Меркурий

[Apofis]

Меркурий е най-близката до Слънцето планета и предпоследната по големина в цялата Слънчева система. Обикаля около нашата звезда по орбита с диаметър около 57 910 000 км (0.38 AU) и поради тази близост наблюденията на планетата са много трудни. Диаметърът й е 4880 км и има маса 3.30x1023 кг. Меркурий е свят на жар и студ - температурата на огряваната му половина от Слънцето достига до +440 градуса, а останалата част се охлажда до -180 градуса. На такава планета е невъзможно да съществуват нито океани, нито атмосфера. Даже и при най-щателните наблюдения на Меркурий не са открити признаци за съществуване на въздух. Няма естествени спътници.

Меркурий се завърта 3 пъти около оста си за две обиколки около Слънцето. Нейната година е най-кратката: движейки се със средна скорост от около 48 км/сек., тя прави един оборот около Слънцето за 88 земни дни.

Меркурий е ярък обект, но не може лесно да бъде наблюдавана. Ако се наблюдава в силен телескоп, вместо звезда тя изглежда като малка луна, имаща форма на сърп. Това са нейните фази, подобни на фазите на Луната. Тъй като Меркурий е тъмно тяло, отразяващо светлината, ние виждаме само огряната от Слънцето повърхност, където е ден.

Диаметърът на Меркурий е 2.5 пъти по-малък от земния и 1.5 пъти по-голям от Луната.

Данните за вътрешната структура на Меркурий са събрани от космическия апарат Маринър-10, който посети този свят през 1973 и 1974 година. Меркурий е около 1/3 от големината на Земята, а има плътност, сравнима със земната, което показва, че Меркурий има голямо ядро с големина колкото Луната или около 75% от неговия радиус. 60-70% от ядрото е съставено от желязо. Маринър-10 откри, че планетата има магнитно поле, което може би се генерира от частично разтопеното ядро. Ядрото е заобиколено от твърда скалиста мантия, която в най-тънките си области е с дебелина около 100 км.

Повърхността на Меркурий е осеяна с кратери, подобно на Луната. Най-голямата забележителност на неговата повърхност е кратерът Caloris Basin, който е резултат от сблъсък с астероид. Тази вдлъбнатина, с диаметър над 1000 км, е много сходна с Mare Orientale на повърхността на Луната. Caloris Basin се нагрява много силно, тъй като е близо до суб-полярната точка – точката от повърхността на Меркурий, която е право под Слънцето, когато Меркурий е най-близо до Слънцето.

[Apofis]

Някои от проучванията през последните години са показателни за хипотезата, че ексцентрицитетът на Меркурий нараства. Ако това е вярно, то при близко преминаване на планетата до Венера в бъдеще, е възможно Меркурий да бъде изхвърлена от Слънчевата система поради гравитационното поле. Това може да се случи след около 1 милиард години, но вероятността е 1/1000. В противен случай, съдбата на Меркурий зависи от Слънцето. В края на своя живот, изчерпвайки запасите си от водород (след около 5-6 милярда години), Слънцето ще нарасне до червен гигант. По същото време слънчевото ядро ще започне да се свива и раздува докато неговите най-външни слоеве се разкъсат. Слънцето ще нарасне многократно по размери и ще погълне Меркурий. По-късно същото ще се случи с Венера и Земята. С други думи, Слънцето ще се превърне в червен гигант - стара звезда, наближаваща края на своя живот с бързи темпове.

При раздуването на звездата, гравитационното привличане на крайните й слоеве ще отслабне. Изтласкан от собственото си излъчване, газът от тези слоеве ще се пръсне в пространството, формирайки горещ разноцветен мехур наречен планетарна мъглявина. Останалата слънчевата енергия ще осветява мъглявината, чийто блясък постепенно ще отслабне.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Орбитата на Меркурий е с голям ексцентрицитет (e= 0,206); в перихелий планетата е само на 46 млн. км от Слънцето, а в афелий това разстояние е 70 млн. км. Наклона на орбитата към еклиптиката е 7º, а разстоянието между Слънцето и Меркурий е 0,39 AU (57 910 000 km), което е 2,5 пъти по-малко в сравнение с разстоянието Земя-Слънце.

