Содержание

Химический состав планеты Солнечной системы Меркурия

Ударный бассейн, шириной 250 километров, снимок космического аппарата MESSENGER

Меркурий является планетой земной группы, как и все остальные три внутренние планеты: Венера, Земля и Марс. Он самый маленький из них и имеет диаметр всего 4879 км. Каков же его состав?

Химический состав

Он образован на 70% металлами и 30% силикатными материалами. Cостав Меркурия немного менее плотный, чем Земной с ее плотностью 5,43 г/см3.

Так как планеты гораздо меньше Земли, то его гравитация не так сильно сжимает планету, так что на самом деле планета содержит тяжелые элементы в ядре.

Астрономы считают, что ядро является очень большим и состоит в основном из железа.

Оно занимает до 42% от общего объема планеты, в то время, как у Земли всего 17%.

Само ядро составляет около 3600 км в поперечнике. Окружающая его мантия имеет толщину 600 км. Вокруг мантии находится кора, размером 100-200 км.

Кора, как известно, содержит много горных хребтов, которые простираются на сотни километров.

Планетарные геологи считают, что часть хребтов сформировалась, когда планета начала охлаждаться, а другая часть образовалась из-за деформаций от падения больших астероидов.

Что же эта за причина, которая может объяснить почему Меркурий имеет такое большое ядро, и что повлияло на зарождающуюся планетезималь в самом начале ее истории? Возможно, что он сформировался до того, как вспыхнуло наше Солнце. После начала термоядерного синтеза в ядре звезды, Солнце испарило часть поверхности планеты, мощным солнечным ветром.


comments powered by HyperComments

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 15830

spacegid.com

Из чего сделан Меркурий: описание состава

Солнечная система > Планета Меркурий > Из чего сделан Меркурий

Состав Меркурия – из чего состоит первая планета Солнечной системы. Расстояние к Солнцу, история создания, плотность, сравнение с Землей, исследования и схемы.

Из-за средней удаленности в 57.9 миллионов км Меркурий считается ближайшей к Солнцу планетой. Относится к земному типу, которые отличаются скалистым составом. Но из чего сделан Меркурий?

Из чего сделан Меркурий

Исследователи полагают что в вопросе состава Меркурия следует ориентироваться на схожесть с Землей. У него есть крупное металлическое ядро в жидком состоянии. Вокруг сосредоточен слой магнии из кремнезема и твердая кора. Однако не будем забывать, что на ядро уходит целых 42% планетарного объема (у Земли лишь 17%). Ниже указана схема строения Меркурия.

Предполагаемое строение Меркурия

Данные показывают, что его плотность составляет 5.427 г/см

3, что ставит его на вторую позицию после Земли (самая плотная планета Солнечной системы). Подобная ситуация доказывает наличие металлического ядра и каменной оболочки. Более того, есть мнение, что концентрация железа в ядре превышает любой планетарный показатель в нашей системе. По составу даже напоминает хондритский метеорит.

Центр представлен металлическим ядром, напоминающим земное. Но здесь оно охватывает целых 42% от всей планеты (17% у Земли). Но почему-то оно не вырабатывает магнитное поле с такой же интенсивностью. Раньше думали, что ядро должно быть твердым. Но анализ радиосигналами показал жидкое состояние. Это доказала скорость колебания.

Состав Меркурия в процентном соотношении

Вокруг ядра сосредоточена мантия, простирающаяся на 500-700 км и представлена силикатами. Выше идет кора. Маринер-10 и земные телескопы показали, что кора охватывает в толщину до 300 км. Там наблюдается огромное количество депрессий. Полагают, что они возникли из-за частой и кардинальной смены температурного режима.

Поверхностные особенности сильно напоминают лунные. Мы также видим равнины, бассейны и кратеры. Самый крупный – Калорис с шириной в 1550 км. Удар был мощным и привел к вулканической активности на противоположной стороне.

