Меркурий

Мерку́рий — самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Планета названа в честь древнеримского бога торговли — быстроногого Меркурия, поскольку она движется по небесной сфере быстрее других планет.

Общие сведения

Среднее расстояние Меркурия от Солнца чуть меньше 58 млн км. Планета обращается вокруг Солнца за 88 земных суток. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −1,9 до 5,5, но его нелегко заметить из-за близости к Солнцу.

Меркурий относится к планетам земной группы. По своим физическим характеристикам Меркурий напоминает Луну. У него нет естественных спутников, но есть очень разрежённая атмосфера. Планета обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля, напряжённость которого составляет 0,01 от земного магнитного поля. Ядро Меркурия составляет 83 % от всего объёма планеты. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (от −180 до +430 °C). Солнечная сторона нагревается гораздо больше, чем полярные области и обратная сторона планеты.

Радиус Меркурия составляет всего 2439,7 ± 1,0 км, что меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана. Масса планеты равна 3,3∙10²³ кг. Средняя плотность Меркурия довольно велика — 5,43 г/см, что лишь незначительно меньше плотности Земли. Учитывая, что Земля намного больше по размерам, значение плотности Меркурия указывает на повышенное содержание в его недрах металлов. Ускорение свободного падения на Меркурии равно 3,70 м/с. Вторая космическая скорость — 4,25 км/с. Несмотря на меньший радиус, Меркурий всё же превосходит по массе такие спутники планет-гигантов, как Ганимед и Титан.

О планете пока известно сравнительно немного. Только в 2009 году учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов Маринер-10 и Мессенджер.

После лишения Плутона в 2006 году статуса планеты к Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы.

Астрономические характеристики

Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия — в низких широтах и вблизи экватора: это связано с тем, что продолжительность сумерек там наименьшая. В средних широтах найти Меркурий гораздо труднее и возможно только в период наилучших элонгаций. В высоких широтах планету практически никогда нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий виден в течение очень небольшого промежутка времени после наступления сумерек.

Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия в средних широтах обоих полушарий складываются около равноденствий (продолжительность сумерек при этом минимальная). 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).

Астрономический символ Меркурия представляет собой стилизованное изображение крылатого шлема бога Меркурия с его кадуцеем.

Небесная механика Меркурия

Меркурий обращается по своей орбите вокруг Солнца с периодом около 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток на Меркурии составляет 58,65 земных, а солнечных — 176 земных. Меркурий движется вокруг Солнца по довольно сильно вытянутой эллиптической орбите. Средняя скорость движения планеты по орбите — 48 км/с. Расстояние от Меркурия до Земли меняется от 82 до 217 млн км. Поэтому при наблюдении с Земли, Меркурий за несколько дней изменяет своё положение относительно Солнца от запада (утренняя видимость) к востоку (вечерняя видимость).

Оказалось, что меркурианские звёздные сутки равны 58,65 земных суток, то есть 2/3 меркурианского года. Такое соотношение периодов вращения вокруг оси и обращения Меркурия вокруг Солнца является уникальным для Солнечной системы явлением. Оно, предположительно, объясняется тем, что приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением. В результате за один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота. Солнечные сутки на Меркурии длятся два меркурианских года или трое меркурианских звёздных суток.

На Меркурии нет смены времён года, как на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты почти перпендикулярна к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, которые солнечные лучи не освещают. Исследования, проведённые с помощью радиотелескопа в Аресибо, позволяет предположить, что в этой холодной и тёмной зоне существуют ледники. Слой водяного льда может достигать 2 м и покрыт слоем пыли.

Комбинация осевого и орбитального движений планеты порождает ещё одно интересное явление. Скорость вращения планеты вокруг оси — величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток угловая скорость орбитального движения превышает угловую скорость вращательного движения. В результате Солнце на небосводе Меркурия останавливается и начинает двигаться в обратном направлении — с запада на восток.

Интересно также, что, хотя ближайшими по расположению орбит к Земле являются Марс и Венера, Меркурий в среднем чаще других является ближайшей к Земле планетой (поскольку другие планеты отдаляются в большей степени, не будучи столь привязанными к Солнцу).

Магнитное поле

Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого, по результатам измерения Маринера-10, примерно в 100 раз меньше земного и составляет ~300 нТл. Магнитное поле Меркурия, возможно, образуется в результате эффекта динамо, то есть так же, как и на Земле. Этот эффект является результатом циркуляции вещества в жидком ядре планеты. Из-за выраженного эксцентриситета планеты возникает чрезвычайно сильный приливный эффект.

