Меркурий

Естественные спутники

Как уже неоднократно упоминалось выше, у Меркурия нет естественных спутников. Чтобы они возникли, необходимо или падение на планету огромного количества астероидов, которые от нее отскочили бы и стали летать на орбите, или же привлечь к себе кометы, удержав их гравитацией. Предположительно, по второму сценарию появилось сопровождение у Марса и некоторых газовых планет.

По мнению многих ученых, у Меркурия не может быть сопровождения из-за его малой гравитационной силы: она не способна удержать на орбите космические тела. Кроме того, если в зону, где объект мог бы задержаться, вошел бы крупный астероид, то он обязательно попал бы под воздействие Солнца и попросту растворился.

Пытаясь найти фото и названия спутников Меркурия, можно отыскать только информацию об искусственном сопровождении планеты, которое было разработано на Земле. Вот так Меркурию и Венере приходится коротать свой век в гордом одиночестве, летая вокруг Солнца без сопровождения.

Орбита Меркурия

Меркурий – самая близкая к Солнцу планета, поэтому его орбита тоже самая короткая, и полный оборот он по ней совершает за 88 суток. Но орбита Меркурия довольно сильно вытянута, а вовсе не круговая. Поэтому иногда он оказывается ближе к Солнцу, а иногда – дальше. И разброс температур на поверхности довольно большой даже в одной точке, смотря в каком месте орбиты находится планета в данный момент.

Орбита Меркурия (красная) и соседних планет (зеленые).

В ближайшей точке – в перигелии, Меркурий удален от Солнца на 45.9 миллионов километров, или 0.3 а.е. В афелии, самой удаленной точке, это расстояние составляет 69.7 миллионов километров, или 0.47 а.е. Разница в полтора раза довольно существенна.

Особенность Меркурия – его медленное вращение вокруг оси. Считается, что раньше он вращался быстрее, но под действием солнечной гравитации замедлился. Здесь есть один интересный факт – вращение Меркурия вокруг оси и по орбите синхронизировалось таким образом, что в точке перигелия к Солнцу повернуто одно и то же место, а в другом перигелии к нему повернется точно противоположное место. Еще через год, снова в перигелии, к Солнцу будет обращено снова первое место.

Поэтому на Меркурии есть так определенные меридианы, повернутые к Солнцу именно в ближайшей к нему точке орбиты. Там температура бывает самой высокой, а в остальных местах не поднимается так сильно.

Меркурий не имеет наклона и на нём не меняются времена года. На полюсах есть места, где Солнце никогда не светит, и там космический холод. Там, на склонах кратеров, есть водяной лёд – это подтверждено зондом Мессенджер.

На Меркурии можно наблюдать интересный эффект, которого нет больше нигде. Так как его орбита вытянута, то скорость движения меняется, и вблизи перигелия она превышает скорость вращения. Тогда Солнце на небе останавливается и начинает двигаться в обратную сторону, а потом снова вперед. Если находиться в точках, перпендикулярным «горячим долготам», то можно увидеть, как Солнце всходит, потом снова прячется и всходит еще раз. В противоположной точке также происходит двойной закат.

Этот эффект называется эффектом Иисуса Навина, по имени библейского героя, остановившего Солнце.

Хотя ближайшие соседи Земли – Венера и Марс, на самом деле часто ближайшим соседом оказывается Меркурий. Венера может уйти на противоположную точку орбиты – за Солнце, и тогда Меркурий станет почти вдвое ближе, а если он будет по одну сторону с Землей, то и гораздо ближе. А до Марса обычно итак гораздо дальше, он ближе Меркурия только вблизи противостояний.

Меркурий мог быть спутником Венеры

Существует по крайней мере 2 теории того, почему же у двух первых к Солнцу планет наблюдается отсутствие каких-либо спутников. Одна из весьма оригинальных теорий гласит, что Меркурий в свое время являлся спутником Венеры, о чем указывает схожесть его поверхности с поверхностью нашей Луны.

Согласно данной гипотезе, спустя примерно 500 миллионов лет после образования Солнечной системы, Меркурий, в то далекое время еще являвшийся спутником юной Венеры, каким-то образом вырвался из ее гравитационных объятий и пустился в свободное плавание к Солнцу, где и обрел собственную орбиту. Подобное развитие событий повлекло мощный разогрев поверхности Венеры и возникновение плотной атмосферы с большой долей содержания серной кислоты. Что ж, кажется, планета разозлилась не на шутку после столь бесцеремонного разрыва.

Исследования

Увидеть его в телескоп
первым смог Галилей в XVII
веке. Но галилеевской оптике не хватало мощности для досконального наблюдения
за первым объектом Солнечной системы. Чуть позднее было точно установлено, что он
обращается вокруг Солнца.

