Все о планете Меркурий: сведения, строение, физические характеристики, состав

Планета Меркурий была известна человечеству с древних времен. Первое упоминание о ней встречается в XVI веке до н. э. в сборнике вавилонских астрологических таблиц «Муль апин». За всю историю наблюдений у Меркурия было много разных названий. Шумеры в сборнике «Муль апин» называли его «прыгающей планетой», в Греции он назывался Гермаоном, Аполлоном. Своему настоящему названию планета обязана древним римлянам. Они назвали ее в честь быстрого бога торговли Меркурия за то, что движется по небу быстрее других планет.

Общие сведения о Меркурии

Меркурий – самая близкая к Солнцу планета. От Меркурия до звезды – 58 млн. км. Кроме этого, Меркурий является рекордсменом среди планет по размерам. Он самый маленький в земной группе. Радиус составляет 2440 км, меньше чем аналогичный у Титана и Ганимеда — спутников Сатурна и Юпитера. Несмотря на это, масса планеты довольно большая – 3,3*10²³ кг, что обусловлено наличием массивного ядра.

Планета имеет среднюю плотность, немного меньшую в сравнении с земной и составляющую 5,43 г/см³. С учетом того, что размеры Земли значительно больше, это указывает на высокую концентрацию металлов в структуре.

Ускорение свободного падения примерно в два раза меньше земного и равняется 3,70 м/с².

Как и у Венеры, у Меркурия отсутствуют естественные спутники.

Как выглядит Меркурий

Планета имеет ряд отличительных особенностей в строении.

1. Кратеры, из-за которых поверхность планеты во многом похожа на лунную.

Как предполагают ученые, они образовались после столкновения с осколками, оставшимися со времен формирования Солнечной системы.

Форма и размеры кратеров различны. Одни кратеры очень глубокие и многокольцевые, другие – представляют собой небольшие впадины. Крупных кратеров на Меркурии не так много, как на земном спутнике. Самым большим считается бассейн равнины Жара, высота которого составляет 1315 км, а диаметр 1550 км. Наличие больших кратеров указывает на то, что в коре в течение последних 4 млрд. лет не происходило какого-либо тектонического движения.

Кратеры на планете постепенно разрушаются. На хорошо сохранившихся можно разглядеть лучи горных пород, смещенных при столкновении с космическим объектом.

На поверхности планеты есть участки с более плотным расположением кратеров, являющиеся вместе с тем более древними, и зоны с менее плотным, более молодые, образованные в результате затопления лавой.

2. Равнины, расположенные между кратерами.

По предположениям ученых, они образованы в результате движения лавы.

Эти две особенности противоречат друг другу. Присутствие равнин, или лавовых полей, указывает на вулканическую активность планеты в прошлом. Но количество и возраст кратеров свидетельствуют о долгом отсутствии геологической активности Меркурия.

3. Многочисленные зубчатые хребты, простирающиеся на сотни километров и достигающие двух километров в высоту.

В вопросе их происхождения среди ученых нет единого мнения. Согласно первой точке зрения хребты образованы  в результате выпучиваний коры, связанных с ядерной активностью. Если на Земле такие выпучивания появляются при движении тектонических плит, то на Меркурии выдавливание коры происходит из-за постепенного сжатия ядра.

Существует вторая точка зрения относительно теории образования хребтов. Некоторые исследователи предполагают, что хребты возникли в результате падения астероидов.

Отличительной чертой Меркурия является тот факт, что большая часть его поверхности обладает однородной структурой, согласно полученным в ходе миссии Мессенджер данным. У схожих с ним по внешнему строению Луны и Марса левое и правое полушария имеют разное строение.

Химический состав

Первые данные, характеризующие химический состав Меркурия, были получены в ходе миссии аппарата messenger в 2011 году. Методом спектрометрии были изучены верхние слои грунта на площади 5 млн. кв. м. В этой области были обнаружены высокие концентрации соотношений Ca/Si, Mg/Si, S/Si и низкая концентрация Al/Si. Иными словами, в верхнем слое грунта Меркурия преобладает магний, кальций и сера, и в наименьшем количестве содержится алюминий.

