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 90 К до 700 К (-180 о
C до +430 о
С). При этом температура в полярной области достигает ночью - 210 о
С, а днем под палящими лучами Солнца в экваториальной зоне + 500 о
С. Но уже на глубине нескольких десятков сантиметров значительных колебаний температуры нет, что является следствием весьма низкой теплопроводности пород. В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед. Внутренние области находящихся там кратеров Солнце никогда не освещает, и температура там может держаться около -210°С. Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11. В 1970 году Т. Мардок и Э. Ней из Миннесотского университета установили, что средняя температура ночного полушария равна -162°С (111 К). С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна +347°С.
В 1992 году во время радиолокационных наблюдений с Земли вблизи северного и южного полюсов планеты, были впервые обнаружены участки, очень сильно отражающие радиоволны. Именно эти данные и были истолкованы как свидетельства наличия льда в приповерхностном меркурианском слое. Радиолокацией, выполненной из расположенной на острове Пуэрто-Рико радиообсерватории «Аресибо», а также из Центра дальней космической связи NASA в Голдстоуне (Калифорния) было выявлено около 20 округлых пятен поперечником в несколько десятков километров, имеющих повышенное радиоотражение. Предположительно это кратеры, в которые из-за их близкого расположения к полюсам планеты солнечные лучи попадают лишь вскользь или не попадают вовсе. Такие кратеры, называемые постоянно затененными, имеются и на Луне, в них при измерениях со спутников было выявлено наличие некоторого количества водного льда. Расчеты показали, что во впадинах постоянно затененных кратеров у полюсов Меркурия может быть достаточно холодно (-175°С), чтобы там в течение длительного времени мог существовать лед. Даже на равнинных участках близ полюсов расчетная дневная температура не превышает -105°С.
Поверхность Меркурия напоминает лунную, покрыта тысячами кратеров, образовавшихся от столкновений с метеоритами и скал, которые образовались, когда молодое ядро остывало и сжималось, стягивая кору планеты, а также раздробленным веществом базальтового типа, довольно темная. 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. На Меркурии есть горы, высота наиболее высоких достигает 2-4 км. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. 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. Самый большой кратер на Меркурии назван в честь великого немецкого композитора Бетховена, его поперечник составляет 625 км.
До 70% изученной области занимает древняя, сильно изрытая кратерами поверхность. Наиболее существенная деталь - равнина Жары (бассейн Калорис), огромный ударный кратер с диаметром 1300 км (четверть диаметра планеты). Впадина была заполнена лавой и относительно сглажена, причем поверхность того же типа захватывает и часть области выброса. Удар произошел 3800 млн. лет назад, вызвав временное оживление вулканический деятельности, которая в основном прекратилась за 100 млн. лет до того. Это и привело к сглаживанию областей внутри и вокруг впадины. В той области поверхности Меркурия, которая диаметрально противоположна месту удара, наблюдается удивительно хаотическое строение, созданное, по-видимому, ударной волной.
Характерные детали, найденные на Меркурии, - изрезанные обрывы (лопастевидные уступы - эскарп), которые принимают форму утесов. Они были названы уступами, поскольку для их очертаний на карте типичны округлые выступы - "лопасти" поперечником до нескольких десятков километров. Высота уступов от 0,5 до 3 км, по протяженности же крупнейшие из них достигают 500 км. Уступы эти довольно крутые, но в отличие от лунных тектонических уступов, имеющих резко выраженный перегиб склона вниз, меркурианские лопастевидные имеют в своей верхней части сглаженную линию перегиба поверхности. Расположены эти уступы в древних материковых районах планеты. Как предполагают, они сформировались при сжатии планетарной коры в процессе охлаждения. В некоторых местах они пересекают стенки кратеров. Расчеты же величины сжатия указывают на сокращение площади коры на 100 тыс кв км, что соответствует уменьшению радиуса планеты на 1-2 км. (остывание и затвердевание недр планеты). Радарные наблюдения Меркурия в конце 2001г, показали наличие на его поверхности большого кратера диаметром 85 км. По своему строению он схож с кратером Тихо на поверхности Луны, но может быть значительно моложе, чем лунное образование возрастом 109 миллионов лет.
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.
Меркурий – самая маленькая и самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Древние римляне дали ему имя в честь бога торговли Меркурия, посланника других богов, носившего крылатые сандалии, за то, что планета быстрее других движется по небу.
Краткая характеристика
Из-за малых размеров и близости к Солнцу Меркурий неудобен для земных наблюдений, поэтому долгое время о нем было известно очень мало. Важный шаг в его изучении был сделан благодаря космическим аппаратам «Маринер-10» и «Мессенджер», с помощью которых были получены качественные снимки и подробная карта поверхности.
Меркурий относится к планетам земной группы и находится на среднем расстоянии около 58 млн. км от Солнца. При этом максимальное расстояние (в афелии) 70 млн. км, а минимальное (в перигелии) – 46 млн. км. Его радиус лишь немного больше, чем у Луны, – 2 439 км, а плотность почти такая же, как у Земли, – 5,42 г/см³. Высокая плотность означает, что в его состав входит значительная доля металлов. Масса планеты составляет 3,3·10 23 кг, и около 80% от нее составляет ядро. Ускорение свободного падения в 2,6 раз меньше земного – 3,7 м/с². Стоит заметить, что форма Меркурия идеально шарообразная – он обладает нулевым полярным сжатием, то есть его экваториальный и полярный радиусы равны. Спутников у Меркурия нет.