Магнитное поле Меркурия достаточно сильное, чтобы влиять на движение солнечного ветра вокруг планеты, создавая магнитосферу. Магнитосфера планеты, хотя и настолько мала, что может поместиться внутри Земли, достаточно мощная, чтобы захватить заряженные частицы (плазму) солнечного ветра.

Атмосфера

При пролёте космического аппарата Маринер-10 мимо Меркурия было установлено наличие у планеты предельно разрежённой атмосферы, давление которой в 5 ∙ 10¹¹ раз меньше давления земной атмосферы. В таких условиях атомы чаще сталкиваются с поверхностью планеты, чем друг с другом. Атмосферу составляют атомы, захваченные из солнечного ветра или выбитые солнечным ветром с поверхности, — гелий, натрий, кислород, калий, аргон, водород. Среднее время жизни отдельного атома в атмосфере — около 200 суток.

Геология и внутреннее строение

До недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится твёрдое металлическое ядро радиусом 1800—1900 км, содержащее 60 % массы планеты, так как КА Маринер-10 обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером не может иметь жидкого металлического ядра. Но в 2007 году группа Жана-Люка Марго подвела итоги пятилетних радарных наблюдений за Меркурием, в ходе которых были замечены вариации вращения планеты, слишком большие для модели недр планеты с твёрдым ядром. Поэтому сегодня можно с высокой долей уверенности говорить, что ядро планеты именно жидкое.

Ядро окружено силикатной мантией толщиной 500—600 км. Согласно данным Маринера-10 и наблюдениям с Земли толщина коры планеты составляет от 100 до 300 км.

Жидкое железно-никелевое ядро Меркурия составляет около 3/4 его диаметра, что примерно равно размеру Луны. Оно очень массивное по сравнению с ядром других планет.

Концентрация железа в ядре Меркурия выше, чем у любой другой планеты Солнечной системы.

Поверхность

Поверхность Меркурия во многом напоминает лунную — она сильно кратерирована. Плотность кратеров на поверхности различна на разных участках. От молодых кратеров, как и у кратеров на Луне в разные стороны тянутся светлые лучи. Предполагается, что более густо усеянные кратерами участки являются более древними, а менее густо усеянные — более молодыми, образовавшимися при затоплении лавой более старой поверхности. В то же время крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Однако сходство Меркурия и Луны неполное — на Меркурии существуют образования, которые на Луне не встречаются.

Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров, — уступов (эскарпов). Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого площадь поверхности Меркурия уменьшилась на 1 %.

Благодаря зонду Мессенджер, заснявшему всю поверхность Меркурия, выявлено, что она однородна. Этим Меркурий не схож с Луной или Марсом, у которых одно полушарие резко отличается от другого. Самая высокая точка на Меркурии (+4,48 километра над средним уровнем) расположена к югу от экватора в одной из старейших областей на планете, а самая низкая точка (–5,38 километра ниже среднего уровня) находится на дне Рахманиновского бассейна, окруженного двойным кольцом загадочных гор, которые по предположению ученых являются одними из последних вулканических проявлений на планете.

Особенности номенклатуры

Правила именования деталей рельефа Меркурия утверждены на XV Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в 1973 году.

Крупнейший объект на поверхности Меркурия, диаметром около 1500 км, назван равниной Жары, поскольку она располагается на одном из двух меридианов, где температура достигает рекордных значений. Это многокольцевая структура ударного происхождения, залитая застывшей лавой. Другая равнина, находящаяся в области минимальных температур, у северного полюса, названа Северной равниной. Остальные подобные формирования получили название планеты Меркурий или аналога римского бога Меркурия в языках разных народов мира. Например: равнина Суйсей (планета Меркурий по-японски) и равнина Будх (планета Меркурий на хинди), равнина Собкоу (планета Меркурий у древних египтян), равнина Одина (скандинавского бога) и равнина Тир (древнее персидское название Меркурия).

Кратеры Меркурия (за двумя исключениями) получают название в честь известных людей в гуманитарной сфере деятельности (архитекторы, музыканты, писатели, поэты, философы, фотографы, художники). Например: Барма, Белинский, Глинка, Гоголь, Державин, Лермонтов, Мусоргский, Пушкин, Репин, Рублёв, Стравинский, Суриков, Тургенев, Феофан Грек (Theophanes), Фет, Чайковский, Чехов. Первоначально кратерам большего размера присваивались имена знаменитостей, которые, по мнению МАС, имели соответственно большее значение в мировой культуре. Чем крупнее кратер — тем сильнее влияние личности на современный мир. В первую пятёрку вошли Бетховен (диаметром 643 км), Достоевский (430 км), Шекспир (400 км), Толстой (355 км) и Рафаэль. Спустя 30 лет, когда Мессенджер заснял ранее неизвестные области планеты, на первое по размеру место вышел 715-километровый кратер, получивший имя Рембрандт.