Наименьшая планета
Солнечной системы долгое время была самой неизученной. Только в конце XIX века был вычислен период ее
вращения. В следующем столетии к телескопическому добавились новые методы
исследование небесных тел: радиоастрономический, радиолокационный и при помощи
космических аппаратов.

Самую точную
информацию  и снимки меркурианской
поверхности ученые смогли получить от космических аппаратов, запущенных к
объекту. Маринер-10 в 70-хх годах прошлого века три раза пролетел возле
планеты, сделав многочисленные снимки ее ландшафта. Второй космический аппарат
Мессенджер вышел на меркурианскую орбиту в марте 2011 года и до 2015 года
позволял исследователям изучать ландшафт и состав тела.

Атмосфера Меркурия

Атмосфера Меркурия настолько тонка, что ее практически не существует, а объем примерно в 10 в пятнадцатой степени раз меньше, чем плотные слои атмосферы Земли. При этом вакуум в атмосфере этой планеты намного ближе к истинному вакууму, если сравнивать его с любым другим вакуумом созданным на Земле с помощью технических средств.

Существует два объяснения отсутствия атмосферы на Меркурии. Во-первых, это плотность планеты. Считается, что имея плотность всего лишь 38% земной плотности, Меркурий просто не в состоянии сохранить большую часть атмосферы. Во-вторых, близость Меркурия к Солнцу. Столь близкое расстояние к нашей звезде делает планету наиболее подверженной влиянию солнечных ветров, которые сносят последние остатки того, что можно назвать атмосферой.

Тем не менее, насколько бы скудной не была атмосфера на этой планете, она все же есть. Согласно данным космического агентства NASA , по своему химическому составу она состоит из 42% кислорода (О2), 29% натрия, 22% водорода (Н2), 6% гелия, 0,5% калия. Остальную незначительную часть составляют молекулы аргона, диоксида углерода, воды, азота, ксенона, криптона, неона, кальция (Са, Са +) и магния.

Считается, что разреженность атмосферы обусловлена наличием на поверхности планеты экстремальных температур. Самая низкая температура может быть порядка -180 °С, а самая высокая приблизительно 430 °С. Как уже было упомянуто выше, Меркурий имеет самый большой диапазон температур на поверхности среди планет в Солнечной системе. Крайние максимумы, присутствующие на стороне, обращенной к Солнцу, как раз и являются результатом недостаточного атмосферного слоя, который не способен поглотить солнечное излучение. Кстати, экстремальный холод на теневой стороне планеты обусловлен тем же самым. Отсутствие значимой атмосферы не позволяет планете удерживать солнечную радиацию и тепло очень быстро покидает поверхность, беспрепятственно уходя в космическое пространство.

Размер, масса и орбита

При радиусе в 2440 км и массе 3.3022 х 1023 кг Меркурий считается самой маленькой планетой в Солнечной системе. По размеру достигает всего 0.38 земного. Также уступает по параметрам некоторым спутникам, но по плотности стоит на втором месте после Земли – 5.427 г/см3. На нижнем фото указано сравнение размеров Меркурия и Земли.

Сравнение Меркурия и Земли

Это обладатель самой эксцентричной орбиты. Удаленность Меркурия от Солнца может колебаться от 46 миллионов км (перигелий) до 70 миллионов км (афелий). От этого могут меняться и ближайшие планеты. Средняя орбитальная скорость равна – 47322 км/с, поэтому на прохождения орбитального пути уходит 87.969 дней. Ниже представлена табличка характеристик планеты Меркурий.

Скорость оборота оси составляет 10.892 км/ч, поэтому сутки на Меркурии длятся 58.646 дней. Это говорит о том, что планета находится в резонансе 3:2 (3 осевых вращения на 2 орбитальных).

Эксцентричность и замедленность вращения приводят к тому, что планета тратит 176 дней на то, чтобы вернуться в изначальную точку. Так что один день на планете вдвое длиннее года. Также это обладатель наиболее низкого осевого наклона – 0.027 градусов.

Искусственный спутник

В 2011 году на орбиту вышел космический аппарат, который стал сопровождать планету. Теперь смело можно ответить на вопрос о том, какое количество спутников у Меркурия – один.

Благодаря новому сопровождению, астрономам удалось собрать множество сведений о планете. Они знают, какой угол наклона осей, период вращения, размеры планеты. Аппарат присылал снимки поверхности планеты, сделанные из космоса. Спутник смог сделать фотографии северной полярной области, в числе которых гигантскую депрессию, южный район, тем самым закрыв все пробелы в информации о планете.