Планета обращается вокруг Солнца за 88 суток, а период вращения вокруг своей оси относительно звезд (звездные сутки) составляет две трети от периода обращения – 58 дней. Это означает, что одни сутки на Меркурии длятся два его года, то есть 176 земных дней. Соизмеримость периодов, по-видимому, объясняется приливным воздействием Солнца, которое тормозило вращение Меркурия, изначально более быстрое, пока их значения не сравнялись.
Меркурий обладает самой вытянутой орбитой (ее эксцентриситет равен 0,205). Она значительно наклонена к плоскости земной орбиты (плоскости эклиптики) – угол между ними составляет 7 градусов. Скорость движения планеты по орбите составляет 48 км/с.
Температура на Меркурии определялась по его инфракрасному излучению. Она изменяется в обширном диапазоне от 100 К (-173 °C) на ночной стороне и полюсах до 700 К (430 °C) в полдень на экваторе. При этом суточные колебания температуры быстро уменьшаются с продвижением вглубь коры, то есть тепловая инерция грунта велика. Отсюда был сделан вывод, что грунт на поверхности Меркурия представляет собой, так называемый реголит – сильно раздробленную породу с низкой плотностью. Из реголита также состоят поверхностные слои Луны, Марса и его спутников – Фобоса и Деймоса.
Образование планеты
Наиболее вероятным описанием происхождения Меркурия считается небулярная гипотеза, согласно которой планета в прошлом была спутником Венеры, а затем по какой-то причине вышла из-под воздействия ее гравитационного поля. По другой версии Меркурий сформировался одновременно со всеми объектами Солнечной системы во внутренней части протопланетного диска, откуда легкие элементы уже были отнесены солнечным ветром во внешние области.
По одной из версий происхождения очень тяжелого внутреннего ядра Меркурия – теории гигантского столкновения – масса планеты первоначально была в 2,25 раз больше нынешней. Однако после столкновения с небольшой протопланетой или похожим на планету объектом большая часть коры и верхнего слоя мантии рассеялась в космосе, а ядро стало составлять значительную часть от массы планеты. Такая же гипотеза используется и для объяснения происхождения Луны.
После завершения основного этапа формирования 4,6 млрд. лет назад Меркурий долгое время интенсивно обстреливался кометами и астероидами, потому его поверхность испещрена множеством кратеров. Бурная вулканическая активность на заре истории Меркурия привела к образованию лавовых равнин и «морей» внутри кратеров. По мере того, как планета постепенно остывала и сжималась, рождались другие детали рельефа: хребты, горы, холмы и уступы.
Внутреннее строение
Структура Меркурия в целом мало отличается от остальных планет земной группы: в центре находится массивное металлическое ядро радиусом около 1800 км, окруженное слоем мантии в 500 – 600 км, которая, в свою очередь, покрыта корой толщиной 100 – 300 км.
Ранее считалось, что ядро Меркурия твердое и составляет около 60% от всей его массы. Предполагали, что у такой маленькой планеты ядро может быть только твердым. Но наличие собственного магнитного поля у планеты, хоть и слабого, – веский аргумент в пользу версии об ее жидком ядре. Движение вещества внутри ядра вызывает эффект динамо, а также сильная вытянутость орбиты вызывает приливный эффект, поддерживающий ядро в жидком состоянии. Сейчас достоверно известно, что ядро Меркурия состоит из жидких железа и никеля и составляет три четверти от массы планеты.
Поверхность Меркурия практически ничем не отличается от лунной. Самое заметное сходство – это бесчисленное множество кратеров, крупных и мелких. Как и на Луне, от молодых кратеров расходятся в разные стороны светлые лучи. Однако на Меркурии нет таких обширных морей, которые к тому же были бы относительно ровными и свободными от кратеров. Еще одно заметное различие в ландшафтах – это многочисленные уступы длиной в сотни километров, образовавшиеся при сжатии Меркурия.
Кратеры располагаются на поверхности планеты неравномерно. Ученые предполагают, что районы, более густо заполненные кратерами – более старые, а более ровные – молодые. Также наличие крупных кратеров говорит о том, что на Меркурии уже, по крайней мере, 3-4 млрд. лет не было сдвигов коры и эрозии поверхности. Последнее является доказательством того, что на планете никогда не существовало достаточно плотной атмосферы.
Самый крупный кратер Меркурия имеет размер около 1500 километров и 2 километров в высоту. Внутри него находится огромная лавовая равнина – равнина Жары. Этот объект является самой заметной деталью на поверхности планеты. Тело, столкнувшееся с планетой и породившее такое масштабное образование, должно было быть не менее 100 км длиной.
Снимки зондов показали, что поверхность Меркурия однородна и рельефы полушарий не отличаются друг от друга. В этом состоит еще одно отличие планеты от Луны, а также от Марса. Состав поверхности заметно отличается от лунного – в ней мало тех элементов, которые характерны для Луны – алюминия и кальция, – но довольно много серы.
Атмосфера и магнитное поле
Атмосфера на Меркурии практически отсутствует – она очень сильно разрежена. Ее средняя плотность равна такой же плотности на Земле на высоте 700 км. Точный состав ее не определен. Благодаря спектроскопическим исследованиям известно, что в атмосфере содержится много гелия и натрия, а также кислород, аргон, калий и водород. Атомы элементов принесены из космического пространства солнечным ветром либо подняты им с поверхности. Одним из источников гелия и аргона являются радиоактивные распады в коре планеты. Присутствие паров воды объясняется образованием воды из водорода и кислорода, содержащихся в атмосфере, ударами комет о поверхность, сублимацией льда, предположительно находящегося в кратерах на полюсах.
