Меркурий – самая близкая планета к Солнцу.
Эта планета получила свое название в честь бога Меркурия - вестника богов, покровителя торговли и путешественников - из-за своей большой скорости вращения вокруг Солнца.
Меркурий движется быстрее всех планет - 174 000 км/ч.
Совершает полный оборот вокруг Солнца за 88 (87,97) земных суток по вытянутой орбите, иногда удаляясь от Солнца на 70 млн км, тогда как наименьшее расстояние до Солнца составляет 46 млн км.
А продолжительность звездных суток на Меркурии (один оборот вокруг своей оси) составляет 58,65 земных дней.
Быстро мчась по орбите, Меркурий лениво поворачивается вокруг своей оси. За один меркурианский год планета успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота.
Средний промежуток времени между двумя верхними кульминациями Солнца на этой планете равен 176 дням. Интересно, что когда он находится вблизи перигелия (ближайшего расстояния от Солнца), Солнце для наблюдателя на поверхности планеты может в течение 8 дней двигаться в обратном направлении.
Расстояние от Меркурия до Земли
меняется в пределах от 82 до 217 млн км.
Планета видна невооруженным глазом.
За несколько дней, при наблюдении с Земли, Меркурий изменяет своё положение относительно Солнца от запада (утренняя видимость) к востоку (вечерняя видимость).
Ось вращения Меркурия
и его орбита практически перпендикулярны.
Меркурий настолько мал, что его масса (3,3·1023 кг) составляет 1/20 массы Земли.
Радиус Меркурия составляет
всего 2439,7 ± 1,0 км, что меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана.
Близость к Солнцу и довольно медленное вращение планеты, а также крайне разрежённая атмосфера приводят к тому, что на Меркурии наблюдаются самые резкие перепады температур в Солнечной системе.
Температура на солнечной стороне планеты составляет 420 °C.
Температура на темной стороне опускается до -190 °C.
Средняя плотность Меркурия - 5,43 г/см³ (незначительно меньше плотности Земли). Такая плотность указывает на повышенное содержание в его недрах металлов.
Планета имеет практически сферическую форму. Ускорение свободного падения на ее поверхности составляет g = 3,72 м/с2.
Меркурий, наравне с Венерой, Землей и Марсом относится к планетам земной группы.
Когда космический аппарат "Маринер-10" передал первые снимки Меркурия с близкого расстояния, астрономы всплеснули руками: перед ними была вторая Луна! Поверхность Меркурия оказалась усеянной сеткой из кратеров разных размеров, совсем как поверхность Луны. Их распределение по размерам тоже было аналогично лунному. Большая часть кратеров образовалась в результате падения метеоритов.
Меркурий очень похож на Луну.
Оказалось, что на Меркурии, как и на Луне, имеется два главных типа местности - аналоги лунных материков и морей. Материковые районы - это самые древние геологические образования Меркурия, состоящие из испещренных кратерами участков, горных и холмистых образований, межкратерных равнин. Аналогами лунных морей считаются гладкие равнины Меркурия, которые моложе по возрасту, чем материки, несколько темнее материковых образований, но все же не такие темные, как лунные моря и их значительно меньше чем на Луне. Такие участки на Меркурии сосредоточены в районе равнины Жары - (диаметр 1300 км).
Снимки и Карта Меркурия
Видео
Планеты Солнечной системы
Согласно официальной позиции Международного астрономического союза (МАС), организации присваивающей имена астрономическим объектам, планет всего 8.
Плутон был исключен из разряда планет в 2006 году. т.к. в поясе Койпера находятся объекты которые больше/либо равны по размерам с Плутоном. Поэтому, даже если его принимать его за полноценное небесное тело, то тогда необходимо к этой категории присоединить Эриду, у которой с Плутоном почти одинаковый размер.
По определению MAC, есть 8 известных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Все планеты делят на две категории в зависимости от их физических характеристик: земной группы и газовые гиганты.
Схематическое изображение расположения планет
Планеты земного типа
Меркурий
Самая маленькая планета Солнечной системы имеет радиус всего 2440 км. Период обращения вокруг Солнца, для простоты понимания приравненный к земному году, составляет 88 дней, при этом оборот вокруг собственной оси Меркурий успевает совершить всего полтора раза. Таким образом, его сутки длятся приблизительно 59 земных дней. Долгое время считалось, что эта планета все время повёрнута к Солнцу одной и той же стороной, поскольку периоды его видимости с Земли повторялись с периодичностью, примерно равной четырем Меркурианским суткам. Это заблуждение было развеяно с появлением возможности применять радиолокационные исследования и вести постоянные наблюдения с помощью космических станций. Орбита Меркурия – одна из самых нестабильных, меняется не только скорость перемещения и его удалённость от Солнца, но и само положение. Любой интересующийся может наблюдать этот эффект.