Впервые ученым удалось увидеть структуру планеты, рассмотреть детально ее рельеф с очень близкого расстояния.

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.

Венера планета. Планета Венера

Планета Венера

Планета Венера — наиболее близкая к Земле планета и 2-ая от Солнца. Тем не менее до начала полетов в космос о Венере знали весьма не много: вся поверхность планеты скрыта плотными облаками, которые не позволяли ее исследовать. Эти облака состоят из серной кислоты, которые интенсивно отражают свет.

Поэтому в видимом свете разглядеть поверхность Венеры не представляется возможным. Атмосфера Венеры в 100 раз плотнее земной и состоит из углекислого газа.

Венера освещается Солнцем не больше, чем Земля освещается Луной в безоблачную ночь.

Однако, Солнце так нагревает атмосферу планеты, что на ней постоянно весьма горячо — температура повышается до 500 градусов. Виновник подобного сильного разогрева — парниковый эффект, который формирует атмосфера из углекислого газа.

История открытия

В телескоп, пусть даже небольшой, можно без труда заметить и отследить сдвиг видимой фазы диска планеты Венера. Их в первый раз наблюдал в 1610 году Галилей. Атмосферу обнаружил М.В. Ломоносов 6 июня 1761 года, когда планета проходила по диску Солнца. Это космическое событие было предварительно вычислено, и его с нетерпением ждали астрономы всего мира

Но только Ломоносов сосредоточил внимание на том, что при соприкосновении Венеры с диском Солнца вокруг планеты появилось «тонкое, как волосик, сияние». Ломоносов дал верное научное разъяснение этому явлению: он счел его следствием рефракции солнечных лучей в атмосфере Венеры

«Венера, — писал он, — окружена лёгкой атмосферой, таковой (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного».

Характеристики

• Расстояние от Солнца: 108 200 000 км
• Продолжительность суток: 117д 0ч 0м
• Масса: 4,867E24 кг (0,815 массы Земли)
• Ускорение свободного падения: 8,87 м/с²
• Период обращения: 225 дней

Давление на планете Венера достигает 92 земных атмосфер. Это значит, что на каждый квадратный сантиметр давит столб газа весом в 92 килограмма.

Диаметр Венеры только лишь на 600 километров меньше земного и составляет 12104 км, а сила тяжести практически такая же, как на нашей планете. Килограммовая гиря на Венере будет весить 850 граммов. Таким образом, Венера сильно близка к Земле размером, силой тяжести и составом, поэтому ее зовут «землеподобной» планетой, или «сестрой Земли».

Венера вращается вокруг своей оси в направлении, противоположном направлению других планет Солнечной системы — с востока на запад. Так себя ведет еще только одна планета в нашей системе — Уран. Один оборот вокруг оси составляет 243 земных суток. А вот венерианский год занимает всего 224,7 земных суток. Выходит, что день на Венере продолжается более, чем год! На Венере прослеживается смена дня и ночи, а вот смены времен года не случается.

Исследования

В наше время поверхность Венеры исследуют как с помощью космических аппаратов, так и с помощью радиоизлучения. Так, замечено, что немалую часть поверхности занимают холмистые равнины. Почва и небо над ней оранжевой расцветки. Поверхность планеты изрыта обилием кратеров, образовавшихся от ударов больших метеоритов. Диаметр этих кратеров достигает 270 км! Также общеизвестно, что на Венере десятки тысяч вулканов. Новые исследования выявили, что часть из них — действующие.

Планета Венера — третий по яркости объект на нашем небе. Венеру называют Утренней звездой, а еще Вечерней звездой, потому что с Земли она выглядит ярче всего незадолго до восхода и заката Солнца (в древности считали, что утренняя и вечерняя Венеры — это разные звезды). Венера на утреннем и вечернем небосклоне светит ярче, чем самые яркие звезды.

Венера одинока, у нее нет естественных спутников. Это единственная планета Солнечной системы, которая получила свое имя в честь женского божества — остальные планеты названы в честь богов-мужчин.

Физические характеристики

Средний радиус планеты составляет 2439,7 км, что делает ее самым маленьким телом данный группы в Солнечной системе. При этом возраст Меркурия не уступает собратьям и составляет порядка 4,6 млрд. лет.

Расстояние от Солнца составляет в среднем 58 млн. км. Близость к звезде и высокий эксцентриситет его орбитального пути обуславливают широкий диапазон поверхностных температур. Днем температура на Меркурии поднимается до 400 градусов Цельсия, а ночью опускается до – 180. 