Меркурий имеет слабое магнитное поле, напряженность которого на экваторе в 100 раз меньше, чем на Земле. Однако такой напряженности хватает, чтобы создать у планеты мощную магнитосферу. Ось поля почти совпадает с осью вращения, возраст оценивается примерно в 3,8 млрд. лет. Взаимодействие поля с обволакивающим его солнечным ветром вызывает вихри, происходящие в 10 раз чаще, чем в магнитном поле Земли.
Наблюдение
Как уже говорилось, наблюдать Меркурий с Земли довольно трудно. Он никогда не удаляется от Солнца больше, чем на 28 градусов и потому практически незаметен. Видимость Меркурия зависит от географической широты. Легче всего его наблюдать на экваторе и близких к нему широтах, поскольку здесь сумерки длятся меньше всего. На более высоких широтах Меркурий увидеть гораздо сложнее – он находится очень низко над горизонтом. Здесь наилучшие условия для наблюдения наступают во время наибольшего удаления Меркурия от Солнца или на наибольшей высоте над горизонтом во время восхода или захода Солнца. Также Меркурий удобно наблюдать во время равноденствий, когда продолжительность сумерек минимальна.
Меркурий довольно просто разглядеть в бинокль сразу после захода Солнца. Фазы Меркурия хорошо видны в телескоп от 80 мм в диаметре. Однако детали поверхности, естественно, можно рассмотреть только в гораздо более крупные телескопы, и даже с такими инструментами это будет сложной задачей.
Меркурий имеет фазы, похожие на фазы Луны. На минимальном расстоянии от Земли он виден как тонкий серп. В полной фазе он находится слишком близко к Солнцу, и увидеть его невозможно.
При запуске зонда «Маринер-10» к Меркурию (1974 г.) был использован гравитационный маневр. Прямой перелет аппарата к планете
требовал колоссальных затрат энергии и был практически невозможен. Эту трудность обошли с помощью коррекции орбиты: сначала аппарат прошел мимо Венеры, и условия пролета мимо нее были подобраны так, что ее гравитационное поле изменило его траекторию ровно настолько, что зонд долетел до Меркурия без дополнительных трат энергии.
Есть предположения, что на поверхности Меркурия существует лед. В его атмосфере присутствует водяной пар, который вполне может находиться в твердом состоянии на полюсах внутри глубоких кратеров.
В XIX веке астрономы, наблюдая за Меркурием, не могли найти объяснения его орбитальному движению, используя законы Ньютона. Вычисленные ими параметры различались с наблюдаемыми. Чтобы объяснить это, была выдвинута гипотеза о том, что на орбите Меркурия находится еще одна невидимая планета Вулкан, воздействие которой и вносит наблюдаемые несоответствия. Настоящее объяснение было дано спустя десятилетия с помощью общей теории относительности Эйнштейна. Впоследствии имя планеты Вулкан было дано вулканоидам – предполагаемым астероидам, находящимся внутри орбиты Меркурия. Зона от 0,08 а.е. до 0,2 а.е. гравитационно стабильна, поэтому вероятность существования таких объектов довольно высока.
Первое место в списке планет нашей солнечной системы занимает Меркурий. Несмотря на достаточно скромные размеры, этой планете выпала почетная роль: находиться ближе всех к нашей звезде, быть приближенным космическим телом нашего светила. Однако такое месторасположения нельзя назвать очень удачным. Меркурий является самой близкой к Солнцу планетой и вынужден терпеть всю силу горячей любви и теплоты нашей звезды.
Астрофизические характеристики и особенности планеты
Меркурий является самой маленькой планетой солнечной системы, относящейся вместе с Венерой, Землей и Марсом к планетам земной группы. Средний радиус планеты составляет всего 2439 км, а диаметр этой планеты в районе экватора составляет 4879 км. Следует отметить, что размер делает планету не только самой маленькой среди других планет солнечной системы. По размерам она даже меньше некоторых самых крупных спутников.
Спутник Юпитера Ганимед и спутник Сатурна Титан имеют диаметр свыше 5 тыс. км. Спутник Юпитера Каллисто имеет практически такие же размеры, как и Меркурий.
Планета названа в честь пронырливого и стремительного Меркурия — древнеримского бога, покровительствующего торговле. Выбор названия неслучаен. Небольшая и шустрая планета быстрее всех движется по небосклону. Движение и длина орбитального пути вокруг нашей звезды занимает 88 земных суток. Такая скорость обусловлена близким расположением планеты к нашей звезде. Планета пребывает на расстоянии от Солнца в пределах 46-70 млн. км.
К небольшим размерам планеты следует добавить следующие астрофизические характеристики планеты:
- масса планеты составляет 3 х 1023 кг или 5,5% от массы нашей планеты;
- плотность маленькой планеты немного уступает земной и равняется 5.427 г/см3;
- сила гравитации на ней или ускорение свободного падения составляет 3,7 м/с2;
- площадь поверхности планеты равна 75 млн. кв. километрам, т.е. всего 10% от площади земной поверхности;
- объем Меркурия составляет 6.1 х 1010 км3 или 5,4% от объема Земли, т.е. 18 таких планет как уместились бы в нашей Земле.
