Merkury to najmniejsza i najbliższa Słońcu planeta Układ Słoneczny. Starożytni Rzymianie nadali jej nazwę na cześć boga handlu Merkurego, posłańca innych bogów, który nosił skrzydlate sandały, ponieważ planeta porusza się szybciej niż inne na niebie.

krótki opis

Merkury ze względu na swoje niewielkie rozmiary i bliskość Słońca jest niewygodny w obserwacjach ziemskich, dlatego przez długi czas niewiele o nim wiedziano. Ważnym krokiem w jego badaniach był statek kosmiczny Mariner-10 i Messenger, za pomocą którego uzyskano wysokiej jakości zdjęcia i szczegółowa mapa powierzchnie.

Merkury jest planetą grupa naziemna i znajduje się w średniej odległości około 58 milionów km od Słońca. W tym przypadku maksymalna odległość (w aphelium) wynosi 70 milionów km, a minimalna (w peryhelium) to 46 milionów km. Jego promień jest tylko nieznacznie większy od promienia Księżyca – 2439 km, a gęstość jest prawie taka sama jak gęstość Ziemi – 5,42 g/cm3. Wysoka gęstość oznacza, że ​​zawiera znaczną część metali. Masa planety wynosi 3,3 · 10 · 23 kg, z czego około 80% stanowi jądro. Przyspieszenie grawitacyjne jest 2,6 razy mniejsze niż na Ziemi - 3,7 m/s². Warto zauważyć, że kształt Merkurego jest idealnie kulisty - ma zerową kompresję polarną, to znaczy jego promienie równikowe i biegunowe są równe. Merkury nie ma satelitów.

Planeta okrąża Słońce w 88 dni, a okres obrotu wokół własnej osi względem gwiazd (dzień gwiazdowy) wynosi dwie trzecie okresu obiegu - 58 dni. Oznacza to, że jeden dzień na Merkurym trwa dwa lata, czyli 176 ziemskich dni. Współmierność okresów najwyraźniej tłumaczy się wpływem pływowym Słońca, który spowalniał początkowo szybszy obrót Merkurego, aż do zrównania się ich wartości.

Merkury ma najbardziej wydłużoną orbitę (jego mimośród wynosi 0,205). Jest znacznie nachylona do płaszczyzny orbity Ziemi (płaszczyzny ekliptyki) - kąt między nimi wynosi 7 stopni. Prędkość orbitalna planety wynosi 48 km/s.

Temperaturę na Merkurym określono na podstawie jego promieniowania podczerwonego. Zmienia się w szerokim zakresie od 100 K (-173 °C) w nocy i na biegunach do 700 K (430 °C) w południe na równiku. Jednocześnie dobowe wahania temperatury szybko maleją w miarę wchodzenia w głąb skorupy, co oznacza, że ​​bezwładność cieplna gleby jest wysoka. Na tej podstawie stwierdzono, że gleba na powierzchni Merkurego to tzw. regolit – silnie rozdrobniona skała o niskiej gęstości. Warstwy powierzchniowe Księżyca, Marsa i jego satelitów Fobos i Deimos również składają się z regolitu.

Edukacja planety

Za najbardziej prawdopodobny opis pochodzenia Merkurego uważa się hipotezę mgławicową, według której planeta była w przeszłości satelitą Wenus, a następnie z jakiegoś powodu wyszła spod wpływu jej pola grawitacyjnego. Według innej wersji Merkury powstał jednocześnie ze wszystkimi obiektami Układu Słonecznego w wewnętrznej części dysku protoplanetarnego, skąd lekkie pierwiastki zostały już przeniesione przez wiatr słoneczny do zewnętrznych obszarów.

Według jednej z wersji pochodzenia bardzo ciężkiego jądra wewnętrznego Merkurego – teorii gigantycznego uderzenia – masa planety była początkowo 2,25 razy większa niż obecna. Jednak po zderzeniu z małą protoplanetą lub obiektem przypominającym planetę większość skorupy i górnego płaszcza została rozrzucona w przestrzeń, a jądro zaczęło stanowić znaczną część masy planety. Ta sama hipoteza służy do wyjaśnienia pochodzenia Księżyca.

Po zakończeniu głównego etapu formowania się 4,6 miliarda lat temu Merkury był przez długi czas intensywnie bombardowany przez komety i asteroidy, dlatego jego powierzchnia jest usiana wieloma kraterami. Gwałtowna aktywność wulkaniczna u zarania historii Merkurego doprowadziła do powstania równin lawowych i „morz” wewnątrz kraterów. Gdy planeta stopniowo ochładzała się i kurczyła, narodziły się inne płaskorzeźby: grzbiety, góry, wzgórza i półki skalne.

Struktura wewnętrzna

Struktura Merkurego jako całości niewiele różni się od innych planet ziemskich: w centrum znajduje się masywne metaliczne jądro o promieniu około 1800 km, otoczone warstwą płaszcza o długości 500–600 km, która z kolei jest pokryte skorupą o grubości 100 - 300 km.

Wcześniej sądzono, że rdzeń Merkurego jest stały i stanowi około 60% jego całkowitej masy. Zakładano, że tak mała planeta może mieć tylko stałe jądro. Ale mieć swój pole magnetyczne Planeta, choć słaba, ma mocny argument przemawiający za wersją jej płynnego jądra. Ruch materii wewnątrz rdzenia powoduje efekt dynama, a silne wydłużenie orbity powoduje efekt pływowy, który utrzymuje rdzeń w stanie ciekłym. Obecnie wiadomo, że jądro Merkurego składa się z ciekłego żelaza i niklu i stanowi trzy czwarte masy planety.

Powierzchnia Merkurego praktycznie nie różni się od Księżyca. Najbardziej zauważalnym podobieństwem jest niezliczona liczba kraterów, dużych i małych. Podobnie jak na Księżycu, promienie świetlne rozchodzą się z młodych kraterów w różnych kierunkach. Jednak Merkury nie ma tak rozległych mórz, które byłyby również stosunkowo płaskie i wolne od kraterów. Kolejną zauważalną różnicą w krajobrazie są liczne półki o długości setek kilometrów, utworzone w wyniku kompresji Merkurego.

Kratery są rozmieszczone nierównomiernie na powierzchni planety. Naukowcy sugerują, że obszary gęściej wypełnione kraterami są starsze, a obszary gładsze – młodsze. Ponadto obecność dużych kraterów sugeruje, że na Merkurym nie było żadnych przesunięć skorupy ziemskiej ani erozji powierzchniowej przez co najmniej 3-4 miliardy lat. To ostatnie jest dowodem na to, że planeta nigdy nie miała wystarczająco gęstej atmosfery.

Największy krater na Merkurym ma około 1500 kilometrów średnicy i 2 kilometry wysokości. Wewnątrz znajduje się ogromna równina lawy – Równina Ciepła. Obiekt ten jest najbardziej zauważalnym obiektem na powierzchni planety. Ciało, które zderzyło się z planetą i dało początek tak wielkiej formacji, musiało mieć długość co najmniej 100 km.

Obrazy z sond pokazały, że powierzchnia Merkurego jest jednorodna, a płaskorzeźby półkul nie różnią się od siebie. To kolejna różnica między planetą a Księżycem, a także Marsem. Skład powierzchni wyraźnie różni się od księżycowej - zawiera niewiele pierwiastków charakterystycznych dla Księżyca - glinu i wapnia - ale sporo siarki.

Atmosfera i pole magnetyczne

Atmosfera na Merkurym jest praktycznie nieobecna - jest bardzo rzadka. Jego średnia gęstość jest równa tej samej gęstości na Ziemi na wysokości 700 km. Jego dokładny skład nie został określony. Dzięki badaniom spektroskopowym wiadomo, że atmosfera zawiera dużo helu i sodu, a także tlenu, argonu, potasu i wodoru. Atomy pierwiastków przynoszone są z przestrzeni kosmicznej przez wiatr słoneczny lub unoszone przez niego z powierzchni. Jednym ze źródeł helu i argonu jest rozpad radioaktywny w skorupie planety. Obecność pary wodnej tłumaczy się powstawaniem wody z wodoru i tlenu zawartego w atmosferze, uderzeniami komet w powierzchnię oraz sublimacją lodu, zlokalizowanego prawdopodobnie w kraterach na biegunach.

Merkury ma słabe pole magnetyczne, którego siła na równiku jest 100 razy mniejsza niż na Ziemi. Jednak takie napięcie wystarczy, aby stworzyć potężną magnetosferę dla planety. Oś pola prawie pokrywa się z osią obrotu, wiek szacuje się na około 3,8 miliarda lat. Oddziaływanie pola z otaczającym je wiatrem słonecznym powoduje powstawanie wirów, które występują 10 razy częściej niż w polu magnetycznym Ziemi.

Obserwacja

Jak już wspomniano, obserwacja Merkurego z Ziemi jest dość trudna. Nigdy nie znajduje się dalej niż 28 stopni od Słońca i dlatego jest praktycznie niewidoczna. Widoczność Merkurego zależy od szerokości geograficznej. Najłatwiej jest go obserwować na równiku i na bliskich mu szerokościach geograficznych, gdyż tutaj zmierzch trwa najkrócej. Na wyższych szerokościach geograficznych Merkury jest znacznie trudniejszy do zobaczenia - znajduje się bardzo nisko nad horyzontem. Tutaj najlepsze warunki do obserwacji mają miejsce w czasie największej odległości Merkurego od Słońca lub na jego największej wysokości nad horyzontem podczas wschodu lub zachodu słońca. Wygodnie jest także obserwować Merkurego podczas równonocy, kiedy czas zmierzchu jest minimalny.

Merkury jest dość łatwy do zobaczenia przez lornetkę tuż po zachodzie słońca. Fazy ​​​​Merkurego są wyraźnie widoczne w teleskopie o średnicy 80 mm. Jednak szczegóły powierzchni można naturalnie zobaczyć tylko za pomocą znacznie większych teleskopów, a nawet przy pomocy takich instrumentów będzie to trudne zadanie.

Merkury ma fazy podobne do faz Księżyca. NA minimalna odległość z Ziemi jest widoczny jako cienki sierp. W swojej pełnej fazie znajduje się zbyt blisko Słońca, aby można ją było zobaczyć.

Podczas wystrzeliwania sondy Mariner 10 na Merkurego (1974) zastosowano manewr wspomagany grawitacją. Bezpośredni lot urządzenia na planetę wymagało ogromnych ilości energii i było praktycznie niemożliwe. Trudność tę ominięto korygując orbitę: po pierwsze, urządzenie przeleciało obok Wenus i warunki przelotu obok niej zostały dobrane tak, aby jego pole grawitacyjne zmieniło trajektorię na tyle, aby sonda dotarła do Merkurego bez dodatkowego wydatku energii.

Istnieją sugestie, że na powierzchni Merkurego istnieje lód. Jej atmosfera zawiera parę wodną, ​​która może istnieć w stanie stałym na biegunach wewnątrz głębokich kraterów.