Полезные статьи:


Положение и движение Меркурия

Строение Меркурия

Поверхность Меркурия

v-kosmose.com

Поверхность планеты Меркурий: кратеры, равнины, состав

В нашей Солнечной системе из всех планет, самой маленькой, и первой по близости к Солнцу, является Меркурий. Продвигается по небесной сфере он быстрее многих больших планет, и по этой причине имеет название в честь древнего бога торговли быстрого Меркурия. Для ученых планета представляет собой повышенный интерес. В ней все необычно: вращение вокруг солнца и вокруг своей оси. Изучается подробно поверхность Меркурия, рельеф, почва, ее состав.

Геология Меркурия

Несмотря на свои небольшие размеры, Меркурий немного уступает Земле по плотности. Нетипично высокая плотность у маленькой планеты показывает, что строение планеты отличается от Земли совершенно. Одно только расплавленное металлическое ядро планеты занимает более 80% всего объема. А железа в составе планеты больше, чем в любой другой планете солнечной системы. Это металлическая планета, а Земля и Марс состоят в основном из силикатов.

Утверждение о жид­ком со­стоя­нии яд­ра планеты под­твердилось в 2007 году радиолокационными на­блю­де­ния­ми, а позднее ис­сле­до­ва­ния­ми, космического аппарата «Мес­сенд­жер» в 2008 году. По рас­чё­там ученых выясняется, что за вре­мя су­ще­ст­во­ва­ния Меркурия изначально жид­кое яд­ро долж­но бы­ло уже о­твер­деть за 2 млрд. лет. Объ­яс­нить такой па­ра­докс ученые могут, пред­по­ложив, что в яд­ре при­сут­ст­ву­ют эле­мен­ты, которые снижают температуру отвер­де­ва­ния.

По гипотезе возникновения Меркурия, считается, что он давно был спутником Венеры, но в связи с планетарной катастрофой, стал самостоятельным объектом с вытянутой орбитой. Этой причиной подтверждается значимая потеря коры и мантии, атмосферы. По геологическим показателям у планеты тонкие слои коры и мантии в сравнении с Землей. Но есть и схожие физические параметры с Луной.

Благодаря металлическому составу, Меркурий обладает сильным магнитным полем. Оно дает возможность противостоять солнечному ветру, и перехватывать заряженные плазменные частицы от солнца.

Ученые придерживаются мнения, что геологической активности на планет нет уже миллиарды лет.

Температура на планете колеблется в диапазоне 500 градусов:

  • днем доходит до + 350 гр.;
  • ночью до – 170 гр.

Наверное, всем понятно, почему так трудно увидеть на небе Меркурий, ведь он во много раз меньше Земли. И траектория прохождения его вокруг Солнца эллипсовидная. Но в большой бинокулярный телескоп, который расположен в США в штате Аризона, планета будет отчетливо видна. В январе 2015 года наблюдалось редкое явление — парад планет Венеры с Меркурием.

Формирование рельефа поверхности

Меркурия по строению рельефа похож и напоминает Луну, ландшафт скудный. Из-за отсутствия защитной атмосферы, планета, покрытая многочисленными кратерами от ударов метеоритов, выглядит уныло. Большая территория поверхности и низовий кратеров представляют собой значительные пространства с застывшей лавой, которые подтверждают бурную вулканическую активность. Тектонических плит на Меркурии нет, и кора слоями покрывает мантию.

Исследовательский зонд «Мессенджер» получил фотографии до 80 % поверхности Меркурия, в итоге ученые установили:

  1. Поверхность рельефа Меркурия однородна, если сравнивать с Луной и Марсом, у которых полушария различаются. Известен точно и цвет Меркурия — планета серого цвета (пепельная), в наши дни на ней не зафиксировано ни одного действующего вулкана.
  2. Химический состав поверхности показывает, что планета богата магнием, полевым шпатом, и скудна титаном, кальцием и алюминием. Много на поверхности серы, значит, планета формировалась в восстановительных условиях.
  3. Ученые предполагали, что вода и лед на Меркурии присутствуют. Они могли попасть на планету с падением ледяных комет. Днем при повышенной температуре, лед и вода на Меркурии испаряются, а пар клубится над поверхностью. Затем оседает на дно кратеров по полюсам, куда солнце не попадает, по той причине, что ось вращения планеты перпендикулярна к самой плоскости орбиты. Это подтверждает, что гидросфера на планете есть.
  4. Площадь поверхности Меркурия 74 800 000 км, это в 6,8 раз меньше, чем у Земли. Составлена точная карта поверхности планеты, согласно фотографиям.
  5. Альбедо Меркурия. Это перечень территорий планеты по светлым областям (например, Борея, Аврора), и по темным (пустыням) – Атланта, Гелиоса.