Меркурий в цвете, снимок космического аппарата MESSENGER
Близость к Солнцу стала причиной того, что Меркурий подвержен самым большим перепадам температуры среди планет нашей системы. Средняя дневная температура составляет около 350 градусов по Цельсию, а ночная -170 °C. В атмосфере выявлены натрий, кислород, гелий, калий, водород и аргон. Существует теория, что он был ранее спутником Венеры, но пока это остается недоказанным. Собственные спутники у него отсутствуют.
Венера
Вторая от Солнца планета, атмосфера которой почти полностью состоит из углекислого газа. Её часто называют Утренней звездой и Вечерней звездой, потому что она первой из звёзд становится видна после заката, так же как и перед рассветом продолжает быть видимой и тогда, когда все остальные звёзды скрылись из поля зрения. Процент диоксида углерода составляет в атмосфере 96%, азота в ней сравнительно немного – почти 4% и в совсем незначительном количестве присутствует водяной пар и кислород.
Венера в УФ спектре
Подобная атмосфера создает эффект парника, температура на поверхности из-за этого даже выше, чем у Меркурия и достигает 475 °C. Считается самой неторопливой, венерианские сутки длятся 243 земных дня, что почти равно году на Венере – 225 земных дней. Многие называют её сестрой Земли из-за массы и радиуса, значения которых очень близки к земным показателям. Радиус Венеры составляет 6052 км (0,85% земного). Спутников, как и у Меркурия, нет.
Третья планета от Солнца и единственная в нашей системе, где на поверхности есть жидкая вода, без которой не смогла бы развиться жизнь на планете. По крайней мере, жизнь в том виде, в котором мы её знаем. Радиус Земли равен 6371 км и, в отличие от остальных небесных тел нашей системы, более 70% её поверхности покрыто водой. Остальное пространство занимают материки. Ещё одной особенностью Земли являются тектонические плиты, скрытые под мантией планеты. При этом они способны перемещаться, хоть и с очень малой скоростью, что со временем вызывает изменение ландшафта. Скорость перемещения планеты по ней – 29-30 км/сек.
Наша планета из космоса
Один оборот вокруг своей оси занимает почти 24 часа, причем полное прохождение по орбите длится 365 суток, что намного больше в сравнении с ближайшими планетами-соседями. Земные сутки и год также приняты как эталон, но сделано это лишь для удобства восприятия временных отрезков на остальных планетах. У Земли имеется один естественный спутник – Луна.
Марс
Четвёртая планета от Солнца, известная своей разрежённой атмосферой. Начиная с 1960 года, Марс активно исследуется учеными нескольких стран, включая СССР и США. Не все программы исследования были успешными, но найденная на некоторых участках вода позволяет предположить, что примитивная жизнь на Марсе существует, или существовала в прошлом.
Яркость этой планеты позволяет видеть его с Земли без всяких приборов. Причем раз в 15-17 лет, во время Противостояния, он становится самым ярким объектом на небе, затмевая собой даже Юпитер и Венеру.
Радиус почти вдвое меньше земного и составляет 3390 км, зато год значительно дольше – 687 суток. Спутников у него 2 — Фобос и Деймос.
Наглядная модель Солнечной системы
Внимание ! Анимация работает только в браузерах поддерживающих стандарт -webkit (Google Chrome, Opera или Safari).
Солнце
Солнце является звездой, которая представляет собой горячий шар из раскаленных газов в центре нашей Солнечной системы. Его влияние простирается далеко за пределы орбит Нептуна и Плутона. Без Солнца и его интенсивной энергии и тепла, не было бы жизни на Земле. Существуют миллиарды звезд, как наше Солнце, разбросанных по галактике Млечный Путь.
Меркурий
Выжженный Солнцем Меркурий лишь немного больше, чем спутник Земли Луна. Подобно Луне, Меркурий практически лишен атмосферы и не может сгладить следы воздействия от падения метеоритов, поэтому он как и Луна покрыт кратерами. Дневная сторона Меркурия очень сильно нагревается на Солнце, а на ночной стороне температура падает на сотни градусов ниже нуля. В кратерах Меркурия, которые расположены на полюсах, существует лед. Меркурий совершает один оборот вокруг Солнца за 88 дней.
