Солнечные сутки на Меркурии длятся 176 земных суток . А период его обращения вокруг своей оси относительно звезд в точности равен 2/3 меркурианского года . При таких точных соотношениях вращение называют резонансным. Все особенности движения Меркурия во многом связаны с гравитационным влиянием Солнца , в том числе и изменения в ориентации орбиты планеты .

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.

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 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.

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

Но после того как он был разжалован из статуса «полноценных» планет, первенство перешло к Меркурию, о котором наша сегодняшняя статья.

История открытия планеты Меркурий

История Меркурия и наших знаний об этой планете уходит корнями в глубокую древность, по сути это одна из первых планет, известных человечеству. Так Меркурий наблюдали еще в древнем Шумере, одной из первых развитых цивилизаций на Земле. У шумерцев Меркурий ассоциировался с тамошним богом письменности Набу. Знали об этой планете также вавилонские и древнеегипетские жрецы, по совместительству прекрасные астрономы древнего мира.

Что же касается происхождения названия планеты «Меркурий», то оно идет уже от римлян, которые назвали эту планету в честь античного бога Меркурия (в греческом варианте Гермеса), покровителя торговли, ремесел и посланца других олимпийских богов. Также астрономы прошлого Меркурий порой поэтически называли утренней или вечерней зорей, по времени его появления на звездном небосводе.

Бог Меркурий, в честь которого назвали планету.

Также античные астрономы полагали, что Меркурий и его ближайшая соседка планета Венера вращаются таки вокруг Солнца, а не вокруг Земли. А вот уже в свою очередь вращается вокруг Земли.

Особенности планеты Меркурий

Пожалуй, самой интересной особенностью этой маленькой планеты, является тот факт, что именно на Меркурии происходят самые большие температурные колебания: поскольку Меркурий ближе всех к Солнцу, то днем его поверхность прогревается до 450 С. Но с другой стороны, Меркурий не имеет собственной атмосферы и не может удержать тепло, как следствие, ночью температура опускается до минус 170 С, здесь самая большая разница температур в нашей Солнечной системе.

Своими размерами Меркурий лишь немного больше, чем наша Луна. Поверхность его также подобно лунной, изрешечена кратерами, следами мелких астероидов и метеоритов.

Интересный факт: примерно 4 миллиарда лет назад огромный астероид врезался в Меркурий, силу этого удара можно сравнить со взрывом триллиона мегатонных бомб. От этого удара на поверхности Меркурия остался гигантский кратер, величиной примерно как современный штат Техас, астрономы назвали его кратер Бассейнс Калорис.

Также весьма интересный является тот факт, что на Меркурии есть самый настоящий лед, который скрывается в глубине тамошних кратеров. Лед мог быть принесен на Меркурий и метеоритами или даже образоваться из водяного пара, который вырывается из недр планеты.

Еще одной интересной особенностью этой планеты, является уменьшение ее размеров. Само уменьшение как полагают ученые вызвано постепенным охлаждением планеты, которое происходит миллионы лет. Вследствие охлаждения происходит сминание его поверхности и образование лопастевидных скал.

Плотность Меркурия является высокой, выше только у нашей Земли, в центре планеты находится огромное расплавленное ядро, составляющее 75% диаметра всей планеты.

С помощью отправленного НАСА к поверхности Меркурия исследовательского зонда Маринер-10 было сделано удивительное открытие – на Меркурии существует магнитное поле. Это было тем более удивительно, так как согласно астрофизическим данным этой планеты: скорости вращения и наличия расплавленного ядра, магнитного поля там быть не должно. Несмотря на то, что сила магнитного поля Меркурия составляет лишь 1% от силы магнитного поля Земли, оно сверхактивно – магнитное поле солнечного ветра периодически попадает в поле Меркурия и от взаимодействия с ним возникают сильные магнитные торнадо, порой достигающие и поверхности планеты.

Скорость планеты Меркурий, по которой он вращается вокруг Солнца, составляет 180 000 км в час. Орбита Меркурия овальной формы и сильно вытянута эпилептически, вследствие чего он, то приближается к Солнцу на 47 миллионов километров, то отдаляется на 70 миллионов километров. Если бы мы могли наблюдать Солнце с поверхности Меркурия, то оттуда оно выглядело бы в три раза больше, чем с Земли.

Один год на Меркурии равен 88 земным суткам.

Меркурий фото

Предлагаем вашему вниманию фото этой планеты.

Температура на Меркурии

Какая температура на Меркурии? Хотя эта планета и расположена ближе всех к Солнцу, первенство самой теплой планеты Солнечной системы принадлежит соседке Венере, чья густая атмосфера, которая буквально окутывает планету, позволяет удерживать тепло. Что касается Меркурия, то из-за отсутствия атмосферы, тепло его улетучивается и планета, как быстро нагревается, так и быстро остывает, каждый день и каждую ночь там проходят просто таки огромные перепады температуры от +450 С днем до -170 С ночью. При этом средняя температура на Меркурии будет составлять 140 С, вот только от этого не холодно, не жарко, погода на Меркурии оставляет желать лучшего.

Есть ли жизнь на Меркурии

Как вы, наверное, догадались, при таких температурных колебаниях существование жизни не возможно.

Атмосфера Меркурия

Выше мы писали, что атмосфера на Меркурии отсутствует, хотя с этим утверждением можно и поспорить, атмосфера планеты Меркурий не чтобы отсутствует, она просто другая и отличается от того, что мы понимаем собственно под атмосферой.

Оригинальная атмосфера этой планеты была рассеяна 4,6 миллиарда лет назад по причине очень слабой Меркурия, которая попросту не могла удержать ее. Вдобавок близость к Солнцу и постоянные солнечные ветры также не способствовали сохранению атмосферы в классическом понимании этого термина. Тем не менее, слабая атмосфера на Меркурии таки сохранилась, причем это самая из непостоянных и незначительных атмосфер в солнечной системе.

