Меркурий — ближайшая к Солнцу планета

Согласно легенде, великому Копернику за всю его жизнь ни разу не удалось увидеть Меркурий и, умирая, он очень жалел об этом. Действительно, увидеть эту планету непросто — это возможно только днем или в течение сумерек. Именно близость Меркурия к Солнцу создает значительные трудности для его наблюдений с поверхности Земли. И именно поэтому настоящий прорыв в исследованиях этой планеты состоялся только в последние десятилетия — с наступлением космической эры и развитием радиоастрономии. Вот лишь несколько наиболее важных и интересных выводов, к которым пришли ученые за эти годы:

Лунный ландшафт

Достаточно всего один раз взглянуть на фотографию поверхности Меркурия, сделанную с близкого расстояния, чтобы убедиться в том, что она практически неотличима от хорошо известных нам лунных пейзажей. Возраст поверхности Меркурия очень велик и относится в основном к событиям, происходившим 3.9·10⁹ лет назад. Наиболее древними являются изрытые равнины, покрытые сеткой бесчисленных кратеров. Кинетическая энергия, которой обладали сталкивающиеся с поверхностью планеты протопланетные тела, была очень велика. Каждый такой удар сопровождался мощным взрывом. Кратеры многократно накладывались друг на друга, образуя насыщенный рельеф. Сначала на поверхность Меркурия выпадали планетезимали и метеоритные тела самых различных размеров, а потом — все более мелкие тела. Впрочем, крупные метеориты продолжали врезаться в поверхность и позднее но уже не столь интенсивно.

Интересно, что меркурианские кратеры имеют значительно меньшие диаметры, чем аналогичные кратеры на Луне, Поскольку Меркурий обладает в 4.5 раза большей чем Луна массой, ускорение свободного падения на нем выше. Поэтому при ударе метеоритного тела выбрасываемый при взрыве материал выпадал гораздо ближе к центру, а площадь, которую покрывали выбросы на Меркурий, оказывалась в пять раз меньше, чем на Луне, Кстати, высота меркурианских гор, оцененная до длине отбрасываемых ими теней, оказалась меньше, чем на Луне, что тоже, вероятно, связано с большим ускорением свободного падения. На Меркурии горы достигают 2-4 км, тогда как наибольшая высота лунных гор составляет 5.8 км.


Так же, как и на Луне, на Меркурии присутствуют многочисленные долины. Предполагается, что они появились в эпоху интенсивного вулканизма, которая, по-видимому, совпала с завершающей стадией формирования поверхности обоих небесных тел, когда рост их массы практически прекратился. Потоки жидкой лавы текли вдоль таких долин, как широкие реки, заливая многочисленные кратеры, образовавшиеся в результате интенсивной метеоритной бомбардировки.

В ряде районов Меркурия можно встретить залитые лавой бескратерные равнины. Однако специалисты не считают, что когда-то вся поверхность планеты была расплавлена. Местных извержений, в том числе и достаточно обильных, было много, но океана жидкой лавы на планете не было, по-видимому, никогда. Бескратерные равнины характерны только для Меркурия. Тем не менее, сходство внешнего вида этой планеты с естественным спутником Земли поразительно. Более того, мелко раздробленный материал, которым покрыт Меркурий, имеет такие же фотометрические и поляризационные свойства, как и на Луне.

И все же поверхность Меркурия имеет свои особенности. Так, например, вся видимая часть Лупы покрыта огромными низинами — "морями". На той же стороне Меркурия, изображения которой были переданы космическим аппаратом "Маринер-10", "морей" вообще нет. Единственное, но очень большое кратерное "море" — это Равнина Жары.

На Меркурии встречается необычная деталь рельефа — эскарп. Это уступ высотой 2—3 км, разделяющий два, в общем ничем не отличающихся района. Протяженность таких обрывов составляет сотни и тысячи километров. Такое явление неизвестно на Луне, но встречается на Земле, правда, в несколько ином виде. Считается, что эскарпы образовались, когда происходило сжатие Меркурия, повлекшее за собой сдвиги и наползание отдельных участков его коры.

Самая крупная катастрофа

Один из самых интересных районов Меркурия — это уже упоминавшаяся Равнина Жары (в отечественной литературе ее иногда называют Равниной Зноя), единственное известное "море" на планете. Это бассейн в виде правильного круга диаметром более 1300 км. По периферии его окружают концентрические кольцевые валы, достигающие 2 км в высоту.