W XIX wieku astronomowie obserwujący Merkurego nie mogli znaleźć wyjaśnienia jego ruchu orbitalnego za pomocą praw Newtona. Obliczone przez nich parametry różniły się od obserwowanych. Aby to wyjaśnić, postawiono hipotezę, że na orbicie Merkurego znajduje się kolejna niewidzialna planeta Wulkan, której wpływ wprowadza zaobserwowane niespójności. Prawdziwe wyjaśnienie przyszło kilkadziesiąt lat później, wykorzystując ogólną teorię względności Einsteina. Następnie nazwę planety Wulkan nadano wulkanoidom – rzekomym asteroidom znajdującym się na orbicie Merkurego. Strefa od 0,08 AU do 0,2 a.u. stabilny grawitacyjnie, więc prawdopodobieństwo istnienia takich obiektów jest dość wysokie.

Ze wszystkich obecnie znanych planet Układu Słonecznego Merkury jest obiektem najmniejszego zainteresowania społeczności naukowej. Wyjaśnia to przede wszystkim fakt, że mała gwiazda, słabo świecąca na nocnym niebie, faktycznie okazała się najmniej odpowiednia z punktu widzenia nauk stosowanych. Pierwsza planeta od Słońca jest poligonem doświadczalnym w martwej przestrzeni, gdzie sama natura została wyraźnie przeszkolona w procesie formowania się Układu Słonecznego.

Tak naprawdę Merkury można śmiało nazwać prawdziwym magazynem informacji dla astrofizyków, z którego można uzyskać wiele interesujących danych na temat praw fizyki i termodynamiki. Korzystając z informacji uzyskanych na temat tego interesującego obiektu niebieskiego, możesz zorientować się, jaki wpływ ma nasza gwiazda na cały Układ Słoneczny.

Jaka jest pierwsza planeta Układu Słonecznego?

Dziś Merkury jest uważany za najmniejszą planetę w układzie. Ponieważ Pluton został wykluczony z listy głównych ciał niebieskich naszej bliskiej przestrzeni i przeniesiony do kategorii planet karłowatych, Merkury zajął honorowe pierwsze miejsce. Jednak to przywództwo nie dodało punktów. Miejsce, jakie zajmuje Merkury w Układzie Słonecznym, pozostawia go poza zasięgiem wzroku współczesnej nauki. Wszystko za sprawą bliskiego położenia względem Słońca.

Ta sytuacja nie do pozazdroszczenia pozostawia ślad na zachowaniu planety. Merkury z prędkością 48 km/s. pędzi po swojej orbicie, dokonując pełnego obrotu wokół Słońca w ciągu 88 ziemskich dni. Obraca się wokół własnej osi dość powoli – w 58 646 dni, co dało astronomom powód, aby przez długi czas uważać, że Merkury jest zwrócony w jedną stronę w stronę Słońca.

Z dużym prawdopodobieństwem właśnie ta zwinność ciała niebieskiego i jego bliskość do centralnego źródła światła naszego Układu Słonecznego stały się powodem nadania planecie imienia na cześć starożytnego rzymskiego boga Merkurego, który również został wyróżniony swoją szybkością.

Na korzyść pierwszej planety Układu Słonecznego nawet starożytni uważali ją za niezależne ciało niebieskie krążące wokół naszej gwiazdy. Z tego punktu widzenia dane akademickie na temat najbliższego sąsiada naszej gwiazdy są interesujące.

Krótki opis i cechy planety

Ze wszystkich ośmiu planet Układu Słonecznego Merkury ma najbardziej niezwykłą orbitę. Ze względu na niewielką odległość planety od Słońca jej orbita jest najkrótsza, ale kształtem przypomina bardzo wydłużoną elipsę. W porównaniu do ścieżki orbitalnej innych planet, pierwsza planeta ma najwyższy mimośród - 0,20 e. Innymi słowy, ruch Merkurego przypomina gigantyczną kosmiczną huśtawkę. W peryhelium szybki sąsiad Słońca zbliża się do niego na odległość 46 milionów km i rozgrzewa się do czerwoności. W aphelium Merkury oddala się od naszej gwiazdy na odległość 69,8 miliona km, w tym czasie nieco ochładzając się w bezmiarze przestrzeni kosmicznej.

Na nocnym niebie planeta charakteryzuje się jasnością w szerokim zakresie od -1,9 m do 5,5 m, ale jej obserwacje są bardzo ograniczone ze względu na bliskość Merkurego do Słońca.

Ta cecha lotu orbitalnego z łatwością wyjaśnia szeroki zakres różnic temperatur na planecie, który jest najbardziej znaczący w Układzie Słonecznym. Jednak główną cechą wyróżniającą parametry astrofizyczne małej planety jest przesunięcie orbity względem położenia Słońca. Ten proces w fizyce nazywa się precesją i to, co go powoduje, wciąż pozostaje tajemnicą. W XIX wieku opracowano nawet tabelę zmian charakterystyk orbitalnych Merkurego, ale nie udało się w pełni wyjaśnić tego zachowania ciała niebieskiego. Już w połowie XX wieku przyjęto założenie o istnieniu pewnej planety w pobliżu Słońca, która miała wpływ na położenie orbity Merkurego. Potwierdź tę teorię w ten moment środki techniczne Obserwacje za pomocą teleskopu nie są możliwe ze względu na bliskie położenie badanego obszaru względem Słońca.

Najbardziej odpowiednim wyjaśnieniem tej cechy orbity planety jest rozważenie precesji z punktu widzenia teorii względności Einsteina. Wcześniej rezonans orbitalny Merkurego szacowano na 1 do 1. W rzeczywistości okazało się, że parametr ten ma wartość od 3 do 2. Oś planety znajduje się pod kątem prostym do płaszczyzny orbity, a kombinacja prędkość obrotu sąsiada Słońca wokół własnej osi z prędkością orbitalną prowadzi do ciekawego zjawiska. Światło po osiągnięciu zenitu rozpoczyna ruch odwrotny, więc na Merkurym wschód i zachód słońca występują w jednej części horyzontu Merkurego.

Jeśli chodzi o parametry fizyczne planety, są one następujące i wyglądają raczej skromnie:

• średni promień planety Merkury wynosi 2439,7 ± 1,0 km;
• masa planety wynosi 3,33022·1023 kg;
• Gęstość rtęci wynosi 5,427 g/cm3;
• przyspieszenie ziemskie na równiku Merkurego wynosi 3,7 m/s2.

Średnica najmniejszej planety wynosi 4879 km. Wśród planet ziemskich Merkury jest gorszy od wszystkich trzech. Wenus i Ziemia są prawdziwymi gigantami w porównaniu z małym Merkurym; Mars jest niewiele większy niż rozmiar pierwszej planety. Sąsiad słoneczny jest gorszy nawet od satelitów Jowisza i Saturna, Ganimedesa (5262 km) i Tytana (5150 km).

W stosunku do Ziemi pierwsza planeta Układu Słonecznego zajmuje różne pozycje. Najmniejsza odległość między obiema planetami wynosi 8,2 mln km, a maksymalna – 217 mln km. Jeśli polecisz z Ziemi na Merkurego, statek kosmiczny może dotrzeć do planety szybciej niż na Marsa lub Wenus. Dzieje się tak dlatego, że mała planeta często znajduje się bliżej Ziemi niż jej sąsiedzi.

Rtęć ma bardzo dużą gęstość i pod tym parametrem jest bliżej naszej planety, prawie dwukrotnie większa od Marsa - 5,427 g/cm3 w porównaniu do 3,91 g/cm2 dla Czerwonej Planety. Jednak przyspieszenie grawitacyjne obu planet, Merkurego i Marsa, jest prawie takie samo - 3,7 m/s2. Przez długi czas naukowcy wierzyli, że pierwszą planetą Układu Słonecznego był w przeszłości satelita Wenus, jednak uzyskanie dokładnych danych na temat masy i gęstości planety obaliło tę hipotezę. Merkury jest całkowicie niezależną planetą, powstałą podczas formowania się Układu Słonecznego.

Dzięki swoim skromnym rozmiarom, zaledwie 4879 kilometrów, planeta jest cięższa od Księżyca, a gęstość przekracza tak ogromne ciała niebieskie, jak Słońce, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun razem wzięte. Jednak tak duża gęstość nie zapewniła planecie innych wyjątkowych parametrów fizycznych, ani pod względem geologicznym, ani pod względem stanu atmosfery.

Wewnętrzna i zewnętrzna budowa Merkurego

Dla wszystkich planet ziemskich cecha charakterystyczna jest twardą powierzchnią.

Wyjaśnia to podobieństwo wewnętrznej struktury tych planet. Pod względem geologicznym Merkury ma trzy klasyczne warstwy:

• Skorupa rtęciowa, której grubość waha się w przedziale 100-300 km;
• płaszcz o grubości 600 km;
• rdzeń żelazowo-niklowy o średnicy 3500-3600 km.

Skorupa Merkurego przypomina rybie łuski, gdzie warstwy skał powstałe w wyniku aktywności geologicznej planety we wczesnych okresach układały się jedna na drugiej. Warstwy te utworzyły swoiste wypukłości, będące cechą reliefu. Gwałtowne ochłodzenie warstwy powierzchniowej doprowadziło do tego, że kora zaczęła się kurczyć niczym skóra shagreen, tracąc swoją wytrzymałość. Następnie, wraz z końcem aktywności geologicznej planety, skorupa Merkurego została poddana silnemu wpływowi zewnętrznemu.

Płaszcz wygląda na dość cienki w porównaniu z grubością skorupy, wynoszącą zaledwie 600 km. Tak mała grubość płaszcza Merkurego przemawia za teorią, według której część substancji planetarnej Merkurego została utracona w wyniku zderzenia planety z dużym ciałem niebieskim.

Jeśli chodzi o jądro planety, istnieje wiele kontrowersyjnych kwestii. Średnica jądra wynosi ¾ średnicy całej planety i jest w stanie półpłynnym. Co więcej, pod względem stężenia żelaza w jądrze Merkury jest niekwestionowanym liderem wśród planet Układu Słonecznego. Aktywność ciekłego jądra w dalszym ciągu wpływa na powierzchnię planety, tworząc na niej osobliwe formacje geologiczne - pęcznienie.

Przez długi czas astronomowie i naukowcy słabo rozumieli powierzchnię planety na podstawie danych z obserwacji wizualnych. Dopiero w 1974 roku, przy pomocy amerykańskiej sondy kosmicznej Mariner 10, ludzkość po raz pierwszy miała okazję zobaczyć z bliskiej odległości powierzchnię swojego słonecznego sąsiada. Z uzyskanych zdjęć udało nam się dowiedzieć, jak wygląda powierzchnia planety Merkury. Sądząc po zdjęciach uzyskanych przez Mariner 10, pierwsza planeta od Słońca jest pokryta kraterami. Największy krater, Caloris, ma średnicę 1550 km. Obszary pomiędzy kraterami pokryte są równinami rtęciowymi i formacjami skalnymi. W przypadku braku erozji powierzchnia Merkurego pozostała prawie taka sama, jak na początku formowania się Układu Słonecznego. Ułatwiło to wczesne zaprzestanie aktywnej aktywności tektonicznej na planecie. Zmiany w topografii Merkurego nastąpiły dopiero w wyniku upadku meteorytów.

