Содержание

Меркурий – Журнал «Все о Космосе»

Меркурий (снимок «Мессенджера»), у правого края в южном полушарии виден кратер Толстой

Меркурий — самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца за 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток на Меркурии составляет 58,65 земных, а солнечных — 176 земных. Планета названа в честь древнеримского бога торговли — быстроногого Меркурия, поскольку она движется по небу быстрее других планет.

Сравнительные размеры планет земной группы (слева направо: Меркурий, Венера, Земля, Марс)

Меркурий относится к планетам земной группы. После лишения Плутона в 2006 году статуса планеты к Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −1,9 до 5,5, но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). О планете пока известно сравнительно немного. Только в 2009 году учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки космических аппаратов «Маринер-10» и «Мессенджер». Естественных спутников у планеты не обнаружено.

Меркурий в натуральном цвете (снимок «Маринера-10»)

Радиус Меркурия 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 намного 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 — 4,25 км/с. Несмотря на меньший радиус, Меркурий всё же превосходит по массе такие спутники планет-гигантов, как Ганимед и Титан.

 

Астрономия

Астрономические характеристики

Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −1.9m до 5,5m, но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°).

Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия — в низких широтах и вблизи экватора: это связано с тем, что продолжительность сумерек там наименьшая. В средних широтах найти Меркурий гораздо труднее и возможно только в период наилучших элонгаций. В высоких широтах планету практически никогда нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий виден в течение очень небольшого промежутка времени после наступления сумерек.

Меркурий на звёздном небе (вверху, над Луной и Венерой), Паранальская обсерватория

Наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия в средних широтах обоих полушарий складываются около равноденствий (продолжительность сумерек при этом минимальная). 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).

Астрономический символ Меркурия представляет собой стилизованное изображение крылатого шлема бога Меркурия с его кадуцеем.

Прохождение Меркурия по диску Солнца

Прохождение Меркурия по диску Солнца — довольно редкое астрономическое явление, однако, оно случается намного чаще, чем например прохождения Венеры, поскольку Меркурий находится ближе к Солнцу и меркурианский год короче.

Возможно также одновременное прохождение по диску Солнца и Венеры одновременно с Меркурием, но такое событие бывает исключительно редко. Ближайший совместный транзит Венеры и Меркурия будет 26 июля 69 163 года, следующий — в 224 508 году. Предыдущий одновременный транзит был более 350 тысяч лет назад, в 373 173 году до н. э. В 13 425 году н. э. будет транзит Меркурия и Венеры с разницей в 16 часов.

Прохождение Меркурия может произойти и в момент солнечного затмения. Подобное крайне редкое совпадение случится 30 мая 6757 года.

Прохождение Меркурия по диску Солнца 8 ноября 2006 года. Меркурий виден как маленькая точка чуть ниже центра фотографии

Продолжительность прохождения Меркурия по диску Солнца обычно длится 5 часов.

7 апреля 2094 года в 10.45 по всемирному времени Меркурий пройдёт по диску Юпитера.

Небесная механика Меркурия

Меркурий обращается по своей орбите вокруг Солнца с периодом около 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток на Меркурии составляет 58,65 земных, а солнечных — 176 земных. 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 (0,3 а. е.), в афелии — в 69,7 млн км (0,46 а. е.), таким образом, в перигелии Меркурий более чем в полтора раза ближе к Солнцу, чем в афелии. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 7°. На один оборот по орбите Меркурий затрачивает 87,97 земных суток. Средняя скорость движения планеты по орбите — 48 км/с. Расстояние от Меркурия до Земли меняется от 82 до 217 млн км. Поэтому при наблюдении с Земли, Меркурий за несколько дней изменяет своё положение относительно Солнца от запада (утренняя видимость) к востоку (вечерняя видимость).

Астрономы долгое время считали, что Меркурий постоянно обращён к Солнцу одной и той же стороной, и один оборот вокруг оси занимает у него те же 87,97 земных суток. Наблюдения деталей на поверхности Меркурия не противоречили этому. Данное заблуждение было связано с тем, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через период, примерно равный четырёхкратному периоду вращения Меркурия (352 суток), поэтому в различное время наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности планеты. 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. Такое соотношение периодов вращения вокруг оси и обращения Меркурия вокруг Солнца является уникальным для Солнечной системы явлением. Оно, предположительно, объясняется тем, что приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением. 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.