Внутреннее строение

Внутреннее строение Меркурия представлено трехслойной структурой, состоящей из ядра, мантии и коры.

По данным, полученным аппаратом Мессенджер, толщина коры — 26±11 км.

Толщина мантии, образованной преимущественно силикатами, — 500 км.

Достаточно массивное ядро составляет примерно 83% от общей массы планеты. По химическому состоянию оно жидкое и представляет собой расплавленную смесь железа и никеля. При этом концентрация железа выше, чем в ядре любой другой планеты.

Атмосфера

Атмосфера Меркурия предельно разряжена. Ее давление составляет 10^-15 бар, что в 5*10²³ раз меньше земного. В атмосфере планеты присутствуют:

• Кислород 42%;
• Натрий 29%;
• Водород 22%;
• Гелий 6%;
• Калий 0,5%;
• Остальные вещества 0,5% (углекислый газ, вода, кальций, магний, азот, ксенон, аргон, неон, криптон).

Появление многих веществ обусловлено действием солнечного ветра, представляющего собой ионы гелиево-водородной плазмы. Ударяясь с большой скоростью, эти частицы выбивают из поверхности в атмосферу атомы натрия, калия, кальция, магния, разрыхляя верхний слой грунта. Часть ионов плазмы улетают обратно в космос, часть – захватываются магнитосферой Меркурия. Аргон попадает в атмосферу в результате радиоактивного распада калия, вызванного действием низкоплазменного потока. Водяные пары образуются в реакции взаимодействия оксидов грунта и водорода солнечного ветра, а также появляются в процессе таяния льда в кратерах.

Атом в атмосфере Меркурия живет примерно 200 суток. Несмотря на гравитацию и наличие магнитного поля, газы легко рассеиваются в космическое пространство.

Орбита Меркурия

Вращение Меркурия вокруг звезды происходит по орбите в форме сильно вытянутого эллипса. В афелии планета удалена от Солнца на 70 млн. км, а перигелии – на 46 млн. км. Соответственно, в фазе афелия она 1,5 раза дальше от звезды, чем в фазе перигелия.

Период обращения равняется 88 земным суткам. Долгое время исследователи считали, что у Меркурия нет осевого вращения. В результате проведенной в 1960-х годов радиолокации установили, что он совершает 1,5 оборота вокруг оси за один оборот вокруг Солнца. Ни у одной из планет Солнечной системы нет данного соотношения периодов вращения. Ввиду этого солнечные меркурианские сутки длятся 2 года.

Меркурий вращается на орбите со скоростью 48 км/с. Осевое вращение Меркурия происходит с постоянной скоростью, тогда как при вращении вокруг Солнца скорость меняется. В течение 8 суток на участке перигелия угловая скорость орбитального движения превышает таковую для осевого — 56,6 км/с в перигелии, 38,7 км/с в афелии. Солнце будто останавливается, а затем начинает двигаться не на запад, а на восток. Астрономы назвали это явление эффектом Иисуса Навина, персонажа в Библии, который предсказал остановку Солнца.

Смена времен года, аналогичная земной, на Меркурии не происходит. Это объясняется расположением оси собственного вращения под углом в 90° к плоскости орбиты. Поэтому в области полюсов есть зоны, на которые солнечные лучи падают горизонтально. В этих областях наблюдается вечная зима.

Природные условия

На Меркурии наблюдаются крайне резкие в сравнении с другими планетами Солнечной системы перепады температур. Это обусловлено следующими факторами:

1. Медленным вращением планеты вокруг оси.
2. Непосредственной близостью к Солнцу.
3. Разреженной атмосферой.
4. Эродированной поверхностью, плохо проводящей тепло внутрь планеты.