Na swój sposób schemat kolorów Merkury bardzo przypomina Księżyc, równie szary i pozbawiony twarzy. Albedo obu ciał niebieskich jest również prawie takie samo i wynosi odpowiednio 0,1 i 0,12.

Jeśli chodzi o warunki klimatyczne na planecie Merkury, jest to surowy i okrutny świat. Pomimo tego, że pod wpływem pobliskiej gwiazdy planeta nagrzewa się do 4500 C, ciepło nie jest zatrzymywane na powierzchni Merkurego. Po zacienionej stronie dysku planetarnego temperatura spada do -1700°C. Przyczyną tak gwałtownych wahań temperatury jest niezwykle cienka atmosfera planety. Pod względem parametrów fizycznych i gęstości atmosfera Merkurego przypomina próżnię, jednak nawet w takim środowisku warstwa powietrza planety składa się z tlenu (42%), sodu i wodoru (odpowiednio 29% i 22%). Tylko 6% pochodzi z helu. Mniej niż 1% pochodzi z pary wodnej, dwutlenku węgla, azotu i gazów obojętnych.

Uważa się, że gęsta warstwa powietrza na powierzchni Merkurego zniknęła w wyniku słabego pola grawitacyjnego planety i stałego wpływu wiatru słonecznego. Bliskość Słońca przyczynia się do obecności słabego pola magnetycznego na planecie. Pod wieloma względami ta bliskość i słabość pola grawitacyjnego przyczyniły się do tego, że Merkury nie ma naturalnych satelitów.

Badania rtęci

Przed 1974 rokiem planetę obserwowano głównie w przyrządy optyczne. Wraz z początkiem ery kosmicznej ludzkość miała okazję rozpocząć bardziej intensywne badania pierwszej planety Układu Słonecznego. Tylko dwóm ziemskim statkom kosmicznym udało się dotrzeć na orbitę małej planety - amerykański Mariner 10 i Messenger. Pierwszy z nich trzykrotnie przeleciał obok planety w latach 1974–75, zbliżając się do Merkurego na maksymalną możliwą odległość – 320 km.

Naukowcy musieli czekać dwadzieścia długich lat, aż statek kosmiczny NASA Messenger wyruszył w stronę Merkurego w 2004 roku. Trzy lata później, w styczniu 2008 roku, automatyczna stacja międzyplanetarna wykonała pierwszy przelot w pobliżu planety. W 2011 roku sonda Messenger bezpiecznie znalazła się na orbicie planety i rozpoczęła jej badania. Po czterech latach, po spędzeniu życia, sonda spadła na powierzchnię planety.

Liczba sond kosmicznych wysłanych w celu zbadania pierwszej planety Układu Słonecznego, w porównaniu z liczbą automatycznych pojazdów wysłanych w celu zbadania Marsa, jest niezwykle mała. Wynika to z faktu, że wodowanie statków na Merkurego jest trudne z technicznego punktu widzenia. Aby dostać się na orbitę Merkurego, konieczne jest wykonanie wielu skomplikowanych manewrów orbitalnych, których realizacja wymaga dużego zapasu paliwa.

W najbliższej przyszłości planowane jest wystrzelenie dwóch automatycznych sond kosmicznych jednocześnie, europejskiej i japońskiej agencji kosmicznej. Planuje się, że pierwsza sonda będzie badać powierzchnię Merkurego i jego wnętrze, natomiast druga, japońska sonda kosmiczna, będzie badać atmosferę i pole magnetyczne planety.

planeta Merkury

Ogólne informacje o planecie Merkury. Tajemnicza planeta

Ryc. 1 Rtęć. Obraz powstał na podstawie zdjęć MESSENGERa z 30 stycznia 2008 r. Źródło: NASA/Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa/Instytut Carnegie w Waszyngtonie

Merkury to planeta najbliższa Słońcu i najmniejsza w Układzie Słonecznym, zarówno pod względem masy, jak i średnicy. Ponadto Merkury ma najmniejsze albedo. Jednak pod względem średniej gęstości Merkury wyprzedza prawie wszystkie planety, z wyjątkiem Ziemi. Ponadto jest to jedna z najbardziej tajemniczych planet planety słonecznej, mimo że Merkury leży zaledwie 90 milionów km od Ziemi.Wydaje się, że liczba ta jest dość duża, ale jeśli pamiętasz, że Mars leży w tej samej odległości od nasza planeta - badana nie gorzej niż Ziemia, wtedy staje się jasne, że do „najbliższego sąsiada Słońca” (spośród znanych) są tylko 2 (!) loty statków kosmicznych - liczba jest niewątpliwie niewielka i dlatego tak jest To naturalne, że proces badania Merkurego jest bardzo ekscytującym zajęciem, które może urzekać nie mniej niż studiowanie jakichkolwiek starożytnych rękopisów.

To tylko niektóre pytania dotyczące planety Merkury, na które wciąż nie ma dokładnej odpowiedzi.

Pierwsze nierozwiązane pytanie. Jak wspomniano powyżej, pod względem średniej gęstości Merkury jest tylko nieznacznie gorszy od Ziemi. Jednak pod wszystkimi innymi względami jest bardzo podobny do naturalnego satelity Ziemi - Księżyca. Tak duża gęstość Merkurego może być spowodowana utratą lekkich skał w wyniku jakiejś katastrofy wczesna faza tworzenie. Ale czy taka katastrofa naprawdę miała miejsce, czy to tylko przypuszczenie – nieznane?

Pytanie numer dwa. Na powierzchni Merkurego, który jest głównym pierwiastkiem w jego jądrze, nie znaleziono śladów żelaza. Co było tego przyczyną, nadal nie jest jasne.

Kolejne pytanie wiąże się z poprzednim: obecność ciekłego jądra na Merkurym. Wydawałoby się, że co w tym dziwnego, ponieważ zewnętrzne jądro Ziemi również jest płynne. Rzecz jednak w tym, że masa Merkurego jest bardzo mała (0,055 masy Ziemi), dlatego nawet pomimo bardzo wysokiej temperatury jego powierzchni, sięgającej 400°C, jego wnętrze musiało bardzo szybko się ochłodzić i stwardnieć. I w korzyść z tego o tym, że Merkury nadal posiada płynne (choć nie do końca) jądro, świadczy zarówno obecność słabego pola magnetycznego, jak i wyniki badań astronomów z USA i Rosji. Ale to, jak zachowało się płynne jądro planety Merkury, pozostaje dużym pytaniem.

Jak widać z tej dalekiej od pełnej listy, planeta Merkury jest pełna tajemnic i każda osoba zainteresowana może spróbować je rozwiązać. Aby ułatwić sobie to trudne zadanie, sugeruję zapoznanie się z informacjami, które są już znane na temat planety Merkury. Naturalne jest, że zaczniesz od rozważenia jego pozycji na niebie.

Obserwacja planety Merkury z Ziemi

Merkury jest obiektem trudnym do obserwacji z Ziemi. Dzieje się tak dlatego, że nigdy w widoczny sposób nie oddala się od Słońca o więcej niż 28,3°, tj. ma bardzo małą odległość kątową - wydłużenie. Inne planety, które można obserwować z Ziemi gołym okiem, są nie tylko większe od planety Merkury, ale także leżą wyżej nad horyzontem i są widoczne niemal codziennie. Merkury należy obserwować zawsze na tle wieczornego lub porannego świtu nisko nad horyzontem i przez bardzo krótki okres czasu: nie później niż 2 godziny przed świtem i nie później niż 2 godziny po zachodzie słońca. Jednak znacznie częściej czas obserwacji jest znacznie krótszy i wynosi zaledwie 20-30 minut.

Rys.2 Zmiana faz Merkurego. Źródło: strona internetowa

Obserwując Merkurego można zauważyć, że względem Słońca porusza się on najpierw na prawo od niego, potem na lewo, przybierając postać albo wąskiego sierpa, albo małej, jasnej, okrągłej plamki. Te widoczne zmiany związane z odbiciem światła słonecznego przez Merkurego nazywane są fazami i są podobne do zmian na Księżycu, z tą tylko różnicą, że rozmiar półksiężyca zmienia się zauważalnie w czasie ze względu na zmiany odległości między Ziemią a Merkurym.

Planetę Merkury najlepiej widać w momentach koniunkcji wyższych (punkt 5 na rysunku), gdy jest zasłonięta promieniami Słońca i ma minimalną średnicę. W tym momencie Merkury przybiera wygląd małej, jasnej plamki bez żadnych szczegółów na swojej powierzchni.

Kontynuując swoją podróż po orbicie, Merkury zaczyna zbliżać się do Ziemi i dlatego zwiększa się rozmiar jego dysku. Obszar uświęcony przez Słońce zaczyna się kurczyć. Po pewnym czasie Merkury nie jest już okrągłą plamą. A po kolejnych 36 dniach widoczna jest tylko połowa Merkurego. Faza planety (tj. kąt na planecie pomiędzy kierunkami do Słońca i Ziemi) w tym momencie jest bliski 90°.

Wkrótce, a mianowicie po 22 dniach, obszar uświęcony przez Słońce zmniejsza się jeszcze bardziej, a Merkury staje się jak cienki sierp.

Rys.3 Tranzyt Merkurego przez tarczę Słońca. Zdjęcie ze statku kosmicznego SOHO i teleskopu TRACE z 7 maja 2003 r. Źródło: Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard

Idąc dalej, planeta Merkury pojawia się po tej samej stronie Słońca co Ziemia (tzw. koniunkcja dolna) i staje się niewidoczna dla obserwatora. Wynika to z faktu, że Merkury w tym momencie jest zwrócony w stronę Ziemi swoją nieuświęconą, ciemną stroną, chociaż rozmiar jego dysku w tym momencie jest maksymalny. Jednak raz na 3-13 lat zdarza się, że Merkury przechodzi bezpośrednio pomiędzy Słońcem a Ziemią i staje się widoczny jako słaba plama na dysku Słońca.

Następnie fazy zaczynają się zmieniać Odwrotna kolejność: najpierw pojawia się cienki sierp, który zaczyna rosnąć, a teraz połowa planety staje się widoczna; Mija kolejny krótki okres czasu i Merkury zostaje całkowicie uświęcony.

Pomiędzy pojawieniem się planety na zachodzie i wschodzie Słońca mija od 106 do 130 dni (średnio - 116); dużą różnicę tłumaczy się znacznym wydłużeniem orbity Merkurego. Nawiasem mówiąc, gdy Merkury znajduje się zgodnie z ruchem wskazówek zegara przed Słońcem (punkty 3-7), jest widoczny rano; gdy jest za Słońcem (punkty 1, 2, 8) - jest widoczny wieczorem.

Wielkość Merkurego podczas obserwacji z Ziemi jest niewielka i waha się od -2 do 5,5. Jednocześnie jest czwartą najjaśniejszą planetą na niebie; przy maksymalnej jasności, gdy Merkury osiąga -1 magnitudo, świeci prawie jak gwiazda Syriusz, a wśród planet ustępuje jedynie Wenus, Marsowi i Jowiszowi.

