Меркурий - горячая планета
Меркурий - горячая планета
План
1. Меркурий – первая планета в нашей солнечной системе
2. Движение планеты
3. Физические характеристики
4. Поверхность
5. Атмосфера и физические поля
6. Исследования
7. Колонизация Меркурия
8. Меркурий в цифрах
Меркурий — первая от Солнца, самая внутренняя и наименьшая планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца за 88 дней. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −2,0 до 5,5, его нелегко заметить по причине очень маленького углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). Планету никогда нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий всегда скрывается в утренней или вечерней заре. Оптимальным временем для наблюдений планеты являются утренние или вечерние сумерки в периоды его элонгаций (периодов максимального удаления Меркурия от Солнца на небе, наступающих несколько раз в год). О планете пока известно сравнительно немного. Аппарат Маринер-10, изучавший Меркурий в 1974—1975 годах, успел картографировать лишь 40—45 % поверхности. В январе 2008 года мимо Меркурия пролетел MESSENGER (КА), который выйдет на орбиту вокруг планеты в 2011 году.
По своим физическим характеристикам Меркурий напоминает Луну, сильно кратерирован. У планеты нет естественных спутников, но есть очень разреженная атмосфера. Планета обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля по своей совокупности составляющим 0,1 от земного.Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (−180…430 °C). Подсолнечная сторона нагревается гораздо больше чем полярные области и обратная сторона планеты.
Самые древние свидетельства наблюдения Меркурия можно найти ещё в шумерских клинописных текстах, датируемых третьим тысячелетием до н. э. Планета названа в честь бога римского пантеона Меркурия, аналога греческого Гермеса и Вавилонского Набу. Астрономический символ Меркурия представляет собой стилизованное изображение крылатого шлема бога Меркурия с его кадуцея. Древние греки времён Гесиода называли Меркурий «Στίλβων» (Стилбон, Блестящий). До V столетия до н. э. греки полагали, что Меркурий это два отдельных объекта: один виден только на восходе Солнца, другой только вечером на закате. В Древней Индии Меркурий именовали Будда и Рогинея. В китайском, японском, вьетнамском и корейском языках Меркурий называется Водяная звезда (水星) (в соответствии с представлениями о «Пяти элементах». На иврите название Меркурия звучит как «Коха́в Хама́» (כוכב חמה) («Солнечная планета»). Несмотря на меньший радиус, Меркурий всё же превосходит по массе такие спутники планет-гигантов, как Ганимед и Титан.
Движение планеты
Меркурий движется вокруг Солнца по довольно сильно вытянутой эллиптической орбите (эксцентриситет 0,205) на среднем расстоянии 57,91 млн км (0,387 а. е.). В перигелии Меркурий находится в 45,9 млн км от Солнца, в афелии — в 69,7 млн км. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 7°. На один оборот по орбите Меркурий затрачивает 87,97 суток. Средняя скорость движения планеты по орбите 48 км/с.
В течение долгого времени считалось, что Меркурий постоянно обращён к Солнцу одной и той же стороной, и один оборот вокруг оси занимает у него те же 87,97 суток. Наблюдения деталей на поверхности Меркурия, выполненные на пределе разрешающей способности, казалось, не противоречили этому. Данное заблуждение было связано с тем, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через тройной синодический период, то есть 348 земных суток, что примерно равно шестикратному периоду вращения Меркурия (352 суток), поэтому в различное время наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. С другой стороны, некоторые астрономы полагали, что меркурианские сутки примерно равны земным. Истина раскрылась только в середине 1960-х годов, когда была проведена радиолокация Меркурия. Оказалось, что меркурианские звёздные сутки равны 58,65 земных суток, то есть 2/3 меркурианского года. Это уникальное для Солнечной системы явление. Явление соизмеримости периодов вращения и обращения Меркурия объясняется, видимо тем, что приливное воздействие Солнца уносило момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались в целочисленном отношении. В результате за один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси на полтора оборота. То есть, если в момент прохождения Меркурием перигелия определённая точка его поверхности обращена точно к Солнцу, то при следующем прохождении перигелия к Солнцу будет обращена в точности противоположная точка поверхности, а ещё через один меркурианский год Солнце снова вернётся в зенит над первой точкой. В результате солнечные сутки на Меркурии длятся два меркурианских года или трое меркурианских звёздных суток.