Состав атмосферы Меркурия включает в себя гелий, калий, натрий, также пары воды. К тому же нынешняя атмосфера планеты периодически пополняется из различных разнообразных источников, таких как, частицы солнечного ветра, вулканическая дегазация, радиоактивный распад элементов.

Также, несмотря на маленький размер и мизерную плотность атмосферу Меркурия можно разделить на целых четыре секции: нижний, средний и верхний слои, а также экзосфера. Нижняя атмосфера – имеет в себе много пыли, которая предает Меркурию своеобразный красно-коричневый вид, она прогревается до высоких температур, благодаря теплу, которое отражается от поверхности. Средняя атмосфера имеет струю, подобную земной. Верхняя атмосфера Меркурия активно взаимодействует с солнечными ветрами, которые также нагревают ее до высоких температур.

Поверхность планеты Меркурий представляет собой голую скалу вулканического происхождения. Миллиарды лет назад расплавленная лава остыла и образовала каменистую, серого цвета поверхность. Такой поверхностью обусловлен и цвет Меркурия – темно-серый, хотя благодаря пыли в нижних слоях атмосферы складывается ощущение, что Меркурий красно-коричневый. Снимки поверхности Меркурия сделанные с исследовательского зонда «Мессенджер» очень напоминают лунный пейзаж, единственное на Меркурии нет «лунных морей», тогда как на Луне нет меркурианских эскарпов.

Кольца Меркурия

А есть ли у Меркурия кольца? Ведь у многих планет солнечной системы, например, и конечно же они присутствуют. Увы но у Меркурия колец нет от слова совсем. Кольца не могут существовать на Меркурии опять таки ввиду близости этой планеты к Солнцу, ведь кольца других планет образуются из ледяных обломков, куском астероидов и прочих небесных объектов, которые вблизи Меркурия попросту расплавляться жаркими солнечными ветрами.

Спутники Меркурия

Также как и колец спутников у Меркурия нет. Обусловлено это тем, что вокруг этой планеты не так уж много летает астероидов – потенциальных кандидатов в спутники при соприкосновении их с гравитацией планеты.

Вращение Меркурия

Вращение планеты Меркурий является весьма необычным, а именно орбитальный период его вращения меньший по сравнению с длительностью вращения вокруг своей оси. Длительность эта составляет менее 180 земных дней. В то время как орбитальный период вдвое меньше. Иными словами, Меркурий проходит две орбиты за три своих оборота.

Сколько лететь до Меркурия

В ближайшей точке минимальное расстояние от Земли до Меркурия составляет 77,3 миллиона километров. Сколько же времени понадобится современным космическим аппаратам, чтобы преодолеть такое расстояние? Самый быстрый на сегодня космический аппарат НАСА – «Новые горизонты», который был запущен к Плутону, имеет скорость около 80000 километров в час. Чтобы долететь до Меркурия ему понадобилось бы примерно 40 дней, что сравнительно не так уж и долго.

Первый космический аппарат Маринер-10 запущенный к Меркурию в далеком 1973 году, был не такой быстрый, ему понадобилось 147 дней, чтобы долететь до этой планеты. Техника совершенствуется, и возможно, в ближайшем будущем до Меркурия можно будет долететь и за несколько часов.

• Меркурий достаточно нелегко обнаружить на небе, так как он «любит играть в прятки» буквально «прячась» за Солнцем. Тем не менее, астрономам древности было о нем известно. Объясняют это тем, что в те далекие времена небо было более темное из-за отсутствия светового загрязнения, и планета была видна гораздо лучше.
• Смещение орбиты Меркурия помогло подтвердить знаменитую теорию относительности Альберта Эйнштейна. Если коротко, то она рассказывает, как свет звезды меняется, когда другая планета вращается вокруг нее. Астрономы отражали от Меркурия сигнал радара, и путь этого сигнала совпадал с предсказаниями общей теории относительности.
• Магнитное поле Меркурия, само существование которого является весьма загадочным, вдобавок ко всему еще и различается на полюсах планеты. На южном полюсе оно более интенсивно, нежели на северном.

Меркурий, видео

И в завершение интересный документальный фильм о полете к планете Меркурий.

Меркурий — самая близкая к Солнцу планета (общие сведения о Меркурии и других планетах вы найдете в приложении 1) — среднее расстояние от Солнца 57 909 176 км. Однако расстояние от Солнца до Меркурия может меняться от 46,08 до 68,86 млн км. Расстояние Меркурия от Земли составляет от 82 до 217 млн км. Ось Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты.

Из-за незначительного наклонения оси вращения Меркурия к плоскости его орбиты заметных сезонных изменений на этой планете нет. Нет у Меркурия и спутников.

Меркурий — маленькая планета. Его масса составляет двадцатую часть массы Земли, а радиус в 2,5 раза меньше земного.

Ученые считают, что в центре планеты находится большое железное ядро — на его долю приходится 80 % массы планеты, а сверху — мантия из каменных пород.

Для наблюдений с Земли Меркурий — трудный объект, так как его приходится наблюдать всегда на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом, а кроме этого, в эту пору наблюдатель видит освещенной лишь половину его диска.

Первым исследовал Меркурий американский космический зонд «Маринер-10», который в 1974-1975 гг. трижды пролетел мимо планеты. Максимальное сближение этого космического зонда с Меркурием составляло 320 км.

Поверхность планеты похожа на сморщенную яблочную кожуру, она изрыта трещинами, впадинами, горными хребтами, наиболее высокие из которых достигают 2-4 км, отвесными уступами-эскарпами высотой 2-3 км и длиной в сотни километров. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. Средняя плотность грунта — 5,43 г/см 3 .