На Меркурии не существует таких времён года, как на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под почти прямым углом к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, до которых солнечные лучи не доходят никогда. Обследование, проведённое радиотелескопом в Аресибо, позволяет предположить, что в этой холодной и тёмной зоне есть ледники. Ледниковый слой может достигать 2 м и покрыт слоем пыли.

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 угловая скорость орбитального движения превышает угловую 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 Иисуса Навина, который, согласно Библии, однажды остановил движение Солнца (Нав. 10:12—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 чаще других является ближайшей к Земле планетой (поскольку другие отдаляются в большей степени, не будучи столь «привязанными» к Солнцу).

Аномальная прецессия орбиты

Прецессия орбиты Меркурия. Скорость прецессии для наглядности сильно увеличена по сравнению с действительной.

Меркурий находится близко к Солнцу, поэтому эффекты общей теории относительности проявляются в его движении в наибольшей мере среди всех планет Солнечной системы. Уже в 1859 году французский математик и астроном Урбен Леверье сообщил, что существует медленная прецессия перигелия Меркурия, которая не может быть полностью объяснена на основе расчёта влияния известных планет согласно ньютоновской механике. Прецессия перигелия Меркурия составляет 574,10 ± 0,65″ (угловых секунд) за столетие в гелиоцентрической системе координат, или 5600 угловых секунд за столетие в геоцентрической системе координат. Расчёт влияния всех других небесных тел на Меркурий согласно ньютоновской механике даёт прецессию соответственно 531,63 ± 0,69 и 5557 угловых секунд за столетие. Пытаясь объяснить наблюдаемый эффект, он предположил, что существует ещё одна планета (или, возможно, пояс небольших астероидов), орбита которой расположена ближе к Солнцу, чем у Меркурия, и которая вносит возмущающее влияние (другие объяснения рассматривали неучтённое полярное сжатие Солнца). Благодаря ранее достигнутым успехам в поисках Нептуна, с учётом его влияния на орбиту Урана, данная гипотеза стала популярной и искомая гипотетическая планета даже получила название — Вулкан. Однако эта планета так и не была обнаружена.

Так как ни одно из этих объяснений не выдержало проверки наблюдениями, некоторые физики начали выдвигать более радикальные гипотезы, что необходимо изменять сам закон тяготения, например, менять в нём показатель степени или добавлять в потенциал члены, зависящие от скорости тел. Однако большинство таких попыток оказались противоречивыми. В начале XX века общая теория относительности дала объяснение наблюдаемой прецессии. Эффект очень мал: релятивистская «добавка» составляет всего 42,98 угловой секунды за век, что составляет 1/130 (0,77 %) от общей скорости прецессии, так что потребуется по меньшей мере 12 млн оборотов Меркурия вокруг Солнца, чтобы перигелий вернулся в положение, предсказанное классической теорией. Подобное, но меньшее смещение существует и для других планет — 8,62 угловой секунды за век для Венеры, 3,84 для Земли, 1,35 для Марса, а также астероидов — 10,05 для Икара.

Планетология

Магнитное поле

Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого, по результатам измерения «Маринера-10», примерно в 100 раз меньше земного и составляет ~300нТл. Магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру и в высшей степени симметрично, а его ось всего на 10 градусов отклоняется от оси вращения планеты, что налагает существенное ограничение на круг теорий, объясняющих его происхождение. Магнитное поле Меркурия, возможно, образуется в результате эффекта динамо, то есть так же, как и на Земле. Этот эффект является результатом циркуляции вещества в жидком ядре планеты. Из-за выраженного эксцентриситета планеты возникает чрезвычайно сильный приливный эффект. Он поддерживает ядро в жидком состоянии, что необходимо для проявления «эффекта динамо». В 2015 году ученые из США, Канады и России оценили нижнюю границу среднего возраста магнитного поля Меркурия в 3,7-3,9 миллиарда лет.

График, показывающий относительную напряжённость магнитного поля Меркурия

Магнитное поле Меркурия достаточно сильное, чтобы влиять на движение солнечного ветра вокруг планеты, создавая магнитосферу. Магнитосфера планеты, хотя и настолько мала, что может поместиться внутри Земли, достаточно мощная, чтобы захватить заряженные частицы (плазму) солнечного ветра. Результаты наблюдений, полученные «Маринером-10», указывают на существование низкоэнергетической плазмы в магнитосфере с ночной стороны планеты. В «подветренном» хвосте магнитосферы были обнаружены всплески высокоэнергетических частиц, что указывает на динамические качества магнитосферы планеты.