В результате такого движения планеты на ней можно выделить «горячие долготы» — два противоположных меридиана, которые попеременно обращены к Солнцу во время прохождения Меркурием перигелия, и на которых из-за этого бывает особенно горячо даже по меркурианским меркам.
Комбинация движений планеты порождает ещё одно уникальное явление. Скорость вращения планеты вокруг оси — величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток скорость орбитального движения превышает скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается, и начинает двигаться в обратном направлении — с запада на восток. Этот эффект иногда называют эффектом Иисуса Навина, по имени библейского героя, остановившего движение Солнца (Нав., X, 12-13). Для наблюдателя на долготах, отстоящих на 90° от «горячих долгот», Солнце при этом восходит (или заходит) дважды.
Интересно также, что, хотя ближайшими по расположению орбит к Земле являются Марс и Венера, Меркурий является ближайшей к Земле планетой большую часть времени, чем любая другая (поскольку другие отдаляются в большей степени, не будучи столь "привязаны" к Солнцу).
Физические характеристики
Меркурий — самая маленькая планета земной группы. Его радиус составляет всего 2439,7 ± 1,0 км, что меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана. Масса планеты равна 3,3×1023 кг. Средняя плотность Меркурия довольно велика — 5,43 г/см³, что лишь незначительно меньше плотности Земли. Учитывая, что Земля больше по размерам, значение плотности Меркурия указывает на повышенное содержание в его недрах металлов. Ускорение свободного падения на Меркурии равно 3,70 м/с². Вторая космическая скорость — 4,3 км/с.
Близость к Солнцу и довольно медленное вращение планеты, а также отсутствие атмосферы приводят к тому, что на Меркурии наблюдаются самые резкие перепады температур в Солнечной системе. Средняя температура его дневной поверхности равна 623 К, ночной — всего 103 К. Минимальная температура на Меркурии равна 90 К, а максимум, достигаемый в полдень на «горячих долготах» — 700 К.
Несмотря на такие условия, в последнее время появились предположения о том, что на поверхности Меркурия может существовать лёд. Радарные исследования приполярных областей планеты показали наличие там сильно отражающего радиоволны вещества, наиболее вероятным кандидатом в которое является обычный водяной лёд. Поступая на поверхность Меркурия при ударах о неё комет, вода испаряется, и путешествует по планете, пока не замёрзнет в полярных областях на дне глубоких кратеров, куда никогда не заглядывает Солнце, и где лёд может сохраняться практически неограниченно долго.
До недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится металлическое ядро радиусом 1800—1900 км содержащее 60 % массы планеты, окружённое силикатной оболочкой толщиной 500—600 км, так как КА Маринер-10 обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером не может иметь жидкого ядра. Но в 2007 году группа Жана-Люка Марго подвела итоги пятилетних радарных наблюдений за Меркурием, в ходе которых были замечены вариации вращения планеты слишком большие для модели с твёрдым ядром.
Поверхность
Поверхность Меркурия во многом напоминает лунную — она усеяна множеством кратеров. Плотность кратеров различна на разных участках. Предполагается, что более густо усеянные кратерами участки являются более древними, а менее густо усеянные — более молодыми, образовавшимися при затоплении лавой старой поверхности. В то же время, крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Самый большой кратер на Меркурии назван в честь великого немецкого композитора Бетховена, его поперечник составляет 625 км. Однако сходство неполное — на Меркурии видны образования, которые на Луне не встречаются. Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров — эскарпов. Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого поверхность Меркурия уменьшилась на 1 %. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3—4 миллиардов лет там не происходило в широких масштабах движение участков коры, а также отсутствовала эрозия поверхности, последнее почти полностью исключает возможность существования в истории Меркурия сколько-нибудь существенной атмосферы.