На изученном полушарии Меркурия имеется единственное ровное место — Равнина Жары. Предполагается, что это застывшая лава, излившаяся из недр после столкновения с гигантским астероидом около 4 млрд лет назад.

Атмосфера Меркурия имеет крайне низкую плотность. Она состоит из водорода, гелия, кислорода, паров кальция, натрия и калия (рис. 1). Водород и гелий планета, вероятно, получает от Солнца, а металлы испаряются с ее поверхности. «Атмосферой» эту тонкую оболочку можно назвать лишь с большой натяжкой. Давление у поверхности планеты в 500 млрд раз меньше, чем у поверхности Земли (это меньше, чем в современных вакуумных установках на Земле).

Общие характеристики планеты Меркурий

Максимальная температура поверхности Меркурия, зарегистрированная датчиками, +410 °С. Средняя температура ночного полушария равна -162 °С, а дневного +347 °С (этого достаточно, чтобы расплавить свинец или олово). Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100 °С. На глубине 1 м температура постоянна и равна +75 °С, ведь пористый грунт плохо проводит тепло.

Органическая жизнь на Меркурии исключается.

Рис. 1. Состав атмосферы Меркурия

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.

Меркурий - самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца за 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток на Меркурии составляет 58,65 земных, а солнечных - 176 земных. Планета названа в честь древнеримского бога торговли Меркурия, аналога греческого Гермеса и вавилонского Набу.

Меркурий относится к внутренним планетам, так как его орбита лежит внутри орбиты Земли. После лишения Плутона в 2006 году статуса планеты, Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от 1,9 до 5,5, но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). О планете пока известно сравнительно немного. Только в 2009 году учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов «Маринер-10» и «Мессенджер». Наличие каких-либо естественных спутников у планеты не обнаружено.

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

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

Движение планеты

Меркурий движется вокруг Солнца по довольно сильно вытянутой эллиптической орбите (эксцентриситет 0,205) на среднем расстоянии 57,91 млн км (0,387 а. е.). В перигелии Меркурий находится в 45,9 млн км от Солнца (0,3 а. е.), в афелии - в 69,7 млн км (0,46 а. е.) В перигелии Меркурий более чем в полтора раза ближе к Солнцу, чем в афелии. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 7°. На один оборот по орбите Меркурий затрачивает 87,97 земных суток. Средняя скорость движения планеты по орбите 48 км/с. Расстояние от Меркурия до Земли меняется в пределах от 82 до 217 млн км.

В течение долгого времени считалось, что Меркурий постоянно обращён к Солнцу одной и той же стороной, и один оборот вокруг оси занимает у него те же 87,97 земных суток. Наблюдения деталей на поверхности Меркурия не противоречили этому. Данное заблуждение было связано с тем, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через период, примерно равный шестикратному периоду вращения Меркурия (352 суток), поэтому в различное время наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. Истина раскрылась только в середине 1960-х годов, когда была проведена радиолокация Меркурия.

Оказалось, что меркурианские звёздные сутки равны 58,65 земных суток, то есть 2/3 меркурианского года. Такая соизмеримость периодов вращения вокруг оси и обращения Меркурия вокруг Солнца является уникальным для Солнечной системы явлением. Оно, предположительно, объясняется тем, что приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением. В результате за один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота. То есть если в момент прохождения Меркурием перигелия определённая точка его поверхности обращена точно к Солнцу, то при следующем прохождении перигелия к Солнцу будет обращена в точности противоположная точка поверхности, а ещё через один меркурианский год Солнце снова вернётся в зенит над первой точкой. В результате солнечные сутки на Меркурии длятся два меркурианских года или трое меркурианских звёздных суток.

В результате такого движения планеты на ней можно выделить «горячие долготы» - два противоположных меридиана, которые попеременно обращены к Солнцу во время прохождения Меркурием перигелия, и на которых из-за этого бывает особенно горячо даже по меркурианским меркам.

На Меркурии не существует таких времён года, как на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под прямым углом к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, до которых солнечные лучи не доходят никогда. Обследование, проведённое радиотелескопом «Аресибо», позволяет предположить, что в этой студёной и тёмной зоне есть ледники. Ледниковый слой может достигать 2 м и покрыт слоем пыли.

Комбинация движений планеты порождает ещё одно уникальное явление. Скорость вращения планеты вокруг оси - величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток угловая скорость орбитального движения превышает угловую скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается и начинает двигаться в обратном направлении - с запада на восток. Этот эффект иногда называют эффектом Иисуса Навина, по имени главного героя Книги Иисуса Навина из Библии, остановившего движение Солнца (Нав.10:12-13). Для наблюдателя на долготах, отстоящих на 90° от «горячих долгот», Солнце при этом восходит (или заходит) дважды.

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

Аномальная прецессия орбиты

Меркурий находится близко к Солнцу, поэтому эффекты общей теории относительности проявляются в его движении в наибольшей мере среди всех планет Солнечной системы. Уже в 1859 году французский математик и астроном Урбен Леверье сообщил, что существует медленная прецессия орбиты Меркурия, которая не может быть полностью объяснена на основе расчёта влияния известных планет согласно ньютоновской механике. Прецессия перигелия Меркурия составляет 5600 угловых секунд за век. Расчёт влияния всех других небесных тел на Меркурий согласно ньютоновской механике даёт прецессию 5557 угловых секунд за век. Пытаясь объяснить наблюдаемый эффект, он предположил, что существует ещё одна планета (или, возможно, пояс небольших астероидов), орбита которой расположена ближе к Солнцу, чем у Меркурия, и которая вносит возмущающее влияние (другие объяснения рассматривали неучтённое полярное сжатие Солнца). Благодаря ранее достигнутым успехам в поисках Нептуна с учётом его влияния на орбиту Урана данная гипотеза стала популярной, и искомая гипотетическая планета даже получила название - Вулкан. Однако эта планета так и не была обнаружена.