Вращение Меркурия вокруг собственной оси происходит с частотой 56 земных дней, при этом меркурианский день длится на поверхности планеты половину земного года. Другими словами в течение меркурианского дня Меркурий греется в лучах Солнца на протяжении 176 земных дней. В данной ситуации одна сторона планеты нагревается до экстремальных температур, тогда как обратная сторона Меркурия в это время остывает до состояния космического холода.
Имеются весьма интересные факты состояния орбиты Меркурия и положения планеты по отношению к другим небесным телам. На планете практически отсутствует смена времен года. Другими словами, здесь происходит резкий переход от жаркого и горячего лета к лютой космической зиме. Это объясняется тем, что планета имеет ось вращения, расположенную перпендикулярно к орбитальной плоскости. В результате такого положения планеты на ее поверхности есть области, которых солнечные лучи никогда не касаются. Полученные данные с космических зондов «Маринер» подтвердили, что на Меркурии, как и на Луне , обнаружена пригодная для употребления вода, которая правда пребывает в замершем состоянии и находится глубоко под поверхностью планеты. На данный момент считается, что такие участки можно отыскать в районах, близких к областям полюсов.
Другим интересным свойством, которым характеризуется орбитальное положение планеты, является несоответствие скорости вращения Меркурия вокруг собственной оси с движением планеты вокруг Солнца. Планета имеет постоянную частоту обращения, тогда как вокруг Солнца оббегает с разной скоростью. Вблизи перигелия Меркурий движется быстрее, чем угловая скорость вращения самой планеты. Такое несоответствие вызывает интересное астрономическое явление — Солнце начинает двигаться по меркурианскому небосклону в обратную сторону, с Запада в восточном направлении.
Учитывая тот факт, что принято считать Венеру самой близко расположенной к Земле планетой, Меркурий часто находится к нашей планете гораздо ближе, чем «утренняя звезда». У планеты нет спутников, поэтому она в гордом одиночестве сопровождает нашу звезду.
Атмосфера Меркурия: происхождение и современное состояние
Несмотря на близкое положение к Солнцу, поверхность планеты отделяют от звезды в среднем 5-7 десятков млн. километров, зато на нем наблюдаются самые значительные суточные перепады температур. Днем поверхность планеты раскаляется до состояния раскаленной сковородки, температура которой составляет 427 градусов Цельсия. Ночью здесь господствует космический холод. Поверхность планеты имеет низкую температуру, ее максимум достигает отметки минус 200 градусов Цельсия.
Причина таких экстремальных температурных перепадов кроется в состоянии меркурианской атмосферы. Она пребывает в крайне разреженном состоянии, не оказывая никакого влияния на термодинамические процессы на поверхности планеты. Атмосферное давление здесь очень мало и составляет всего 10-14 бар. Атмосфера имеет очень слабое влияние на климатическую обстановку планеты, которая определяется орбитальным положением по отношению к Солнцу.
В основном атмосфера планеты состоит из молекул гелия, натрия, водорода и кислорода. Эти газы были либо захвачены магнитным полем планеты из частиц солнечного ветра, либо возникли в результате испарения меркурианской поверхности. О разреженности атмосферы Меркурия свидетельствует тот факт, что ее поверхность хорошо видна не только с борта автоматических орбитальных станций, но и в современный телескоп. Над планетой отсутствует облачность, открывая солнечным лучам свободный доступ к меркурианской поверхности. Ученые считают, что такое состояние меркурианской атмосферы объясняется близким положением планеты к нашей звезде, ее астрофизическими параметрами.
Долгое время астрономы не имели представления о том, какого цвета Меркурий. Однако, наблюдая за планетой в телескоп и рассматривая снимки, полученные с космических аппаратов, ученые обнаружили серый и непривлекательный меркурианский диск. Этому виной отсутствие у планеты атмосферы и скалистый ландшафт.
Сила магнитного поля явно не в состоянии сопротивляться влиянию силе тяготения, которое оказывает на планету Солнце. Потоки солнечного ветра снабжают атмосферу планеты гелием и водородом, однако ввиду постоянного нагрева, происходит диссипация нагревающихся газов обратно в космическое пространство.
Краткая характеристика структуры и состав планеты
При таком состоянии атмосферы Меркурий не в состоянии защититься от атаки космических тел, падающих на поверхность планеты. На планете нет следов естественной эрозии, на поверхность более вероятно воздействуют космические процессы.
Как и другие планеты земной группы, Меркурий имеет собственную твердь, однако в отличие от Земли и Марса, которые в основном состоят из силикатов, он на 70% состоит из металлов. Этим и объясняется достаточно высокая плотность планеты и ее масса. По многим физическим параметрам Меркурий очень сильно напоминает наш спутник. Как и на Луне, поверхность планеты представляет собой безжизненную пустыню, лишенную плотной атмосферы и открытую для космического воздействия. При этом кора и мантия у планеты имеют тонкий слой, если проводить сравнение с земными геологическими параметрами. Внутренняя часть планеты в основном представлены тяжелым железным ядром. Она имеет ядро, которое полностью состоит из расплавленного железа и занимает почти половину всего планетарного объема и ¾ диаметра планеты. Только незначительная по толщине мантия, всего 600 км., представленная силикатами, отделяет ядро планеты от коры. Слои меркурианской коры имеют различную толщину, которая варьируется в диапазоне 100-300 км.