Особенности рельефа

В рельефе преобладают кратеры, в хорошо сохранившемся состоянии. И высохшие равнины Меркурия говорят о том, что планета геологически не активна, и на ней нет никакой жизни миллиарды лет. Благодаря мощному магнитному полю, планета за длинный период времени, забирала на себя космическую пыль с элементами разных составов. Рельеф приобрел вид твердой скалы. Ученые дают Меркурию сравнение со сморщенной яблочной кожурой. Многочисленные кратеры с огромными диаметрами практически полностью покрывают планету. А все расстояние между кратерами покрывают равнины.

Кратеры Меркурия

Кратеры на Меркурии присутствуют везде, от карликовых объемов до гигантских, с множеством колец на несколько километров, в основном они ударные. Большинство из них сформированы в поздней эпохе нашей звездной системы около четырех миллиардов лет назад. Стадии разрушения у каждого из них разные:

  1. У одних сохранившихся кратеров, остались удлиненные лучи — полосы вокруг. Они образовались от сильного, мгновенного выброса веществ в миг столкновений.
  2. Другие кратеры полностью разрушены.

От лунных, меркурианские кратеры отличаются уменьшенными параметрами ореола от выбросов. Потому что, на Меркурии, из-за объемного металлического ядра, большая сила тяжести. Здесь гигантских кратеров меньше, чем у Луны. Некоторые из них:

  1. Кратер Койпер имеет размеры до 60 км, у него самый высокий диапазон волны альбедо. Возможно, Койпер является одним из последних больших, образовавшихся кратеров на Меркурии.
  2. Кратер Калорис огромных размеров – диаметр 1300 км (подробно о нем в разделе равнинные участки).
  3. Кратер диаметром 390 км под названием бассейн Толстого, обладает глубиной в 2 км. Считается, что его поверхность старая. Ученые дают возраст кратеру 4 миллиарда лет.
  4. Ударный кратер, под прекрасным именем знаменитого художника – Рембрандт, с большим диаметром свыше 700 км один из крупнейших на Меркурии, второй после Калорис. В кратере множество гор по несколько сотен метров и две горы по 1,5 км. Система получилась в результате удара астероида примерно около 4 миллиардов лет назад.

Всего на планете насчитывается более 15 кратерных бассейнов, которые охватывают большие пространства планеты. Помимо больших кратеров, на планете существуют:

  1. Цепочки кратеров, они меньших размеров. На Меркурии они появились в связи со столкновением с космическими телами, которые подлетая к планете, разорвались на меньшие части.
  2. Уступы, горы, борозды и хребты. Хребты с разломами образовались на Меркурии в связи со сжатием планеты в период остывания. А эскарпы (крутые откосы) напоминают об уменьшении коры.

Кратеры на Меркурии за исключением нескольких, приобретают имена в честь выдающихся людей: художников, писателей, поэтов, музыкантов. Несколько лет назад, исследователи обнаружили интересную находку. Положение некоего скопления кратеров, образуют мордочку Микки Мауса. Быть может, в будущем эти очертания так и назовутся.

Равнинные участки

Ученые с интересом изучают долины и равнины Меркурия. Главной причиной формирования конкретных ландшафтов считается продолжительная вулканическая деятельность. Одной из известных меркурианских, считается знаменитая «Равнина Жары». Она называется так, потому что находится около одной из «горячих долгот». Равнина из лавы заполняет огромный кратер с гигантскими размерами 1500 х 1300 км. Он самый крупный на планете.