Происхождение этого образования связываю! с ударом гигантского метеоритного тела (размерами, возможно, с небольшую планету). По-видимому, столкновение произошло в конце пика метеоритной бомбардировки, около 3.9 млрд. лет назад, когда процесс кратерообразования уже шел на убыль, но все еще был интенсивным. Об этом говорит относительно малое количество кратеров в центральных частях Равнины Жары, где сравнительно ровная поверхность испещрена развитой системой трещин.

По-видимому, удар при столкновении небесного тела с Меркурием был настолько сильным, что кора планеты в этом месте была пробита на огромную глубину, а сквозь разрывы в коре и мантии поднялись потоки лавы. Ее застывание и образовало сетку своеобразных трещин и концентрические кольцевые валы. Если на обратной стороне Меркурия не окажется чего-либо подобного, можно будет утверждать, что Равнина Жары родилась в самой большой катастрофе в период образования поверхности планеты.

Именно с Равниной Жары удивительным образом связано движение Меркурия. В перигелии Солнце стоит над нею почти в зените, нагревая поверхность до очень высокой температуры. Но в следующее прохождение перигелия эта равнина находится уже на ночной стороне, а к Солнцу обращен диаметрально противоположный район планеты.


Как это ни парадоксально, происхождение рельефа противоположной стороны планеты специалисты склонны также связывать с образованием Равнины Жары. Предполагается, что мощные сейсмические волны, которые возникли в момент столкновения, прошли сквозь всю планету и сфокусировались в ее диаметрально противоположной дочке. В результате этого сейсмического удара за короткие мгновения возникли трещины, поверхность раскололась и вздыбилась хаотическим нагромождением многокилометровых блоков.

Полярные льды

Благодаря близости планеты к Солнцу, температура ее поверхности за длинный меркурианский день поднимается очень высоко и достигает 620 К (в перигелии еще выше — до 690 К). Учитывая это, кажутся просто невероятными сообщения об обнаружении гигантских отложений льдов в полярных районах планеты. Это открытие было сделано с помощью наземной радиолокации в начале 90-х годов, когда в районах северного и южного полюсов Меркурия были обнаружены многочисленные пятна размером от 50 до 150 км с присущими льду радиоотражательными свойствами.

По-видимому, меркурианский лед сумел сохраниться благодаря тому, что он покрыт тонким слоем раздробленного реголита, являющегося прекрасным теплоизолятором. Но главное все же не в этом, а в стабильном и почти перпендикулярном к плоскости орбита положении полярной оси планеты. Из-за этого Солнце никогда не заглядывает в неглубокие полярные кратеры, расположенные выше, широты 82—84°. Расчетная температура здесь постоянно лежит около 60—62 К. В таких условиях испарение льда происходит очень медленно.

Как же возникли эти ледяные поля? Неужели на Меркурии некогда существовала плотная атмосфера и даже моря? Поистине, полярные льды могут полностью изменить наши представления об истории этой планеты.

Резонансное движение

До 1965 года считалось, что вращение Меркурия синхронно, и он всегда обращен к Солнцу одним полушарием, подобно тому, как Луна обращена одной стороной к Земле. Эти представления появились в прошлом веке, когда астрономическими наблюдениями было установлено, что нечеткая картина пятен, наблюдаемых в наземные телескопы, устойчиво повторялась в одних и тех же фазах планеты. Авторитет ученых прошлого был так высок, что более 100 лет никто не решался на ревизию этих представлений.

Первые сомнения принесли наблюдения теплового излучения планеты, выполненные в 1962 году. Если исходить из синхронного вращения, с вечным днем на одной стороне и вечной ночью на другой, средние температуры должны составлять 880 и 60 К соответственно. Но поверхность дневной стороны оказалась не так горяча, как ожидалось, а от ночной исходил ощутимый поток тепла. Поскольку у Меркурия атмосферы нет, а перенос тепла сквозь твердое тело планеты пренебрежимо мал, был сделан вывод о несинхронном вращении планеты. Но действительность оказалась еще интереснее: Меркурий находится в несинхронном, но резонансном вращении.

Проходя перигелий, планета поочередно бывает обращена к Солнцу то одной, то другой стороной (поэтому правильнее говорить, что один полный солнечный цикл на Меркурии составляют два его года). Полный оборот вокруг своей оси планета завершает за 2/3 своего года. Таким образом, его период обращения вокруг Солнца (87.97 земных суток) составляет точно 3/2 периода его вращения вокруг оси (58.65 земных суток). Но необычность характера вращения Меркурия не только в этом. К тому моменту, когда он оказывается в нижнем соединении (на линии Солнце — Земля), он всегда занимает одно и то же положение относительно звезд. Любое выбранное положение планеты относительно Солнца повторяется только через 176 земных суток, — это продолжительность солнечных суток на Меркурии.