Planetę Merkury można zobaczyć gołym okiem, nie mówiąc już o obserwacjach przez lornetkę czy teleskop. Ale obserwacji należy dokonywać tylko o określonej porze dnia: jak wspomniano powyżej, jest to zmierzch. Za pomocą teleskopu Merkurego można zobaczyć w dzień i praktycznie niemożliwe jest rozpoznanie na nim jakichkolwiek szczegółów. Obserwację należy jednak prowadzić bardzo uważnie, gdyż Merkury nigdy nie oddala się od Słońca, a nieumiejętne obchodzenie się z teleskopem może prowadzić do przykrych konsekwencji spowodowanych silnym promieniowaniem najbliższej nam gwiazdy.

Mniej lub bardziej produktywne badania Merkurego możliwe są jedynie w obserwatoriach górskich lub na niskich szerokościach geograficznych. Wynika to zarówno z krótszego czasu trwania zmierzchu, jak i z istnienia warunków odpowiednich do obserwacji: czystszego powietrza niż na równinach, bezchmurnego nieba itp.

Warto zaznaczyć, że to właśnie na podstawie obserwacji z Ziemi ustalono, że: Merkury jest pozbawiony atmosfery (stwierdzono na podstawie niskiego współczynnika odbicia Merkurego, wyznaczonego przez niską wartość albedo (0,07)) , powierzchnia jej strony zwróconej w stronę Słońca ulega silnemu nagrzaniu, podczas gdy po przeciwnej stronie cienia znacznie się ochładza. Za pomocą najnowocześniejszych teleskopów uzyskano obrazy planety z rozdzielczością wystarczającą do zbadania największych szczegółów powierzchni Merkurego. Jednak o właściwości fizyczne, do niedawna niewiele było wiadomo na temat natury jego obrotu wokół własnej osi.

Teraz wiele się zmieniło i ludzie wiedzą prawie wszystko o planecie Merkury. Przeczytaj poniżej, jak udało się osiągnąć tak niesamowity wynik...

Historia eksploracji planety Merkury

Pierwszymi ludźmi, którzy zaobserwowali planetę Merkury, byli Sumerowie z regionu Tygrysu i Eufratu, którzy zapisali swoje obserwacje w tekstach klinowych, oraz plemiona pasterskie z Doliny Dolnego Nilu. To było 5 tysięcy lat temu.

Jednak ze względu na złożoność obserwacji ludzie przez długi czas uważali, że Merkury obserwowany rano to jedna planeta, a wieczorem jest zupełnie inna.

Dlatego Merkury miał dwa imiona. I tak Egipcjanie nazywali go Setem i Horusem, Hindusi - Buddą i Rogineą, a starożytni Grecy - Apollo i Stilbon (od 200 rpne - Hermes). W języku chińskim, japońskim, wietnamskim i koreańskim Merkury nazywany jest Gwiazdą Wody, po hebrajsku - „Kohav Hama” - „ planeta słoneczna”, a mieszkańcy starożytnego Babilonu wymyślili nazwę Nabu na cześć Merkurego, na cześć swojego boga.

Znany dla nowoczesny mężczyzna Nazwę planety nadali Rzymianie. To oni nazwali Merkurego Merkurym, na cześć boga podróżników i kupców, który wśród Greków nazywał się Hermes. A stylizowany wizerunek boskiej laski - kaduceusza - posłużył jako prototyp astronomicznego znaku tej planety.

W tym czasie ludzie już wiedzieli, że poranny Merkury i wieczorny Merkury to ta sama planeta i aktywnie ją badali. To prawda, że ​​​​badanie to ograniczyło się głównie do obserwacji planety na tle porannego lub wieczornego świtu.

Pierwszym astronomem, który zaobserwował Merkurego przez teleskop, był wielki włoski astronom Galileo Galilei. Kilka lat później – w 1639 roku Włoch Giovanni Battista Zupi obserwując pierwszą planetę od Słońca zauważył, że świętość Merkurego zmienia się w czasie, tj. Następuje zmiana faz Merkurego. Obserwacja ta udowodniła, że ​​planeta Merkury jest satelitą Słońca.

Inny wielki astronom średniowiecza, Johannes Kepler, który odkrył trzy prawa ruchu planet Układu Słonecznego, przewidział przejście Merkurego przez tarczę Słońca, co zaobserwował Francuz Pierre Gassendi 7 listopada, 1631.

Po tym wydarzeniu, tak znaczącym w kronice astronomicznej, nastąpiła cisza w obserwacjach astronomicznych na prawie 250 lat...

I tylko w koniec XIX wieków astronomowie ponownie zaczęli obserwować Merkurego, próbując stworzyć mapy jego powierzchni. Pierwsze takie próby podjęli Włoch J. Schiaparelli i Amerykanin P. Lovell. A w 1934 roku francuski astronom Eugene Michel Antoniadi, opracowując swoją mapę Merkurego, zaproponował system nazewnictwa ciemnych i jasnych cech powierzchni związanych z bogiem Hermesem. Zgodnie z tym systemem ciemne obszary nazywano pustyniami (solitudo), natomiast jasne obszary miały swoje własne nazwy.

Należy jednak zauważyć, że wszystkie wymienione powyżej mapy miały jedną istotną wadę: zostały opracowane tylko dla jednej półkuli. Powodem tego było założenie włoskiego astronoma Giovanniego Schiaparelli, który na podstawie swoich obserwacji astronomicznych doszedł do wniosku, że Merkury jest stale zwrócony jedną stroną do Słońca, tak jak Księżyc do Ziemi.

Dopiero w 1965 roku metodami radarowymi zmierzono dokładny okres obrotu planety wokół własnej osi, który okazał się równy 58,6 dnia. Okazało się również, że Merkury obraca się asynchronicznie, wykonując jeden obrót wokół własnej osi szybciej niż jeden obrót wokół Słońca, a opracowane wcześniej mapy i podręczniki astronomii trzeba było przepisać.

Wtedy to na Merkurego wystrzelono automatyczną stację międzyplanetarną (AMS) Mariner 10, która zbliżając się do powierzchni planety 29 marca 1974 roku na odległość 704 km, umożliwiła wykonanie serii szczegółowych zdjęć, ujawniających podobieństwo powierzchni Merkurego do Księżyca.

Te same liczne kratery po meteorytach (zwykle mniej głębokie niż na Księżycu), wzgórza i doliny, góry, gładkie zaokrąglone równiny, które ze względu na podobieństwo do księżycowych „morz” nazywano basenami. Największy z nich, Caloris, ma średnicę 1350 km.

Różnica pomiędzy powierzchnią Merkurego i Księżyca polegała na obecności tak specyficznych form reliefowych jak skarpy – występy o wysokości 2-3 km, które oddzielają dwa obszary powierzchni. Uważa się, że skarpy powstały w wyniku uskoków ścinających podczas wczesnej kompresji planety.

Ale najważniejszą różnicą między Merkurym a Księżycem była obecność wody, a raczej lodu wodnego. Taki lód znajduje się na dnie kraterów w polarnych obszarach planety. Ściany krateru chronią lód przed promieniami słonecznymi i nigdy się nie topi...

Oprócz sfilmowania powierzchni AMS w pobliżu Merkurego wykryto plazmową falę uderzeniową i pole magnetyczne. Udało się ustalić wartość promienia planety i jej masy.

Kilka miesięcy później, 21 września 1974 roku, statek kosmiczny Mariner 10 ponownie poleciał do Merkurego. Na dość dużej odległości – ponad 48 tysięcy kilometrów, za pomocą czujników temperatury stwierdzono, że w ciągu doby trwającej 88 ziemskich dni, temperatury jasności powierzchni planety (mierzone promieniowaniem podczerwonym zgodnie z prawem Plancka promieniowanie cieplne) wzrasta do 600 K, a w nocy spada do 100 K (-210°C). Za pomocą radiometru określono strumień ciepła emitowany przez powierzchnię; Na tle nagrzanych obszarów składających się ze skał luźnych zidentyfikowano zimniejsze, czyli skały krzemianowe zbliżone do bazaltów lądowych. Ta okoliczność po raz kolejny potwierdziła podobieństwo powierzchni Merkurego i Księżyca.

Podczas trzeciego i ostatniego przelotu obok Merkurego, który miał miejsce 16 marca 1975 roku w odległości 327 km od powierzchni planety, Mariner 10 potwierdził, że odkryte nieco wcześniej pole magnetyczne rzeczywiście należy do planety. Jego siła wynosi około 1/100 siły ziemskiego pola magnetycznego.

Oprócz pomiarów pól fizycznych stacja wykonała 3 tysiące zdjęć o rozdzielczości do 50 m, co wraz ze zdjęciami wykonanymi podczas dwóch poprzednich lotów, obejmujących 45% powierzchni Merkurego, umożliwiło sporządzenie szczegółowej mapy powierzchni, choć tylko na półkuli zachodniej, półkula wschodnia pozostała niezbadana.

Obiekty na opracowanej mapie: kratery, równiny, półki otrzymały własne nazwy. Kratery - ku czci postaci humanitarnych: pisarzy, poetów, artystów, rzeźbiarzy, kompozytorów, z których wielu to Rosjanie; równiny – na cześć bogów, którzy w różnych mitologiach pełnili rolę podobną do boga Merkurego, a niektórzy – od nazw planet na inne języki; półkom nadano nazwy statków badawczych; doliny – obserwatoria radiowe. Oczywiście są wyjątki: tak Nizina Północna wzięła swoją nazwę od swojego położenia, a Równina Ciepła – ze względu na wysokie temperatury panujące na jej terytorium. Góry graniczące z tą równiną noszą tę samą nazwę. Dwa kolejne grzbiety Merkurego zostały nazwane na cześć astronomów Antoniadiego i Schiaparelliego, którzy sporządzili pierwsze mapy tej planety.

Za obiekt odniesienia do pomiaru długości geograficznych w układzie współrzędnych na powierzchni Merkurego przyjęto niewielki krater o średnicy 1,5 km, położony w pobliżu równika. Krater ten nosi nazwę Hun Kal, co w języku starożytnych Majów oznacza „dwadzieścia” (na tej liczbie oparli swój system liczenia). Południk 20° przechodzi przez krater Hun Kal. Długości geograficzne Merkurego mierzone są od 0° do 360° na zachód od południka zerowego.

24 marca 1975 roku Marinerowi 10 skończyło się paliwo i nie można było już nim sterować z Ziemi. Jego misja dobiegła końca. Jednak astronomowie podejrzewają, że Mariner 10 nadal krąży wokół Słońca, czasami przechodząc w pobliżu planety Merkury.