Его хребет бассейн Калорис, местами (горы Жары) достигает 2 км и более. Равнина Жары считается самой большой ударной системой на планете. В центральной части равнины расположена целая структура борозд и хребтов, с названием «Паук». Ученые предполагают что:

  1. Метеорит или комета, от удара которого сформировался кратер, имел гигантские размеры до 100 км.
  2. Меркурий получил такое мощное сотрясение, что сейсмические волны прошли всю планету насквозь.
  3. Концентрируясь в противоположной симметричной точке планеты, волны создали в месте удара хаотический неповторимый ландшафт.
  4. Был спровоцирован выброс лавы, в результате чего и получились горы Жары.

Долины и равнины Меркурия имеют волнистые и ровные территории, где формировался ландшафт. На протяжении миллионов лет горные породы разрушаясь, формировали постепенно равнины. Но основным источником создания равнинных пространств на Марсе выделяют вулканическую деятельность, что подтверждается окаменелой лавой в многочисленных древних кратерах.

oplanetah.ru

Состав Меркурия

Первая планета от Солнца относиться к земной группе. Состав Меркурия похож на Луну, но отличия есть. Давайте рассмотрим всё по порядку.

Самое аномальное это ядро, оно занимает 83 % от всего объёма и имеет жидкое состояние, железно-никелевого сплав. Это необычное явление, а вот почему так, на, то есть две основные версии.

Первая самая распространённая. Когда-то Меркурий был обычной планетой по соотношению массы металлов и силикатных пород, но произошло столкновение с планетезималью. Что привело к тому, что поверхность и часть мантий были унесена в космическое пространство. В результате этой катастрофы, было потеряно большая часть от всей массы.

Вторая, что при формировании планеты было мало строительного материала, который, в свою очередь, был вытеснен солнечным излучением.

Далее идёт мантия, состоящие из силикатов и толщиной 600 км. Силикаты — это обширная часть минералов, в которую входят Si, O, Al, Mg, Mn, Ca, Na, K, Li, B, Be, Zr, Ti, F, H и так далее.

Завершает всё это кора, толщина которой от 100 до 300 км, это и есть поверхность. Она очень похожа на лунную, то есть сильно изрезана кратерами. Но вот есть отличие, это зубчатые откосы. Предположительно образовались они при сжатии, когда планета остывала.

Из всего этого делаем вывод, что состав Меркурия — ядро, мантия и кора. Каждый по отдельно элемент представляет для учёных огромный интерес и, возможно, поможет ответить на вопрос, что же случилось с планетой в прошлом.

Строение Меркурия

Похожие новости:

Не забывайте делиться. Спасибо.

cosmosplanet.ru

К какому типу планет принадлежит Меркурий?

Солнечная система > Планета Меркурий > К какому типу планет принадлежит Меркурий?

Меркурий – планета земной группы: к какому типу планет относится Меркурий, описание классификации, особенности земного типа, сравнение с Землей, плотность.

Меркурий считается не только первой планетой по расстоянию от Солнца, но и самой маленькой. Но к какому классу планет он принадлежит?

К какому типу планет принадлежит Меркурий?

Меркурий — планета земной группы. В Солнечной системе в эту группу входят первые 4 внутренние планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Наименование происходит от названия нашей планеты, чьи характеристики и легли в основу класса. На фото можно разглядеть примеры планет и сравнение с Землей.

Сравнительные размеры планет земной группы

Присутствует сходство в плотности: 5.427 г/см3 (Меркурий) против 5.515 г/см3 (Земля). При таких показателях от внутреннего состава можно ожидать наличие камня и металла. Просто давайте захватим Сатурн с его 0.687 г/см3, который с легкостью смог бы плавать на поверхности гигантского водоема.

Меркурий также многослойный. Его ядро представлено расплавленным железом. Вокруг сосредоточена мантия раскаленной скалы, а далее небольшая каменная корка. Вы не найдете бодрствующих вулканов, но все же еще могут выделяться вулканические газы. На рисунке четко продемонстрирована структура планет земной группы, включая спутник Земли Луну. Все они вмещают ядро, мантию и кору.

Планеты земного типа отличаются тем, что у них либо мало, либо вообще нет спутников. Если у Земли один (Луна), а на Марсе – два (Фобос и Деймос), то у первых двух планет их нет.