Венера
Венера это мир чудовищной жары (еще больше чем на Меркурии) и вулканической активности. Аналогичная по структуре и размеру Земле, Венера покрыта толстой и токсичной атмосферой, которая создает сильный парниковый эффект. Этот выжженной мир достаточно горячий, чтобы расплавить свинец. Радарные снимки сквозь могучую атмосферу выявили вулканы и деформированные горы. Венера вращается в противоположном направлении, от вращения большинства планет.
Земля — планета океан. Наш дом, с его обилием воды и жизни делает его уникальным в нашей Солнечной системе. Другие планеты, в том числе несколько лун, также имеют залежи льда, атмосферу, времена года и даже погоду, но только на Земле все эти компоненты собрались вместе таким образом, что стало возможным существование жизнь.
Марс
Хотя детали поверхности Марса трудно увидеть с Земли, наблюдения в телескоп показывают, что на Марсе существуют сезоны и белые пятна на полюсах. В течение многих десятилетий, люди полагали, что яркие и темные области на Марсе это пятна растительности и что Марс может быть подходящим местом для жизни, и что вода существует в полярных шапках. Когда космический аппарат Маринер-4, прилетел у Марсу в 1965 году, многие из ученых были потрясены, увидев фотографии мрачной планеты покрытой кратерами. Марс оказался мертвой планетой. Более поздние миссии, однако, показали, что Марс хранит множество тайн, которые еще предстоит решить.
Юпитер
Юпитер — самая массивная планета в нашей Солнечной системе, имеет четыре больших спутника и множество небольших лун. Юпитер образует своего рода миниатюрную Солнечную систему. Чтобы превратится в полноценную звезду, Юпитеру нужно было стать в 80 раз массивнее.
Сатурн
Сатурн — самая дальняя из пяти планет, которые были известны до изобретения телескопа. Подобно Юпитеру, Сатурн состоит в основном из водорода и гелия. Его объем в 755 раз больше, чем у Земли. Ветры в его атмосфере достигают скорости 500 метров в секунду. Эти быстрые ветра в сочетании с теплом, поднимающимся из недр планеты, вызывают появление желтых и золотистых полос, которые мы видим в атмосфере.
Уран
Первая планета найденная с помощью телескопа, Уран был открыт в 1781 году астрономом Уильямом Гершелем. Седьмая планета от Солнца настолько далека, что один оборот вокруг Солнца занимает 84 года.
Нептун
Почти в 4,5 млрд. километрах от Солнца вращается далекий Нептун. На один оборот вокруг Солнца у него уходит 165 лет. Он невидим невооруженным глазом из-за его огромного расстояния от Земли. Интересно, что его необычная эллиптическая орбита, пересекается с орбитой карликовой планеты Плутона из-за чего Плутон находится внутри орбиты Нептуна порядка 20 лет из 248 за которые совершает один оборот вокруг Солнца.
Плутон
Крошечный, холодный и невероятно далекий Плутон был открыт в 1930 году и долго считался девятой планетой. Но после открытий подобных Плутону миров, которые находились еще дальше, Плутон был переведен в категорию карликовых планет в 2006 году.
Планеты — гиганты
Существуют четыре газовых гиганта, располагающихся за орбитой Марса: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Они находятся во внешней Солнечной системе. Отличаются своей массивностью и газовым составом.
Планеты солнечной системы, масштаб не соблюден
Юпитер
Пятая по счёту от Солнца и крупнейшая планета нашей системы. Радиус её – 69912 км, она в 19 раз больше Земли и всего в 10 раз меньше Солнца. Год на Юпитере не самый долгий в солнечной системе, длится 4333 земных суток (неполных 12 лет). Его же собственные сутки имеют продолжительность около 10 земных часов. Точный состав поверхности планеты пока определить не удалось, однако известно, что криптон, аргон и ксенон имеются на Юпитере в гораздо больших количествах, чем на Солнце.