Так как ни одно из этих объяснений не выдержало проверки наблюдениями, некоторые физики начали выдвигать более радикальные гипотезы, что необходимо изменять сам закон тяготения, например, менять в нём показатель степени или добавлять в потенциал члены, зависящие от скорости тел. Однако большинство таких попыток оказались противоречивыми. В начале XX века общая теория относительности дала объяснение наблюдаемой прецессии. Эффект очень мал: релятивистская «добавка» составляет всего 42,98 угловой секунды за век, что составляет 1/130 (0,77 %) от общей скорости прецессии, так что потребуется по меньшей мере 12 млн оборотов Меркурия вокруг Солнца, чтобы перигелий вернулся в положение, предсказанное классической теорией. Подобное, но меньшее смещение существует и для других планет - 8,62 угловой секунды за век для Венеры, 3,84 для Земли, 1,35 для Марса, а также астероидов - 10,05 для Икара.

Гипотезы образования Меркурия

С XIX века существует научная гипотеза, что Меркурий в прошлом являлся спутником планеты Венеры, который впоследствии был ею «потерян». В 1976 году Томом ван Фландерном (англ.)русск. и К. Р. Харрингтоном, на основании математических расчётов, было показано, что эта гипотеза хорошо объясняет большие отклонения (эксцентриситет) орбиты Меркурия, его резонансный характер обращения вокруг Солнца и потерю вращательного момента как у Меркурия, так и у Венеры (у последней также - приобретение вращения, обратного основному в Солнечной системе).

В настоящее время эта гипотеза не подтверждается наблюдательными данными и сведениями с автоматических станций планеты. Наличие массивного железного ядра с большим количеством серы, процентное содержание которых больше, чем в составе любой другой планеты Солнечной системы, особенности геологического и физико-химического строения поверхности Меркурия говорят о том, что планета была сформирована в солнечной туманности независимо от других планет, то есть Меркурий всегда был самостоятельной планетой.

Сейчас существуют несколько версий для объяснения происхождения огромного ядра, самая распространённая из которых говорит о том, что у Меркурия первоначально отношение массы металлов к массе силикатов было подобно таковым в самых распространённых метеоритах - хондритах, состав которых в общем типичен для твёрдых тел Солнечной системы и внутренних планет, а масса планеты в древние времена была приблизительно в 2.25 раз больше её настоящей массы. В истории ранней Солнечной системы Меркурий, возможно, испытал столкновение с планетезималью приблизительно 1/6 его собственной массы на скорости ~20 км/с. Большую часть коры и верхнего слоя мантии снесло в космическое пространство, которые раздробившись в горячую пыль рассеялись в межпланетном пространстве. А ядро планеты, состоящее из более тяжёлых элементов сохранилось.

По другой гипотезе, Меркурий сформировался в уже крайне обеднённой лёгкими элементами внутренней части протопланетного диска, которые были выметены Солнцем во внешние области Солнечной системы.

Поверхность

По своим физическим характеристикам Меркурий напоминает Луну. У планеты нет естественных спутников, но есть очень разреженная атмосфера. Планета обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля по своей совокупности составляющим 0,01 от земного. Ядро Меркурия составляет 83 % от всего объёма планеты. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (от +80 до +430 °C). Солнечная сторона нагревается гораздо больше, чем полярные области и обратная сторона планеты.

Поверхность Меркурия также во многом напоминает лунную - она сильно кратерирована. Плотность кратеров различна на разных участках. Предполагается, что более густо усеянные кратерами участки являются более древними, а менее густо усеянные - более молодыми, образовавшимися при затоплении лавой старой поверхности. В то же время крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Самый большой кратер на Меркурии назван в честь великого голландского живописца Рембрандта, его поперечник составляет 716 км. Однако сходство неполное - на Меркурии видны образования, которые на Луне не встречаются. Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров, - эскарпов. Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого площадь поверхности Меркурия уменьшилась на 1 %. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3-4 млрд лет там не происходило в широких масштабах движение участков коры, а также отсутствовала эрозия поверхности, последнее почти полностью исключает возможность существования в истории Меркурия сколько-нибудь существенной атмосферы.

В ходе исследований, проводимых зондом «Мессенджер», было сфотографировано свыше 80 % поверхности Меркурия и выявлено, что она однородна. Этим Меркурий не схож с Луной или Марсом, у которых одно полушарие резко отличается от другого.

Первые данные исследования элементного состава поверхности с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра аппарата «Мессенджер» показали, что она бедна алюминием и кальцием по сравнению с плагиоклазовым полевым шпатом, характерным для материковых областей Луны. В то же время поверхность Меркурия сравнительно бедна титаном и железом и богата магнием, занимая промежуточное положение между типичными базальтами и ультраосновными горными породами типа земных коматиитов. Обнаружено также сравнительное изобилие серы, что предполагает восстановительные условия формирования планеты.

Кратеры

Кратеры на Меркурии варьируются по размеру в пределах от маленьких впадин, имеющих форму чаши, до многокольцевых ударных кратеров, имеющих в поперечнике сотни километров. Они находятся в разной стадии разрушения. Есть относительно хорошо сохранившиеся кратеры с длинными лучами вокруг них, которые образовались в результате выброса вещества в момент удара. Имеются также сильно разрушенные остатки кратеров. Меркурианские кратеры отличаются от лунных тем, что область их покрова от выброса вещества при ударе меньше из-за большей силы тяжести на Меркурии.

Одна из самых заметных деталей поверхности Меркурия - равнина Жары (лат. Caloris Planitia). Эта деталь рельефа получила такое название потому, что расположена вблизи одной из «горячих долгот». Её поперечник составляет около 1550 км.