Меркурий прави една обиколка по своята орбита за 88 земни дни със средна скорост 47,9 km/s (почти 2 пъти по-голяма от земната). Но Меркурий се движи много бавно около своята ос. Околоосното му въртене става за 59 дни, което е 2/3 от орбиталния му период около Слънцето.

Диаметърът на Меркурий е 4879 km (2,6 пъти по-малък от земния). Максималният му видим диаметър е 13″, а звездната величина - от -1,2m до +1,1m.

Масата на Меркурий е 3,30x1023 kg (18 пъти по-малка от земната маса), а плътността й е 5,43 g/cm3, което означава, че Меркурий е много по-плътен от Луната. Меркурий е най-плътното тяло в Слънчевата система след Земята.

Температурните амплитуди на Меркурий са най-големите в Слънчевата система и варират между 90K (нощна) до 700K (дневна). Например, температурата на Венера е по-висока, но много по-стабилна.

Ако Меркурий притежава някаква атмосфера, най-вероятно тя би се състояла от хелиеви ядра принесени от слънчевия вятър. Заради високата температура на Меркурий тези атоми бързо излитат в космоса.

Меркурий е единственото тяло в Слънчевата система, за което се знае, че има резонансно движение на своята орбита със отношение различно от 1:1. Този факт и големият ексцентрицитет на орбитата на Меркурий биха създавали много странни ефекти за наблюдател, които се намира на повърхността на планетата. На някои ширини около екватора наблюдателят ще вижда как Слънцето изгрява и след това постепенно увеличава видимия си размер, движейки се бавно към зенита. Там то ще спре, за кратко ще обърне курса си и ще спре отново, преди да продължи своя път към хоризонта и да започне да намаля видимия си размер.

От плътността на Меркурий можем да заключим, че планетата вероятно притежава желязно ядро, което е почти толкова голямо, колкото и земното. Това ядро, с радиус от 1800 до 1900 кm, определя облика на планетата. Силикатната външна покривка (аналогична на земната мантия и кора) е само 500-600 кm. Вероятно поне част от ядрото е от разтопен метал.

Повърхността на Меркурий е с огромни стръмни склонове. Някои стигат до стотици километри ширина и до три километра височина. Едно от най-особените черти от меркурианската повърхност е басейнът Калори. Той е с диаметър около 1300 кm. Както и лунните басейни, и този е бил създаден най-вероятно от много голям сблъсък по-рано в историята на Слънчевата система.

В отделни части на планетата също има региони със сравнително равнинен характер. Някои от тях са в резултат от древна вулканична дейност, но други могат да се дължат на утаяване на изхвърлена от кратерите материя.

Анализите на данните от Маринър -10 дават основание да се предполага съществуването на честа вулканична дейност на Меркурий. Но за да бъде това потвърдено ще бъдат нужни още доказателства.

Невероятно, но радио наблюденията на северния полюс на планетата (регион, който не е картографиран от Маринър 10) разкриват доказателства за лед на водна основа в сенките на някои кратери.

Меркурий има малко магнитно поле, чиято сила е около 1% от земното.

Меркурий няма спътници.

Меркурий често е видим с бинокъл или дори с невъоръжено око, но винаги е много близко до Слънцето и е трудно да се наблюдава на светлото небе.

ИЗСЛЕДВАНИЯ НА МЕРКУРИЙ

Ранни сведения за Меркурий

От незапомнени времена насам наблюдаването на звездното небе е съпътствало развитието на човечеството. Хората от най-ранните цивилизации са наблюдавали изгревите и залезите на Слънцето, Луната и звездите и са се опитвали да измерват времето по тях. Ранни астрономически наблюдения са правени в Египет, Централна Америка, Англия (Стоунхендж) през 4-то хилядолетие пр. н. е. Първите астрономически записи в Египет, Вавилон и Китай съществуват от около 3000 год. пр. н. е. Още тогава било забелязано, че на небето има пет звездоподобни обекта, които се движат по един сложен начин, различаващ се от движението на останалите звезди. Това били познатите ни днес планети видими с просто око (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн).

