Планета Меркурий – описание, сведения, строение, атмосфера, исследования и фото

Звезда Солнце силой своей гравитации удерживает около себя восемь планет. Эти планеты вращаются вокруг центра – жёлтого карлика (Солнца) и образуют вместе со звездой систему, которая называется Солнечной. В данную систему входит 8 планет, среди которых наиболее близкой к центру – Солнцу и самой малой является Меркурий.

Название планеты происходит от имени древнеримского мифического бога Меркурия, покровителя торговли, который изображался в сандалиях с крыльями, которые символизировали быстроту и стремительность мифического божества.

Меркурий – самая быстродвижущаяся вокруг Солнца планета в Солнечной системе, что и отражено в её названии.

Общие данные

Общие характеристики планеты Меркурий представлены ниже:

• Расстояние до Солнца: 57 910 000 километров;
• Период обращения вокруг Солнца: 88 суток (по земному измерению);
• Группа: земная группа планет (в отличие от планет-гигантов);
• Сходство: с Луной;
• Естественные спутники: отсутствуют;
• Атмосфера: разреженная;
• Ядро: железное, 83% от всего объёма планеты;
• Температура поверхности: от -190^°С до + 430^°С;
• Радиус: 2439 км;
• Масса: 3,3х10²³ кг;
• Плотность (средняя): 5,43 г/см³ (немного меньше плотности Земли);
• Ускорение свободного падения: 3,7 м/с²;
• Вторая космическая скорость: 4,25 км/с.

Астрономические характеристики

Меркурий близко расположен к Солнцу, поэтому его наблюдение затруднительно вследствие высокой яркости светила.

Меркурий можно наблюдать, находясь в различных местах на Земле. Условия его наблюдения также будут различаться. Эти данные представлены ниже.

Место наблюдения	Условия наблюдения
Низкие широты (близость экватора)	самые благоприятные
Средние широты	трудные; наблюдение возможно в периоды максимальных элонгаций; оптимально наблюдать в равноденствия (при минимальной длительности сумерек)
Высокие широты	планета невидима (исключение – затмения)
Оптимальное время наблюдения	утро, сумерки, время элонгации вечер, сумерки, время элонгации

Примечание! Элонгация – максимальное удаление планеты от центра системы, вокруг которого планета обращается.

Небесная механика

Движение Меркурия вокруг Солнца и положение относительно Земли имеют следующие характеристики:

Интересным является факт: Марс и Венера по расположению орбит являются самыми близкими к Земле, но Меркурий чаще этих планет является ближайшей к Земле планетой. Причина – Марс и Венера при движении вокруг Солнца отдаляются от него больше, чем «привязанный» к звезде Меркурий.

Магнитное поле

У Меркурия имеется собственное магнитное поле. Этот вид материи связан с внутренним строением планеты и действует на электрические заряды и на намагниченные тела независимо от их движения, и имеет следующие основные характеристики:

Напряжённость	300 нТл (меньше земного в 102 раз)
Структура	дипольная
Причина образования	эффект динамо (аналогично и на Земле), круговое движение вещества в жидком ядре
Возраст	3,8х109 лет
Магнитосфера	присутствует
Причина наличия магнитосферы	сильное магнитное поле, оказывает воздействие на течение солнечного ветра вокруг планеты
Магнитные вихри	присутствуют, порождаются взаимодействием солнечной плазмы и магнитного поля планеты: магнитное поле планеты захватывает солнечную плазму и закручивает в вихри (аналогичные вихри присутствуют в магнитной сфере Земли)

Атмосфера

Исследования Меркурия космическими аппаратами показали, что у планеты есть атмосфера, которая имеет следующие характеристики:

Разреженность	сильная (давление в 5х1011 раз меньше земного)
Состав	Na, He, O2, K, Ar, H2
Происхождение	— атомы элементов захватываются из солнечного света; — атомы элементов выбиваются солнечным светом с поверхности планеты.
Среднее время жизни одного атома в атмосфере	200 суток
Атмосферные газы	не сохраняются, рассеиваются, плотная атмосфера отсутствует; причины: — слабость гравитационного поля; — слабость магнитного поля; — мощнейший солнечный ветер; — близость к Солнцу и сильный нагрев (газы покидают атмосферу при высоких температурах).
Наличие воды	в виде водяного пара; причины образования водяного пара: — при ударах комет водяной пар выделяется с поверхности планеты; — солнечное излучение воздействует на оксиды пород и оксиды минералов, вследствие этого выделяется водород и кислород, их соединение образует воду; — полярные льды подвержены сублимации, при которой выделяется водяной пар.