Вероятно, тело, при ударе которого образовался кратер, имело поперечник не менее 100 км. Удар был настолько сильным, что сейсмические волны, пройдя всю планету и сфокусировавшись в противоположной точке поверхности, привели к образованию здесь своеобразного пересечённого «хаотического» ландшафта. Также о силе удара свидетельствует тот факт, что он вызвал выброс лавы, которая образовала высокие концентрические круги на расстоянии 2 км вокруг кратера.

Точка с самым высоким альбедо на поверхности Меркурия - это кратер Койпер диаметром 60 км. Вероятно, это один из наиболее «молодых» крупных кратеров на Меркурии.

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

Процентное содержание железа в ядре Меркурия выше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. Было предложено несколько теорий для объяснения этого факта. Согласно наиболее широко поддерживаемой в научном сообществе теории, Меркурий изначально имел такое же соотношение металла и силикатов, как в обычном метеорите, имея массу в 2,25 раза больше, чем сейчас. Однако в начале истории Солнечной системы в Меркурий ударилось планетоподобное тело, имеющее в 6 раз меньшую массу и несколько сот километров в поперечнике. В результате удара от планеты отделилась большая часть изначальной коры и мантии, из-за чего относительная доля ядра в составе планеты увеличилась. Подобный процесс, известный как теория гигантского столкновения, был предложен и для объяснения формирования Луны. Однако первые данные исследования элементного состава поверхности Меркурия с помощью гамма-спектрометра АМС «Мессенджер» не подтверждают эту теорию: изобилие радиоактивного изотопа калий-40 умеренно летучего химического элемента калия по сравнению с радиоактивными изотопами торий-232 и уран-238 более тугоплавких элементов урана и тория не стыкуется с высокими температурами, неизбежными при столкновении. Поэтому предполагается, что элементный состав Меркурия соответствует первичному элементному составу материала, из которого он сформировался, близкому к энстатитовым хондритам и безводным кометным частицам, хотя содержание железа в исследованных к настоящему времени энстатитовых хондритах недостаточно для объяснения высокой средней плотности Меркурия.

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

Геологическая история

Как и у Земли, Луны и Марса, геологическая история Меркурия разделена на эры. Они имеют следующие названия (от более ранней к более поздней): дотолстовская, толстовская, калорская, поздняя калорская, мансурская и койперская. Данное разделение периодизирует относительный геологический возраст планеты. Абсолютный возраст, измеряемый в годах, точно не установлен.

После формирования Меркурия 4,6 млрд лет назад происходила интенсивная бомбардировка планеты астероидами и кометами. Последняя сильная бомбардировка планеты произошла 3,8 млрд лет назад. Часть регионов, например, Равнина Жары, формировалась также за счёт их заполнения лавой. Это привело к образованию гладких плоскостей внутри кратеров, наподобие лунных.

Затем, по мере того как планета остывала и сжималась, стали образовываться хребты и разломы. Их можно наблюдать на поверхности более крупных деталей рельефа планеты, таких как кратеры, равнины, что указывает на более позднее время их образования. Период вулканизма на Меркурии закончился, когда мантия сжалась достаточно для предотвращения выхода лавы на поверхность планеты. Это, вероятно, произошло в первые 700-800 млн лет её истории. Все последующие изменения рельефа обусловлены ударами о поверхность планеты внешних тел.

Магнитное поле

Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого в 100 раз меньше земного. Магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру и в высшей степени симметрично, а его ось всего на 10 градусов отклоняется от оси вращения планеты, что налагает существенное ограничение на круг теорий, объясняющих его происхождение. Магнитное поле Меркурия, возможно, образуется в результате эффекта динамо, то есть так же, как и на Земле. Этот эффект является результатом циркуляции жидкого ядра планеты. Из-за выраженного эксцентриситета планеты возникает чрезвычайно сильный приливный эффект. Он поддерживает ядро в жидком состоянии, что необходимо для проявления эффекта динамо.

Магнитное поле Меркурия достаточно сильное, чтобы изменять направление движения солнечного ветра вокруг планеты, создавая магнитосферу. Магнитосфера планеты, хотя и настолько мала, что может поместиться внутри Земли, достаточно мощная, чтобы поймать плазму солнечного ветра. Результаты наблюдений, полученные «Маринером-10», обнаружили низкоэнергетическую плазму в магнитосфере на ночной стороне планеты. В хвосте магнитосферы были обнаружены взрывы активных частиц, что указывает на динамические качества магнитосферы планеты.

Во время второго пролёта планеты 6 октября 2008 года «Мессенджер» обнаружил, что магнитное поле Меркурия может иметь значительное количество окон. Космический аппарат столкнулся с явлением магнитных вихрей - сплетённых узлов магнитного поля, соединяющих корабль с магнитным полем планеты. Вихрь достигал 800 км в поперечнике, что составляет треть радиуса планеты. Данная вихревая форма магнитного поля создаётся солнечным ветром. Так как солнечный ветер обтекает магнитное поле планеты, оно связывается и проносится с ним, завиваясь в вихреподобные структуры. Эти вихри магнитного потока формируют окна в планетарном магнитном щите, через которые солнечный ветер проникает и достигает поверхности Меркурия. Процесс связи планетного и межпланетного магнитных полей, названный магнитным пересоединением, - обычное явление в космосе. Оно возникает и у Земли, когда она генерирует магнитные вихри. Однако, по наблюдениям «Мессенджера», частота пересоединения магнитного поля Меркурия в 10 раз выше.

Условия на Меркурии

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

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

Несмотря на такие условия, в последнее время появились предположения о том, что на поверхности Меркурия может существовать лёд. Радарные исследования приполярных областей планеты показали наличие там участков деполяризации от 50 до 150 км, наиболее вероятным кандидатом отражающего радиоволны вещества может являться обычный водяной лёд. Поступая на поверхность Меркурия при ударах о неё комет, вода испаряется и путешествует по планете, пока не замёрзнет в полярных областях на дне глубоких кратеров, куда никогда не заглядывает Солнце, и где лёд может сохраняться практически неограниченно долго.