Поверхность планеты испещрена кратерами, окруженными равнинами из застывшей лавы. Самый крупный кратер Калорис имеет диаметр более полутора тысяч километров. Меркурианский рельеф богат возвышенностями высотой от нескольких сотен метров до двух километров и протяженностью до тысячи километров. Они образованы в результате сдвигов коры планеты, происходящим из-за сжатия ее ядра. При этом данный ландшафт остается неизменным уже на протяжении нескольких миллиардов лет. Ближайший к Солнцу объект стал геологически пассивным, и тектоническая активность приобрела лишь локальный характер.

Цвет меркурианской поверхности
темно-серый. Такой окрас она получила благодаря охлаждению некогда
расплавленной поверхности, что произошло несколько миллиардов лет назад. Нередко
изображение Меркурия принимают за изображение Луны – они похожи рельефом и
цветом поверхности. Однако меркурианский ландшафт более однороден и не так
богат на глубокие кратеры.

Структура Меркурия

Схема строения Меркурия / Wikimedia Commons

Атмосфера у планеты есть, но она весьма условна. Её давление в 500 млрд раз меньше, чем атмосферное давление Земли. Состоит атмосфера из атомов газов и металлов, выбитых из поверхности – кислорода, гелия, натрия, калия, водорода.

Предполагается, что Меркурий имеет очень большое ядро радиусом 1800 км, которое является жидким (в то время как ядра Венеры, Марса и Земли являются твердыми). Над ним располагается тонкий слой мантии толщиной 600 км. Ещё выше располагается кора. Раньше считалось, что ее толщина колеблется от 100 до 300 км, но последние исследования дают другую оценку: 26±11 км. Отличительной чертой Меркурия является чрезвычайно высокая концентрация железа в ядре.

Геологической активности на планете почти не наблюдается, причем предполагается, что активные процессы прекратились более 3,5 млрд лет назад. Из-за этого, а также из-за отсутствия атмосферы и атмосферных явлений (ветров, дождей и т.п.), поверхность планеты почти не меняется. Поэтому на ней сохранилось множество кратеров с древнейших времен.

Изучение Солнечной системы

Долгое время человечество было убеждено, что все звёзды и планеты вращаются вокруг Земли. Система мира с неподвижной Землёй в центре была разработана греческим учёным Птолемеем во 2 веке до нашей эры и просуществовала более полутора тысяч лет. 

В 1453 году польский астроном Николай Коперник доказал, что Земля, как и другие планеты (на тот момент их было известно шесть), вращаются вокруг Солнца. Однако вплоть до XVII века церковь считала это учение ересью и боролась с его последователями. 

Одним из них был итальянский монах Джордано Бруно. В 1584 году он опубликовал исследование, в котором утверждал, что Вселенная бесконечна, а Солнце подобно остальным звёздам, просто находится гораздо ближе к Земле. Бруно был схвачен инквизицией и приговорён к сожжению на костре как еретик. 

Другим последователем Коперника стал итальянский учёный Галилео Галилей. Он создал первый телескоп, который позволил увидеть кратеры Луны, пятна на Солнце, открыть четыре спутника Юпитера и установить, что планеты вращаются вокруг своей оси. Чтобы не повторить судьбу Бруно, Галилей был вынужден отречься от своих идей.

В XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер открыл законы движения планет — ему удалось установить связь между скоростью вращения планеты и её расстоянием от Солнца. Его идеи воспринял знаменитый английский физик Исаак Ньютон, создатель теории всемирного тяготения. 

В XVIII—XIX веках открытия в области оптики позволили создать более мощные телескопы, которые позволили учёным узнать больше о солнечной системе. Были открыты планеты Уран и Нептун. 

В 1951 году Советский Союз вывел на орбиту Земли первый искусственный спутник. С этого момента началась Космическая эра — эпоха практического изучения солнечной системы. 

В 1961 году Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшем в космосе, а в 1969 году космический корабль «Аполлон-11» доставил людей на Луну. 

В 1970-х годах Советский Союз и США запустили несколько десятков аппаратов для исследования Марса, Венеры и Меркурия, а запущенные в 1980-х аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили получить данные о дальних планетах — Юпитере, Сатурне, Уране, Нептуне и их спутниках. Большую роль в изучении солнечной системы сыграл вывод на орбиту Земли космического телескопа «Хаббл» в 1990 году. 

В нынешнем десятилетии космические агентства разных стран планируют пилотируемый полёт на Марс. Экспедиция на другую планету станет величайшим событием в истории освоения солнечной системы. И всё же пока человечество находится в самом начале пути изучения космоса.