Во время второго пролёта мимо планеты 6 октября 2008 года «Мессенджер» обнаружил, что магнитное поле Меркурия может иметь значительное количество «окон» — зон со сниженной напряженностью магнитного поля. Приборы космического аппарата обнаружили явление магнитных вихрей — сплетённых узлов магнитного поля, соединяющих аппарат с магнитным полем планеты. Вихрь достигал 800 км в поперечнике, что составляет треть радиуса планеты. Такая вихревая форма магнитного поля порождается солнечным ветром. Так как солнечный ветер обтекает магнитное поле планеты, силовые линии магнитного поля связываются с плазмой солнечного ветра и увлекаются им, завиваясь в вихреподобные структуры. Эти вихри магнитного поля формируют «окна» в планетарном магнитном щите, через которые заряженные частицы солнечного ветра проникают сквозь него и достигают поверхности Меркурия. Процесс связи планетного и межпланетного магнитных полей, названный магнитным пересоединением, — обычное явление в космосе. Оно наблюдается и в магнитосфере Земли, при этом возникают магнитные вихри. Однако, по наблюдениям «Мессенджера», частота присоединения магнитного поля к плазме солнечного ветра в магнитосфере Меркурия в 10 раз выше.

Атмосфера

При пролёте космического аппарата «Маринер-10» мимо Меркурия было установлено наличие у планеты предельно разрежённой атмосферы, давление которой в 5·1011 раз меньше давления земной атмосферы. В таких условиях атомы чаще сталкиваются с поверхностью планеты, чем друг с другом. Атмосферу составляют атомы, захваченные из солнечного ветра или выбитые солнечным ветром с поверхности, — гелий, натрий, кислород, калий, аргон, водород. Среднее время жизни отдельного атома в атмосфере — около 200 суток.

Водород и гелий, вероятно, поступают на планету с солнечным ветром, диффундируя в её магнитосферу, и затем уходят обратно в космос. Радиоактивный распад элементов в коре Меркурия является другим источником гелия, и аргона-40, образующегося в результате распада слаборадиоактивного природного изотопа калия-40. Присутствуют водяные пары, выделяющиеся в результате ряда процессов, таких как удары комет о поверхность планеты, образование воды из водорода солнечного ветра и кислорода, содержащегося в оксидах пород и минералов, сублимация льда, который, возможно, находится в постоянно затенённых полярных кратерах. Нахождение значительного числа связанных с водой ионов, таких как O+, OH и H2O+, стало неожиданностью для исследователей.

Концентрация натрия в атмосфере Меркурия. (АМС «Мессенджер», 14 января, 2008 год).

Так как значительное число этих ионов было найдено в окружающем Меркурий космосе, учёные предположили, что они образовались из молекул воды, разрушенных на поверхности или в экзосфере планеты солнечным ветром.

5 февраля 2008 года группа астрономов из Бостонского университета под руководством Джеффри Бомгарднера объявила об открытии у Меркурия кометоподобного хвоста длиной более 2,5 млн км. Обнаружили его при наблюдениях с наземных обсерваторий в дублетной спектральной линии натрия. До этого было известно о хвосте длиной не более 40 тыс. км. Первое изображение хвоста этой группой было получено в июне 2006 года с помощью 3,7-метрового телескопа Военно-воздушных сил США на горе Халеакала (Гавайи), а затем использовали ещё три меньших инструмента: один на Халеакала и два на обсерватории Макдональд (штат Техас). Телескоп с 4-дюймовой апертурой (100 мм) использовался для создания изображения с большим полем зрения. Изображение длинного хвоста Меркурия было получено в мае 2007 года Джоди Вилсоном (старший научный сотрудник) и Карлом Шмидтом (аспирант). Видимая угловая длина хвоста для наблюдателя с Земли составляет порядка 3°.

Новые данные о хвосте Меркурия появились после второго и третьего пролёта АМС «Мессенджер» в начале ноября 2009 года. На основе этих данных сотрудники НАСА смогли предложить модель данного явления.

Геология Меркурия

Гипотезы образования Меркурия

Основной гипотезой появления Меркурия и других планет является небулярная гипотеза.

