнаружено наличие у планеты Меркурий слабого магнитного поля. Его напряжённость в 100-300 раз меньше напряжённости магнитного поля Земли и меняется в сторону увеличения при движении к полюсам.

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

Магнитное поле Меркурия глобально, имеет дипольную структуру, устойчиво и симметрично: его ось всего на 2° отклоняется от оси вращения планеты. Кроме дипольного у Меркурия имеются поля с четырьмя и восемью полюсами.

Как полагают учёные, магнитное поле Меркурия образуется посредством вращения вещества его жидкого внешнего ядра. Кстати вращение, а лучше сказать - перемещение вещества в ядре Меркурия происходит очень интересно, что описали в своей статье учёные из 2-ух американских университетов: Иллинойса и Западного резервного района.

Чтобы лучше понять физическое состояние в ядре Меркурия, учёные использовали сверхмощный пресс, позволяющий изучить поведение смеси железа и серы в условиях высокого давления и температуры. В каждом эксперименте образцы смеси железа и серы подвергали определённому давлению и разогревали до определённой температуры. Затем образцы охлаждали, разрезали надвое и изучали под электронным микроскопом и с помощью электронного микроанализатора.

Быстрое охлаждение сохраняло структура образцов, которые обнаруживали разделение на твёрдую и жидкую фазы, и сера содержалась в каждой из них, - говорит ведущий автор исследования, аспирант Иллинойса Бин Чен (Bin Chen). Базируясь на данных нашего эксперимента, мы можем сделать выводы о том, что происходит в ядре Меркурия,- добавляет он.

По мере того, как расплавленная смесь железа и серы охлаждается во внешних слоях ядра, атомы железа конденсируются в «снежинки», которые падают к центру планеты. По мере того, как холодный железный «снег» опускается вниз и легкая, богатая серой жидкость подымается, конвективные потоки создают гигантскую динамо-машину, которая и создаёт относительно слабое магнитное поле планеты.

Кроме магнитного поля планета Меркурий имеет обширную магнитосферу, которая со стороны Солнца сильно сжата под действием солнечного ветра.

Масса: 3,3*10(23) кг. (0,055 массы Земли);

Диаметр экватора: 4870 км. (0,38 диаметра экватора Земли);

Плотность: 5,43 г/см3

Температура поверхности: максимум 480°С, минимум -180°С

Период вращения относительно звёзд: 58,65 земных суток

Расстояние от Солнца (среднее): 0,387 а.е., то есть 58 млн км

Период обращения по орбите (год): 88 земных суток

Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 176 земных суток

Наклон орбиты к эклиптике: 7°

Эксцентриситет орбиты: 0,206

Средняя скорость движения по орбите:47,9 км/с

Ускорение свободного падения:3,72 м/с2

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 был известен еще с древних времен, однако древние астрономы не сразу поняли, что утром и вечером видят одну и ту же звезду.

Меркурий - самая близкая к Солнцу планета, и весь свой путь по орбите вокруг Солнца он проходит всего за 88 дней. Меркурий - самая маленькая из всех планет, не считая Плутона. Поверхность этого небольшого мирка достаточно горяча, чтобы расплавить олово и свинец. Едва ли там есть какая-нибудь атмосфера, а твердый грунт весь покрыт кратерами.

Строение планеты Меркурий

В XIX веке появилась гипотеза о том, что Меркурий ранее являлся спутником Венеры. В 1976 году был произведен математический расчет этой гипотезы, который показал, что это может объяснить потерю вращательного момента у Меркурия и Венеры, большой эксцентриситет орбиты Меркурия, резонансный характер движения Меркурия вокруг Солнца. Убегание Меркурия могло произойти за 500 миллионов лет и сопровождалось огромным выделением энергии, которое разогревало и Венеру, и ее спутник. Эта гипотеза помогает объяснить и наличие магнитного поля у Меркурия, и химический состав его ядра.

На основании анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и Д. Гаулт предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой. Далее наступил процесс интенсивной бомбардировки планеты остатками планетного роя, во время которой образовались бассейны типа Калорис, а так же кратеры типа Коперника на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потока лавы, заполнявшей крупные бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад (возраст планет Солнечной системы известен довольно точно и равен 4,6 млрд. лет).

У Меркурия есть слабое магнитное поле, которое было обнаружено космическим аппаратом «Маринер-10». Напряженность магнитного поля на экваторе планеты 3,5 мГс, у полюсов 7 мГс, что составляет 0,7 % земного магнитного поля. Тщательное изучение магнитного поля планеты показало, что оно имеет более сложную структуру, чем земное. Кроме дипольного (двухполюсного) в нём присутствуют ещё поля с четырьмя и восемью полюсами. Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием солнечного ветра.

Магнитосфера планеты Меркурий

Высокая плотность и наличие магнитного поля показывает, что у Меркурия должно быть плотное металлическое ядро. По современным расчётам, плотность в центре Меркурия должна достигать 9,8 г/см3, радиус ядра составляет 1800 км (75 % радиуса планеты). На долю ядра приходится 80 % массы Меркурия. Несмотря на медленное вращение планеты, большинство специалистов считает, что её магнитное поле возбуждается тем же динамо-механизмом, что и магнитное поле Земли. Этот механизм сводится к образованию кольцевых электрических токов в ядре планеты при её вращении, которые и генерируют магнитное поле. Выяснение происхождения магнитного поля Меркурия может иметь большое значение для проблемы планетарного механизма в целом.

Над массивным ядром располагается силикатная оболочка толщиной 600 км. Плотность поверхностных пород порядка 3,3 г/см3.

Поверхность планеты Меркурий

Когда космический аппарат «Маринер-10» передал первые снимки Меркурия с близкого расстояния, астрономы всплеснули руками: перед ними была вторая Луна! Поверхность Меркурия оказалась усеянной сеткой из кратеров разных размеров, совсем как поверхность Луны. Их распределение по размерам тоже было аналогично лунному. Большая часть кратеров образовалась в результате падения метеоритов.

Участок поверхности Северного полушария Меркурия шириной около 500 км.

На поверхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Наибольший из них, Калорис, имеет в диаметре 1300 км (океан Бурь на Луне – 1800 км). Появление долин объясняется интенсивной вулканической деятельностью, которая совпала по времени с формированием поверхности планеты.

На Меркурии есть горы, высота наиболее высоких достигает 2–4 км. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп. Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности. Считают, что эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты.

Эскарп на поверхности Меркурия. Слева – снимок с Маринера. В центре – вид с более близкого расстояния. Справа – механизм образования эскарпа.

В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед. Внутренние области находящихся там кратеров Солнце никогда не освещает, и температура там может держаться около –210°С. Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.

Максимальная температура поверхности Меркурия, зарегистрированная датчиками, +410°С. Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100°С. В 1970 году Т. Мардок и Э. Ней из Миннесотского университета установили, что средняя температура ночного полушария рана –162°С (111 К). С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна +347°С. Поверхность этого небольшого мира достаточно горяча, чтобы расплавить свинец или олово.