Полезные статьи:


Положение и движение Меркурия

Строение Меркурия

Поверхность Меркурия

v-kosmose.com

Химический состав поверхности Меркурия

Недавно были выпущены две научные статьи, над которыми работали участники миссии MESSENGER. В них они представили подробные карты химического состава верхних слоев Меркурия. Именно они хорошо «дополняют картину» неоткрытых геохимических однородных зон — достаточно больших областей на планете Меркурий. Оказалось, что их элементный состав во многом не схож с элементным составом близлежащих зон.

 MESSENGER приблизился к Меркурию в 2011 году, и незамедлительно приступил к исследованию химического состава верхнего слоя планеты, благодаря спектрометрам XRS и GRS. В ходе работы зонда ученым удалось получить данные о распределении по верхним слоям самой близкой к звезде планеты кремния, хлора,, натрия, калия, тория и урана.

Известно, что до сегодняшнего дня геохимические карты большинства элементов обладали достаточно ограниченным разрешением и являлись отображением лишь одной части космического тела. Но в последних научных трудах Шошаны Вейдер европейского научного журнала была предоставлена информация о  возможности создавать подробные карты таких соотношений, как алюминий/кремний, магний/кремний и иных химических соединений, обнаруженных в верхнем слое Меркурия. Необходимо уточнить, что все эти данные ученые смогли получить благодаря устройству XRS, принадлежащему аппарату MESSENGER.

Самым масштабным объектом на данных картах является область площадью около 5 млн м. кв. В данной области присутствует повышенная концентрация соотношений Ca/Si, Mg/Si, S/Si и небольшая концентрация Al/Si. По предположению автора работы, высокомагнезиальный состав данной зоны меркурианской поверхности может вполне быть объяснен взаимодействием верхних слоев планеты с крупным астероидов, что  привело к возникновению большого кратера. Именно здесь был обнаружен магний в высокой концентрации, которым богато вещество мантии Меркурия.

В другой статье, опубликованной в одном из последних номеров издания Icarus, были представлены новые материалы — карты уровня поглощения тепловых нейтронов — явления, которое ученые не раз наблюдали в области поверхности исследуемой планеты.

«Изучая данные карты, можно сделать окончательные выводы о распределении химических элементов, которые активно участвуют в поглощении тепловых нейтронов: натрия, железа и хлора»- комментирует руководитель исследовательской миссии Патрик Пепловски.

Как утверждает Пепловски, новые результаты и карты, которые составляли представители его команды ученых, подтверждают тот факт, что плоские области Равнины Жары имеют иной химический состав, нежели равнины вулканического происхождения. Данный факт вполне может стать доказательством неоднородности состава меркурианской мантии.

astro-azbuka.ru

Меркурий (планета) Википедия

Меркурий
Планета

Меркурий (снимок «Мессенджера»). У правого края в южном полушарии виден кратер Толстой

Меркурий в натуральном цвете (снимок «Маринера-10»)
Первооткрыватель неизвестно
Дата открытия неизвестно
Эпоха: J2000.0
Перигелий 46 001 009 км
0,30749951 а. е.
Афелий 69 817 445 км
0,46670079 а. е.
Большая полуось (a) 57 909 227 км
0,38709927 а. е.
Эксцентриситет орбиты (e) 0,20563593
Сидерический период обращения 87,969 дней[2]
Синодический период обращения 115,88 дней[2]
Орбитальная скорость (v) 47,36 км/с (средняя)[2]
Средняя аномалия (Mo) 174,795884°
Наклонение (i) 7,00° относительно плоскости эклиптики
3,38° относительно солнечного экватора
6,34° отн. инвариантной плоскости[3]
Долгота восходящего узла (Ω) 48,33167°[2]
Аргумент перицентра (ω) 29,124279°
Чей спутник Солнце
Спутники нет
Полярное сжатие 0[2]
Экваториальный радиус 2439,7 км[2]
Полярный радиус 2439,7 км[2]
Средний радиус 2439,7 ± 1,0 км (0,3829 земного)[2]
Окружность большого круга 15 329,1 км
Площадь поверхности (S) 7,48⋅107 км²
0,147 земной
Объём (V) 6,083⋅1010 км³
0,056 земного[2]
Масса (m) 3,33022⋅1023 кг
0,055274 земной[4][5]
Средняя плотность (ρ) 5,427 г/см³
0,984 земной[2]
Ускорение свободного падения на экваторе (g) 3,7 м/с²
0,377 g[2]
Первая космическая скорость (v1) 3,1 км/с
Вторая космическая скорость (v2) 4,25 км/с
Экваториальная скорость вращения 10,892 км/ч (3,026 м/с) (на экваторе)
Период вращения (T) 58,646 дней (1407,5 часов)[2]
Наклон оси 2,11′ ± 0,1′[6]
Прямое восхождение северного полюса (α) 18 ч 44 мин 2 с
281,01°[2]
Склонение северного полюса (δ) 61,45°[2]
Альбедо 0,068 (Бонд)[2][7]
0,142 (геометрическое)[2][7]
Видимая звёздная величина от −2,6m[8] до 5,7m[2][9]
Угловой диаметр 4,5″ – 13″[2]
 