Существует мнение, что один из четырёх газовых гигантов на самом деле – несостоявшаяся звезда. В пользу этой теории говорит и самое большое количество спутников, которых у Юпитера много – целых 67. Чтобы представить себе их поведение на орбите планеты, нужна достаточно точная и чёткая модель солнечной системы. Самые крупные из них – Каллисто, Ганимед, Ио и Европа. При этом Ганимед является крупнейшим спутником планет во всей солнечной системе, радиус его составляет 2634 км, что на 8% превышает размер Меркурия, самой маленькой планеты нашей системы. Ио отличается тем, что является одним из трёх имеющих атмосферу спутников.
Сатурн
Вторая по размерам планета и шестая по счёту в Солнечной системе. В сравнении с остальными планетами, наиболее схожа с Солнцем составом химических элементов. Радиус поверхности равен 57350 км, год составляет 10 759 суток (почти 30 земных лет). Сутки здесь длятся немногим дольше, чем на Юпитере – 10,5 земных часов. Количеством спутников он ненамного отстал от своего соседа – 62 против 67. Самым крупным спутником Сатурна является Титан, так же, как и Ио, отличающийся наличием атмосферы. Немного меньше него по размеру, но от этого не менее известные – Энцелад, Рея, Диона, Тефия, Япет и Мимас. Именно эти спутники являются объектами для наиболее частого наблюдения, и потому можно сказать, что они наиболее изучены в сравнении с остальными.
Долгое время кольца на Сатурне считались уникальным явлением, присущим только ему. Лишь недавно было установлено, что кольца имеются у всех газовых гигантов, но у остальных они не настолько явно видны. Их происхождение до сих пор не установлено, хотя существует несколько гипотез о том, как они появились. Кроме того, совсем недавно было обнаружено, что неким подобием колец обладает и Рея, один из спутников шестой планеты.
Меркурий – первая планета Солнечной системы: описание, размер, масса, орбита вокруг Солнца, расстояние, характеристика, интересные факты, история изучения.
Меркурий – первая планета от Солнца и самая маленькая планета в Солнечной системе. Это один из наиболее экстремальных миров. Свое название получил в честь посланника римских богов. Его можно отыскать без использования приборов, поэтому Меркурий отметился во многих культурах и мифах.
Однако это также и очень загадочный объект. Меркурий можно наблюдать утром и вечером в небе, а сама планета обладает собственными фазами.
Интересные факты о планете Меркурий
Давайте узнаем больше интересных фактов о планете Меркурий.
Год на Меркурии длится всего 88 дней
- Один солнечный день (промежуток между полуднями) охватывает 176 дней, а сидерический день (осевое вращение) – 59 дней. Меркурий наделен наибольшим орбитальным эксцентриситетом, а удаленность от Солнца – 46-70 млн. км.
Это наименьшая планета в системе
- Меркурия входит в пятерку планет, которые можно найти без использования инструментов. В экваторе простирается на 4879 км.
Стоит на втором месте по плотности
- Каждый см 3 наделен показателем в 5.4 грамма. Но Земля стоит на первом месте, потому что Меркурий представлен тяжелыми металлами и горными породами.
Есть морщинки
- Когда железное планетарное ядро остыло и сжалось, поверхностный слой покрылся морщинками. Они способны вытягиваться на сотни миль.
Есть расплавленное ядро
- Исследователи считают, что железное ядро Меркурия способно пребывать в расплавленном состоянии. Обычно у маленьких планет оно быстро теряет нагрев. Но сейчас думают, что оно вмещает серу, которая снижает температуру плавления. Ядро охватывает 42% планетарного объема.
На втором месте по раскаленности
- Хотя Венера проживает дальше, но ее поверхность стабильно удерживает наивысшую поверхностную температуру из-за парникового эффекта. Дневная сторона Меркурия прогревается на 427°C, а на ночной температура падает к -173°C. Планета лишена атмосферного слоя, поэтому не способна обеспечивать равномерное распределение нагрева.
Наиболее кратерная планета
- Геологические процессы помогают планетам обновлять поверхностный слой и сглаживать кратерные шрамы. Но Меркурий лишен такой возможности. Все его кратеры именуются в честь художников, писателей и музыкантов. Ударные формирования, превышающие в диаметре 250 км, называют бассейнами. Крупнейший – Равнина Жары, простирающаяся на 1550 км.
Его посещали лишь два аппарата
- Меркурий слишком близко находится к Солнцу. Трижды его облетел Маринер-10 в 1974-1975 гг., отобразив чуть меньше половины поверхности. В 2004 году туда отправился MESSENGER.
