Меркурій

Меркурій — найближча до Сонця велика планета Сонячної системи.

Історія й назва

Найдавніші свідчення спостереження за Меркурієм можна знайти в шумерських клинописних текстах, датованих третім тисячоліттям до н. е. Планету названо на честь римського бога Меркурія, аналога грецького Гермеса та Вавилонського Набу. Древні греки часів Гесіода назвали Меркурій (Стиблон, блискучий). До V століття до н. е. греки вважали, що Меркурій, видимий на вечірньому та раннішньому небі — два різних об'єкти. В Стародавній Індії Меркурій називали Будда та Рогінея. В китайській, японській, в'єтнамській та корейських мовах Меркурій називається Водяна зірка  (в уявленнях про 5 елементів). На івриті назва Меркурія звучить як «Коха в Хама» («Сонячна планета»).

Особливості руху

Прецесія орбіти Меркурія

Меркурій знаходиться близько до Сонця, тому ефекти загальної теорії відносності проявляються в його русі в найбільшій мірі серед усіх планет Сонячної системи. Вже в 1859 році французький математик і астроном Урбен Леверье повідомив, що існує повільна прецесія орбіти Меркурія, яка не може бути повністю пояснена на основі розрахунку впливу відомих планет згідно ньютонівської механіки. Прецесія перигелію Меркурія складає 5600 кутових секунд за століття. Розрахунок впливу всіх інших небесних тіл на Меркурій згідно ньютонівської механіки дає прецессию 5557 кутових секунд за століття. Намагаючись пояснити спостережуваний ефект, він припустив, що існує ще одна планета (або, можливо, пояс невеликих астероїдів), орбіта якої розташована ближче до Сонця, ніж у Меркурія, і яка вносить обурює вплив (інші пояснення розглядали невраховане полярне стиснення Сонця ). Завдяки раніше досягнутим успіхам в пошуках Нептуна з урахуванням його впливу на орбіту Урана дана гіпотеза стала популярною, і шукана гіпотетична планета навіть отримала назву - Вулкан. Однак ця планета так і не була виявлена.

Меркурій обертається навколо Сонця по сильно витягнутій еліптичній орбіті, площина якої нахилена до площини екліптики під кутом 7°00'15". Відстань Меркурія від Сонця варіює від 46,08 млн. км до 68,86 млн. км. Період обертання навколо Сонця (меркуріанський рік) складає 87,97 земної доби, а середній інтервал між однаковими фазами (синодичний період) 115,9 земної доби. Тривалість сонячної доби на Меркурії дорівнює 176 земним добам. Відстань Меркурія від Землі змінюється від 82 до 217 млн. км. Максимальний кутовий розмір планети при спостереженні з Землі складає 13", мінімальний — 5". Середня швидкість руху Меркурія по орбіті навколо Сонця — 47,89 км/с.

Період обертання Меркурія навколо своєї осі дорівнює 58,6461 ± 0,0005 діб, що складає 2/3 від періоду обертання навколо Сонця. Ця обставина є результатом дії припливного тертя і крутного моменту гравітаційних сил з боку Сонця, зумовленого тим, що на Меркурії розподіл мас не є строго концентричним (центр маси зміщений відносно геометричного центру планети). Обертання Меркурія навколо Сонця і його власне обертання призводять до того, що тривалість сонячної доби на планеті дорівнює трьом зоряним меркуріанським добам або двом меркуріанським рокам і складає біля 175,92 земної доби.

Щоб зробити один оберт навколо своєї осі, Меркурію потрібно 59 земних діб. Розпочни з того місця, де стрілка вказує на Сонце. Тепер слідуй уздовж орбіти і дивися, як повільно обертається Меркурій, рухаючись по своїй орбіті. Стрілка вчинить один оборот, коли Меркурій виконає дві третини свого шляху навколо Сонця. Перш ніж стрілка знову вкаже на Сонце, планета двічі обійде усю орбіту. Це означає, що доба Меркурія триває впродовж двох його років.