Этим объясняется очень высокая плотность планеты, которая нехарактерна для аналогичных по размеру и происхождению небесных тел. Наличие расплавленного железного ядра дает Меркурию магнитное поле, его силы достаточно для того, чтобы противодействовать солнечному ветру, захватывая заряженные частицы плазмы. Такая структура планеты является нехарактерной для большинства планет солнечной системы, где на ядро приходится 25-35% от общей планетарной массы. Вероятно, такая меркурология вызвана особенностями происхождения планеты.
Ученые считают, что на состав планеты оказало сильное влияние происхождение Меркурия. По одной версии он является бывшим спутником Венеры, который утратил впоследствии вращательный момент и был вынужден под влиянием притяжения Солнца перейти на собственную вытянутую орбиту. По другим версиям, на стадии формирования, более 4,5 млрд. лет назад Меркурий столкнулся либо с Венерой, либо с другой планетезималью, в результате чего большая часть меркурианской коры была снесена и рассеяна в космическом пространстве.
Третья версия происхождения Меркурия основывается на предположении, что планета сформировалась из остатков космического вещества, оставшегося после формирования Венеры, Земли и Марса. Тяжелые элементы, в основном металлы, сформировали ядро планеты. Для формирования внешней оболочки планеты более легких элементов было явно недостаточно.
Судя по фото, полученным из космоса, время меркурианской активности давно прошло. Поверхность планеты представляет собой скудный ландшафт, на котором главным украшением являются кратеры, большие и малые, представленные в огромном количестве. Меркурианские долины представляют собой обширные участки застывшей лавы, которая свидетельствует о былой вулканической активности планеты. Кора не имеет тектонических плит и слоями покрывает мантию планеты.
Размеры кратеров на Меркурии поражают воображение. Самый крупный и большой кратер, который получил название Равнина Жары, имеет диаметр в поперечнике более полтора тысяч километров. Гигантская кальдера кратера, высота которой составляет 2 км, говорит о том, что столкновение Меркурия с космическим телом таких размеров имело масштаб вселенского катаклизма.
Раннее прекращение вулканической активности привело к быстрому остыванию поверхности планеты и формированию волнистого ландшафта. Остывшие слои коры наползали на нижние, формируя чешуйки, а удары астероидов и падение крупных метеоритов только сильнее изуродовали лик планеты.
Космические аппараты и техника, занимавшиеся исследованием Меркурия
Долгое время космические тела, астероиды, кометы, спутники планеты и звезды мы наблюдали в телескопы, не имея технической возможности изучить наше космическое соседство более детально и подробно. Совсем иначе мы взглянули на наших соседей и Меркурий в том числе, когда появилась возможность запускать к дальним планетам космические зонды и аппараты. Мы получили совершенно другое представление о том, как выглядит внешний космос, объекты нашей солнечной системы.
Основная масса научной информации о Меркурии была получена в результате астрофизических наблюдений. Исследование планеты осуществлялось с помощью новых мощных телескопов. Значительный прогресс в вопросах изучения самой маленькой планеты солнечной системы дал полет американского космического аппарата «Маринер-10». Такая возможность появилась в ноябре 1973 году, когда с мыса Канаверал стартовала ракета Атлас с астрофизическим автоматическим зондом.
Американская космическая программа «Маринер» предполагала запуск к ближайшим планетам, к Венере и к Марсу серии автоматических зондов. Если первые аппараты в основном были направлены к Венере и к Марсу, то последний, десятый зонд, изучив по дороге Венеру, улетел в сторону Меркурия. Именно полет маленького космического аппарата дал астрофизикам необходимую информацию о поверхности планеты, о составе атмосферы и о параметрах его орбиты.
Космический аппарат совершал обследования планеты с пролетной траектории. Полет космического аппарата был рассчитан таким образом, чтобы «Маринер-10» сумел как можно больше раз пройти в непосредственной близости от планеты. Первый пролет состоялся в марте 1974 года. Аппарат прошел от планеты на расстоянии 700 км, делая первые снимки далекой планеты с близкого расстояния. Во время второго пролета расстояние сократилось еще больше. Американский зонд пронесся над поверхностью Меркурия на высоте 48 км. Третий раз «Маринер-10» отделяло от Меркурия расстояние в 327 км. В результате полетов «Маринера» удалось получить снимки поверхности планеты и составить приблизительную ее карту. Планета оказалась с виду мертва, негостеприимна и неприспособлена для существующих и известных науке форм жизни.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
> Планета Меркурий
Описание планеты Меркурий для детей всех возрастов: интересные факты, фото поверхности, история наблюдений за первой планетой от Солнца, космические запуски.
Наверняка, даже для самых маленьких не секрет, что Меркурий - первая планета от Солнца. Наблюдая за стремительным вращением планеты, римляне прозвали его самым быстрым богом. Астрономия для детей предлагает ближе познакомиться с этим маленьким миром, узнать интересные факты о Меркурии с картинками, рисунками и фото, а также сравнить с планетой Земля.
Начать рассказ о Меркурии и объяснение для детей нужно с шумеров. Родители или в школе могут удивить, что эта цивилизация знала о Меркурии еще 5000 лет назад. Только тогда его воспринимали как Набу – бог письма. Также у него было два имени для появления - утренняя и вечерняя звезда. Но греческие астрономы поняли, что это один и тот же объект. Гераклит полагал, что Меркурий и совершают обороты вокруг Солнца, а Земля нет.
Физические характеристики Меркурия - для детей
Чтобы объяснить детям характерные черты Меркурия, следует отметить, что из-за близкого расположения к Солнцу, температура планеты достигает 450 °C. Но так как здесь нет привычной атмосферы, то тепло не задерживается и ночью поверхность остывает до -170°C, а самая большая зафиксированная температура – 600°C.