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

Водород и гелий, вероятно, поступают на планету с солнечным ветром, диффундируя в её магнитосферу, и затем уходят обратно в космос. Радиоактивный распад элементов в коре Меркурия является другим источником гелия, натрия и калия. Присутствуют водяные пары, выделяющиеся в результате ряда процессов, таких как удары комет о поверхность планеты, образование воды из водорода солнечного ветра и кислорода камней, сублимация изо льда, который находится в постоянно затенённых полярных кратерах. Нахождение значительного числа родственных воде ионов, таких как O+, OH+ H2O+, стало неожиданностью.

Так как значительное число этих ионов было найдено в окружающем Меркурий космосе, учёные предположили, что они образовались из молекул воды, разрушенных на поверхности или в экзосфере планеты солнечным ветром.

5 февраля 2008 года группой астрономов из Бостонского университета под руководством Джеффри Бомгарднера было объявлено об открытии кометоподобного хвоста у планеты Меркурий длиной более 2,5 млн км. Обнаружили его при наблюдениях с наземных обсерваторий в линии натрия. До этого было известно о хвосте длиной не более 40 000 км. Первое изображение данной группой было получено в июне 2006 года на 3,7-метровом телескопе Военно-воздушных сил США на горе Халеакала (Гавайи), а затем использовали ещё три меньших инструмента: один на Халеакала и два на обсерватории Макдональд (штат Техас). Телескоп с 4-дюймовой апертурой (100 мм) использовался для создания изображения с большим полем зрения. Изображение длинного хвоста Меркурия было получено в мае 2007 года Джоди Вилсоном (старший научный сотрудник) и Карлом Шмидтом (аспирант). Видимая длина хвоста для наблюдателя с Земли составляет порядка 3°.

Новые данные о хвосте Меркурия появились после второго и третьего пролёта АМС «Мессенджер» в начале ноября 2009 года. На основе этих данных сотрудники НАСА смогли предложить модель данного явления.

Особенности наблюдения с Земли

Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от -1,9 до 5,5, но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). В высоких широтах планету никогда нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий виден в течение очень небольшого промежутка времени после наступления сумерек. Оптимальным временем для наблюдений планеты являются утренние или вечерние сумерки в периоды его элонгаций (периодов максимального удаления Меркурия от Солнца на небе, наступающих несколько раз в год).

Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия - в низких широтах и вблизи экватора: это связано с тем, что продолжительность сумерек там наименьшая. В средних широтах найти Меркурий гораздо труднее и возможно только в период наилучших элонгаций, а в высоких широтах невозможно вообще. Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия в средних широтах обоих полушарий складываются около равноденствий (продолжительность сумерек при этом минимальная).

Наиболее раннее известное наблюдение Меркурия было зафиксировано в таблицах «Муль апин» (сборник вавилонских астрологических таблиц). Это наблюдение, скорее всего, было выполнено ассирийскими астрономами примерно в XIV веке до н. э. Шумерское название, используемое для обозначения Меркурия в таблицах «Муль апин», может быть транскрибировано в виде UDU.IDIM.GUU4.UD («прыгающая планета»). Первоначально планету ассоциировали с богом Нинуртой, а в более поздних записях её называют «Набу» в честь бога мудрости и писцового искусства.

В Древней Греции во времена Гесиода планету знали под именами («Стилбон») и («Гермаон»). Название «Гермаон» является формой имени бога Гермеса. Позже греки стали называть планету «Аполлон».

Существует гипотеза, что название «Аполлон» соответствовало видимости на утреннем небе, а «Гермес» («Гермаон») на вечернем. Римляне назвали планету в честь быстроногого бога торговли Меркурия, который эквивалентен греческому богу Гермесу, за то, что он перемещается по небу быстрее остальных планет. Римский астроном Клавдий Птолемей, живший в Египте, написал о возможности перемещения планеты через диск Солнца в своей работе «Гипотезы о планетах». Он предположил, что такое прохождение никогда не наблюдалось потому, что такая планета, как Меркурий, слишком мала для наблюдения или потому, что момент прохождения наступает нечасто.

В Древнем Китае Меркурий назывался Чэнь-син, «Утренняя звезда». Он ассоциировался с направлением на север, чёрным цветом и элементом воды в У-син. По данным «Ханьшу», синодический период Меркурия китайскими учёными признавался равным 115,91 дней, а по данным «Хоу Ханьшу» - 115,88 дней. В современной китайской, корейской, японской и вьетнамской культурах планета стала называться «Водяная звезда».

Индийская мифология использовала для Меркурия имя Будха. Этот бог, сын Сомы, был главенствующим по средам. В германском язычестве бог Один также ассоциировался с планетой Меркурий и со средой. Индейцы майя представляли Меркурий как сову (или, возможно, как четыре совы, причём две соответствовали утреннему появлению Меркурия, а две - вечернему), которая была посланником загробного мира. На иврите Меркурий был назван «Коха в Хама».
Меркурий на звёздном небе (вверху, над Луной и Венерой)

В индийском астрономическом трактате «Сурья-сиддханта», датированном V веком, радиус Меркурия был оценён в 2420 км. Ошибка по сравнению с истинным радиусом (2439,7 км) составляет менее 1%. Однако эта оценка базировалась на неточном предположении об угловом диаметре планеты, который был принят за 3 угловые минуты.