Ryc.5 POSŁAŃCA. Źródło: NASA/Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa/Instytut Carnegie w Waszyngtonie

Po zakończeniu misji Mariner 10 przez prawie trzydzieści lat nie było żadnych lotów na Merkurego. Dopiero 3 sierpnia 2004 roku z Przylądka Canaveral na Florydzie Stany Zjednoczone wystrzeliły statek kosmiczny Messenger, który ostatecznie 14 stycznia 2008 roku poleciał na powierzchnię planety. Swoją drogą, bardzo trudno było to zrobić. A oto dlaczego: aby przejść z orbity okołoziemskiej na orbitę bliską Merkurego, należy wygasić znaczną część prędkości orbitalnej Ziemi, która wynosi ~30 km/s, a do tego konieczne jest wykonać serię manewrów grawitacyjnych. W trakcie swojej misji Messenger wykona 6 takich manewrów, z czego 5 zostało już wykonanych: 2 sierpnia 2005 roku urządzenie przeleciało na wysokości 2347 km od powierzchni Ziemi, 24 października 2006 roku odbył się pierwszy lot w pobliżu Wenus miało miejsce na minimalnej wysokości 2992 km, 5 czerwca 2007 r. Messenger wykonał drugi przelot obok Wenus, tym razem znacznie niżej: wzdłuż szczytu chmur. 8 miesięcy później – 14 stycznia 2008 roku Messenger w końcu poleciał na Merkurego. Na to wydarzenie z niecierpliwością czekali nie tylko specjaliści NASA, ale także cała postępowa ludzkość. I nie bez powodu!

Messenger wykonał szczegółowe zdjęcia powierzchni Merkurego, m.in Odwrotna strona planeta (o której wcześniej nic nie wiedzieliśmy).

Zdjęcia przesłane na Ziemię pozwoliły ustalić, że na planecie Merkury miała miejsce dość intensywna aktywność tektoniczna, której ślady w postaci ogromnych płaskich równin są szczególnie widoczne na półkuli wschodniej. Również podczas pierwszego podejścia bardziej szczegółowo zbadano magnetosferę i atmosferę Merkurego.

Kilka miesięcy później, 6 października tego samego roku, Messenger ponownie poleciał na Merkurego. Wykonano serię szczegółowych zdjęć planety, które ukazały dziwne punkty ciemnej materii obficie rozproszone na powierzchni. Astronomowie uważają, że jest to wynik uderzeń meteorytów.

Ponadto w wyniku drugiego przelotu odkryto niejednorodną strukturę powierzchni Merkurego, której charakter nie jest do końca jasny, oraz pomiar krajobrazu Merkurego, który wykazał, że wysokość mierzonego krajobrazu pozostaje zaskakująco stała: 30% bardziej równa niż krajobraz przeciwnego regionu. Nie mniej niesamowite odkrycia czekały astronomów pod powierzchnią Merkurego: w skorupie Merkurego odkryto gwałtowny spadek wysokości aż o 600 m, który może być „blizną” pozostawioną na planecie w wyniku jej kompresji w okresie szybkie chłodzenie.

29 września 2009 r. Messenger wykonał ostatni manewr ze wspomaganiem grawitacyjnym, po czym 18 marca 2011 r. wszedł na wysoce eliptyczną orbitę polarną wokół planety, stając się swoim pierwszym sztucznym satelitą. Według planu, po tym czasie sonda będzie musiała przepracować co najmniej dwa dni Merkurego, czyli nieco mniej niż rok ziemski...

Rys.6 Globalna mapa Merkurego, opracowana na podstawie zdjęć wykonanych przez Mariner 10 i Messenger. Źródło: NASA

Podczas ostatniego jak dotąd przelotu obok planety Merkury Messenger wykonał szereg zdjęć niezbadanych dotychczas obszarów (6% całej powierzchni planety), przeprowadził badania atmosfery Merkurego i odkrył ślady niedawnych erupcji wulkanów. Tym samym do chwili obecnej zbadano i sfotografowano ponad 98% powierzchni Merkurego. Pozostałe 2% powierzchni to regiony polarne, które naukowcy mają nadzieję zbadać w 2011 roku.

Ryc.7 BepiColombo. Źródło: ESA

Obecnie Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wraz z Japońską Agencją Badań Kosmicznych (JAXA) opracowują misję BepiColombo (na cześć naukowca Giuseppe Colombo, który opracował teorię manewru grawitacyjnego), składającą się z dwóch statków kosmicznych Mercury Planetary Orbiter (MPO) i Orbiter Magnetosferyczny Merkurego (MMO). Europejski MPO będzie badał powierzchnię i głębiny Merkurego, podczas gdy japoński MMO będzie obserwował pole magnetyczne i magnetosferę planety. Oprócz bezpośredniego badania planety obie sondy mają nadzieję wykorzystać bliskość obszaru badawczego do Słońca do przetestowania ogólnej teorii względności.

Wystrzelenie BepiColombo planowane jest na 2013 rok, a w 2019 roku, po wykonaniu serii manewrów wspomaganych grawitacją, dotrze na orbitę Merkurego, gdzie rozdzieli się na dwie części. Oczekuje się, że misja BepiColombo do Merkurego potrwa około jednego roku ziemskiego.

Należy zauważyć, że badanie planety Merkury odbywa się również z Ziemi, przy użyciu odbiorników promieniowania CCD i późniejszego komputerowego przetwarzania obrazów. Stało się to możliwe dzięki rozwojowi elektroniki i informatyki.

Jedna z pierwszych serii obserwacji Merkurego za pomocą odbiorników CCD została przeprowadzona w latach 1995-2002 przez Johana Varella w obserwatorium na wyspie La Palma za pomocą półmetrowego teleskopu słonecznego. Varell wybrał najlepsze ujęcia bez korzystania z informacji komputerowych.

Obserwacje Merkurego przeprowadzono także w Obserwatorium Astrofizycznym Abastumani w dniach 3 listopada 2001 r. oraz w Obserwatorium Skinakas na Uniwersytecie w Heraklionie w dniach 1-2 maja 2002 r. Po przetworzeniu wyników obserwacji metodą kombinacji korelacji uzyskano rozdzielczy obraz planety, podobny do fotomozaiki Mariner-10. W ten sposób powstała mapa Merkurego dla długości geograficznej 210-350°.

Na tym na razie kończy się historia eksploracji Merkurego. Ale nie na długo. Przecież już w 2011 roku na planetę poleci Messenger, który prawdopodobnie dokona jeszcze wielu ciekawych odkryć. Następnie BepiColombo będzie badać Merkurego...

Ruch orbitalny i obrót planety Merkury

Ryc. 8 Odległość planet ziemskich od Słońca. Źródło: Instytut Księżycowy i Planetarny

Merkury to planeta najbliższa Słońcu. Porusza się wokół gwiazdy po bardzo wydłużonej orbicie, w średniej odległości 0,387 jednostki astronomicznej. (59,1 mln km) W peryhelium odległość ta zmniejsza się do 46 mln km, w aphelium wzrasta do 69,8 mln km. Zatem mimośród orbity (e) wynosi 0,206.

Nachylenie orbity Merkurego (i) do płaszczyzny ekliptyki wynosi 7°.

Na orbicie planeta Merkury nie tylko porusza się, ale dosłownie leci: z prędkością około 48 km/s, będąc według tego wskaźnika najszybszą planetą w Układzie Słonecznym. Cała podróż orbitalna Merkurego zajmuje 88 dni – tyle wynosi rok Merkurego.

W odróżnieniu od szalonego ruchu na orbicie wokół własnej osi, nachylonej niemal prostopadle do płaszczyzny orbity planety, Merkury obraca się powoli, dokonując pełnego obrotu w ciągu 59 (58,65) ziemskich dni, co stanowi 2/3 okresu obiegu planety. Przez kilka stuleci ten zbieg okoliczności wprowadzał w błąd astronomów, którzy wierzyli, że okres obrotu Merkurego wokół własnej osi i okres jego obiegu wokół Słońca pokrywają się. Powodem błędnego przekonania było to, że najkorzystniejsze warunki do obserwacji Merkurego powtarzają się po potrójnym okresie synodycznym, czyli 348 ziemskich dniach, co w przybliżeniu równa się sześciokrotności okresu obrotu Merkurego wokół własnej osi (352 dni), więc astronomowie zaobserwowano w przybliżeniu ten sam obszar planet powierzchniowych. Z drugiej strony niektórzy z nich wierzyli, że dzień Merkurego jest w przybliżeniu równy ziemskiemu. Dopiero w 1965 roku ustalono niespójność obu hipotez i ustalono prawdziwy czas obrotu planety najbliżej Słońca.

Ryc. 9 Obserwatorium Arecibo. Źródło: dzięki uprzejmości NAIC – Obserwatorium Arecibo, obiektu NSF

W tym samym roku trzystumetrowy radioteleskop w Obserwatorium Arecibo (Puerto Rico) wysłał potężny impuls radiowy w stronę planety Merkury. Impuls radiowy został odbity w postaci małej „wiązki” z centralnego obszaru planety i rozbiegł się we wszystkich kierunkach, łącznie z anteną radaru, który go wysłał. Po pierwszym impulsie radiowym do Merkurego wysłano drugi, który odbił się w wąskim pierścieniu wokół miejsca odbicia pierwszego impulsu radiowego. I z kolei był już trzeci, potem czwarty pierścień i tak dalej, aż do ostatniego, ograniczającego dysk planety (właściwie cały proces wysyłania sygnału radiowego był ciągły). Strona planety najdalsza od radaru znajdowała się w cieniu radiowym i dlatego nic nie zostało od niej odbite.

Ponieważ planeta się obraca, impulsy odbijane przez każdy pierścień nie są całkowicie jednolite. Częstotliwość, z jaką odebrano sygnał, nie jest zgodna z częstotliwością wysłanego impulsu. Ponieważ podczas ruchu wokół Słońca Ziemia i Merkury oddalają się od siebie lub zbliżają, występuje efekt Dopplera i zmienia się częstotliwość.

W przypadku Merkurego największe przesunięcie sygnału radarowego działającego na długości fali 10 cm wynosi 500 kHz. Także Merkury. jak każda inna planeta, obraca się, w związku z czym jej zachodnia (lewa) strona przesuwa się w stronę impulsu, powodując dodatkowe dodatnie przesunięcie Dopplera, natomiast wschodnia (prawa) strona oddala się od niej i daje ujemne przesunięcie Dopplera. Te przesunięcia, zwane różnicami resztkowymi, na równiku w pobliżu Merkurego wynoszą 32 Hz.

Znając przesunięcia i odległość liniową pomiędzy przeciwległymi krawędziami planety, astronomowie R. Dice i G. Pettengil pracujący w Obserwatorium Arecibo zmierzyli prędkość obrotu Merkurego wokół własnej osi, określając ją na 59 ± 5 dni.

Nieco później, w 1971 roku, amerykański naukowiec R. Goldstein wyjaśnił prędkość obrotową Merkurego. Okazało się, że było to 58,65±0,25 dnia. Po 3 latach pierwszy statek kosmiczny Mariner 10 poleciał do Merkurego, co jedynie skorygowało dane Goldsteina do 58,646 dni.

Znając czas obrotu Merkurego wokół własnej osi i czas jego obrotu na orbicie oraz porównując je, naukowcy byli w stanie obliczyć długość dnia słonecznego. Okazały się one równe 176 dniom ziemskim lub 2 latom Merkurego. W tym czasie dzień Merkurego trwa 88 dni ziemskich i noc Merkurego trwa dokładnie tyle samo.