С XIX века существует гипотеза, что Меркурий в прошлом был спутником планеты Венеры, а впоследствии был ею «потерян». В 1976 году Том ван Фландерн и К. Р. Харрингтон на основании математических расчётов показали, что эта гипотеза хорошо объясняет большую вытянутость (эксцентриситет) орбиты Меркурия, его резонансный характер обращения вокруг Солнца и потерю вращательного момента как у Меркурия, так и у Венеры (у последней также — приобретение вращения, обратного обычному в Солнечной системе). Согласно другой модели на заре формирования Солнечной системы прото-Меркурий почти по касательной столкнулся с прото-Венерой, в результате чего значительные части мантии и коры раннего Меркурия были рассеяны в окружающее пространство и потом собраны Венерой.

Сейчас есть несколько версий происхождения огромного ядра Меркурия. Самая распространённая из них говорит, что первоначально отношение массы металлов к массе силикатов у этой планеты было близким к обычному для твёрдых тел Солнечной системы (внутренних планет и самых распространённых метеоритов — хондритов). При этом масса Меркурия превышала нынешнюю приблизительно в 2,25 раз. Затем, согласно этой версии, он столкнулся с планетезималью массой около 1/6 его собственной на скорости ~20 км/с. Большую часть коры и верхнего слоя мантии снесло в космическое пространство, где они и рассеялись. А ядро планеты, состоящее из более тяжёлых элементов, сохранилось.

По другой гипотезе, Меркурий сформировался в уже крайне обеднённой лёгкими элементами внутренней части протопланетного диска, откуда они были выметены Солнцем во внешние области Солнечной системы.

Геологическая история

Как и у Земли, Луны и Марса, геологическая история Меркурия разделена на периоды (понятие эр используется только для Земли). Это деление установлено по относительному возрасту деталей рельефа планеты. Их абсолютный возраст, измеряемый в годах и оцениваемый по концентрации кратеров, известен с низкой точностью. Эти периоды названы по именам характерных кратеров. Их последовательность (от более ранних к более поздним, с датировками начала): дотолстовский (~4,5 млрд лет назад), толстовский (4,20–3,80 млрд лет назад), калорский (3,87–3,75 млрд лет назад), мансурский (3,24–3,11 млрд лет назад) и койперский (2,2–1,25 млрд лет назад).

После формирования Меркурия 4,6 млрд лет назад происходила интенсивная бомбардировка планеты астероидами и кометами. Последняя сильная бомбардировка планеты окончилась 3,8 млрд лет назад. Часть регионов, например, равнина Жары, была покрыта лавой. Это привело к образованию гладких равнин внутри кратеров, наподобие лунных морей, но сложенных светлыми породами.

Затем, по мере того как планета остывала и сжималась, стали образовываться хребты и уступы. Их можно наблюдать на поверхности более крупных деталей рельефа, таких как кратеры и равнины, что указывает на более позднее время их образования. Вулканизм на Меркурии закончился, когда толщина коры увеличилась настолько, что лава уже не могла изливаться на поверхность планеты. Это, вероятно, произошло в первые 700—800 млн лет его истории. Все последующие изменения рельефа обусловлены ударами о поверхность планеты внешних космических тел.

Геология и внутреннее строение

До недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится твёрдое металлическое ядро радиусом 1800—1900 км, содержащее 60 % массы планеты, так как КА «Маринер-10» обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером не может иметь жидкого металлического 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 недр планеты с твёрдым ядром. Поэтому сегодня можно с высокой долей уверенности говорить, что ядро планеты именно жидкое.

Ядро окружено силикатной мантией толщиной 500—600 км. Согласно данным «Маринера-10» и наблюдениям с Земли толщина коры планеты составляет от 100 до 300 км.

Жидкое железно-никелевое ядро Меркурия составляет около 3/4 его диаметра, что примерно равно размеру Луны. Оно очень массивное по сравнению с ядром других планет.

aboutspacejornal.net

Меркурий столкнется с Солнцем или Венерой

Ричард Зеебе из Университета Гавайев в Маноа (США) предсказывает, что из-за нестабильности Солнечной системы Меркурий со временем упадет на Солнце или Венеру. Правда произойдет это не ранее чем через пять миллиардов лет. При этом остальные планеты останутся на своих местах. Результаты своей работы ученый опубликовал в Astrophysical Journal.