Близость периодов вращения и обращения планеты, с одной стороны, и большой эксцентриситет орбиты, с другой, приводят к тому, что в своем видимом движении по небу Меркурия Солнце останавливается и даже возвращается назад. В некоторых зонах планеты восходы и заходы Солнца наблюдаются дважды за одни сутки, причем как на востоке, так и на западе. Процесс этот, по-видимому, не подвержен сезонным изменениям, так как положение полярной оси планеты почти перпендикулярно к плоскости ее орбиты.

Источники тепла

Изучение планет Солнечной системы неизбежно связано с попытками раскрыть тайну их происхождения. Гипотеза формирования планет из газопылевого облака сейчас общепринята. Но о том, какие при этом происходили процессы, известно немногое.

Одна из проблем — это поиск источников тепла, необходимых для образования жидкой лавы, заполнявшей ударные кратеры на Меркурии. Как уже говорилось, лавовые излияния происходили одновременно с формированием покрытой сетью кратеров поверхности планеты. Таким образом, в это время в ее недрах уже имелись резервуары расплавленной лавы, а для этого температура планеты уже должна быть достаточно высокой. Какие же физические процессы могли выделить, причем, всего за несколько сотен миллионов лет, достаточно тепла, чтобы разогреть такую гигантскую массу, как планета?

Попытка объяснить быстрый разогрев Меркурия выделением тепла при распаде радиоактивных изотопов тория, урана, калия и других элементов, сосредоточенных в основном в мантии планеты, не удалась. Процесс их распада продолжается уже 4.5 млрд. лет. Относительное содержание радиоактивных изотопов известно. Поэтому можно подсчитать, что на разогрев Меркурия при известной скорости выделения тепла должно было уйти 1-1.5 млрд, лет, тогда как стадия формирован и его поверхности завершилась.значительно раньше.

Еще один источник тепла — интенсивная метеоритная бомбардировка — тоже называется недостаточно активным. Излучаемый планетой в щиницу времени поток тепла настолько велик, что метеоритная бомбардировка могла бы компенсировать его только в том случае, если бы планета сформировалась за немногие тысячи, а не за 200 млн. лет. Но сейчас это представляется совершенно невероятным.

Источником тепла протопланетных тел, конечно, было Солнце. Однако расчеты показывают, что на расстоянии Меркурия энергия солнечного излучения была недостаточной для того, чтобы разогреть протопланетные частицы до температуры плавления. Чтобы как-то объяснить это противоречие, высказывались предположения о том, что когда-то Солнце могло излучать больше энергии, чем теперь. Но все данные науки говорят о том, что за несколько последних миллиардов лет его излучение не изменялось больше, чем на 5%. Не меняется оно и в нашу эпоху. А в пору юности Солнца его излучение было даже процентов на 30 меньше.

Вместе с тем, астрономические наблюдения показывают, что расположенные вокруг некоторых звезд пылевые оболочки (или, возможно, пылевые диски) имеют довольно высокие температуры в своей внутренней части. Вполне вероятно, что это — зарождающиеся планетные системы. Если это действительно они, то, может быть, эти пылевые оболочки и есть тот источник тепла, который мы ищем?

Спутник венеры?

В заключение следует упомянуть об одной любопытной гипотезе. Еще в XIX веке было высказано предположение о том, что Меркурий может быть потерянным спутником Венеры. Однако до проведения строгих расчетов специалисты относились к этой идее скорее как к курьезу. Лишь в 70-х годах нашего столетия была создана математическая модель эволюции орбиты такого гипотетического спутника с массой Меркурия. Результаты оказались следующими.

Спутник, который первоначально двигался по орбите вокруг Венеры, должен был вызвать огромное приливное рассеяние энергии, как в собственном теле, так и в теле Венеры. Такие потери должны были вызвать плавление коры у обоих тел и затормозить их вращение. Процесс должен был завершиться за несколько сотен миллионов лет неизбежной потерей спутника. В дальнейшем Венера и потерянный спутник должны были неоднократно сближаться, причем были возможны вторичные захваты последнего.

Как ни фантастична эта гипотеза на первый взгляд, ее сторонники указывают, что она непринужденно объясняет потерю вращательного момента Венерой и Меркурием; ранний разогрев коры обоих тел; значение интеграла Якоби для Меркурия, удовлетворяющего орбите Венеры, и, наконец, формирование Меркурия на орбите Венеры с дальнейшим переходом на нынешнюю его орбиту, где его образование было невозможно. Тем не менее, для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие более точные теоретические расчеты и математическое моделирование.