мин. сред. макс.
0°N, 0°W[10]
100 K
(−173 °C)
340 К
(67 °C)
700 К[11]
(427 °C)
85°N, 0°W[10]
80 К
(−193 °C)
200 К
(−73 °C)
380 К
(107 °C)
Атмосферное давление <~5⋅10-15 бар[2]
Состав: 42,0 % кислород
29,0 % натрий
22,0 % водород
6,0 % гелий
0,5 % калий
0,5 % остальные (вода, углекислый газ, азот, аргон, ксенон, криптон, неон, кальций, магний)[2][5]
Информация в Викиданных 

Мерку́рий — ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы[12], наименьшая из планет земной группы. Названа в честь древнеримского бога торговли — быстрого Меркурия, поскольку она движется по небесной сфере быстрее других планет.

Общие сведения

Среднее расстояние Меркурия от Солнца чуть меньше 58 млн км (57,91 млн км)[13][14]. Планета обращается вокруг Солнца за 88 земных суток. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −1,9[2] до 5,5, но его нелегко заметить из-за близости к Солнцу[источник не указан 22 дня].

Меркурий относится к планетам земной группы. По своим физическим характеристикам Меркурий напоминает Луну. У него нет естественных спутников, но есть очень разрежённая атмосфера. Планета обладает крупным железным ядром[15], являющимся источником магнитного поля, напряжённость которого составляет 0,01 от земного магнитного поля[16]. Ядро Меркурия составляет 83 % от всего объёма планеты[17][18]. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 80 до 700 К (от −190 до +430 °C). Солнечная сторона нагревается гораздо больше, чем полярные области и обратная сторона планеты.

Радиус Меркурия составляет всего 2439,7 ± 1,0 км[2], что меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана (двух самых больших спутников планет в солнечной системе). Но несмотря на меньший радиус, Меркурий превосходит Ганимед и Титан по массе. Масса планеты равна 3,3⋅1023кг. 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[1]. Вторая космическая скорость — 4,25 км/с[1]. О планете пока известно сравнительно немного. Только в 2009 году учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов «Маринер-10» и «Мессенджер»[19].

После лишения Плутона в 2006 году статуса планеты к Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы.

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

Астрономические характеристики

Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −1,9m до 5,5m[2], но его нелегко заметить по причине небольшого углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°)[20].

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 (за исключением затмений) нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий виден в течение очень небольшого промежутка времени после наступления сумерек[21].

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.

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[22], а солнечных — 176 земных[4]. 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 (в афелии — 38,7 км/с, а в перигелии — 56,6 км/с). Расстояние от Меркурия до Земли меняется от 82 до 217 млн км[23]. 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[22]. 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[24]. 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[4].

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[25].

На Меркурии нет смены времён года, как на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты почти перпендикулярна к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, которые солнечные лучи не освещают. Исследования, проведённые с помощью радиотелескопа в Аресибо, позволяют предположить, что в этой холодной и тёмной зоне существуют ледники. Слой водяного льда может достигать 2 м; он, вероятно, покрыт слоем пыли[26].