Меркурий, най-близката планета до Слънцето, още в древността е привлякла погледа на хората със своето видимо бързо движение. Затова тя била свързана с гръцкия бог Хермес – вестителя на боговете, покровител на пътниците, търговците, крадците и ораторите. В римската митология на бог Хермес съответствал бог Меркурий. В древен Вавилон влиянието на планетата Меркурий е било свързвано с бога на мъдростта Набу. В митологията на Древен Египет съществува божество представяно в два животински образа – ибис и павиан. Това бил бог Тот, господаря на Луната. На нощното небе той представял отсъстващото Слънце, упражнявал надзор на звездния цикъл, пазел справедливостта и хармонията в света. Тот бил едновременно откривател на писмото и автор на ритуални и магически книги, покровител на писарите, лекарите и на всички науки. Както в царството на Ра, така и в задгробния свят той изпълнявал ролята на съдия. С течение на времето култа към това божество се увеличил. Бог Тот е идентифициран от гърците на бог Хермес, а оттам и на римския бог Меркурий. Това са първите свидетелства за силния интерес към тази планета, представяна и почитана като божество.

През античността и средновековието Меркурий, заедно с останалите четири планети, известни дотогава били обект на много изследвания, свързани с уточняване движението на телата в Слънчевата система. По-късно (XVII - XIX век), Меркурий поднася нови загадки, които намират своето решение в теориите на Нютон и Айнщайн.

Учени, допринесли за изследването на Меркурий:

Пиер Гасенди (1592 – 1655) – френски философ, астроном, математик и механик. На 7 ноември 1631 год. пръв наблюдава пасаж на планета (Меркурий) по диска на Слънцето, изчислен предварително от Кеплер през 1629 год.

Кристиян Хюйгенс (1629 – 1695) – нидерландски физик, механик, математик и астроном. През 1659 год. прави първите измервания на ъгловите диаметри на планетите.

Джеймс Грегъри (1638 – 1675) – шотландски математик и астроном. Разработва метод за изчисляване на слънчевия паралакс от наблюдения на преминавания на Меркурий и Венера по диска на Слънцето.

Едмонд Халей (1656 – 1742) – английски астроном, член на Лондонското кралско дружество. Разработва идеята за определяне на разстоянието от Земята до Слънцето чрез наблюдения на преминаванията на вътрешните планети по диска на Слънцето. През 1677 год. наблюдава такова преминаване на Меркурий и определя разстоянията от Меркурий и Земята до Слънцето.

Урбен Жан Жак Льовелие – (1811 – 1877) – френски астроном, член на Парижката академия на науките. Прави продължителни изследвания върху движението на Меркурий и през 1859 год. стига до извода, че скоростта на преместването на перихелия на планетата има стойност равна на 38” на столетие.

Херман Фогел (1841 – 1907) – немски астроном, член на Берлинската академия на науките. Извършил много спектрални наблюдения на всички планети от Меркурий до Нептун.

Бернар Лио (1897 – 1952) – френски астроном, член на Парижката академия на науките. В периода 1921 – 1929 год. за първи път провежда поляриметрични измервания на планетите. Те показали, че повърхностите на Луната, Марс и Меркурий са близки по своите поляризационни свойства до земните вулканични образци.

Алберт Айнщайн (1879 –1955) – немски физик-теоретик Създател на Общата теория на относителността, обясняваща аномалното движение на Меркурий.

Джерълд Клемънс (1908 – 1974) – американски астроном, член на Националната академия на науките. Прави подробен анализ на движенията на Меркурий и Марс. Въз основа на изследване движението на перихелия на Меркурий потвърждава необходимостта от прилагане теорията на относителността в теоретичната астрономия.

Ралф Диас и Гордън Петтинджил – американски астрономи. Те провели радиолокационни наблюдения на Меркурий с радиотелескопа Аресибо през 1965 год. и установили период на въртене на планетата 59 денонощия.