Дети должны знать, что Меркурий - самая маленькая планета, которая лишь немного больше земного спутника. Без атмосферы она не может сопротивляться ударам, поэтому на ней много кратеров. Около 4 миллиардов лет назад 100-километровый астероид врезался в Меркурий. Сила удара приравнивается к одному триллиону бомб мощностью в одну мегатонну. Это создало гигантский кратер в 1550 км шириной – бассейн Калорис. В его пределах можно было бы разместить штат Техас. Школьникам будет интересно увидеть фото кратера.
Исследование Меркурия начиналось с телескопа (теперь можно использовать телескопы онлайн на сайте и наблюдать за планетами). В 2012 году к планете подошел аппарат НАСА MESSENGER (Мессенджер). Ему удалось заметить в кратерах вокруг северного полюса лед (они находятся в тени). На южном полюсе также могут быть ледяные залежи, но орбита MESSENGER не позволила исследовать эту область. Лед мог остаться после падения комет или метеоритов. Или же водяной пар дегазировался из планеты и замерз на поверхности полюсов. Ниже можно дополнить описание Меркурия для детей и школьников всех возрастов интересными фактами.
Знаете ли вы?
Что размер Меркурия постоянно уменьшается.
Крошечная планета представляет собою единую континентальную плиту, размещенную над железным ядром, которое не прекращает охлаждаться. С падением температуры оно затвердевает, сокращая объем всей планеты. Именно из-за этого поверхность начала сжиматься, создав уступы и скалы, напоминающие купол длинною в несколько сотен миль. В прошлом поверхность была более активной из-за действия вулканов.
«Некоторые маленькие уступы выглядят довольно молодо. Это значит, что Меркурий является тектонически активной планетой и продолжает формироваться», – сказал Том Уоттерс – старший научный сотрудник Смитсоновского института в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне (округ Колумбия).
Для самых маленьких будет интересно услышать, что перед ними вторая по плотности планета после Земли. Металлическое ядро занимает 3600-3800 км в ширину, а это 75% диаметра всей планеты. А вот внешняя оболочка охватывает лишь 500-600 км. Такое сочетание заставило ученых внимательнее изучить этот объект.
Неожиданностью для Маринер-10 было то, что у Меркурия было магнитное поле. Теоретически планеты могут вырабатывать его только если очень быстро вращаются, а их ядро находится в расплавленном состоянии. Но у Меркурия уходит 59 дней на вращение, и он невероятно маленький (треть земного шара). Да и ядро должно было давно остыть.
«Мы разобрались с тем, как функционирует наша планета. Меркурий – еще один скалистый мир с железным ядром, поэтому мы думали, что и здесь ситуация похожа», – сказал профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Кристофер Рассел.
Знаете ли вы?
Меркурий – ближайшая к Солнцу планета, с тонкой атмосферой, отсутствием давления воздуха и чрезвычайно высокой температурой.
Чтобы объяснить детям этот момент, родители должны разобраться в необычной обстановке планеты. Данные MESSENGER говорят о том, что магнитное поле в три раза сильнее на северном полушарии, чем на южном. В связи с этим Рассел создал модель, которая показывает, что железное ядро может переходить из жидкого состояния в твердое на внешней границе, а не во внутренней.
В 2007 году наземное радиолокационное наблюдение показало, что ядро может быть расплавленным. Это поможет объяснить магнетизм, хотя солнечный ветер способен влиять на сокращение магнитного поля планеты.
Хотя сила магнитного поля достигает всего 1% от земного, оно все равно невероятно активное. Магнитное поле в солнечном ветре (заряженные от частички) иногда вторгаются в поле планеты. Из-за этого формируются мощные магнитные торнадо, направляющие горячую плазму солнечного ветра по поверхности.
У Меркурия нет атмосферы. Вместо этого там заметна ультратонкая «экзосфера». Она состоит из атомов, сдутых с поверхности солнечной радиацией и микрометероитными ударами. Они стремительно удаляются в космос, создавая хвост из частиц.
Характеристика орбиты Меркурия - для детей
Характеристика Меркурия должна включать и его вращение вокруг оси и Солнца. Планета облетает Солнце за 88 земных дней на скорости 180000 км/ч. Это намного быстрее, чем другие планеты. Овальная орбита близка к эллипсу, поэтому в разные периоды подходит и отдаляется к Солнцу на 47-70 миллионов км. Дети должны знать, что если бы им удалось наблюдать за Солнцем с Меркурия, то оно выглядело бы в 3 раза больше.
Высокоэллиптическая орбита приводит к тому, что Меркурию требуется 59 дней на оборот вокруг оси. Солнце ненадолго поднимается, задерживается и садится до того, как он пройдет в западном направлении. На закате Солнце заходит, а потом снова ненадолго поднимается и задерживается.
Состав и структура Меркурия - для детей
- Вместо атмосферы – экзосфера: 42% кислорода, 29% натрия, 22% водорода, 6% гелия и 0.5% калия с возможными следами воды, аргона, азота, двуокиси углерода, криптона, ксенона и неона.
- Магнитное поле: около 1% от земного.
- Внутренняя структура: железное ядро (3600-3800 км) и внешняя силикатная оболочка (500-600 км).
Орбита и вращение Меркурия - для детей
- Средняя удаленность от Солнца: 57 909 175 км (0,38 расстояния Земли от Солнца).