Вісь обертання Меркурія нахилена до площини його орбіти не більш ніж на 3°, тому помітних сезонних змін на цій планеті не повинно існувати. Для спостережень із Землі Меркурій — незручний об'єкт. Будучи внутрішньою планетою, він не віддаляється від Сонця більш ніж на 28° і видимий на фоні вечірньої або ранкової зорі, низько над обрієм, лише протягом короткого часу. Окрім цього в таку пору фаза планети (тобто кут між напрямками від планети до Сонця і до Землі) близька до 90°, і спостерігач бачить освітленою тільки половину її диску.

Анімація руху Меркурія і Землі навколо Сонця






Небо над Меркурієм чорне і вдень, і вночі, а все тому, що там практично немає атмосфери. Меркурій оточений лише так званою екзосферою - простором настільки розрядженому, що складові його нейтральні атоми ніколи не стикаються. У нім згідно із спостереженнями в телескоп із Землі, а також в процесі прольотів біля планети станції "Маринер-10" були виявлені атоми гелію(вони переважають), водню, кисню, неону, натрію і калію.  Що входять в екзосферу атоми "вибиті" з поверхні Меркурія фотонами і іонами, частками, що прилітають від Сонця, а також мікрометеоритами. Відсутність атмосфери призводить до того, що на Меркуриї немає і звуків, оскільки немає пружного середовища - повітря, що передає звукові хвилі.
 

Дослідження

Меркурій — найменш вивчена планета земної групи. Лише два апарати були направлені на її дослідження. Першим був "Марінер-10", що у 1974—1975 роках тричі пролетів повз Меркурій: максимальне зближення становило 320 км. В результаті було отримано кілька тисяч знімків, що охоплюють приблизно 45% поверхні планети. Подальші дослідження з Землі вказали на можливість існування водяного льоду в полярних кратерах

Сьогодні НАСА здійснює другу місію до Меркурію під назвою MESSENGER. Апарат був запущений 3 серпня 2004 року, а в січні 2008 року апарат вперше здійснив політ повз свою ціль — Меркурій. Для виходу на орбіту навколо планети у 2011 році апарат зробив ще два гравітаційні маневри повз планету: в жовтні 2006 року та червні 2007 року, в ході яких робив перевірку обладнання.

Європейським космічним агентством (ESA) спільно з японським аерокосмічним дослідницьким агентством (JAXA) розробляється місія BepiColombo, що складається з двох космічних апаратів Mercury Planetary Orbiter (MPO) та Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Європейський апарат MPO буде досліджувати поверхню Меркурія та його глибини, в той час як японський MMO буде спостерігати за магнітним полем та магнітосферою планети. Запуск BepiColombo планується 2013 року, а 2019 року він досягне орбіти Меркурія, де й розділиться на дві складові.

Розвиток електроніки та інформатики зробив можливим наземне спостереження Меркурія за допомогою приймачів випромінювання ПЗС та подальшу комп'ютерну обробку знімків. Одним з перших серій спостережень Меркурія з ПЗС-приймачами здійснив в 1995—2002 роках Йохан Варел в обсерваторії на острові Ла Пальма на півметровому сонячному телескопі. Варел обирав кращі знімки, не використовуючи комп'ютерного звіту. Звіти почали застосовувати в Абастуманській астрофізичній обсерваторії до серій фотографій Меркурія, отриманим 3 листопада 2001 року, а також в обсерваторії Скінакас Иракліонського університету до серій 1-2 травня 2002 року; для обробки результатів спостережень застосували метод кореляційної сумісності. Отримане роздільне зображення планети мало схожість з фотомозаїкою Марінера-10, обриси невеликих утворень розмірами 150—200 км повторювались. Так була складена карта Меркурію для довгот 210—350°.

Розміри, форма і маса

За формою Меркурій близький до кулі з екваторіальним радіусом (2440 ± 2) км, що приблизно в 2,6 рази менше, ніж у Землі. Різниця півосей екваторіального еліпса планети складає біля 1 км; екваторіальний і полярний стиски незначні. Відхилення геометричного центру планети (кулі) від центру мас — порядку півтора кілометрів. Площа поверхні Меркурія в 6,8 разів, а обсяг — у 17,8 разів менше, ніж у Землі.