Ричард Баум – директор на отделите за Меркурий и Венера към Британската Астрономическа Асоциация. През 1990 г. пише за нееднократно регистрирани промени в блясъка на меркурианската повърхност и за нарастващи и изчезващи при ротацията на планетата ледени полярни шапки. Това твърдение не се признавало от НАСА, с аргумента, че Маринър-10 не регистрирал съществуването на каквато и да е форма на лед, но през 1991г. посредством радарно сканиране, радио астрономи идентифицирали голямо блестящо петно с размери 300x600 км при северния полюс на Меркурий във вид на ледена седловина, отразяващо радиосигнала аналогично на отражението на лед.

Изследвания на Маринър - 10

През 1974 г., а по-късно и през 1975 год., космическия апарат Маринър - 10 прелетял на близко разстояние до Меркурий и осъществил много точни измервания, които опровергали или потвърдили някои наземни изследвания.

По време на прелитането му направил много снимки, на които се виждало, че повърхността на планетата е покрита с подобен вид раздробени пластове и с подобни ударни кратери, както е на Луната. Внимателното изследване обаче показало различия между повърхностите на двете тела. Броят на разпръснатите по повърхността на Меркурий кратери е по-голям, а и често били групирани или подредени в редица. Били открити разседи, които по всяка вероятност са се формирали по време на един продължителен период, през който кората на планетата се е свивала поради изстиването и контракциите на голямото желязно ядро, което се предполага, че съставя вътрешната й структура. Едно, макар и косвено, но красноречиво потвърждение за съществуването на желязно ядро във вътрешността на планетата се съдържа в откритието, направено от космическия апарат, че Меркурий притежава диполно магнитно поле, чиято ос е наклонена на 12о към оста на въртене на планетата. Това наличие на магнитно поле е достатъчно да обясни съществуването на един тънък слой от газообразен хелий, който обвива планетата. В действителност този съвсем тънък воал навярно се захранва от излъчените от Слънцето и заловени именно от това магнитно поле хелиеви ядра. Този хелиев слой не може да бъде наречен атмосфера, нито притежава необходимите свойства да отслаби поне малко смъртоносното излъчване на Слънцето.

За съжаление това е единствения за сега космически апарат, който е бил в околността на Меркурий.

Въпреки многото изследвания и привидната близост до Земята, планетата Меркурий остава не напълно изследвана и пълна със загадки. Нейната динамично променяща се природа все още не е разгадана и много от теориите все още нито са доказани, нито – опровергани. Бъдещите космически сонди, които би трябвало да прелетят в близост до планетата в периода 2007 – 2013 год. ще трябва да отговорят на въпросите, възникнали около Меркурий.

Подобна задача ще има апаратът Месинджър. Мисията му бе отложена от март 2004 за май 2004 и така той ще влезе в орбита около Меркурий през ноември 2009. По време на мисията си той ще прелети два пъти ниско над планетата и след това ще остане в орбита около нея. Оборудван с множество уреди, Месинджър ще има за цел да разнищи мистериите около високата плътност на Меркурий, състава и структурата на неговата кора и дали на повърхността има форми на вулканизъм. Други области на изследвания са: тектонската история, тънката атмосфера, малката магнитосфера и полярните шапки.

АНОМАЛИИ:

Перихелият на Меркурий

Астрономите от XVII и XVIII век сметнали, че техните наблюдения не били достатъчни, за да построят точно движението на Меркурий. Даже в началото на XIX век, когато изглеждало, че може да се създаде добра теория, движението на тази неголяма планета се „отклонявало“ от точното предсказание.

През 1859 год. Урбен Жан Жак Льовелие отбелязал, че Меркурий не се движи точно по предначертана орбита. За да решат проблема някои астрономи издигнали предположението за съществуването на неизвестна планета между Слънцето и Меркурий. Нарекли я Вулкан и се заели с нейното търсене, но безуспешно. Други предложили зодиакалната светлина за решаване на проблема. Но и тази хипотеза била отхвърлена.