Имя дали в честь посланника у римского божественного пантеона
- Точная дата обнаружения планеты неизвестна, потому что о ней писали еще шумеры в 3000 г. до н.э.
Есть атмосфера (кажется)
- Гравитация составляет лишь 38% от земной, но этого мало, чтобы удержать стабильную атмосферу (разрушается солнечными ветрами). Газ выходит, но его пополняют солнечные частички и пыль.
Размер, масса и орбита планеты Меркурий
При радиусе в 2440 км и массе 3.3022 х 10 23 кг Меркурий считается самой маленькой планетой в Солнечной системе . По размеру достигает всего 0.38 земного. Также уступает по параметрам некоторым спутникам, но по плотности стоит на втором месте после Земли – 5.427 г/см 3 . На нижнем фото указано сравнение размеров Меркурия и Земли.
Это обладатель самой эксцентричной орбиты. Удаленность Меркурия от Солнца может колебаться от 46 миллионов км (перигелий) до 70 миллионов км (афелий). От этого могут меняться и ближайшие планеты. Средняя орбитальная скорость равна – 47322 км/с, поэтому на прохождения орбитального пути уходит 87.969 дней. Ниже представлена табличка характеристик планеты Меркурий.
Физические характеристики Меркурия |
| Экваториальный радиус | 2439,7 км |
|---|---|
| Полярный радиус | 2439,7 км |
| Средний радиус | 2439,7 км |
| Окружность большого круга | 15 329,1 км |
| Площадь поверхности | 7,48·10 7 км² 0,147 земной |
| Объём | 6,083·10 10 км³ 0,056 земного |
| Масса | 3,33·10 23 кг 0,055 земной |
| Средняя плотность | 5,427 г/см³ 0,984 земной |
| Ускорение свободного
падения на экваторе |
3,7 м/с² 0,377 g |
| Первая космическая скорость | 3,1 км/с |
| Вторая космическая скорость | 4,25 км/с |
| Экваториальная скорость
вращения |
10,892 км/ч |
| Период вращения | 58,646 дней |
| Наклон оси | 2,11′ ± 0,1′ |
| Прямое восхождение
северного полюса |
18 ч 44 мин 2 с 281,01° |
| Склонение северного полюса | 61,45° |
| Альбедо | 0,142 (Бонд) 0,068 (геом.) |
| Видимая звёздная величина | от −2,6 m до 5,7 m |
| Угловой диаметр | 4,5" – 13" |
Скорость оборота оси составляет 10.892 км/ч, поэтому сутки на Меркурии длятся 58.646 дней. Это говорит о том, что планета находится в резонансе 3:2 (3 осевых вращения на 2 орбитальных).
Эксцентричность и замедленность вращения приводят к тому, что планета тратит 176 дней на то, чтобы вернуться в изначальную точку. Так что один день на планете вдвое длиннее года. Также это обладатель наиболее низкого осевого наклона – 0.027 градусов.
Состав и поверхность планеты Меркурий
Состав Меркурия на 70% представлен металлическим и на 30% силикатным материалам. Считают, что его ядро охватывает примерно 42% всего объема планеты (у Земли – 17%). Внутри располагается ядро из расплавленного железа, вокруг которого сосредоточен силикатный слой (500-700 км). Поверхностный слой – кора с толщиной в 100-300 км. На поверхности можно заметить огромное количество хребтов, которые тянутся на километры.
По сравнению с другими планетами Солнечной системы, ядро Меркурия обладает наибольшим количеством железа. Полагают, что раньше Меркурий был намного больше. Но из-за удара с крупным объектом внешние слои разрушились, оставив главное тело.
Некоторые считают, что планета могла появиться в протопланетном диске до того, как солнечная энергия стала стабильной. Тогда он должен быть вдвое массивнее современного состояния. При нагреве в 25000-35000 К большая часть породы могла просто испариться. Изучите строение Меркурия на фото.
Есть и еще одно предположение. Солнечная туманность могла привести к увеличению частичек, которые набросились на планету. Тогда более легкие отошли и не использовались при создании Меркурия.
Если смотреть издалека, то планета напоминает земной спутник. Такой же кратерный ландшафт с равнинами и следами лавовых потоков. Но здесь отмечено большее разнообразие элементов.
Меркурий сформировался 4.6 миллиардов лет назад и попал под обстрел целой армии астероидов и мусорных осколков. Атмосферы не было, поэтому удары оставили заметные следы. Но планета оставалась активной, так что лавовые потоки создали равнины.