В ходе исследований проводимых зондом MESSENGER было сфотографировано свыше 80% поверхности Меркурия и выявлено, что она однородна, что отличает Меркурий от Луны или Марса, у которых одно полушарие резко отличается от другого.(4)
Одна из самых заметных деталей поверхности Меркурия — Равнина Жары («лат. Caloris Planitia»). Этот кратер получил своё название, потому что расположен вблизи одной из «горячих долгот». Его поперечник составляет около 1300 км. Вероятно, тело, при ударе которого образовался кратер, имело поперечник не менее 100 км. Удар был настолько сильным, что сейсмические волны, пройдя всю планету, и сфокусировавшись в противоположной точке поверхности, привели к образованию здесь своеобразного пересеченного «хаотического» ландшафта.
Атмосфера и физические поля
При пролёте космического аппарата «Маринер-10» мимо Меркурия было установлено наличие у планеты предельно разреженной атмосферы, давление которой в 5×1011 раз меньше давления земной атмосферы. В таких условиях атомы чаще сталкиваются с поверхностью планеты, чем друг с другом. Её составляют атомы, захваченные из солнечного ветра или выбитые солнечным ветром с поверхности — гелий, натрий, кислород, калий, аргон, водород. Среднее время жизни определённого атома в атмосфере около 200 суток.
Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого в 300 раз меньше напряжённости магнитного поля Земли. Магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру и в высшей степени симметрично, а его ось всего на 2 градуса отклоняется от оси вращения планеты, что налагает существенное ограничение на круг теорий объясняющих его происхождение.
Исследования
Меркурий — наименее изученная планета земной группы. Только два аппарата были направлены для его исследования. Первым был «Маринер-10», который в 1974—1975 гг. трижды пролетел мимо Меркурия; максимальное сближение составляло 320 км. В результате было получено несколько тысяч снимков, охватывающих примерно 45 % поверхности планеты. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах.
В настоящее время НАСА осуществляет вторую миссию к Меркурию под названием MESSENGER. Аппарат был запущен 3 августа 2004 года. 14 января 2008 года аппарат впервые совершил пролёт мимо своей цели — Меркурия. Для выхода на орбиту вокруг планеты 18 марта 2011 аппарату придётся проделать ещё два гравитационных маневра мимо Меркурия 6 октября 2008 и 29 сентября 2009. MESSENGER также выполнил один пролет мимо Земли в 2005 году (8 февраля), и два пролёта мимо Венеры: 24 октября 2006 и 5 июня 2007, в ходе которых производил проверку оборудования.
Европейским космическим агентством (ESA) совместно с японским аэрокосмическим исследовательским агентством (JAXA) разрабатывается миссия BepiColombo, состоящая из двух космических аппаратов Mercury Planetary Orbiter (MPO) и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Европейский аппарат MPO будет исследовать поверхность Меркурия и его глубины, в то время как японский MMO будет наблюдать за магнитным полем и магнитосферой планеты. Запуск BepiColombo планируется на 2013 год, а в 2019 году он достигнет орбиты Меркурия, где и разделится на две составляющие.
Развитие электроники и информатики сделало возможным наземные наблюдения Меркурия с помощью приёмников излучения ПЗС и последующей компьютерной обработкой снимков. Одним из первых серии наблюдений Меркурия с ПЗС-приемниками осуществил в 1995—2002 годах Йохан Варелл в обсерватории на острове Ла Пальма на полуметровом солнечном телескопе. Варелл выбирал лучшие из снимков, не используя компьютерного сведения. Сведение начали применять в Абастуманской астрофизической обсерватории к сериям фотографий Меркурия полученных 3 ноября 2001 а также в обсерватории Скинакас Ираклионского университета к сериям от 1-2 мая 2002 года; для обработки результатов наблюдений применили метод корреляционного совмещения. Полученное разрешённое изображение планеты обладало сходством с фотомозаикой Mariner-10, очертания небольших образований размерами 150—200 км повторялись. Так была составлена карта Меркурия для долгот 210—350°.
Колонизация Меркурия
Как и Луна, Меркурий не имеет плотной атмосферы, располагается относительно близко к Солнцу и совершает медленные обороты вокруг своей оси, имеющей очень маленький наклон. Поэтому, из-за относительно большой схожести, считается, что колонизация Меркурия может быть осуществлена в основном с использованием тех же технологий, подходов и оборудования, что и колонизация Луны.
Несмотря на близость к Солнцу, теоретически было предсказано существование ледяных шапок на полюсах Меркурия. Это делает полюса наиболее подходящим местом для основания колонии. Кроме того в районе полюсов колебания температур при смене дня и ночи будут не так ощутимы, как в любом другом месте на поверхности Меркурия.
Будучи самой близкой к Солнцу планетой, Меркурий обладает огромными запасами солнечной энергии. Количество приходящей солнечной энергии на единицу площади здесь составляет 9,13 кВт/м² (для Земли и Луны — 1,36 кВт/м²). Так как наклон оси Меркурия к оси эклиптики незначителен (приблизительно 0,01°), то существует вероятность, что на возвышенностях полюсов имеются пики вечного света. Даже если их нет, то они могут быть получены на высоких башнях. Кроме того возможно строительство замкнутого кольца солнечных электростанций в районе полюсов, способных обеспечить непрерывную подачу энергии.
Предполагается, что в почве Меркурия имеется большой запас гелия-3, который может стать важным источником экологически чистой энергии на Земле и решающим фактором в развитии экономики Солнечной системы в будущем. Кроме того на Меркурии могут быть большие залежи богатой руды, доступной для добычи. Эта руда в дальнейшем может быть использована для строительства космических станций.
Меркурий больше по размерам чем Луна (диаметр Меркурия — 4879 км, Луны — 3476 км) и имеет большую плотность из-за массивного железного ядра. В следствие этого ускорение свободного падения на Меркурии составляет 0,377 g, что более чем в два раза больше чем на Луне (0,1654 g) и равняется ускорению свободного падения на поверхности Марса. В силу того, что продолжительное действие пониженной силы гравитации пагубно влияет на состояние здоровья человека, Меркурий более привлекателен как объект долговременного пребывания, чем Луна
Практически полное отсутствие атмосферы, чрезвычайная близость к Солнцу и большая длительность дня (176 земных дней) могут стать серьезными препятствиями на пути заселения Меркурия. Даже при наличии льда на полюсах планеты, наличие легких элементов, необходимых для существования жизни, представляется очень маловероятным. Их нужно будет импортировать. Кроме того в окрестностях Меркурия очень сильна сила притяжения Солнца, что требует больших мощностей для путешествия к Меркурию и от него, чем для других планет. Для достижения Меркурия может быть использовано гравитационное влияние Венеры.
Меркурий в цифрах
Орбитальные характеристики
Афелий - 69 816 927 км
Перигелий - 46 001 210 км
Большая полуось - 57 909 068 км
Орбитальный эксцентриситет - 0,20530294
Сидерический период - 87,969098 дней
Синодический период - 115,88 дней
Орбитальная скорость - 47,87 км/с
Средняя аномалия - 174,795884°
Наклонение - 3,38° (о. c. э.)
Долгота восходящего узла - 48,330541°
Аргумент перицентра - 29,124279°
Спутники - нет
Физические характеристики
Средний радиус - 2439,7 ± 1,0 км
Площадь поверхности - 7,48×107 км²
Сжатие < 0,0006
Объём 6,083×1010 км³
Масса 3,3022×1023 кг
Средняя плотность 5,427 г/см³
Сила тяжести на экваторе 3,7 м/с²
Вторая космическая скорость 4,25 км/с
Период вращения (вокруг своей оси) 58,646 дней
Скорость вращения на экваторе 10,892 км/ч
Наклон оси вращения планеты 0,01°
Прямое восхождение на северном полюсе 18 ч 44 мин 2 с
Склонение 61,45°
Альбедо 0,119 (Бонд)
Температура
Минимальная 100 К (-173 °C)
Средняя 340 К (67 °C)
Максимальная 700 К (427 °C)
Состав атмосферы
Состав:
31,7 % Калий
24,9 % Натрий
9,5 %, А. Кислород
7,0 % Аргон
5,9 % Гелий
5,6 %, М. Кислород
5,2 % Азот
3,6 % Углекислый газ
3,4 % Вода
3,2 % Водород