Комбинация осевого и орбитального движений планеты порождает ещё одно интересное 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 небосводе Меркурия останавливается и начинает двигаться в обратном направлении — с запада на восток. Этот эффект иногда называют[кто?] 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 в среднем чаще других является ближайшей к Земле планетой (поскольку другие планеты отдаляются в большей степени, не будучи столь «привязанными» к Солнцу)[27].

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

Прохождение Меркурия может произойти и в момент солнечного затмения. Подобное крайне редкое совпадение случится 30 мая 6757 года[28].

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.

Аномальная прецессия орбиты
Прецессия орбиты Меркурия. Скорость прецессии для наглядности рисунка 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[29]. Пытаясь объяснить наблюдаемый эффект, Леверье 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[30] (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[31].

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[32]. 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[33][34].

Магнитное поле

Меркурий обладает магнитным полем, напряжённость которого, по результатам измерения «Маринера-10», примерно в 100 раз меньше земного и составляет ~300 нТл[2]. Магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру[35] и в высшей степени симметрично[36], а его ось всего на 10 градусов отклоняется от оси вращения планеты[37], что налагает существенное ограничение на круг теорий, объясняющих его происхождение[36]. Магнитное поле Меркурия, возможно, образуется в результате эффекта динамо, то есть так же, как и на Земле[38][39]. Этот эффект является результатом циркуляции вещества в жидком ядре планеты. Из-за выраженного эксцентриситета орбиты планеты и близости к Солнцу возникает чрезвычайно сильный приливный эффект. Он поддерживает ядро в жидком состоянии, что необходимо для проявления «эффекта динамо»[40]. В 2015 году учёные из США, Канады и России оценили нижнюю границу среднего возраста магнитного поля Меркурия в 3,7 — 3,9 миллиарда лет[41][42].

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[35], 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[35].

Во время второго пролёта мимо планеты 6 октября 2008 года «Мессенджер» обнаружил, что магнитное поле Меркурия может иметь значительное количество «окон» — зон со сниженной напряжённостью 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[43]. 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 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. 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.

Имеющихся у Меркурия магнитного поля и гравитации не достаточно для сохранения атмосферных газов от диссипации и поддержания плотной атмосферы. Близость к Солнцу влечёт мощнейший солнечный ветер и высокие температуры (при сильном нагреве газы активнее покидают атмосферу). В то же время Марс, обладающий почти равной с Меркурием гравитацией, но расположенный в 4-5 раз дальше от Солнца, даже без магнитного поля не растерял атмосферу полностью на диссипацию в космос.

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, а также 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[44][45].

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[46][47].

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)[48]. 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[49]. На основе этих данных сотрудники НАСА смогли предложить модель данного явления[50].

Геология Меркурия

Гипотезы образования

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»[4]. 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)[51][52]. 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[53].

Сейчас есть несколько версий происхождения относительно большого внутреннего ядра Меркурия. Самая распространённая из них говорит, что первоначально отношение массы металлов к массе силикатных пород 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 массы на скорости ~20 км/с. Большую часть коры и верхнего слоя мантии унесло в космическое пространство, где они и рассеялись. Ядро планеты, состоящее из более тяжёлых элементов, сохранилось[54].

По другой гипотезе, Меркурий сформировался в уже крайне обеднённой лёгкими элементами внутренней части протопланетного диска, откуда они были выметены давлением солнечного излучения и солнечным ветром 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)[55][56][57].

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.

Вулканическая активность, вероятно, была характерна для молодого Меркурия[58]. Часть регионов, например, равнина Жары, была покрыта лавой. Это приводило к образованию гладких равнин внутри кратеров, наподобие лунных морей, но сложенных светлыми породами. 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.

В дальнейшем, когда Меркурий остывал от извержений лавы, объём его уменьшался, и каменная оболочка, остывшая и затвердевшая раньше, чем недра, вынуждена была сжиматься. Это приводило к растрескиванию внешней каменной коры планеты и наползанию одного края на другой с образованием своего рода «чешуи», в которой один слой пород надвинут на другой. Верхний слой, надвинувшийся на более низкий, приобретал выпуклый профиль, напоминая застывшую каменную волну. Следы таких движений до сих пор отчётливо видны на поверхности Меркурия в виде уступов высотой в несколько километров, имеющих извилистую форму и протяжённость в сотни километров. Такое сжатие коры планеты безусловно сопровождалось сильными землетрясениями[59].