Synchronizacja orbity Merkurego i okresu jego obrotu wokół własnej osi jest wynikiem pływowego wpływu Słońca. Pływowe działanie Słońca odebrało moment pędu i opóźniło rotację, która początkowo była szybsza, aż do momentu, gdy oba okresy zostały powiązane stosunkiem całkowitym. W rezultacie w ciągu jednego roku Merkurego Merkury może obrócić się wokół własnej osi o półtora obrotu. Oznacza to, że jeśli w chwili przejścia Merkurego przez peryhelium pewien punkt na jego powierzchni będzie zwrócony dokładnie w stronę Słońca, to przy następnym przejściu przez peryhelium dokładnie przeciwny punkt na powierzchni będzie zwrócony w stronę Słońca, a po kolejnym roku Merkurego Słońce znajdzie się ponownie wróć do zenitu powyżej pierwszego punktu.

W wyniku tego ruchu planety można na niej wyróżnić „gorące długości geograficzne” - dwa przeciwne południki, które naprzemiennie zwrócone są w stronę Słońca podczas przejścia Merkurego przez peryhelium i na których z tego powodu obserwuje się niezwykle wysoką temperaturę, nawet według standardów rtęci - 440-500 ° C.

Nawiasem mówiąc, Słońce na niebie Merkurego zachowuje się bardzo nietypowo dla ziemskiego obserwatora. Wznosi się na wschodzie, wznosi się niezwykle powoli (średnio jeden stopień na dwanaście godzin), stopniowo zwiększając swoje rozmiary, po czym osiąga najwyższą kulminację (zenit na równiku), zatrzymuje się, zmienia kierunek, zatrzymuje się ponownie i powoli zachodzi. Po całym tym dniu zagłady gwiazdy będą poruszać się po niebie trzy razy szybciej.

Czasami Słońce na niebie Merkurego zachowuje się jeszcze dziwniej: wschodzi, osiąga najwyższą kulminację, zatrzymuje się, a następnie zaczyna się poruszać odwrotny kierunek, ustawiając się w tym samym miejscu, w którym się wzniósł. Po kilku ziemskich dniach Słońce wschodzi ponownie w tym samym miejscu, na długi czas. Takie zachowanie Słońca jest typowe dla długości geograficznych 0° i 180°. Na długościach geograficznych oddalonych o 90° od „długości gorących” Słońce wschodzi i zachodzi dwukrotnie. Na południkach 90° i 270° można zobaczyć trzy zachody słońca i trzy wschody słońca w ciągu jednej doby słonecznej, która trwa 176 ziemskich dni.

Efekt zachowania Słońca na niebie Merkurego nazywany jest czasem efektem Jozuego, nazwanym na cześć biblijnego bohatera, który może zatrzymać ruch Słońca.

Zaskakujące zachowanie Słońca na niebie Merkurego spowodowane jest faktem, że prędkość ruchu orbitalnego Merkurego stale się zmienia, w przeciwieństwie do stałej prędkości obrotu wokół własnej osi. Zatem na odcinku orbity w pobliżu peryhelium przez około 8 dni prędkość ruchu orbitalnego przewyższa prędkość ruchu obrotowego.

Nawiasem mówiąc, choć może to zabrzmieć dziwnie, Merkury jest przez większość czasu planetą najbliższą Ziemi.

Wewnętrzna struktura planety Merkury

Merkury jest jedną z najgęstszych planet Układu Słonecznego. Jej średnia gęstość - 5,515 g/cm 3 jest tylko nieznacznie gorsza od średniej gęstości Ziemi, a jeśli weźmiemy pod uwagę, że na gęstość Ziemi wpływa silniejsza kompresja materii ze względu na większy rozmiar naszej planety, wówczas zmienia się wykazało, że przy jednakowych rozmiarach planet gęstość materii Merkura byłaby większa od ziemskiej o 30%.

Według współczesna teoria powstawania planet, uważa się, że w obłoku pyłu protoplanetarnego temperatura obszaru sąsiadującego ze Słońcem była wyższa niż w jego zewnętrznych częściach, dlatego płuca pierwiastki chemiczne przenoszone do odległych, zimnych części chmur. W rezultacie w obszarze okołosłonecznym, w którym znajduje się planeta Merkury, zauważalna jest przewaga ciężkich pierwiastków, z których najczęstszym jest żelazo.

Niektórzy naukowcy uważają, że duża gęstość Merkurego jest spowodowana bardzo silnym promieniowaniem słonecznym. Promieniowanie powoduje chemiczną redukcję tlenków do ich cięższej, metalicznej postaci. Być może Słońce przyczyniło się do odparowania, a w rezultacie do odparowania zewnętrznej warstwy pierwotnej skorupy Merkurego planety w przestrzeń kosmiczną, podgrzewając ją do temperatur krytycznych.

Rys. 10 Wewnętrzna budowa Merkurego. Źródło: NASA

Wpływa na średnią gęstość planety Merkury i jej masywnego jądra planetarnego. Reprezentując ogromną kulę, wielkością porównywalną do Księżyca (promień 1800 km), skupia do 80% masy całej planety. Średnia gęstość jądra Merkurego według obliczeń S.V. Kozłowska - 9,8 g/cm3. Jest to częściowo stopiona substancja żelazowo-niklowa z domieszką siarki, składająca się z zewnętrznej cieczy i wewnętrznego stałego rdzenia. Założenie to wysunięto po przelocie sondy Mariner 10 i dalszych obserwacjach radarowych Merkurego przez grupę Jean-Luca Margota w 2007 roku. Mariner odkrył słabe pole magnetyczne na planecie, a grupa Margot badała zmiany w jego obrocie wokół własnej osi.

Obecność nawet częściowo stopionego jądra na Merkurym skłoniła naukowców do głębokich przemyśleń.

Faktem jest, że choć jego powierzchnia ma bardzo wysoką temperaturę powierzchniową, sięgającą 400°C, to jej masa jest bardzo mała, w związku z czym planeta musiała bardzo szybko się ochłodzić i stwardnieć. Dlatego astronomowie nie mieli wątpliwości, że tak mała planeta jak Merkury powinna mieć solidne jądro. Odkrycie Marinera 10 skłoniło astronomów do rozważenia możliwości, że Merkury ma przynajmniej częściowo stopione jądro, podobnie jak Ziemia.

Trzydzieści lat po locie Marinera grupa Jeana-Luca Margota, która skupiała astronomów z Cornell University (Itaka, Nowy Jork, USA) i innych instytucji w Stanach Zjednoczonych i Rosji, w oparciu o pięcioletnie badania radarowe Merkurego prowadzone przy użyciu 3 naziemne radioteleskopy udowodniły, że zmiany związane z rotacją Merkurego są rzeczywiście charakterystyczne dla ciała niebieskiego ze stopionym jądrem.

Łącząc wszystkie te dane, fizycy byli w stanie wykryć okresowe zakłócenia w rotacji Merkurego spowodowane interakcjami pływowymi ze Słońcem.

Nawiasem mówiąc, wpływ Słońca wpływa na obrót planet w różny sposób, w zależności od ich składu. Przypomina to dobrze znaną metodę identyfikacji jaj na twardo: całkowicie stwardniałe jajko obraca się szybko i długo, podczas gdy jajko na miękko obraca się powoli i oscyluje.

Wyniki pomiarów grupy Margot opublikowano w jednym z najnowszych numerów czasopisma Science. Nowa praca dodaje także wagi teorii, że Merkury, podobnie jak Ziemia, generuje własne pole magnetyczne poprzez mechanizm hydromagnetyczny dynamo, to znaczy poprzez konwekcję ciekłego, przewodzącego elektrycznie metalowego rdzenia.

Nad jądrem Merkurego znajduje się krzemianowa powłoka - płaszcz o grubości 600 km, który jest 3 razy mniej gęsty niż rdzeń - 3,3 g / cm 3. Na granicy płaszcza i jądra temperatura osiąga 10,3 K.

Trzecią powłoką stałego Merkurego jest jego skorupa, której grubość wynosi 100-300 km.

Na podstawie analizy fotografii Merkurego amerykańscy geolodzy P. Schultz i D. Gault zaproponowali schemat ewolucji jego powierzchni.

Zgodnie z tym schematem, po zakończeniu procesu akumulacji i formowania się planety, jej powierzchnia była gładka.

Ryc. 11 Basen Caloris na Merkurym. Źródło: NASA/Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa/Uniwersytet Stanowy w Arizonie/Instytut Carnegie w Waszyngtonie. Zdjęcie reprodukowane dzięki uprzejmości Science/AAAS

Następnie nastąpił proces intensywnego bombardowania planety pozostałościami roju przedplanetarnego, podczas którego powstały baseny typu Caloris, a także kratery typu Copernicus na Księżycu. Jednocześnie wzbogacenie rdzenia Merkurego w żelazo najwyraźniej nastąpiło w wyniku zderzenia z dużym ciałem kosmicznym - planetozymalem. W rezultacie Merkury stracił aż 60% swojej pierwotnej masy, część płaszcza i skorupy planetarnej.

Następny okres charakteryzował się intensywnym wulkanizmem i uwolnieniem strumieni lawy, które wypełniły duże baseny. Procesy te zachodziły w wyniku ochładzania się Merkurego w czasie. Objętość planety zmniejszyła się, a jej zewnętrzna skalista skorupa - skorupa, która ostygła i stwardniała wcześniej niż wnętrze, została zmuszona do skurczenia się. Doprowadziło to do pękania skorupy skalnej Merkurego, napychania jednej krawędzi pęknięć na drugą, tworząc rodzaj pchnięć, podczas których jedna warstwa skał jest napychana na drugą. Górna warstwa, nałożona na dolną, ma wypukły profil, przypominający zamarzniętą falę kamienną.

W tym okresie pojawił się tak zwany „pająk”, który jest systemem ponad stu szerokich rowów wychodzących promieniście z małego krateru w centrum Basenu Caloris. Zgodnie z hipotezą ogromne masy magmy uniosły się z głębin Merkurego na powierzchnię planety, wyginając w górę skorupę Merkurego.

W niektórych miejscach skorupa pękła, a w powstałe pęknięcia wlały się stopione głębokie skały, tworząc obserwowane rowki. Ale astronomowie nie wiedzą, jak powstał sam krater centralny. Najwyraźniej, mógłby przypadkowo uderzyć w środek Caloris lub spowodować jego uformowanie, uderzając z taką siłą, że skorupa odskoczyłaby na tak ogromnym obszarze. Jak dotąd jasne jest jedynie, że basen Caloris został wypełniony lawą około 3,8–3,9 miliarda lat temu.

Około 3 miliardy lat temu opisywany okres dobiegł końca. Zastąpił go okres względnego spokoju, kiedy aktywność wulkaniczna osłabła lub całkowicie ustała (kwestia ta nie jest do końca jasna, być może Posłaniec AMS zostanie rozwiązany), a bombardowania meteorytami stały się rzadsze. Ten okres trwa do dziś...