Размеры кратеров варьируются от небольших ям до бассейнов с шириною в сотни километров. Самый крупный – Калорис (равнина Жары) с диаметром в 1550 км. Удар был настолько сильным, что привел к лавовому извержению на противоположной планетарной стороне. А сам кратер окружен концентрическим кольцом высотой в 2 км. На поверхности можно отыскать примерно 15 крупных кратерных образований. Внимательно рассмотрите схему магнитного поля Меркурия.
Планета обладает глобальным магнитным полем, достигающем 1.1% земной силы. Возможно, что источником служит динамо, напоминая нашу Землю. Оно образуется благодаря вращению жидкого ядра, наполненного железом.
Этого поля хватает, чтобы противостоять звездные ветра и формировать магнитосферный слой. Его силы достаточно, чтобы удерживать плазму из ветра, из-за чего происходит поверхностное выветривание.
Атмосфера и температура планеты Меркурий
Из-за близости к Солнцу планета слишком сильно прогревается, поэтому не способна сберечь атмосферу. Но ученые отметили тонкий слой переменной экзосферы, представленной водородом, кислородом, гелием, натрием, водяным паром и калием. Общий уровень давления приближается к отметке 10-14 бар.
Без атмосферного слоя солнечное тепло не накапливается, поэтому на Меркурии отмечают серьезные температурные колебания: на солнечной стороне – 427°С, а на темной опускается до -173°С.
Однако поверхность располагает водяным льдом и органическими молекулами. Дело в том, что полюсные кратеры отличаются глубиной и туда не попадают прямые солнечные лучи. Полагают, что на дне можно обнаружить 10 14 – 10 15 кг льда. Пока нет точных данных о том, откуда на планете взялся лед, но это может быть подарок от упавших комет или же он происходит из-за дегазации воды от внутренней планетарной части.
История изучения планеты Меркурий
Описание Меркурия не обходится без истории исследований. Эта планета доступна для наблюдения без использования приборов, поэтому фигурирует в мифах и древних легендах. Первые записи обнаружены в табличке Мул Апин, выступающей астрономическими и астрологическими вавилонскими записями.
Эти наблюдения сделаны в 14-м веке до н.э. и рассказывают о «пляшущей планете», потому что Меркурий перемещается быстрее всего. В Древней Греции его именовали Стилбон (переводится как «блеск»). Это был посланник Олимпа. Потом римляне переняли эту идею и дали современное наименование в честь своего пантеона.
Птолемей в работах несколько раз упоминал, что планеты способны проходить перед Солнцем. Но он не записывал в примеры Меркурий и Венеру, потому что считал их слишком маленькими и незаметными.
Китайцы именовали его Чэнь Синь («Часовая звезда») и связывали с водой и северной направленностью. Причем в азиатской культуре до сих пор сохранилось такое представление о планете, которую даже записывают как 5-й элемент.
Для германских племен здесь наблюдалась связь с богом Одином. Майя видели четырех сов, две из которых отвечали за утро, а две других за вечер.
О геоцентрическом орбитальном пути еще в 11 веке написал один из исламских астрономов. В 12-м веке Ибн Баджья отметил транзит двух крошечных темных тел перед Солнцем. Скорее всего он видел Венеру и Меркурий.
Индийский астроном Кералы Сомаяджи в 15 веке создал частичную гелиоцентрическую модель, где Меркурий совершал обороты вокруг Солнца.
Первый обзор в телескоп приходится на 17 век. Это сделал Галилео Галилей. Он тогда внимательно изучал фазы Венеры. Но его аппарату не хватило мощности, поэтому Меркурий остался без внимания. А вот транзит отметил Пьер Гассенди в 1631 году.
Орбитальные фазы в 1639 году заметил Джованни Зупи. Это было важное наблюдение, потому что подтвердило вращение вокруг звезды и правильность гелиоцентрической модели.
Более точные наблюдения в 1880-х гг. предоставил Джованни Скиапарелли. Он считал, что орбитальный путь занимает 88 дней. В 1934 году Юджиос Антониади создал детальную карту поверхности Меркурия.
Первый радиолокационный сигнал удалось отбить советским ученым в 1962 году. Через три года американцы повторили эксперимент и закрепили осевой оборот в 59 дней. Обычные оптические наблюдения не смогли дать новых сведений, но интерферометры открыли химические и физические характеристики подповерхностных слоев.