«Вояджер» загадочно исчез в космосе

Планеты-мигранты

У Солнечной системы была достаточно бурная история. Так, группа французских и американских астрофизиков во главе с Дэвидом О’Брайаном из Института планетологии города Тусон пришла к выводу, что движение Сатурна и Юпитера в направлении Солнца оказало решающее влияние на формирование планет.

Как считают современные исследователи, Солнечная система начала формироваться около 4,6 миллиарда лет назад. Толчком к этому стал гравитационный коллапс небольшой части гигантского межзвездного молекулярного облака. При этом из большей части вещества образовалась звезда — Солнце, а из меньшей — вращающийся протопланетный диск. Из последнего впоследствии и возникли планеты, их спутники, астероиды и другие объекты.

Исследователи из группы О’Брайана смоделировали процесс эволюции протопланетного диска на компьютере. Модель показала, что в процессе формирования Солнечной системы Юпитер и Сатурн неоднократно меняли свои орбиты. На одном из этапов двум газовым гигантам удалось приблизиться к светилу на расстояние чуть больше 1 астрономической единицы.

Далее же под воздействием гравитации они стали вновь постепенно удаляться от Солнца до тех пор, пока их орбиты не стабилизировались. Скажем, сейчас расстояние между Солнцем и Юпитером составляет 5,2 астрономических единицы.

«Миграция» газовых гигантов к Солнцу повлияла и на другие планеты. К примеру, масса и объем Марса, который считается планетой земного типа, оказались значительно меньше, чем у Земли и Венеры. Это объясняется тем, что, в отличие от них, он был сформирован из тел, выброшенных за пределы протопланетного диска в результате гравитационных возмущений, вызванных передвижениями тех же Юпитера и Сатурна.

«Революция», устроенная газовыми гигантами, коснулась не только крупных планет, но и астероидов. Так, ученые пришли к выводу, что пояс астероидов между Марсом и Юпитером (откуда, кстати, прибыл упомянутый выше метеорит) обязан своим составом и очертаниями именно взаимодействию с Юпитером и Сатурном. Они «изъяли» часть космических тел из зоны протопланетного диска, а также способствовали образованию астероидов класса C (к нему относятся астероиды с большим содержанием углерода).

Это объясняет не только наличие в астероидном поясе «легких» и «тяжелых» объектов, но и присутствие на Земле огромных запасов воды — по мнению ученых, поскольку вода является летучим соединением, она не должна присутствовать на планетах земной группы в таких количествах.

Судьба Меркурия

Меркурий, о котором здесь идет речь, — самая маленькая планета Солнечной системы, представляющая одну из величайших загадок для исследователей. Дело в том, что диаметр его твердого ядра составляет больше половины диаметра всей планеты и раз в пять превышает диаметр земного ядра.

Как предполагают ученые, верхние слои мантии планеты были уничтожены астероидом, либо, на ранней стадии формирования Солнечной системы, «выметены» Солнцем во внешние области.

Взяться за исследование Зеебе побудили расчеты других астрономов, которые заявили, что через некоторое время орбита Меркурия изменится настолько, что он начнет хаотически двигаться по Солнечной системе, и произойдет его столкновение с Землей, вследствие чего наша планета будет уничтожена.

Зеебе решил уточнить результаты, полученные его коллегами. Он использовал более точные алгоритмы и методики расчетов, составив модель процессов, которые будут происходить в нашей системе в течение ближайших 5 миллиардов лет.

Так, для упрощения и ускорения вычислений астроном применил составленные им самим статистические алгоритмы, позволявшие «склеивать» схожие пары орбит. Все расчеты велись на суперкомпьютере Cray CS300 и заняли несколько месяцев. На обычном компьютере эта процедура заняла бы 200 лет, говорят специалисты.

Земля останется. Но без нас…

Как выяснилось, Меркурий действительно может сорваться с орбиты, но вот только столкнется он не с Землей, а с Солнцем или Венерой. Столкновение произойдет 90-100 миллионов лет спустя после того как орбита планеты вытянется и примет эллиптическую форму. Правда, вероятность такого расклада невелика и составляет всего 0,6 процента.

Хорошая новость состоит в том, что Земле при этом ничего не угрожает и она будет оставаться на своем месте даже через миллиарды лет после того, как жизнь на ней исчезнет из-за возрастания яркости Солнца и исчерпания ресурсов. Хотя для нас это слабое утешение: кому нужна планета без людей?

www.pravda.ru

Исследования объектов Солнечной системы космическими аппаратами: Меркурий и Венера: kiri2ll — LiveJournal

В честь  55-летия с момента начала космических исследований Солнечной системы, я решил составить  дайджест, рассказывающий об истории ее изучения  космическими аппаратами. Первая часть посвящена внутренним планетам: Меркурию и Венере.