Температура на планете днем в среднем 350°C, ночью — -170°C. Максимальная температура, зафиксированная на «горячей долготе» планеты во время нахождения в перигелии, — 427°C, минимальная — -183°C.

На Меркурии присутствуют гигантские запасы воды в виде льда, расположенные на дне кратеров. Этот лед никогда не тает из-за недостатка солнечного тепла. Его происхождение очень интересует ученых. Если на планете когда-либо была вода, это означает, что здесь могла бы существовать жизнь.

Магнитное поле

В основе магнитного поля Меркурия лежат динамические эффекты, возникающие в ядре при циркуляции расплавленного железа. Как и на нашей планете, магнитное поле дипольное – есть южный и северный полюса. Но по силе оно примерно в 100 раз меньше земного. Под воздействием низкоплазменного ветра магнитное поле отклоняется на 480 км к северу. В результате этого южный полюс больше подвержен воздействию космической радиации, чем северный.

Достаточно сильное магнитное поле планеты взаимодействует с солнечным ветром, захватывая потоки низкоэнергетической плазмы и образуя большое количество вихрей. В 2008 году приборы Мессенджера зафиксировали вихри, представляющие собой сплетенные узлы магнитного поля, соединявшие космический аппарат с планетным магнитным полем. Частота их возникновения на Меркурии выше в 10 раз таковой на земле.

В результате в электромагнитном поле планеты появляется большое количество зон («окон»), характеризующихся низкой напряженностью. Через «окна» частицы плазмы, переносящиеся потоком солнечного ветра, достигают поверхности.

Гипотезы образования

Небулярная гипотеза происхождения Меркурия является основной. Согласно ей планета-карлик сформировалась из космической туманности.

Существует и вторая гипотеза. Ученые предполагают, что Меркурий был спутником Венеры, а со временем отделился от нее, став планетой. Том Ван Фландер и К.Р.Харрингтон в 70- хх годах XX века провели математические расчеты и показали, что эта теория вполне правдоподобна, так как объясняет резонансный характер вращения вокруг Солнца, вытянутость орбиты и потерю момента вращения.

История формирования необычно большого ядра беспокоит ученых не меньше, чем развитие собственно планеты. Для объяснения этого факта была разработана версия, по которой она подверглась столкновению с космическим объектом. В прошлом планета была в 2,25 раза тяжелее, содержание силикатов было более высоким. Затем Меркурий на скорости 20 км/с столкнулся с малым небесным телом, масса которого была в шесть раз меньше меркурианской. Тяжелое металлическое ядро не претерпело изменений, а мантия и кора потеряли значительную долю веществ, которые улетели и рассеялись в космическом пространстве.

По другой гипотезе Меркурий сформировался из протопланетного небесного тела, в частности из внутренней его части. Эта часть была подвержена влиянию солнечного ветра и излучения, поэтому из нее постепенно вымывались легкие химические элементы. Это, возможно, и является причиной столь низкого соотношения в структуре легких элементов к тяжелым.

Исследования Меркурия продолжаются

К Меркурию в октябре этого года был запущен космический корабль Bepicolombo – совместная миссия космических агентств двух стран — Японии и Европы. Миссия будет проводиться на разных орбитах двумя аппаратами:

• Японским Mercury Magnetospheric Orbiter;
• Европейским Mercury Planetary Orbiter (MPO).

Оба аппарата оснащены многочисленными приборами для исследования, предоставленными различными странами-участницами проекта, среди которых значится и Россия. Как ожидается, в ходе проекта Bepicolombo будут изучены внутренняя структура Меркурия и состав поверхности, его геологическая история развития, исследовано взаимодействие магнитного поля с солнечным ветром, картированы полярные области на предмет распространения водяного льда и водородсодержащих соединений.

Прибытие аппаратов к месту назначения, по ожиданиям ученых, произойдет в декабре 2025 года. Таким образом, менее чем через 10 лет ученые, возможно, опровергнут или подтвердят свои предположения о происхождении огромных запасов льда на планете, кратеров и скал и многие другие.