Powierzchnia planety Merkury

Pod względem wielkości Merkury jest najmniejszą planetą w Układzie Słonecznym. Jego promień wynosi 2440 km, co stanowi 0,38 promienia Ziemi. Powierzchnia - 74,8 mln km 2.

Ryc. 12 Porównanie planet Układu Słonecznego. Źródło: strona internetowa

Kiedy Mariner 10 przeleciał obok Merkurego w 1974 roku i przesłał wykonane zdjęcia na Ziemię, astronomowie byli zdumieni: wyglądał bardzo podobnie do Księżyca. Te same płaskie równiny, m.in. wyjątkowe - proste, liczne strome klify i martwa pustynia gęsto usiana kraterami. Nawet minerały rozproszone na powierzchni planety Merkury w postaci drobnych cząstek są podobne do minerałów na Księżycu i nazywane są krzemianami. Jednak główne podobieństwo między powierzchniami Merkurego i Księżyca polega na obecności dwóch głównych typów terenu: kontynentów i mórz.

Kontynenty to najstarsze formacje geologiczne na planecie, pokryte kraterami, równinami, wzgórzami, górami i kanionami, które je przecinają. W przeciwieństwie do kontynentów, morza rtęciowe są formacjami młodszymi, reprezentującymi rozległe, gładkie równiny powstałe w wyniku wylewania się lawy na powierzchnię Merkuru i osadzania się materiału wyrzucanego podczas formowania się kraterów. Wydają się ciemniejsze niż kontynenty Merkurego, ale jaśniejsze niż morza księżycowe.

Większość mórz należy do tzw. Równina Zhara (łac. „Caloris Planitia” lub dorzecze Caloris) - gigantyczna struktura pierścieniowa o średnicy 1300 km, otoczona pasmem górskim. Równina Żarska otrzymała swoją nazwę ze względu na swoje położenie: przechodzi przez nią południk 180°, który wraz z przeciwległym południkiem zerowym stanowi jeden z tzw. „gorące długości geograficzne” – te zwrócone w stronę Słońca podczas minimalnego podejścia Merkurego do niego.

Uważa się, że Równina Ciepła powstała w wyniku zderzenia Merkurego z dużym ciałem niebieskim o średnicy co najmniej 100 km. Uderzenie było tak silne, że fale sejsmiczne, przechodząc przez całą planetę i skupiając się w przeciwległym punkcie powierzchni, doprowadziły do ​​​​powstania tutaj rodzaju nierównego „chaotycznego” krajobrazu, systemu licznych dużych wzgórz o średnicy o długości około stu kilometrów, przeciętej kilkoma dużymi prostoliniowymi dolinami, wyraźnie utworzonymi wzdłuż linii pęknięć w skorupie planety.

W przeciwieństwie do wszystkich innych obszarów Merkurego, prawie nie ma tam małych kraterów, tak powszechnych na obiektach Układu Słonecznego, prawie lub całkowicie pozbawionych atmosfery. Obecność kraterów uderzeniowych na wszystkich tych obiektach przepowiadali w 1947 roku radzieccy astronomowie Wsiewołod Fedyński i Cyryl Stanukowicz.

Wokół niektórych kraterów Merkurego odkryto promieniowo-koncentryczne uskoki - promienie dzielące skorupę Merkurego na osobne bloki, co wskazuje na geologiczną młodość kraterów, oraz szyby skał powierzchniowych wyrzucone podczas uderzenia. Największe kratery, o średnicy ponad 200 km, mają nie jeden, ale dwa takie szyby i w przeciwieństwie do księżycowych są półtora razy węższe i niższe ze względu na większą grawitację Merkurego. Należy zauważyć, że jasność promieni wydobywających się z kraterów regularnie wzrasta w kierunku pełni księżyca, a następnie ponownie słabnie. Zjawisko to wynika z faktu, że dno małych kraterów odbija światło głównie w tym samym kierunku, z którego pochodzi. promienie słoneczne.

Ryc. 13 „Pająk” w dorzeczu Caloris. Źródło: NASA/Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa/Instytut Carnegie w Waszyngtonie

Jedną z najciekawszych cech powierzchni Merkurego jest odkrycie tak zwanej sondy kosmicznej Messenger. "Pająk". Pająk znajduje się w centrum innego krateru - największego basenu Caloris i jest systemem setek rowów rozchodzących się promieniście od małego krateru pośrodku.

Mowa o grabenie. Jest to detal reliefu czysto rtęciowego, przedstawiający długie, wąskie zagłębienia z płaskim dnem. Grabeny znajdują się w starożytnych kontynentalnych regionach planety i powstały podczas ściskania i pękania skorupy Merkurego podczas jej chłodzenia, w wyniku czego powierzchnia planety zmniejszyła się o 1% lub 100 tysięcy km 2.

Oprócz rowków charakterystyczną cechą powierzchni Merkurego są skarpy - występy w kształcie płatków, o średnicy do kilkudziesięciu kilometrów. Wysokość skarp sięga do 3 km, a długość największej z nich może sięgać 500 km.

Najbardziej znane skarpy to Skarpa Santa Maria, nazwana na cześć statku Krzysztofa Kolumba, Skarpa Antoniadi o długości 450 km, nazwana na cześć francuskiego astronoma i Skarpa Discovery o długości 350 km, nazwana na cześć statku Jamesa Cooka. Należy zauważyć, że wszystkie półki na Merkurym noszą nazwy statków morskich, na których odbyły się najważniejsze podróże w historii ludzkości, a dwie z nich noszą imiona astronomów Schiaparelli i Antoniadi, którzy dokonali wielu obserwacji wizualnych.

Ryc. 14 Kratery na powierzchni Merkurego. Źródło: NASA/Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa/Instytut Carnegie w Waszyngtonie

Kratery rtęciowe, często duże: ponad 100 km. średnicy i selektywnie mniejszym, nadawane są imiona postaci światowej kultury - znanych pisarzy, poetów, artystów, rzeźbiarzy, kompozytorów. Do oznaczenia równin (z wyjątkiem Równiny Zhara i Równiny Północnej) używano nazw planety Merkury w różnych językach. Rozległe doliny tektoniczne nazwano na cześć obserwatoriów radiowych, które przyczyniły się do badania planet. Nazwy płaskorzeźb na Merkurym nadała Międzynarodowa Unia Astronomiczna, organizacja zrzeszająca społeczności astronomiczne na całym świecie.

Jak wspomniano powyżej, powierzchnia Merkurego jest silnie pokryta kraterami. Istnieje niewiele dużych kraterów, a wiele z nich ma na powierzchni mniejsze, a przez to młodsze kratery. Dno dużych kraterów wypełnione jest strumieniami lawy, która wylewa się na powierzchnię, a następnie zastyga, tworząc gładką powierzchnię przypominającą morza Merkurego. Na dnie większości małych kraterów widoczne są centralne wzgórza, dobrze znane astronomom z księżycowych krajobrazów.

Do najbardziej znanych kraterów rtęciowych należą Beethoven – największy na Merkurym o średnicy 625 km, Tołstoj – o średnicy 400 km, Dostojewski – jego średnica wynosi 390 km, Raphael, Shakespeare, Goethe, Homer i inni…

Nawiasem mówiąc, porównując na fotografiach otoczenie Bieguna Północnego Merkurego z otoczeniem Bieguna Południowego, astronomowie zauważyli między nimi istotne różnice, a mianowicie przewagę gładkiej, płaskiej powierzchni wokół Bieguna Północnego nad silnie pokrytą kraterami wokół biegun południowy.

Atmosfera planety Merkury. Warunki fizyczne na Merkurym

Atmosferę Merkurego odkryła sonda Mariner 10, budząc tym samym wiele pytań wśród astronomów, a przede wszystkim z powodu jej istnienia. Merkury, będąc blisko Słońca i mając małą masę, w zasadzie nie mógł go mieć. W końcu, co jest potrzebne do istnienia atmosfery?

Po pierwsze, większa grawitacja: im planeta jest masywniejsza i im mniejszy jest jej promień, tym pewniej utrzymuje nawet bardzo lekkie gazy, takie jak wodór, hel itp. Na planecie Merkury siła grawitacji jest około trzy razy mniejsza niż na powierzchni Ziemi, tj. nie jest w stanie utrzymać nawet gazów cięższych od wodoru.

Drugim warunkiem posiadania atmosfery na planecie jest temperatura, zarówno powierzchni, jak i samej atmosfery. Energia chaotycznego ruchu termicznego atomów i cząsteczek gazu zależy od temperatury. Im jest ona wyższa, tym większa jest prędkość cząstek, dlatego cząstki gazu, osiągając wartość graniczną, czyli drugą prędkość kosmiczną, opuszczają planety na zawsze, a gazy lekkie jako pierwsze uciekają w przestrzeń kosmiczną.

Na Merkurym temperatura warstw powierzchniowych może sięgać 420°-450°C, co jest jedną z rekordowych wartości wśród planet Układu Słonecznego. W tak ekstremalnych temperaturach hel „ucieka” jako pierwszy. Jednak wbrew wszystkim argumentom wymienionym powyżej, hel został znaleziony w atmosferze Merkurego. Jaki jest powód obecności tego gazu, który teoretycznie powinien był wyparować z atmosfery planety najbliższej Słońcu miliardy lat temu. A to wiąże się właśnie z położeniem Merkurego w określonym miejscu w przestrzeni kosmicznej.

Leżący blisko Słońca Merkury jest stale zasilany helem, który dostarcza mu wiatr słoneczny – strumień elektronów, protonów i jąder helu wypływający z korony słonecznej. Bez tego uzupełnienia cały hel znajdujący się w atmosferze Merkurego wyparowałby w przestrzeń kosmiczną w ciągu 200 dni.

Oprócz helu w atmosferze Merkurego odkryto obecność wodoru, tlenu i sodu, ale w bardzo małe ilości, a także obecność śladów dwutlenku węgla i atomów metali alkalicznych. Zatem liczba cząsteczek helu w kolumnie „powietrza” powyżej 1 cm 2 powierzchni Merkurego wynosi tylko 400 bilionów, liczba cząsteczek innych gazów jest o rząd wielkości mniejsza. Całkowita liczba cząsteczek gazu w kolumnie atmosfery Merkurego wynosi 2x10 14 na 1 cm2 powierzchni.

Niewielka ilość gazów w atmosferze planety wskazuje na jej ekstremalne rozrzedzenie: ciśnienie wszystkich gazów rtęci na 1 cm2 powierzchni planety wynoszącej pół miliarda jest mniejsze niż ciśnienie na powierzchni Ziemi. Ponadto rozrzedzona atmosfera, a także niska przewodność cieplna powierzchniowej warstwy Merkurego nie są w stanie wyrównać temperatury, co prowadzi do jej ostrych dziennych wahań. Zatem średnia temperatura dziennej strony Merkurego wynosi 623 K, a nocnej tylko 103 K. Jednakże na głębokości kilkudziesięciu centymetrów temperatura jest w przybliżeniu stała i utrzymuje się na poziomie około 70-90°C.