Уступы (эскарпы) получают названия кораблей исследователей, вошедших в историю, поскольку бог Меркурий/Гермес считался покровителем путешественников. Например: Бигль, Заря, Санта-Мария, Фрам, Восток, Мирный.

Горы получают названия от слова жара на разных языках, а гряды именуются в честь астрономов, исследовавших Меркурий. По состоянию на 2015 год на Меркурии наименована одна горная система (горы Жары) и две гряды: гряда Антониади и гряда Скиапарелли.

Долины называют именами заброшенных древних поселений (например, долина Ангкор).

Борозды называют в честь великих архитектурных сооружений. Единственный пока пример — борозды Пантеон на равнине Жары.

Природные условия на Меркурии

Близость к Солнцу и довольно медленное вращение планеты, а также крайне разрежённая атмосфера приводят к тому, что на Меркурии наблюдаются самые резкие перепады температур в Солнечной системе. Этому способствует также рыхлая поверхность Меркурия, которая плохо проводит тепло (а при практически отсутствующей атмосфере тепло может передаваться вглубь только за счёт теплопроводности). Поверхность планеты быстро нагревается и остывает, но уже на глубине в 1 м суточные колебания перестают ощущаться, а температура становится стабильной, равной приблизительно +75 °C.

Средняя температура его дневной поверхности равна 623 К (349,9 °C), ночной — всего 103 К (−170,2 °C). Минимальная температура на Меркурии равна 90 К (−183,2 °C), а максимум, достигаемый в полдень на горячих долготах при нахождении планеты близ перигелия, — 700 К (426,9 °C).

Несмотря на такие условия, в последнее время появились предположения о том, что на поверхности Меркурия может существовать лёд.

Небо на Меркурии

Небо на Меркурии черно и днем, и ночью. Ведь Меркурий окружен так называемой экзосферой — пространством настолько разреженным, что составляющие его нейтральные атомы практически никогда не сталкиваются.

Совсем по-другому выглядит дневной ход Солнца вблизи 90 и 270 з. д. Здесь оно выписывает просто уникальные траектории — за сутки происходит по три восхода и по три заката. Утром из-за горизонта на востоке очень медленно появляется ослепительный светящийся диск громадного размера (в 3 раза больше, чем на земном небосводе), он немного поднимается над горизонтом, останавливается, а затем идет вниз и ненадолго скрывается за горизонтом. Вскоре следует повторный восход, после которого Солнце начинает медленно ползти по небу вверх, постепенно ускоряя свой бег и при этом быстро уменьшаясь в размерах и тускнея. Точку зенита это маленькое Солнце пролетает на большой скорости, а потом замедляет свой ход, растет в размерах и медленно скрывается за вечерним горизонтом. Вскоре после первого заката Солнце поднимается вновь на небольшую высоту, ненадолго застывает на месте, а затем снова опускается к горизонту и заходит окончательно.

Новейшее Время. Исследования Меркурия радиотелескопами и космическими аппаратами

Меркурий — наименее изученная планета земной группы. К телескопическим методам его изучения в XX веке добавились радиоастрономические, радиолокационные и исследования с помощью космических аппаратов.

Развитие электроники и информатики сделало возможным наземные наблюдения Меркурия с помощью приёмников излучения ПЗС и последующую компьютерную обработку снимков.

Отправить космический аппарат на Меркурий крайне сложно. Сначала нужно затормозить аппарат, чтобы он вышел на высокоэллиптическую орбиту, а как только он приблизится к Меркурию — дать импульс, чтобы выйти на орбиту планеты. За время полёта накопится немалая скорость, и, с учётом слабого притяжения Меркурия, на второй манёвр нужно много топлива. Поэтому Меркурий исследовали только два космических аппарата. Первым был Маринер-10, который в 1974—1975 годах трижды пролетел мимо планеты; максимальное сближение составляло 320 км. В результате было получено несколько тысяч снимков, покрывающих примерно 45 % поверхности.

Второй стала миссия НАСА под названием Мессенджер. Аппарат был запущен 3 августа 2004 года, а в январе 2008 года впервые совершил облёт Меркурия. 17 марта 2011 года, совершив ряд гравитационных манёвров вблизи Меркурия, Земли и Венеры, зонд Мессенджер вышел на орбиту Меркурия. Предполагалось, что с помощью аппаратуры, установленной на нём, зонд сможет исследовать ландшафт планеты, состав её атмосферы и поверхности; также оборудование Мессенджера позволит вести исследования энергичных частиц и плазмы.

В 2015 году зонд Мессенджер упал на Меркурий, предположительно образовав пятнадцатиметровый кратер.