Маса Меркурія дорівнює 3,31·1023 кг, що приблизно в 18 разів менше від маси Землі. Середня густина близька до земної і складає 5,44 г/см3. Прискорення вільного падіння поблизу поверхні 3,7 м/с2.

Температура і рельєф поверхні 

Як найближча до Сонця планета, Меркурій одержує від центрального світила значно більшу енергію, ніж, наприклад, Земля (у середньому в 10 разів). Через витягнутості орбіти потік енергії від Сонця варіюється приблизно в два рази. Велика тривалість дня і ночі призводить до того, що яскраві температури (що вимірюються по інфрачервоному випромінюванню відповідно до закону теплового випромінювання Планка) на «денній» і на «нічній» сторонах поверхні Меркурія при середній відстані від Сонця можуть змінюватися приблизно від 600 ДО до 100 ДО. Але вже на глибині декількох десятків сантиметрів значних коливань температури немає, що є наслідком дуже низької теплопровідності порід. 

Поверхня Меркурія, покрита роздрібненою речовиною базальтового типу, досить темна. Судячи зі спостережень із Землі і фотографій з космічних апаратів, вона в цілому схожа на поверхню Місяця, хоча контраст між темними і світлими ділянками виражений слабше. Поряд із кратерами (як правило, менш глибокими, ніж на Місяці) є пагорби і долини.

Меркуріанский кратер




 

На поверхні планети були виявлені гладкі округлі рівнини, що отримали по подібності з місячними "морями" назва басейнів. Найбільший з них, Калорис, має в діаметрі 1300 км (океан Бурь на місяці - 1800 км). Поява долин пояснюється інтенсивною вулканічною діяльністю, яка співпала за часом з формуванням поверхні планети.

 

На Меркурії є гори, висота найбільш високих досягає 2-4 км. У ряді районів планети на поверхні видно долини, бескратерні рівнини. На Меркурії зустрічається також незвичайна деталь рельєфу – ескарп. Це виступ заввишки 2-3 км, що розділяє два райони поверхні. Вважають, що ескарпи утворилися як зрушення при ранньому стискуванні планети.
 

Ескарп на поверхні Меркурія. Ліворуч – знімок з Маринера. У центрі – вид з ближчої відстані. Справа – механізм утворення ескарпа.



Під час близького прольоту 14 січня 2008 космічний аппратат MESSENGER додатково провів топографічні дослідження, використовуючи прилад MLA (лазерний висотомір). Зображення є мозаїкою, отриманою при поєднанні даних від MLA і радарних зображень обсерваторії Аресибо в Пуерто-Ріко. Таке поєднання довелося проводити оскільки, у той час коли проводилися дослідження MLA, апарат пролітав над нічною стороною Меркурія і картинки не було. Цю область, свого часу, так само не вдалося розглянути і апарату Маринер 10. Довжина отриманого висотного профілю складає 3200 км, а динамічні зміни висоти - 5 км. Такі зміни висот на цій ділянці Меркурія пояснюються наявністю на поверхні великого числа кратерів і басейнів.

У полярних областях Меркурія, можливо, є водяний лід. Внутрішні області кратерів, що знаходяться там, Сонце ніколи не освітлює, і температура там може триматися біля - 210°С. Альбедо Меркурія украй низьке, близько 0,11.

Атмосфера і фізичні поля

Над поверхнею Меркурія є сліди дуже розрідженої атмосфери, що містить, крім гелію, також водень, вуглекислий газ, вуглець, кисень і благородні гази (аргон, неон).

Ця діаграма показує інтенсивність емісії - випромінювання натрію, що випускається атомами, біля Меркурія. Спостереження були проведені спектрометром UVVS і MASCS. Така інтенсивність вказує на розповсюдженість цього елементу біля Меркурія, а також деяку асиметричність його розподілу.

Близькість Сонця зумовлює суттєвий вплив на Меркурій сонячного вітру. Завдяки цій близькості значним є і приливний вплив Сонця на Меркурій, що повинно призводити до виникнення над поверхнею планети електричного поля, напруженість якого може бути приблизно вдвічі більшою, ніж у «поля ясної погоди» над поверхнею Землі, і відрізняється від останнього порівняною стабільністю.