Pomimo wyjątkowo wysokich temperatur w ciągu dnia, w polarnych obszarach Merkurego dozwolona jest obecność lodu wodnego. Wniosek ten został wyciągnięty na podstawie danych z badania radarowego, które wykazało obecność substancji silnie odbijającej fale radiowe, którą najwyraźniej jest lód wodny. Istnienie lodu jest możliwe tylko na dnie głębokich kraterów, gdzie światło słoneczne nigdy nie dociera.

Pole magnetyczne Merkurego. Magnetosfera planety Merkury

W 1974 roku sonda Mariner 10 odkryła, że ​​planeta Merkury ma słabe pole magnetyczne. Jego siła jest 100-300 razy mniejsza niż siła ziemskiego pola magnetycznego i wzrasta w miarę jego przemieszczania się w kierunku biegunów.

Ryc. 15 Magnetosfera Merkurego. Źródło: NASA/Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa/Instytut Carnegie w Waszyngtonie

Pole magnetyczne Merkurego ma charakter globalny, ma strukturę dipolową, jest stabilne i symetryczne: jego oś odchyla się zaledwie o 2° od osi obrotu planety. Oprócz dipola Merkury ma pola z czterema i ośmioma biegunami.

Naukowcy uważają, że pole magnetyczne Merkurego powstaje w wyniku rotacji substancji jego płynnego jądra zewnętrznego. Swoją drogą rotacja, a raczej ruch materii w jądrze Merkurego zachodzi w bardzo ciekawy sposób, co opisali w swoim artykule naukowcy z dwóch amerykańskich uniwersytetów: Illinois and the Western Reserve Region.

Aby lepiej zrozumieć stan fizyczny jądra Merkurego, naukowcy wykorzystali prasę o dużej wytrzymałości do zbadania zachowania mieszaniny żelaza i siarki w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury. W każdym eksperymencie próbki mieszaniny żelaza i siarki poddano działaniu określonego ciśnienia i ogrzano do określonej temperatury. Próbki następnie ochłodzono, przecięto na pół i zbadano pod mikroskopem elektronowym i mikroanalizatorem elektronowym.

Szybkie chłodzenie pozwoliło zachować strukturę próbek, która wykazała rozdział na fazę stałą i ciekłą, a w każdej z nich zawarta była siarka, mówi główny autor badania, absolwent Illinois, Bin Chen. Na podstawie danych z naszego eksperymentu możemy wyciągnąć wnioski na temat tego, co dzieje się w jądrze Merkurego – dodaje.

Gdy stopiona mieszanina żelaza i siarki ochładza się w zewnętrznych warstwach jądra, atomy żelaza kondensują się w „płatki śniegu”, które opadają w kierunku centrum planety. Gdy zimny żelazny „śnieg” opada, a lekka, bogata w siarkę ciecz unosi się w górę, prądy konwekcyjne tworzą gigantyczne dynamo, które wytwarza stosunkowo słabe pole magnetyczne planety.

Oprócz pola magnetycznego planeta Merkury posiada rozległą magnetosferę, która jest silnie ściskana od strony Słońca pod wpływem wiatru słonecznego.

1. Merkury jest najbliższą planetą – średnia odległość Merkurego od Słońca wynosi 57,91 miliona kilometrów. Odległość od Słońca wynosi 149,6 miliona kilometrów.

2. Pomimo bliskości Słońca Merkury nie jest najgorętszą planetą w naszym Układzie Słonecznym. Tytuł ten należy do sąsiedniego, gdyż ocean dwutlenku węgla i gęste chmury kwasu siarkowego tworzą na jego powierzchni silny efekt cieplarniany.

3. Rok na Merkurym trwa 88 ziemskich dni, a obrót wokół Słońca trwa 88 ziemskich dni.

4. Są obszary na Merkurym, których promienie słoneczne nie oświetlają. Badania sugerują, że w tych ciemnych strefach istnieją lodowce.

5. Po słonecznej stronie Planeta nagrzewa się znacznie bardziej niż obszary polarne i strona w cieniu, dlatego temperatura na jej powierzchni waha się od -190 do +430 °C.

6. Jądro Merkurego stanowi 83% całkowitej objętości planety (promień ≈1800 km), co jest w przybliżeniu równe jej rozmiarowi.

7. Z powierzchni Merkurego Słońce będzie wydawać się trzy razy większe niż z Ziemi.

8. Merkury to najmniejsza planeta Układu Słonecznego – jego promień równikowy wynosi zaledwie 2439,7 km. (Promień Ziemi wynosi 6378,1 km).

9. Pierwsza kompletna mapa planety została opracowana dopiero w 2009 roku dzięki obrazom ze statku kosmicznego Mariner 10 i Messenger.

10. Z powierzchni Ziemi Merkury jest widoczny przez bardzo krótki czas po zapadnięciu porannego lub wieczornego zmierzchu.

11. Powierzchnia tej planety jest mocno usiana kraterami uderzeniowymi, ponieważ po powstaniu Merkury został poddany intensywnemu bombardowaniu przez asteroidy i komety.

12. Najwyższy punkt na Merkurym znajduje się na wysokości 4,48 km, a najniższy na -5,38 km.

13. Kratery Merkurego zostały nazwane na cześć sławni ludzie w obszarze działalności humanitarnej; góry wzięły swoje nazwy od słowa „upał” w różnych językach, a doliny na tej planecie otrzymały nazwy od opuszczonych starożytnych osad na Ziemi.

14. Ta planeta otrzymała swoją nazwę na cześć starożytnego rzymskiego boga handlu - szybkiego Merkurego, ponieważ porusza się po sferze niebieskiej szybciej niż inne planety.

15. Bliskość Słońca utrudnia obserwację Merkurego, dlatego jest to najmniej zbadana planeta ziemska.

16. Ze względu na to, że wysłanie statku kosmicznego na Merkurego jest niezwykle trudne, zbadały go jedynie dwie stacje międzyplanetarne. Pierwszy z nich, Mariner 10, przeleciał obok planety trzykrotnie w latach 1974–1975. Drugi, Messenger, po raz pierwszy przeleciał obok Merkurego w 2008 roku.

17. Masa Merkurego jest około 18 razy mniejsza niż masa Ziemi.

18. Najbardziej widocznym obiektem na powierzchni Merkurego jest Równina Ciepła, której średnica stanowi jedną trzecią średnicy planety, czyli 1550 kilometrów.

19. Chociaż najbliższe orbity Ziemi to Mars i Wenus, Merkury jest średnio planetą najbliższą Ziemi częściej niż inne, ponieważ Wenus również oddala się od Ziemi w większym stopniu niż Merkury.

20. Merkury doświadcza najbardziej dramatycznych zmian temperatury w Układzie Słonecznym. Dzieje się tak ze względu na bliskość Słońca i niezwykle cienką atmosferę planety.

Jaka jest masa Merkurego i jej cechy charakterystyczne? Dowiedz się więcej na ten temat...

Cechy planety

Odliczanie planet Układu Słonecznego rozpoczyna się od Merkurego. Odległość od Słońca do Merkurego wynosi 57,91 mln km. To dość blisko, więc temperatura na powierzchni planety sięga 430 stopni.

Pod pewnymi względami Merkury jest podobny do Księżyca. Nie ma satelitów, atmosfera jest bardzo rzadka, a powierzchnia jest pokryta kraterami. Największy ma 1550 km szerokości i przypomina asteroidę, która uderzyła w planetę około 4 miliardy lat temu.

Cienka atmosfera nie pozwala na zatrzymanie ciepła, dlatego w nocy Merkury jest bardzo zimny. Różnica temperatur w dzień i w nocy sięga 600 stopni i jest największa w naszym układzie planetarnym.

Masa Merkurego wynosi 3,33 10 23 kg. Wskaźnik ten czyni planetę najlżejszą i najmniejszą (po pozbawieniu Plutona tytułu planety) w naszym systemie. Masa Merkurego wynosi 0,055 masy Ziemi. Niewiele więcej Średni promień wynosi 2439,7 km.

W głębinach Merkurego znajduje się duża ilość metali, które tworzą jego rdzeń. Jest to druga po Ziemi najgęstsza planeta. Jądro stanowi około 80% rtęci.

Obserwacje Merkurego

Znamy planetę pod nazwą Merkury - tak nazywa się rzymski bóg-posłaniec. Planetę zaobserwowano już w XIV wieku p.n.e. Sumerowie nazywali Merkurego „skaczącą planetą” w tabelach astrologicznych. Został on później nazwany na cześć boga pisma i mądrości „Nabu”.

Grecy nazwali planetę na cześć Hermesa, nazywając ją „Hermaonem”. Chińczycy nazywali ją „Gwiazdą Poranną”, Hindusi – Budhą, Niemcy utożsamiali ją z Odynem, a Majowie – z sową.

Przed wynalezieniem teleskopu europejscy badacze mieli trudności z obserwacją Merkurego. Przykładowo Mikołaj Kopernik opisując planetę, korzystał z obserwacji innych naukowców spoza północnych szerokości geograficznych.

Wynalezienie teleskopu znacznie ułatwiło życie badaczom astronomów. Merkury został po raz pierwszy zaobserwowany przez teleskop przez Galileusza w XVII wieku. Po nim planetę obserwowali: Giovanni Zupi, John Bevis, Johann Schröter, Giuseppe Colombo i inni.

Jego bliskie położenie względem Słońca i rzadkie pojawianie się na niebie zawsze stwarzały trudności w badaniu Merkurego. Na przykład słynny teleskop Hubble'a nie jest w stanie rozpoznać obiektów tak blisko naszej gwiazdy.

W XX wieku do badania planety zaczęto wykorzystywać metody radarowe, co umożliwiło obserwację obiektu z Ziemi. Statek kosmiczny wysłanie na planetę nie jest łatwe. Wymaga to specjalnych manipulacji, które zużywają dużo paliwa. W całej swojej historii Merkurego odwiedziły tylko dwa statki: Mariner 10 w 1975 r. i Messenger w 2008 r.

Merkury na nocnym niebie

Pozorna wielkość planety waha się od -1,9 m do 5,5 m, co wystarczy, aby zobaczyć ją z Ziemi. Jednak nie jest łatwo ją dostrzec ze względu na małą odległość kątową względem Słońca.

Planeta jest widoczna przez krótki czas po zapadnięciu zmroku. Na niskich szerokościach geograficznych i w pobliżu równika dni trwają najkrócej, dlatego w tych miejscach łatwiej jest dostrzec Merkurego. Im większa szerokość geograficzna, tym trudniej jest obserwować planetę.

Na średnich szerokościach geograficznych można „złapać” Merkurego na niebie podczas równonocy, kiedy zmierzch jest najkrótszy. Można go zobaczyć kilka razy w roku, zarówno wczesnym rankiem, jak i wieczorem, w okresach, gdy jest najdalej od Słońca.

Wniosek

Merkury to największa masa Merkury to najmniejsza z planet w naszym układzie. Planetę obserwowano na długo przed początkiem naszej ery, jednak aby zobaczyć Merkurego, potrzebne są pewne warunki. Dlatego jest najmniej zbadaną ze wszystkich planet ziemskich.