BepiColombo

Третья экспедиция к Меркурию, стартовавшая 20 октября 2018 года была названа в честь современного итальянского инженера, астронома и математика Джузеппе Коломбо. Ученый, разрабатывавший трассу для вывода космических аппаратов на орбиту первой планеты, внес огромный вклад в успех миссии Mariner-10. Именно его вычисления безопасного гравитационного маневра, выводящего искусственный спутник на резонансную орбиту, легли в основу программы зонда.

В разработке миссии участвовали Японское агентство аэрокосмических исследований и Европейское космическое агентство. Два независимых космических аппарата MPO (Mercury Planetary Orbiter) для исследования поверхности, и MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) для наблюдений за магнитосферой – будут проводить изучение Меркурия с двух разновысотных орбит. На орбиту Земли комплекс был запущен ракетой-носителем Ариан-5. К точке назначения спутники доставит перелетный модуль, разработанный Европейским агентством. К концу полета аппараты лишатся сцепки и выйдут каждый на свою траекторию.

Цели миссии:

• составить подробную мультиволновую карту поверхности планеты Меркурий;
• изучить ее химический состав, структуру;
• провести исследования окружающего пространства;
• замерить интенсивность магнитного поля;
• провести мониторинг воздействия «солнечного ветра»;
• выявить и картографировать участки полярных областей, содержащих лед и водородные соединения.

На борту исследовательского комплекса весом в 4100 кг (более 50% из которых занимает топливо) находятся: 7 различных спектрометров, позволяющих вести анализ в диапазоне от гамма-лучей до длинных радиоволн, панорамный энерго-масс-спектрометр; альтиметр, магнитометр, акселерометр; автоматы для мониторинга и записи поведения плазмы, сканеры поверхности.

Перелет займет около 7 лет. Во время полета комплексу предстоит провести 17 гравитационных маневров, позволяющих рационально использовать топливо для стационарного плазменного двигателя разработки российского ОКБ «Факел», ранее опробованного на лунной автоматической станции SMART-1. Космический аппарат завершит свой полет к Меркурию в конце 2025 г.

Планеты земной группы

Чтобы ответить на вопрос, сколько планет в нашей Солнечной системе, необходимо вспомнить, что астрономы поделили их на две группы. В первую входит Земля, поэтому три ближайшие к ней планеты отнесли к земной группе. Их объединяет несколько особенностей:

• слабое магнитное поле;
• отсутствие системы колец;
• одинаковое строение: в центре расположено ядро, оно окружено мантией, верхний слой – кора (только у Меркурия она разрушена метеоритами);
• похожий химический состав: большой процент железа и силикатов;
• наличие малого числа спутников или их отсутствие.

Меркурий – наиболее приближенная к Солнцу планета, поэтому температура может раскаляться до +473, но из-за отсутствия атмосферы и неравномерности прогрева ночью опускается до -173. По плотности уступает только Земле. Исследователи предполагают, что железное ядро Меркурия пребывает в расплавленном состоянии. Меркурий очень маленький, но он может быть увиден без специальных приборов, поэтому был хорошо известен в далёкие времена: упоминания о ней встречаются даже у шумеров (3000 лет до н.э.).

Венера – вторая планета от Солнца. Первым её начал наблюдать в телескоп Галилео Галилей, свой вклад в изучение внёс и Ломоносов. Сегодня известно, что атмосфера там совершенно непригодна для жизни: её наполняют углекислый газ и сера. Температура достигает +475. У неё очень плотная атмосфера, облака образуют толстый слой над поверхностью и создают парниковый эффект. Такая плотность защищает от метеоритных бомбардировок. На Венере интересная поверхность: многочисленные кратеры, два «материка», высокие горы. Все объекты названы женскими именами, за исключением гор Максвелла, именуемых в честь английского физика.

Марс окрашен в красный цвет и назван в честь римского бога войны. Такой оттенок придаёт оксид железа. С давних пор люди питали надежду, что на Марсе есть жизнь, и задумывались, пригодны ли для этого условия. Оказалось, что это очень холодная планета, температура там гораздо ниже, чем на Земле: в самое жаркое время на экваторе не поднимается выше +20, а нижние значения могут достигать -150. Атмосфера в основном состоит из углекислого газа с небольшой примесью кислорода, к тому же очень разреженная. Вода существует в замёрзшем состоянии, а закипание возникает уже при +2o. На поверхности можно наблюдать огромные потухшие вулканы, протяжённые каньоны и снеговые шапки. У Марса есть два спутника – Фобос и Деймос (в греческой мифологии Страх и Ужас). Велика вероятность того, что это захваченные астероиды.

Планеты земной группы. Слева направо: Меркурий, Венера, Земля и Марс