Модель магнітосфери Меркурія показує деформацію поля під дією сонячного вітру. Перші докази існування магнітного поля Меркурія отримав ще Маринер 10, а нині екваторіальний прохід апарату MESSENGER в хороших "погодних"(сонячна активність) умовах дозволив отримати якісніші дані про магнітне поле Меркурія. MESSENGER зареєстрував магнітне поле у формі диполя, яке майже вирівняне з віссю обертання планети (нахил диполя близько 10°).  Геометрія поля подібна до геометрії, яку спостерігав Маринер 10 під час свого першого прольоту, але напруженість поля нині слабкіше чим при третьому прольоті Маринера і складає всього 1/3, це пов'язано з іншою траєкторією прольоту MESSENGER. Біполярне поле має тугішу природу, що і поле від генератора постійного струму, в якому магнітне поле зроблене електричними струмами.

Магнітне поле Меркурія зміщене і в північній півкулі сильніше, ніж в південій. Ілюстрація NASA.

На Меркурії діє і магнітне поле. Магнітний дипольний момент Меркурія дорівнює 4,9·1022 Гс·см3, що приблизно на чотири порядки менше, ніж у Землі; проте, оскільки напруженості поля обернено пропорційні кубу радіуса планет, то на Меркурії і на Землі вони близькі за величиною.

Модель внутрішньої будови

Запропоновано декілька моделей внутрішньої будови Меркурія. Відповідно до найбільш поширеної (хоча і попередньої) думки, планета складається з гарячого залізонікелевого ядра, що поступово остигає, і силікатної оболонки, на межі між якими температура може наближатися до 103 oС. На частку ядра припадає більше половини маси планети.

Цікаві факти

Меркурій — найшвидша планета в Сонячній Системі, вона рухається по орбіті навколо Сонця з середньою швидкістю 47,87 км/с, що майже в 2 рази більше від швидкості Землі. Така швидкість і той факт, що Меркурій розміщений ближче до Сонця, ніж Земля, приводять до того, що один рік не Меркурії (час його повного оберту навколо Сонця) становить всього 87,99 днів.

Меркурій — вельми складний об'єкт для спостереження в високих широтах Землі через те, що він завжди спостерігається при сході або заході Сонця, і досить низько над горизонтом (особливо в північних широтах) Період його найкращої видимості (елонгації) наступає калька разів на рік (триваючи близько 10 днів). Навіть в ці періоди побачити Меркурій неозброєним оком непросто (відносно неяскрава зірочка на досить світлому фоні неба). Існує історія про те, що Ніколай Коперник, спостерігаючи космічні об'єкти в умовах північних широт та туманного клімату Прибалтики, жалкував, що за все життя так і не побачив Меркурій. В низьких широтах Меркурій спостерігається добре.

На Меркурію не існує пір року в тому сенсі, що ми розуміємо під цим поняттям на Землі. Це відбувається через те, що вісь обертання планети знаходиться під прямим кутом до площини орбіти. Як наслідок, поряд з полюсами є області, до котрих сонячні промені до доходять ніколи. Дослідження, проведене радіотелескопом Аресібо, дозволяє припустити, що в цій холодній та темній зоні є льодовики. Льодовиковий шар може досягати 2 м і вкритий шаром пилу.

18 березня 2011 року космічний корабель НАСА MESSENGER вийшов на орбіту Меркурія, ставши першим космічним кораблем, що зробили це. Серед багатьох документів, отриманих цим новаторським зондом, є знімки ширококутного камерою, здатної генерувати зображення поверхні планети з високим дозволом.

З тисяч таких зображень, з'єднаних разом, вчені створили першу повну карту Меркурія. В результаті це не просто красива картинка. Розширена колірна палітра карти була отримана завдяки спеціальним фільтрам, встановленим на камеру. В результаті ми отримали розповідь про хімічної, мінералогічної і геологічної історії внутрішньої планети нашої сонячної системи.

Молоді кратери, наприклад, є блакитними або білими. Жовто-коричневі регіони означають рівнини, утворені потоками лави. Синім кольором позначені райони, багаті темними мінералами. 
НАСА також створило відео, але музика відволікає, так що видання її видалило, залишивши тільки зображення.