Съгласно класическата теория (т.е. теориите на Нютон, Кеплер и т.н.) орбитата на една отделна планета трябва да бъде идеална елипса със Слънцето в един от фокусите й. Обаче в Слънчевата система освен Меркурий има и други планети. Тези планети също привличат Меркурий, макар и слабо, което води до незначителни отклонения на неговата орбита от идеалната елипса. Това отклонение се нарича смущение (пертурбация) в орбитата на Меркурий. Ползвайки закона за привличането на Нютон астрономите можели да пресметнат точната стойност на това смущение. Обаче наблюдаваната скорост на завъртане на орбитата се оказала забележимо повече от теоретически предсказаната.

Точката, в която Меркурий се намира най-близо до Слънцето се нарича перихелий. Ако гледаме от Земята тя заема определено положение на небето. Тъй като орбитата на Меркурий много бавно се завърта, то траекторията на планетата около Слънцето постепенно променя своята ориентация. В резултата на това много бавно се променя положението на перихелия на Меркурий. Този ефект е толкова малък, че за сто години перихелият се завърта само на 1о 33′ 20″. Теорията на Нютон може да обясни само завъртане от 1о 32′ 37″ за столетие. Остава едно допълнително движение равно на 43″ за столетие, което не може да се обясни с ефектите от класическата Нютонова теория.

В 1916 год. Алберт Айнщайн предложил принципно нова теория за привличането, наречена Обща теория на относителността. Съгласно тази нова теория, гравитационното поле на обекта се проявява в изкривяването на пространство-времето. Частиците и светлинните лъчи се разпространяват по най-кратките линии в такова изкривено пространство-време – наречени геодезически. След като Айнщайн открил уравнението на гравитационното поле в Общата теория на относителността, той решил да я провери на практика. Айнщайн започнал за изследва гравитационното поле в празното пространство. Решавайки тези уравнения той открил как пространство-времето се изкривява около Слънцето. По този начин той се опитвал да разбере как планетите се движат в това изкривено пространство-време. И това движение не се оказало елиптично. В Общата теория на относителността, орбитата на всяка планета около Слънцето не е просто елипса, а бавно завъртаща се елипса. Такава орбита се върти около себе си даже без да се отчита влиянието на останалите планети. Периодично въртящата се елипса е най-кратката линия в изкривеното около Слънцето пространство-време.

Оценявайки стойността на скоростта на предвиденото въртене на елиптичните орбити на планетите, Айнщайн открил, че подобен ефект наистина трябва да бъде регистриран за Меркурий. Използвайки разстоянието на Меркурий до Слънцето в изчисленията си, той получил за скоростта на прецесиране точно 43″ за век – същата стойност, която била описана в теорията на Нютон. Така решаването на проблема за въртенето на перихелия на Меркурий се превърнала в основа за великия успех на Общата теория на относителността.

Резонансно движение на Меркурий

Меркурий е най-близката до Слънцето планета и поради тази причина влиянието на слънчевите приливи би трябвало да се проявява най-забележимо Пресмятанията показват, че слънчевите приливи са способни няколко пъти да забавят въртенето на Меркурий за време от 1 милиард години.

В действителност, денонощното въртене на Меркурий става много бавно: планетата прави един оборот около своята ос (звездно денонощие) за 58.646 земни денонощия, а в същото време обикаля около Слънцето за 87.969 земни денонощия. Това означава, че за времето за което Меркурий прави три оборота около своята ос обикаля два пъти Слънцето. Такова движение се нарича резонансно в отношение 3:2.

Обяснението на това явление се крие във факта, че орбитата на Меркурий има сравнително голям ексцентрицитет е = 0.260, което води до съществени различия в приливните сили. Те са 3.5 пъти по-големи в перихелия, отколкото в афелия. Това води до нарастване на скоростта в перихелия до 1.5 пъти в сравнение със средната орбитална скорост. По тази причина скоростта на денонощното движение се приближава до орбиталната, която тук също е по-голяма. Всичко това е причината за този странен резонанс 3:2.

[Spirit]

Мисии до Меркурий

Облитания: Mariner 10

Бъдещи мисии: MESSENGER (2011), BepiColombo (2019)

В удебелено са настоящите мисии.

[Spirit]

MESSENGER облита Меркурий след месец

[Cygnus X-1]

MESSENGER

[П. Теодосиев]

MESSENGER облита Меркурий