- Перигелий (самая близка дистанция к Солнцу): 46 000 000 км (в 0.313 раз больше земной).
- Афелий (наибольшая удаленность от Солнца): 69 820 000 км (в 0.459 раз больше земной).
- Продолжительность дня: 58.646 земных дней.
Исследования и миссии Меркурия - для детей
Детальная характеристика планеты была бы невозможной без полетов космических аппаратов. Впервые Меркурий посетил Маринер-10, осмотревший 45% поверхности и обнаруживший магнитное поле. Орбитальный аппарат НАСА MESSENGER прибыл туда в марте 2011 года и стал первым, кому удалось закрепиться на орбите планеты.
В 2012 году ученые нашли в Марокко группы метеоритов, которые могут происходить из Меркурия. Если это так, то он войдет в клуб планет, подобных Земле (только Луна, Марс и пояс астероидов подтвердили наличие осколков).
Меркурий своими физическими характеристиками подобен Луне. Естественных спутников у него не имеется, атмосфера его очень разреженная. У этой планеты большое железное ядро, составляющее 83% от объёма всей планеты. Это ядро является источником магнитного поля, напряженностью 0,01 от земной. Температура поверхности планеты составляет - 90 - 700 К (-183,15-426.85 С). Солнечная сторона планеты нагревается значительно сильнее, чем его обратная сторона и полярные области.
Кратеры Меркурия
На поверхности Меркурия расположено большое количество кратеров, этим ландшафт очень напоминает лунный. На разных участках Меркурия плотность кратеров отличается. Возможно, что участки поверхности планеты, которые более сильно усеяны кратерами, есть более древние, а те, которые менее усеяны – более молодые. Они образовались в результате затопления лавой старой поверхности. При этом, крупных кратеров на Меркурии меньше, чем на Луне. Диаметр самого большого кратера на Меркурии равен 716 км, его назвали в честь Рембрандта, великого голландского живописца. Также на Меркурии наблюдаются образования, подобных которым на Луне нет. Например, эскарпы – многочисленные зубчатые откосы, которые простираются на сотни километров. При изучении эскарпов выяснили, что они образованы во время сжатия поверхности, сопровождавшем остывание Меркурия, при котором площадь поверхности планеты уменьшилась на 1 %. Т.к. на поверхности Меркурия есть хорошо сохранившиеся большие кратеры, то это значит, что за прошедшие 3 – 4 млрд. лет там не было движения участков коры в больших масштабах, на поверхности отсутствовала эрозия (кстати, последнее почти полностью подтверждает невозможность существования в истории Меркурия хоть какой-нибудь существенной атмосферы).
Во время исследований, зондом «Месенджер» были получены фотографии более 80 % поверхности планеты, в результате чего определили, что она однородна, в отличие от поверхности Марса или Луны, у которых одно полушарие очень сильно отличается от другого.
Элементный состав поверхности Меркурия, полученный рентгенофлуоресцентным спектрометром аппарата «Мессенджер», показал, что поверхность планеты богата плагиоклазовым полевым шпатом, свойственным для материковых областей Луны, и, по сравнению, бедна кальцием и алюминием. Также она богата магнием и бедна железом и титаном, что позволяет ей занять промежуток между ультраосновными горными породами, наподобие земных коматиитов, и типичными базальтами. Ещё обнаружено относительное изобилие серы - это значит, что планета формировалась в восстановительных условиях.
Кратеры Меркурия различаются между собой. Они могут быть и маленькими впадинами в форме чаши, и ударными многокольцевыми кратерами, которые имеют в диаметре сотни километров. Кратеры Меркурия в разной степени разрушены. Есть более-менее хорошо сохранившиеся, с длинными лучами, расположенными вокруг них, образовавшимися в процессе выброса вещества от воздействия удара. Есть и очень разрушенные остатки кратеров.
Равнина Жары (лат. Caloris Planitia) является одной из самых заметных деталей рельефа Меркурия. Она так названа потому, что располагается рядом с одной из «горячих долгот». Диаметр этой равнины - около 1550 км.
Скорей всего, тело, при столкновении которого с поверхностью Меркурия образовался кратер, было диаметром не меньше 100 км. Удар был так силен, что сейсмические волны, пройдя через всю планету и собравшись в противоположной точке поверхности, стали причиной образования на Меркурии своеобразного «хаотического» пересечённого ландшафта. О силе удара также свидетельствует и то, что он спровоцировал выброс лавы, в результате чего вокруг кратера образовались горы Жары, высотой более 2 км. Кратер Койпер (в поперечнике имеет 60 км) – точка на поверхности планеты с самым высоким альбедо. Скорей всего, кратер Койпер – один из «последних» образовавшихся крупных кратеров Меркурия.
Ещё одно интересное расположение кратеров на планете обнаружили учёные в 2012 году: последовательность расположения кратеров образует мордашку Микки Мауса. Может быть, в будущем эта конфигурация будет названа именно так.
Геология Меркурия
Совсем недавно считалось, что в недрах Меркурия есть металлическое ядро, радиус кото
рого 1800 – 1900 км, оно составляет 60 % от массы планеты, поскольку было обнаружено слабое магнитное поле космическим аппаратом «Маринер-10». К тому же, по мнению учёных, считалось, что ядро Меркурия, из-за малого размера планеты, не должно быть жидким. После пятилетних радарных наблюдений группа Жана-Люка Марго в 2007 году подвела итоги, и в результате были отмечены различные вариации вращения Меркурия, которые являются слишком большими, как для планеты с твёрдым ядром. Исходя из этого, можно почти со стопроцентной точностью утверждать, что ядро у Меркурия жидкое.
В сравнении с любой планетой Солнечной системы в ядре Меркурия процентное содержание железа выше. Существует несколько версий объяснения этого. Самая широко распространённая в мире науки теория говорит, что Меркурий, изначально обладая массой в 2,25 раза большей, чем сегодня, имел такую же пропорцию силикатов и металла, как и обычный метеорит. Но в самом начале истории Солнечной системы планетоподобное тело, имеющее несколько сотен км в диаметре, и массу, в 6 раз меньшую, столкнулось с Меркурием. Из-за этого столкновения от планеты оторвалась большая часть первичной коры и мантии, в следствие чего в составе Меркурия относительная доля ядра увеличилась. Кстати, для разъяснения формирования Луны была предложена подобная же гипотеза, называемая Теорией Гигантского Столкновения. Но этой теории противоречат первые данные, которые получили в процессе изучения элементного состава поверхности Меркурия при помощи гамма-спектрометра АМС «Мессенджер» (он позволяет измерить содержание радиоактивных изотопов). Выяснилось, что на планете много калия (летучего элемента, если сравнивать с торием и ураном, которые более тугоплавкие). Это не согласуется с неизбежными при столкновении высокими температурами. Исходя из этого, становится ясно, что элементный состав Меркурия совпадает с первичным элементным составом материала, его сформировавшего, который близок к безводным кометным частицам и энстатитовым хондритам, при этом содержание железа в последних, на сегодняшний день, мало для пояснения высокой средней плотности планеты.
Силикатная мантия (толщиной 500-600 км) окружает ядро Меркурия. Толщина его коры находится в пределах 100 - 300 км (по данным «Маринера-10»).
Геологическая история Меркурия
Геологическая история планеты делится на эры, как у Марса, Луны и Земли. Эти эры называются так (к более поздней от более ранней): 1- дотолстовская, 2- толстовская, 3- калорская, 4- поздняя калорская, 5- мансурская и 6- койперская. И относительный геологический возраст Меркурия поделен на периоды согласно данным эрам. Правда, точно не установлен измеряемый в годах абсолютный возраст.
Около 4,6 млрд. лет назад, когда планета была уже сформирована, происходило интенсивное столкновение её с кометами и астероидами. Последняя массивная бомбардировка Меркурия была 3,8 млрд. лет тому назад. Некоторые области (к примеру, равнина Жары) создавались, в том числе, и заполнением их лавой. В результате, внутри кратеров образовались гладкие полости, подобные лунным.
После этого, по мере остывания и сжатия Меркурия, образовались разломы и хребты. О более позднем времени их образования свидетельствует их расположение на поверхности крупных объектов рельефа, например равнин и кратеров. Время вулканизма на планете закончилось после того, как мантия сжалась настолько, чтобы предотвратить выход лавы на поверхность Меркурия. Возможно, что это произошло в течении первых 700-800 млн. лет со времени образования Меркурия. Более поздние изменения ландшафта планеты были вызваны ударами о её поверхность космических тел.
Магнитное поле Меркурия
Напряжённость магнитного поля Меркурия приблизительно в сто раз меньше земной и равна ~300 нТл. Меркурианское магнитное поле имеет дипольную структуру, очень симметрично, его ось только на 10 градусов отклонена от оси вращения Меркурия. Это существенно снижает количество гипотез, объясняющих происхождение магнитного поля Меркурия. Предположительно, что магнитное поле Меркурия возникает вследствие эффекта динамо (аналогично происходит и на Земле). Возможно, этот эффект - и есть следствие циркуляции жидкого ядра. Очень сильный приливный эффект возникает из-за очень выраженного эксцентриситета Меркурия. Этот приливный эффект удерживает ядро в жидком состоянии, а это - обязательное условия для возникновения эффекта динамо. Магнитное поле планеты такое сильное, что способно менять направление солнечного ветра вокруг Меркурия, в результате чего и создаётся его магнитосфера. И хотя она так мала, что поместилась бы внутри Земли, но мощная настолько, чтобы поймать плазму солнечного ветра. В результате наблюдений, полученных с помощью «Маринер-10», выяснилось, что в магнитосфере ночной стороны Меркурия есть низкоэнергетическая плазма. Взрывы активных частиц в хвосте магнитосферы указывают на присущие ей динамические качества.
06.10.2008 года «Мессенджер», пролетая второй раз Меркурий, зафиксировал большое количество окон в магнитном поле планеты. «Мессенджер» обнаружил явление магнитных вихрей. Это сплетённые узлы магнитного поля, соединяющие космический корабль с магнитным полем Меркурия. Диаметр вихря составлял 800 км, это - треть радиуса планеты. Солнечный ветер и создаёт такую вихревую форму магнитного поля. Поскольку солнечный ветер обтекает магнитное поле Меркурия, то оно связывается и несётся с ним, формируясь в вихреподобные структуры. Такие вихри и создают окна в магнитном щите планеты, сквозь них проникает солнечный ветер, достигая поверхности планеты. Связь межпланетного и планетного магнитных полей (магнитное пересоединение) – обычное космическое явление, которое возникает и у Земли, во время, когда она создаёт магнитные вихри. Но частота магнитного пересоединения Меркурия, по данным «Мессенджера», в 10 раз выше.