В средневековой арабской астрономии астроном из Андалусии Аз-Заркали описал деферент геоцентрической орбиты Меркурия как овал наподобие яйца или кедрового ореха. Тем не менее, эта догадка не оказала влияния на его астрономическую теорию и его астрономические вычисления. В XII веке Ибн Баджа наблюдал две планеты в виде пятен на поверхности Солнца. Позднее астрономом марагинской обсерватории Аш-Ширази было высказано предположение, что его предшественником наблюдалось прохождение Меркурия и (или) Венеры. В Индии астроном кералийской школы Нилаканса Сомаяджи (англ.)русск. в XV веке разработал частично гелиоцентрическую планетарную модель, в которой Меркурий вращался вокруг Солнца, которое, в свою очередь, вращалось вокруг Земли. Эта система была похожа на систему Тихо Браге, разработанную в XVI веке.

Средневековые наблюдения Меркурия в северных частях Европы затруднялись тем, что планета всегда наблюдается в заре - утренней или вечерней - на фоне сумеречного неба и довольно низко над горизонтом (особенно в северных широтах). Период его наилучшей видимости (элонгация) наступает несколько раз в году (продолжаясь около 10 дней). Даже в эти периоды увидеть Меркурий невооружённым глазом непросто (относительно неяркая звёздочка на довольно светлом фоне неба). Существует история о том, что Николай Коперник, наблюдавший астрономические объекты в условиях северных широт и туманного климата Прибалтики, сожалел, что за всю жизнь так и не увидел Меркурий. Эта легенда сложилась исходя из того, что в работе Коперника «О вращениях небесных сфер» не приводится ни одного примера наблюдений Меркурия, однако он описал планету, используя результаты наблюдений других астрономов. Как он сам сказал, Меркурий всё-таки можно «изловить» с северных широт, проявив терпение и хитрость. Следовательно, Коперник вполне мог наблюдать Меркурий и наблюдал его, но описание планеты делал по чужим результатам исследований.

Наблюдения с помощью телескопов

Первое телескопическое наблюдение Меркурия было сделано Галилео Галилеем в начале XVII века. Хотя он наблюдал фазы Венеры, его телескоп не был достаточно мощным, чтобы наблюдать фазы Меркурия. В 1631 году Пьер Гассенди сделал первое телескопическое наблюдение прохождения планеты по диску Солнца. Момент прохождения был вычислен до этого Иоганном Кеплером. В 1639 году Джованни Зупи с помощью телескопа открыл, что орбитальные фазы Меркурия подобны фазам Луны и Венеры. Наблюдения окончательно продемонстрировали, что Меркурий обращается вокруг Солнца.

Очень редким астрономическим событием является перекрытие одной планетой диска другой, наблюдаемое с Земли. Венера перекрывает Меркурий раз в несколько столетий, и это событие наблюдалось только один раз в истории - 28 мая 1737 года Джоном Бевисом в Королевской Гринвичской обсерватории. Следующее перекрытие Венерой Меркурия будет 3 декабря 2133 года.

Трудности, сопровождающие наблюдение Меркурия, привели к тому, что он долгое время был изучен менее остальных планет. В 1800 году Иоганн Шрётер, наблюдавший детали поверхности Меркурия, объявил о том, что наблюдал на ней горы высотой 20 км. Фридрих Бессель, используя зарисовки Шрётера, ошибочно определил период вращения вокруг своей оси в 24 часа и наклон оси в 70°. В 1880-х годах Джованни Скиапарелли картографировал планету более точно и предположил, что период вращения составляет 88 дней и совпадает с сидерическим периодом обращения вокруг Солнца из-за приливных сил. Работа по картографированию Меркурия была продолжена Эженом Антониади, который в 1934 году выпустил книгу, где были представлены старые карты и его собственные наблюдения. Многие детали поверхности Меркурия получили своё название согласно картам Антониади.

Итальянский астроном Джузеппе Коломбо (англ.)русск. заметил, что период вращения составляет 2/3 от сидерического периода обращения Меркурия, и предположил, что эти периоды попадают в резонанс 3:2. Данные с «Маринера-10» впоследствии подтвердили эту точку зрения. Это не означает, что карты Скиапарелли и Антониади неверны. Просто астрономы видели одни и те же детали планеты каждый второй оборот её вокруг Солнца, заносили их в карты и игнорировали наблюдения в то время, когда Меркурий был обращён к Солнцу другой стороной, так как из-за геометрии орбиты в это время условия для наблюдения были плохими.

Близость Солнца создаёт некоторые проблемы и для телескопического изучения Меркурия. Так, например, телескоп «Хаббл» никогда не использовался и не будет использоваться для наблюдения этой планеты. Его устройство не позволяет проводить наблюдения близких к Солнцу объектов - при попытке сделать это аппаратура получит необратимые повреждения.

Исследования Меркурия современными методами

Меркурий - наименее изученная планета земной группы. К телескопическим методам его изучения в XX веке добавились радиоастрономические, радиолокационные и исследования с помощью космических аппаратов. Радиоастрономические измерения Меркурия были впервые проведены в 1961 году Ховардом, Барреттом и Хэддоком с помощью рефлектора с двумя установленными на нём радиометрами. К 1966 году на основе накопленных данных получены неплохие оценки температуры поверхности Меркурия: 600 К в подсолнечной точке и 150 К на неосвещённой стороне. Первые радиолокационные наблюдения были проведены в июне 1962 года группой В. А. Котельникова в ИРЭ, они выявили сходство отражательных свойств Меркурия и Луны. В 1965 году подобные наблюдения на радиотелескопе в Аресибо позволили получить оценку периода вращения Меркурия: 59 дней.

Только два космических аппарата были направлены для исследования Меркурия. Первым был «Маринер-10», который в 1974-1975 годах трижды пролетел мимо Меркурия; максимальное сближение составляло 320 км. В результате было получено несколько тысяч снимков, покрывающих примерно 45 % поверхности планеты. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах.