Первое глубокое изучение поверхностных особенностей провели в 2000 году обсерваторией Маунт-Вильсон. Большую часть карты составили при помощи радиолокационного телескопа Аресибо, где расширение достигает 5 км.
Исследование планеты Меркурий
До момента первого полета беспилотных аппаратов мы многого не знали о морфологических характеристиках. Первым к Меркурию отправился Маринер в 1974-1975 гг. Он трижды приблизился и сделал ряд масштабных фото.
Но аппарат обладал длительным орбитальным периодом, поэтому при каждом приближении подходил к одной и той же стороне. Так что карта составляла лишь 45% всей площади.
При первом сближении удалось зафиксировать магнитное поле. Последующие подходы показали, что оно сильно напоминает земное, отклоняющее звездные ветры.
В 1975 году у аппарата кончилось топливо, и мы потеряли связь. Однако Маринер-10 и сейчас может вращаться вокруг Солнца и наведываться к Меркурию.
Вторым посланником стал MESSENGER. Он должен был разобраться в плотности, магнитном поле, геологии, структуре ядра и атмосферных особенностях. Для этого установили специальные камеры, гарантирующие высшее разрешение, а спектрометры отмечали составляющие элементы.
MESSENGER стартовал в 2004 году и выполнил три пролета с 2008 года, компенсировав упущенную Маринером-10 территорию. В 2011 году он перешел на эллиптическую планетарную орбиту и начал снимать поверхность.
После этого стартовала следующая годичная миссия. Последний маневр пришелся на 24 апреля 2015 года. После этого закончилось топливо, и 30 апреля спутник разбился об поверхность.
В 2016 году ЕКА и JAXA объединились для создания BepiColombo, который должен добраться к планете в 2024 году. У него есть два зонда, которые будут изучать магнитосферу, а также поверхность во всех длинах волн.
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.
В Солнечной системе всего семь хорошо заметных на небосклоне и легко узнаваемых объектов: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Солнце и Луна. Все они в античности ассоциировались с божествами. Меркурий был посланником богов — быстроногим гонцом. Это особо подчёркивается стильными крылышками на его сандалиях. Если вы обращали внимание на движение одноимённой планеты в небе, эта аналогия должна показаться вам более чем уместной. Меркурий перемещается быстро, меняя своё положение относительно звёзд в течение даже одной ночи. При этом он не удаляется далеко от Солнца — расстояние между ними не превышает 28 градусов.
В 1639 году итальянский астроном Джованни Зупи, наблюдая за Меркурием в телескоп, обнаружил, что тот с течением времени проходит через те же фазы, что Луна. Это объясняется единственным образом — планета вращается вокруг Солнца, а не Земли. Это был ещё один гвоздь в крышку гроба геоцентризма, который вскоре был похоронен и забыт, как страшный сон.
Естественно, всё именно таким образом и обстоит. Меркурий — самая близкая к Солнцу планета нашей системы. Она вращается на расстоянии в среднем 58 миллионов километров от него, то есть приблизительно на одной трети расстояния от Земли до нашего светила. Поэтому мы никогда не видим её вдалеке от Солнца, и ровно по этой же причине она движется так быстро — гравитация звезды действует на неё сильнее, заставляя вращаться по орбите с большей скоростью. Меркурий совершает один оборот вокруг Солнца за 88 дней. У этой планеты очень необычная орбита — самая эллиптическая в нашей системе. Расстояние до Солнца у Меркурия варьируется от 46 до почти 70 миллионов километров. Находясь в ближней из этих точек, он получает в два раза больше тепла и света, чем в дальней!
Меркурий мал, поэтому нам с Земли крайне трудно разглядеть что-то на его поверхности. В течение очень долгого времени астрономам не удавалось понять, как долго здесь длятся сутки. Было выдвинуто предположение, что воздействие Солнца остановило вращение планеты вокруг собственной оси, и год на ней равен одним суткам. Это тот самый феномен, который мы наблюдаем на примере нашей Луны. Однако в 1965 году учёные использовали допплеровский радар для измерения вращения Меркурия, и получили неожиданный результат — сутки на нём длятся 59 земных суток, а не 88. Если совсем точно, год на планете длится 87,97 земных суток, а сутки — 59,65. Если разделить первое число на второе, получатся почти идеальные две трети — 0.6667.