Меркурий

Меркурий является ближайшей к Солнцу планетой. Но не к нему одному. Как это не удивительно, но вследствие особенностей орбиты именно Меркурий, а не Марс или Венера большую часть года является ближайшей к Земле планетой. Но, несмотря на кажущуюся близость, он является одной из наименее изученных планет Солнечной системы.

Связано это опять же с его местоположением. Наблюдать планету с Земли непросто – на небе, Меркурий никогда не удаляется от Солнца больше чем на 28,3 градуса. Его всегда приходится наблюдать на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом, причём в течение очень непродолжительного промежутка времени: не позднее чем за 2 часа до рассвета и не позднее чем через 2 часа после заката. Однако, гораздо чаще время наблюдений намного меньше и составляет всего 20-30 минут.
Луна, Меркурия и Венера на небе

Из-за этих сложностей существует крайне  популярная легенда про то, что например Коперник так и не смог увидеть Меркурий собственными глазами.Если говорить про космические телескопы, то ситуация не становится проще. “Хаббл” теоретически мог бы попытаться отснять его поверхность, но лишь теоретически – на практике инженеры никогда на это не пойдут из-за слишком большой опасности спалить хрупкую оптику телескопа. Что касается космических аппаратов, то тут все тоже весьма непросто. Орбитальная скорость Земли составляет 30 км/с, орбитальная скорость Меркурия – 48 км/с. Недостающую скорость надо добрать, но при этом все куда сложнее простого разона – нельзя забывать про гравитационное влияние Солнца которое будет тянуть на себя аппарат и увеличивать его скорость. И чтобы выйти на орбиту планеты, а не просто пролететь мимо, лишнюю скорость нужно как-то погасить.

Поскольку на Меркурии нет своей атмосферы, аэроторможение отпадает. Можно конечно использовать для торможения двигатели – но возможностей современной ракетной техники не хватает, чтобы напрямую направить к Меркурию аппарат с достаточным для этого запасом топлива. Следовательно, необходимо применять комбинацию из тормозных импульсов и гравитационных маневров – а это означает лишнее время полета и лишние миллионы километров. При этом, даже при такой схеме полета складывается интересный парадокс:  чтобы достичь Меркурия, нужно затратить больше топлива, чем для того, чтобы навсегда отправить в межзвездное пространство аппарат из Солнечной системы .

Из-за всех этих сложностей, к Меркурию пока что летало всего два аппарата. Первым был запущенный в 1973-е году “Маринер-10”, который  использовал гравитационный маневр у Венеры чтобы выйти на орбиту, позволявшую ему раз в полгода совершать пролеты вблизи Меркурия и фотографировать одно из его полушарий.

Ресурсов аппарата хватило всего на три пролета, после которых связь с ним была утеряна. Тем не менее, Маринер-10 сумел сфотографировать примерно 45% сильно кратерированной поверхности планеты и установил наличие у нее на удивление сильного для такой медленно вращающейся планеты магнитного поля.Следующего посланца пришлось ждать свыше 30 лет. Им стал «MESSENGER», который стартовал в 2004 году и стал первым аппаратом, вышедшим на полноценную орбиту вокруг Меркурия.Для этого, зонду  преодолеть за 6.5 лет 7.9 миллиардов километров пути (это больше, чем расстояние до Плутона) и совершить 6 гравитационных маневров: один у Земли, два у Венеры и три собственно у самого Меркурия.После этого, аппарат, наконец вышел на орбиту планеты где и пребывает по сей день, сумев отснять всю ее поверхность и озадачив нас массой тайн, вроде того, откуда у Меркурия такое непропорционально огромное ядро, которое занимает 75% объема всей планеты.Следующим посланцем к Меркурию по всей видимости станет европейско-японская миссия “БеприКоломбо”, которая должна быть запущена в 2016 и достигнет планеты в 2021 году.

Венера

Венера является куда более простой в плане полета и интригующей целью, чем Меркурий. Ее поверхность всегда была скрыта от наблюдателей толстым слоев облаков, что будоражило сознанием фантастов, регулярно упоминавших в своих произведениях некие венерианские джунгли, болота и их дружелюбных обитателей.