Из всех планет, видных невооружённым глазом, только Меркурий никогда не имел собственного искусственного спутника. В настоящее время НАСА осуществляет вторую миссию к Меркурию под названием «Мессенджер». Аппарат был запущен 3 августа 2004 года, а в январе 2008 года впервые совершил облёт Меркурия. Для выхода на орбиту вокруг планеты в 2011 году аппарат совершил ещё два гравитационных манёвра вблизи Меркурия: в октябре 2008 года и в сентябре 2009 года. «Мессенджер» также выполнил один гравитационный манёвр у Земли в 2005 году и два манёвра вблизи Венеры: в октябре 2006 и в июне 2007 года, в ходе которых производил проверку оборудования.

Маринер-10 - первый космический аппарат, достигший Меркурия.

Европейским космическим агентством (ESA) совместно с японским аэрокосмическим исследовательским агентством (JAXA) разрабатывается миссия «Бепи Коломбо», состоящая из двух космических аппаратов: Mercury Planetary Orbiter (MPO) и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Европейский аппарат MPO будет исследовать поверхность Меркурия и его глубины, в то время как японский MMO будет наблюдать за магнитным полем и магнитосферой планеты. Запуск BepiColombo планируется на 2013 год, а в 2019 году он выйдет на орбиту вокруг Меркурия, где и разделится на две составляющие.

Развитие электроники и информатики сделало возможным наземные наблюдения Меркурия с помощью приёмников излучения ПЗС и последующую компьютерную обработку снимков. Одним из первых серии наблюдений Меркурия с ПЗС-приёмниками осуществил в 1995-2002 годах Йохан Варелл в обсерватории на острове Ла Пальма на полуметровом солнечном телескопе. Варелл выбирал лучшие из снимков, не используя компьютерное сведение. Сведение начали применять в Абастуманской астрофизической обсерватории к сериям фотографий Меркурия, полученным 3 ноября 2001 года, а также в обсерватории Скинакас Ираклионского университета к сериям от 1-2 мая 2002 года; для обработки результатов наблюдений применили метод корреляционного совмещения. Полученное разрешённое изображение планеты обладало сходством с фотомозаикой «Маринера-10», очертания небольших образований размерами 150-200 км повторялись. Так была составлена карта Меркурия для долгот 210-350°.

17 марта 2011 года межпланетный зонд «Мессенджер» (англ. Messenger) вышел на орбиту Меркурия. Предполагается, что с помощью аппаратуры, установленной на нём, зонд сможет исследовать ландшафт планеты, состав её атмосферы и поверхности; также оборудование «Мессенджера» позволяет вести исследования энергичных частиц и плазмы. Срок работы зонда определяется в один год.

17 июня 2011 года стало известно, что, по данным первых исследований, проведённых КА «Мессенджер», магнитное поле планеты не симметрично относительно полюсов; таким образом, северного и южного полюса Меркурия достигает различное количество частиц солнечного ветра. Также был проведён анализ распространённости химических элементов на планете.

Особенности номенклатуры

Правила в именовании геологических объектов, находящихся на поверхности Меркурия, утверждены на XV Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в 1973 году:
Маленький кратер Хун Каль (указан стрелкой), служащий точкой привязки системы долгот Меркурия. Фото АМС «Маринер-10»

За крупнейшим объектом на поверхности Меркурия, диаметром около 1300 км, закрепилось название Равнина Жары, поскольку та располагается в области максимальных температур. Это многокольцевая структура ударного происхождения, залитая застывшей лавой. Другая равнина, находящаяся в области минимальных температур, у северного полюса, названа Равниной Северной. Остальные подобные формирования получили название планеты Меркурий или аналога римского бога Меркурия в языках разных народов мира. Например: Равнина Суйсей (планета Меркурий по-японски) и Равнина Будха (планета Меркурий на хинди), Равнина Собкоу (планета Меркурий у древних египтян), Равнина Один (скандинавский бог) и Равнина Тир (древнеармянское божество).
Кратеры Меркурия (за двумя исключениями) получают название в честь известных людей в гуманитарной сфере деятельности (архитекторы, музыканты, писатели, поэты, философы, фотографы, художники). Например: Барма, Белинский, Глинка, Гоголь, Державин, Лермонтов, Мусоргский, Пушкин, Репин, Рублёв, Стравинский, Суриков, Тургенев, Феофан Грек, Фет, Чайковский, Чехов. Исключение составляют два кратера: Койпер по имени одного из главных разработчиков проекта «Маринер-10» и Хун Каль, что означает число «20» на языке народа майя, который использовал двадцатеричную систему счисления. Последний кратер находится у экватора на меридиане 200 западной долготы и был избран в качестве удобного ориентира для отсчёта в системе координат поверхности Меркурия. Первоначально кратерам большего размера присваивались имена знаменитостей, которые, по мнению МАС, имели соответственно большее значение в мировой культуре. Чем крупнее кратер - тем сильнее влияние личности на современный мир. В первую пятёрку вошли Бетховен (диаметром 643 км), Достоевский (411 км), Толстой (390 км), Гёте (383 км) и Шекспир (370 км).
Эскарпы (уступы), горные цепи и каньоны получают названия кораблей исследователей, вошедших в историю, поскольку бог Меркурий/Гермес считался покровителем путешественников. Например: Бигль, Заря, Санта-Мария, Фрам, Восток, Мирный). Исключением из правила являются две гряды, наименованные в честь астрономов Гряда Антониади и Гряда Скиапарелли.
Долины и другие детали на поверхности Меркурия получают названия в честь крупных радиообсерваторий, как признание значения метода радиолокации в исследовании планеты. Например: Долина Хайстек (радиотелескоп в США).
Впоследствии, в связи с открытием в 2008 году автоматической межпланетной станцией «Мессенджер» борозд на Меркурии, добавилось правило именования борозд, которые получают названия великих архитектурных сооружений. Например: Пантеон на Равнине Жары.