Большая часть того, что известно нам о Меркурии, получена благодаря посланным к нему космическим аппаратам. В 70-х годах прошлого века «Маринер-10» совершил три пролёта мимо Меркурия и сфотографировал почти 50% его поверхности. Мы узнали, что у планеты очень слабая атмосфера, и в связи с этим она практически полностью покрыта кратерами. В 2011 году автоматическая межпланетная станция «Мессенджер» вышла на орбиту Меркурия, совершив до этого несколько близких пролётов над поверхностью. Переданные ею на Землю фотографии захватывали дух — на них был запечатлён мир, который в течение миллиардов лет подвергался непрерывной бомбардировке. Он весь покрыт кратерами, от полюса до полюса, и некоторые из них достигают в диаметре нескольких сот километров.
Самый крупный из них называется «Равнина Жары» — это титанических размеров углубление ударного типа шириной 1600 километров. На поверхности Меркурия есть и более ровные участки, которые выглядят более древними, чем имеющиеся здесь кратеры. Они покрыты так называемыми уступами. Это компрессионные складки, вроде тех, что образуются на фруктах при их высыхании. Очевидно, после формирования планеты её внутренние слои начали постепенно охлаждаться, и она немного ужалась в размерах. На поверхности, тоже ужавшейся, это выразилось в образовании тех самых трещин. У некоторых кратеров заметны развитые лучевые системы. Как и на Луне, они образовались, когда в результате столкновения вверх выбрасывалось большое количество вещества, которое затем оседало на поверхность.
Ещё один примечательный факт — многие кратеры на Меркурии названы в честь великих деятелей искусства — композиторов, писателей, художников. Здесь есть кратеры Чехова, Ботичелли, Дебюсси, Дега, Окё, Сибелиуса, Вивальди, Золя. Один даже назван в честь Толкиена!
Мы можем только догадываться о внутренней структуре Меркурия. Однако это очень плотная планета, почти не уступающая по этому показателю Земле. Мы знаем, что у неё скальная поверхность, поэтому, чтобы достичь искомой массы, она должна обладать крупным железным ядром, пропорционально гораздо более крупным, чем у колыбели человечества. Это ядро может занимать три четверти внутреннего объёма Меркурия. Откуда на нём могло взяться такое количество железа? Имеется гипотеза, что он когда-то был несколько крупнее, но в результате сильнейшего столкновения с другим небесным телом более лёгкие материалы были выброшены в космос. Также возможно, что их испарил жар формировавшегося Солнца.
Меркурий обладает приличным по силе магнитным полем, что несколько удивительно в свете его крайне медленного вращения вокруг собственной оси. Как мы знаем, вращение играет значительную роль в его образовании у Земли, Солнца и других объектов нашей системы. Тем не менее, величина магнитного поля Меркурия прекрасно уживается с гипотезой о наличии в его недрах большого количества расплавленного железа.
Атмосфера на планете очень слабая. Благодарить за неё нужно магнитное поле, которое захватывает частицы солнечного ветра. Кроме того, её частично образует вещество, поднимающееся над поверхностью в результате столкновений планеты с встречающимися ей на пути космическими объектами. Всё это постоянно уносится в космос тем же солнечным ветром и давлением, создаваемым нашим светилом. «Посланник богов» оставляет за собой хвост, как у кометы, который растягивается на десятки миллионов километров. Он состоит из таких элементов, как натрий, кальций и магний.
Наверное, самым удивительным фактом о Меркурии является то, что несмотря на близость к Солнцу и температуру поверхности, которая может достигать 430 градусов по Цельсию, на этой планете был найден водяной лёд! Он находится на дне глубоких кратеров рядом с полюсами планеты, куда никогда не попадает свет нашей звезды. Это так называемые «холодные ловушки», где температура не поднимается выше -170 градусов. Пока не очень понятно, откуда на Меркурии берётся вода, но, скорее всего, её заносят сюда кометы и астероиды. Естественно, на всей остальной поверхности она быстро испаряется и уносится прочь, но в этих глубоких кратерах она может задерживаться и накапливаться в течение миллиардов лет. По некоторым оценкам, на Меркурии может быть несколько миллиардов тонн живительной влаги. Просто невероятно, что в одном из самых жарких мест Солнечной системы может существовать что-то вроде нашей вечной мерзлоты. Впрочем, те, кто всерьёз увлекаются космосом, давно привыкли к мысли о том, что фантазия у Вселенной развита гораздо лучше, чем у человека. Это факт, с которым невозможно спорить.