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[60][61].

Ядро окружено силикатной мантией толщиной 500—600 км[40][62]. Согласно данным «Маринера-10» и наблюдениям с Земли толщина коры планеты составляет от 100 до 300 км[63]. Анализ данных, собранных зондом «Мессенджер», с использованием модели изостазии Эйри показал, что толщина коры Меркурия составляет 26 ± 11 км[64][65].

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.

Строение Меркурия. Схема: 1. Кора, толщина — 100—300 км.
2. Мантия, толщина — 600 км.
3. Ядро, радиус — 1800 км.

Концентрация железа в ядре Меркурия выше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. Было предложено несколько теорий для объяснения этого факта. Согласно наиболее широко поддерживаемой в научном сообществе теории, Меркурий изначально имел такое же соотношение металла и силикатов, как в обычном метеорите, имея массу в 2,25 раза больше, чем сейчас[66]. Однако в начале истории Солнечной системы в Меркурий ударилось планетоподобное тело, имеющее в 6 раз меньшую массу и несколько сот километров в поперечнике. В результате удара от планеты отделилась большая часть изначальной коры и мантии, из-за чего относительная доля ядра в составе планеты увеличилась. Подобная гипотеза, известная как теория гигантского столкновения, была предложена и для объяснения формирования Луны[66]. Однако этой версии противоречат первые данные исследования элементного состава поверхности Меркурия с помощью гамма-спектрометра АМС «Мессенджер», который даёт возможность измерить содержание радиоактивных изотопов: оказалось, что на Меркурии много летучего элемента калия (по сравнению с более тугоплавкими ураном и торием), что не согласуется с высокими температурами, неизбежными при столкновении[67]. Поэтому предполагается, что элементный состав Меркурия соответствует первичному элементному составу материала, из которого он сформировался, близкому к энстатитовым хондритам и безводным кометным частицам, хотя содержание железа в исследованных к настоящему времени энстатитовых хондритах недостаточно для объяснения высокой средней плотности Меркурия[68].

Поверхность
Гигантский уступ Дискавери длиной 350 км и высотой 3 км образовался при надвигании верхних слоёв коры Меркурия в результате деформации коры при остывании ядра

Поверхность Меркурия во многом напоминает лунную — она сильно кратерирована. Плотность кратеров на поверхности различна на разных участках. От молодых кратеров, как и у кратеров на Луне в разные стороны тянутся светлые лучи. Предполагается, что более густо усеянные кратерами участки являются более древними, а менее густо усеянные — более молодыми, образовавшимися при затоплении лавой более старой поверхности. В то же время крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Самый большой кратер на Меркурии — бассейн равнины Жары (1525×1315 км). Среди кратеров с собственным именем первое место занимает вдвое меньший кратер Рембрандт, его поперечник составляет 716 км[69][70]. Однако сходство Меркурия и Луны неполное — на Меркурии существуют образования, которые на Луне не встречаются.

Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров, — уступов (эскарпов). Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого площадь поверхности Меркурия уменьшилась на 1 %. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3—4 млрд 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.

Благодаря зонду «Мессенджер», заснявшему всю поверхность Меркурия, выявлено, что она однородна. Этим Меркурий не схож с Луной или Марсом, у которых одно полушарие резко отличается от другого[36]. Самая высокая точка на Меркурии (+4,48 километра над средним уровнем) расположена к югу от экватора в одной из старейших областей на планете, а самая низкая точка (-5,38 километра ниже среднего уровня) находится на дне Рахманиновского бассейна, окружённого двойным кольцом загадочных гор, которые, по предположению учёных, являются одними из последних вулканических проявлений на планете[71].

Первые данные исследования элементного состава поверхности с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра аппарата «Мессенджер» показали, что она бедна алюминием и кальцием по сравнению с плагиоклазовым полевым шпатом, характерным для материковых областей Луны. В то же время поверхность Меркурия сравнительно бедна титаном и железом и богата

wikiredia.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *