МЕРКУРИЙ

Меркурий может наблюдать каждый. Сразу после захода Солнца или же на востоке перед его восходом видна яркая планета. По блеску она только немного уступает Венере. Это и есть Меркурий. Но наблюдать его в это время можно недолго, около полутора часов, не более. Другое дело — в телескоп. Но и в телескоп никаких деталей на Меркурии вы не увидите. Вплоть до недавних исследований Меркурия с помощью современных экспериментальных средств считали, что Меркурий всегда обращен к Солнцу одной и той же стороной, поэтому там, под Солнцем очень жарко. Моря на Меркурии изображались состоящими из расплавленных металлов. Берега рисовались похожими на лунный ландшафт.

Важные данные о Меркурии были получены после 1974 года. Меркурий обращается вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите. Она наклонена к плоскости эклиптики, то есть к плоскости, в которой обращается Земля, на 7°. Средняя удаленность Меркурия от Солнца составляет 0,39 астрономической единицы. Это равно 58 миллионам километров. В перигелии удаленность составляет 0,31, а в афелии — 0,47 астрономической единицы. По орбите Меркурий

Рис. 10. Схема связи периодов вращения и орбитального движения Меркурия. Благодаря приливным воздействиям Солнца Меркурий захвачен в «резонансную ловушку»: период его обращения вокруг Солнца относится к периоду вращения как 3/2. Иными словами, Меркурий делает три оборота вокруг своей оси за два меркурианских года, что легко видеть по положению светлого пятна на схеме

движется со скоростью 48 км/с. Но эта скорость меняется, подчиняясь законам Кеплера. Чем дальше уходит планета от центров эллипса, тем движение ее быстрее. Так, Меркурий в максимуме большого эксцентриситета движется со скоростью 54 км/с. Эта скорость вдвое больше скорости движения Земли. Это значительно усложняет посылку на Меркурий космических аппаратов. Период обращения Меркурия вокруг Солнца (сидерический) составляет 88 земных суток.

Орбита Меркурия показана на рисунке 10. Когда Меркурий проходит перигелий (тогда он удален от Солнца на 0,31 а. е.), он поочередно бывает обращен к Солнцу то одной, то другой стороной. Это очень своеобразное движение. Было бы правильным говорить, что один полный солнечный цикл на Меркурии составляет два меркурианских года. Полный оборот вокруг своей оси Меркурий завершает за две трети своего года. Любопытным свойством движения Меркурия является то, что к тому моменту, когда Меркурий оказывается в нижнем соединении (на линии Земля — Солнце), он всегда занимает одно и то же положение относительно звезд. Продолжительность солнечных суток на Меркурии равна 176 земным суткам.

Очень необычным является движение Солнца, которое наблюдается (может наблюдаться) с поверхности планеты. Схема его показана на рисунке 11. В продолжение суток можно видеть три восхода и три захода Солнца. Но напомним, что солнечные сутки длятся там в 176 раз дольше, чем на Земле. Зрелище очень необычное: можно наблюдать с Меркурия, как Солнце останавливается и даже возвращается назад. В разных зонах планеты картина разная. Так, в некоторых зонах заходы и восходы Солнца наблюдаются дважды за одни сутки (как на востоке, так и на западе).

Рис. 11. Видимое движение Солнца по небу Меркурия, наблюдаемое с точек, расположенных на меридианах 0 и 180°. На этих долготах можно видеть три восхода и три захода за одни солнечные сутки, которые длиннее земных в 176 раз

Рис. 12. Район вблизи южного полюса Меркурия с межкратерными равнинами. Диаметр кратера (вверху посередине) около 65 км. Снимок NASA

Меркурий хотя и маленькая планета, но достаточно тяжелая. Средняя ее плотность примерно такая же, как у Земли (5,44 г/см3).

Рельеф местности Меркурия очень суровый. Часть поверхности планеты изрыта кратерами. На фоне старых кратеров видны следы новых, более мелких. Размеры падающих небесных тел с течением времени уменьшались. На дне некоторых кратеров просматриваются следы извержения лавы, которая, естественно, затвердела. Примерно также выглядит поверхность Луны.

В ряде районов Меркурия кратеров нет. Такая поверхность видна на рисунке 12. Показанный район расположен вблизи южного полюса Меркурия. Ученые считают, что океана жидкой лавы на поверхности Меркурия никогда не было.

Достопримечательностью поверхности Меркурия являются эскарты. Это уступы высотой 2–3 метра. Они разделяют два района, которые, впрочем, почти ничем не различаются. Но эти уступы (обрывы) очень протяженные. Их длина достигает сотен и даже тысяч километров. У каждого из этих уступов имеется свое собственное имя. Эти уступы образовались тогда, когда происходило сжатие Меркурия. Поэтому произошли сдвиги, и отдельные участки его коры наползли на другие. Горы на Меркурии имеют высоту 2–4 километра. Только Скалистые горы на Меркурии возвышаются на 5,8 километра. На сегодняшний день все специалисты сходятся на том, что подавляющая часть рельефа Меркурия, состоящая из кратеров, образована в результате ударов о поверхность планеты небесных тел. Эти удары сопровождались взрывами. Это справедливо не только доля Меркурия, но и для Луны и Марса.

Одним из самых интересных районов Меркурия ученые считают Равнину Жары или Зноя. Она представляет собой бассейн в виде круга диаметром 1300 километров. Этот бассейн по периферии окружают концентрические кольцевые валы. Их несколько (4–5). Некоторые из них имеют высоты в 2 километра. Это показано на рисунке 13. Полагают, что на этом месте остался след от удара гигантского метеоритного тела. Размеры этого тела должны были быть сравнимыми с размерами небольшой планеты. Возможно, это столкновение произошло 3, 9 миллиарда лет назад. Об этом судят по относительно малому количеству кратеров в центральных частях Равнины Жары. Здесь сравнительно ровная поверхность изрезана системой трещин. Это показано на рисунке 14. Видимо, удар при столкновении небесного тела с Меркурием был настолько сильным, что кора планеты в этом месте была пробита очень глубоко. Через образовавшуюся щель в коре и мантии вырвались на поверхность потоки лавы. Когда лава застыла, она образовала сетку трещин, а также концентрические кольцевые валы. Кратеры на поверхности Меркурия хорошо сохранились. Поэтому можно полагать, что основные этапы образования кратеров прошли раньше, до образования Равнины Жары.

Рис. 13. Равнина Жары. На снимке видны вся центральная часть Равнины Жары (диаметр 1300 км) и несколько кольцевых валов

Для проблемы жизни очень важной является температура атмосферы планеты. Она зависит от той энергии, которую планета получает от Солнца. Напомним, что Земля получает от Солнца 1,37 кВт/м2. Площадка в один квадратный метр должна быть перпендикулярна лучам Солнца. Так вот,

Рис. 14. Поверхность Меркурия в районе Равнины Жары. Различаются трещи-ны шириной от 0,5 до 8 км. Наилучшее разрешение до 50 м. Снимок NASA

на квадратный метр Меркурия приходится в среднем 9,15кВт. В перигелии эта цифра достигает 11 кВт/м2. Это в четыре раза больше, чем для Земли. Меркурий экономит энергию и тем, что его поверхность темная. Поэтому только 12–18 % падающего света отражается в космическое пространство. Все остальное солнечное тепло поглощается и идет на нагрев. На нагрев идет примерно 8 кВт на площадке в один квадратный метр. День на Меркурии очень длинный, и температура успевает подниматься до высоких значений. Она достигает 620 К (кельвинов). В перигелии температура поднимается еще выше. В районе Равнины Жары она достигает 690 К. В афелии она ниже — 560 К. К счастью, поверхностный слой планеты сильно измельчен и служит хорошим теплоизолятором. Поэтому тепло не проникает глубоко. Так, на глубине нескольких десятков сантиметров температура неизменная и поддерживается на уровне 345–365 К. Из-за низкой теплопроводности, сразу после захода Солнца поверхность Меркурия быстро остывает. Буквально спустя два часа она падает до 130 К, а ночью она составляет 90 К.

Любопытно, что в полярных шапках Меркурия были обнаружены гигантские отложения льдов. С помощью наземной радиолокации в начале 1990-х годов были выявлены в полярных шапках многочисленные пятна размером от 50 до 150 километров. Анализ отражаемых радиосигналов позволяет заключить, что отражение произошло ото льда. Такой вывод можно сделать из анализа характера отраженных радиоимпульсов (для них характерна деполяризация). Полагают, что лед покрыт тонким слоем вещества (специалисты его называют реголитом), которое сильно раздроблено. Поэтому оно является идеальным теплоизолято-ром. Собственно, поэтому льды и сохранились. Они оказались в своего рода термосе. Очень важную роль в сохранении льдов сыграло и то, что положение оси планеты (вокруг которой она вращается) является стабильным. Поэтому солнечные лучи практически никогда не проникают в не очень глубокие кратеры в полярных шапках (выше широт 82–84°). Температура здесь не превышает 60–62 К. Естественно, что лед почти законсервирован. Изменение температуры на поверхности Меркурия в течение солнечных суток показано на рисунке 15.

Рис. 15. Характер изменения температуры поверхности Меркурия в течение солнечных суток (на экваторе)

Физико-химические условия на планете зависят от ее внутреннего строения. От него зависят источники тепла, теплообмен и общий баланс тепла. На рисунке 16 приведена схема внутреннего строения Меркурия. Рядом дана схема для Земли. У Меркурия имеется массивное железное ядро, которое больше, чем ядро Земли. Ядро Меркурия занимает примерно половину объема планеты. Над ядром расположена силикатная оболочка. Ее толщина составляет 600 километров.

Рис. 16. Схема внутреннего строения Меркурия. Радиус металлического ядра достигает 74 % радиуса планеты. На рисунке показана также упрощенная схема строения Земли

Меркурий — планета легкая. Поэтому свою атмосферу она не сумела удержать. Но исследователи говорят о некоем подобии атмосферы. Но она слишком разреженна, как самые верхние слои атмосферы Земли, на высотах 1000 километров и больше. Это экзосфера Земли. Поэтому атмосферу Меркурия называют экзосферой. Меркурий терял свою атмосферу еще и потому, что на дневной стороне его температура еще высокая. Чем выше температура газа, тем больше скорость движения частиц газа, тем легче им вылететь за пределы зоны действия сил притяжения планеты и покинуть ее навсегда, уйдя в космическое пространство. Поэтому первичная атмосфера Меркурием была потеряна. Чем легче газ (элемент), тем легче он убегает. Его меньше всего держит планета. Поэтому первым бежит водород. Первым в смысле эффективности, количества убежавшего газа. Вторым — гелий. И так далее. Кстати, одной из основных составляющих нынешней атмосферы Меркурия является именно гелий. Он приходит непосредственно от Солнца. Чистое совпадение в том, что гелий означает «солнечный». Просто этот элемент впервые был открыт на Солнце. Атмосфера Меркурия мало напоминает атмосферу Земли. Атмосферное давление у поверхности Меркурия в 500 миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли. Это такой глубочайший вакуум, которого в наших лабораториях мы не достигнем никогда. Собственно, атмосфера Меркурия — это что-то вроде перевалочного пункта. Сюда непрерывно приносятся частицы гелия от Солнца, но они столь же стремительно и покидают эти места. Это чем-то напоминает текущую реку. Правда, смена атомов гелия происходит не так уж и быстро. Каждый атом гелия живет на Меркурии примерно 200 дней. А затем снова в путь! Его место займет другой атом гелия, который принесет от Солнца солнечный ветер. Атмосфера больше там, где холоднее, то есть на ночной стороне Меркурия. В атмосфере Меркурия имеется и водород. Но его меньше, чем гелия, примерно в 50 раз. Других газов там не обнаружено, хотя их наличие нельзя исключить. Специалисты, которые изучают атмосферу и ионосферу Земли, имеют дело с тысячами самых различных химических реакций. Это целая отрасль науки, и не одна. На Меркурии они остались бы без работы — там, в атмосфере Меркурия, нет химических реакций. Чтобы одна частица вступила в реакцию с другой, им надо встретиться. А там, как в пустыне, частицы газов практически не встречаются. Слишком их мало, и они носятся как пушечные ядра, не встречая друг друга. Это идеал одиночества. Поэтому вряд ли стоит говорить об атмосфере Меркурия. Можно просто считать, что ее нет. Как и у Луны. В атмосфере Меркурия были обнаружены и пары щелочных металлов, натрия и калия, в соотношении 25:1. Их, конечно, ничтожно мало. Полагают, что они являются результатом испарения щелочных металлов из коры планеты, примерно из глубины до 10 километров. Над Равниной Жары этих паров было зафиксировано больше, чем в других местах. Специалисты считают, что источником этих паров могут быть и вулканы (фу-рамолы), которые все же есть и на Меркурии.