Например таких


Под эту картинку так и просится заголовок «Венера которую мы потеряли»
Однако первые пролетные миссии в 60-е годы прошлого века быстро установили, что атмосфера планеты разогрета до очень больших температур – а значит, никаких болот и гигантских ящериц. Правда, даже тогда выдвигались весьма экзотические предположения по поводу того, что может находиться собственно говоря на самой поверхности —  в частности, говорили даже про океан из жидких углеводородов.Чтобы окончательно ответить на этот вопрос, необходимо было проникнуть под слой облаков. И первую скрипку в этих исследованиях сыграл СССР – США в те годы не уделяли особого внимания Венере, ограничившись парой пролетных миссий в 60-е годы. Правда, стоит отметить что существовал интересный проект пилотируемого облета Венеры с использованием модифицированного Аполлона (я о нем как-то писал), но из-за урезания финансирования, но он так и остался на бумаге.Итак, в 1967 году “Венера-4” впервые попыталась совершить посадку на планету. Однако из-за сильной недооценки давления на поверхности (аппарат был рассчитан на 10 атмосфер, а в реальности цифра составляет 90 атмосфер) он был раздавлен на высоте 28 километров. Такая же судьба постигла “Венеру-5” и “Венеру-6”.Наконец, в 1970 году “Венере-7” удалось добраться до поверхности и передать данные о том что там происходит: давление в 90 атмосфер и температура в 520 градусов. Добавьте к этому идущие в ядовитой атмосфере дожди из серной кислоты, отсутствие магнитного поля и тектоники вкупе с недавней вулканической активностью –  и получите явно не самое приятное место для отдыха.В 1975 году “Венера-9” передала первые фотографии с поверхности планеты.Тремя годами позже, были запущены американские “Пионер-Венера 1” и “Пионер-Венера 2”. Второй аппарат исследовал атмосферу, а первый попытался составить первую  карту планеты используя радиолокацию. В 1982 году на Венеру сели “Венера-13” и “Венера-14”, которые передали первые цветные снимки с поверхности и осуществили первую запись звука (раскаты грома) с  другого небесного тела.В 1983 годах СССР запустил станции “Венера-15” и “Венера-16”, которые составили первую полноценную карту поверхности планеты, поставив точку в весьма успешной программе «Венера».В 1985 году, на пути к комете Галлея, две станции серии “Вега” сбросили в атмосферу Венеры не только спускаемые аппараты но и пару аэростатов для изучения атмосферы. Они продержались там 46 и 60 часов соответственно, доказав возможность подобного способа изучения планеты. «Вега» стала последней успешной советской межпланетной миссиtй.В 1990 был запущен аппарат «Магеллан», который проработал 4 года на орбите Венеры, составив весьма подробную радиолокационную карту 98 % поверхности планеты.
Радиолокационная карта Венеры

В 1994 году после выработки всего топлива он сошел с орбиты – и в течении последующих 12 лет изучение Венеры проводилось лишь аппаратами с пролетной траектории, использовавшими ее для гравитационных маневров («Галилео», тот же «MESSENGER», «Кассини»).

Наконец, в 2006 году на орбиту планеты вышел европейский “Venus Express”, в течении последующих 8 лет немало пополнивший копилку наших знаний о двоюродной сестре Земли. Сейчас аппарат готовится к своеобразному научному самоубийству путем нырка в атмосферу Венеры, а затем попытки возвращения назад. Но даже если аппарат и переживет это, его дни  в любом случае сочтены – а это значит что на некоторое время Венера снова останется одна.

В 2011 году счастья с изучением Венеры решили попытать японцы – но  из-за отказа двигателей, их зонд «PLANET-C» так и не смог выйти на орбиту планеты и сейчас болтается на гелиоцентрической орбите. В следующем году японцы попытаются  направить его к планете, используя серию небольших маневров.  Но шансы что у них получиться спасти миссию оцениваются как не слишком большие.Что касается будущих исследований, то тут царит неопреденность. Индийское космическое агенство анонсировало планы по запуску к Венере аппарата в следующем году, но пока непонятно, будут ли они осуществлены. Что касается других стран, то есть несколько интересных предложений, но без конкретных дат.  Хотя я был бы совсем не против взглянуть на кадры с поверхности Венеры, сделанные с помощью современной техники.

kiri2ll.livejournal.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.