Геологическая история и гипотезы образования

В настоящее время согласно доминирующей гипотезе геологического формирования Меркурия считается, что планета первоначально являлась спутником планеты Венера. В рамках данного предположения учёные построили две модели:

1. Согласно первой Меркурий был потерян Венерой. Причиной этому послужило возрастание скорости движения Меркурия. Высокая скорость и относительно небольшая масса позволили Меркурию преодолеть силу притяжения Венеры. Поскольку гравитационное поле Венеры не смогло более удерживать Меркурий, то Меркурий был захвачен мощным гравитационным полем звезды Солнце. И таким образом из планеты-спутника Венеры Меркурий превратился в самостоятельную планету Солнечной системы.
2. Согласно второй модели на начальном этапе формирования Солнечной системы в ней существовали прото-Меркурий и прото-Венера, то есть планеты-прародители этих современных планет. И в это время произошло столкновение этих двух прото-планет по касательной линии. Следствием стало то, что Меркурий занял существующую ныне орбиту. На этом удалении от Солнца и началось геологическое формирование Меркурия, то есть формирование его ядра, мантии и коры до сегодняшнего состояния.

Внутреннее ядро

Планета Меркурий, как и планета Земля, имеет внутреннее ядро. Изучая планету Меркурий, учёные выдвинули 2 основные гипотезы формирования внутреннего ядра планеты до сегодняшнего состояния:

Гипотеза 1. Первоначально масса планеты Меркурий была в два раза больше, чем ныне. Соотношение металлических веществ и веществ силикатных по их массам было обычным в составе планетного материала..

Меркурий столкнулся с планетезималью (космическим телом, которое образуется за счёт приращения более мелких космических тел, состоящих из частиц космической пыли). Масса планетезимали была равной одной шестой части массы Меркурия.

В результате столкновения планеты Меркурий с планетезималью произошло следующее:

• массивная часть коры Меркурия была унесена в космос и рассеяна;
• крупная часть верхнего слоя мантии Меркурия унесена в космос и рассеяна;
• ядро Меркурия из тяжёлых металлов сохранилось.

Гипотеза 2. Протопланетный диск планеты Меркурий с самого начала был беден содержанием во внутренней части легковесных металлов. Причиной  этому послужило выметание лёгких металлов под действием солнечного света (светового давления), а также солнечным ветром. В результате сохранилось ядро Меркурия, состоящее из тяжёлых металлов.

Геология и внутреннее строение

Планета Меркурий имеет следующие геологические характеристики:

Ядро	радиус – 1,8х103 км, жидкое, состоит из железа и никеля, по размеру составляет 75% от диаметра планеты (такой размер имеет Луна), массивное (больше, чем у других планет) содержание железа в единице массы наибольшее из планет, обращающихся вокруг Солнца
Мантия	толщина – 0,6х103 км, состоит из силикатных веществ
Кора	толщина – от 0,1х103 до 0,3х103 км

В настоящее время учёные полагают, что первоначальный химических состав вещества, из которого состоит Меркурий, не претерпел значительных изменений. Это означает, что планета остаётся по элементному составу постоянной.

Поверхность

Исследования поверхности Меркурия показали наличие на ней большого количества кратеров. Это делает Меркурий схожим с Луной, поверхность которой также усеяна множеством подобных геологических образований. Распределяются кратеры по поверхности Меркурия неравномерно. Есть области с большим их количеством. Также присутствуют области, где кратеров значительно меньше.

На поверхности Меркурия расположены как очень древние, так и молодые кратерные образования. Кратеры, образовавшиеся относительно недавно, имеют особенность – от них в разные стороны тянутся светлые лучи.

Учёные выдвинули следующую теорию о распределении кратеров на поверхности Меркурия:

• если на участке поверхности присутствует много кратеров, то такой участок древнее;
• если на участке поверхности присутствует мало кратеров, то такой участок моложе.

Самый большой кратер на поверхности Меркурия – бассейн равнины Жары. Его размер 1525 на 1315 км.

Несмотря на схожесть поверхности Меркурия с поверхностью Луны, на поверхности Меркурия есть образования, которых нет на поверхности Луну. К таким относятся зубчатые откосы и уступы длиной до сотен километров.

На поверхности Меркурия присутствует большие кратеры. Эти крупные геологические образования хорошо сохранились. Данное обстоятельство даёт возможность сделать выводы, что за последние 4 миллиарда лет:

• на планете не было глобального движения участков коры;
• на планете не было эрозии почвы.

Отсутствие планетарной поверхностной почвенной эрозии представляет собой важное свидетельство – у планеты Меркурий никогда не было атмосферы за всю историю её существования.

Изучение поверхности с космических аппаратов показало, что поверхность Меркурия однородна. Наиболее высокая точка поверхности Меркурия: +4.48 км от среднего уровня, размещена южнее экватора на старейшей области поверхности планеты.

Наименее низкая точка поверхности Меркурия: –5,38 км ниже среднего уровня, размещена на дне Рахманиновского бассейна, который окружён горами. Эти горы пока совсем не изучены и представляют загадку. Учёные не знают причин их образования. По гипотезе предполагается, что эти горы –  свидетельство проявления последней вулканической активности на планете.

Природные условия

На Меркурии отмечаются самые резкие перепады температуры, если сравнивать с другими планетами, обращающимися вокруг Солнца.

Причинами таких температурных скачков являются:

• близость к Солнцу (обуславливает сильнейший нагрев поверхности планеты при попадании солнечного света);
• медленное вращение (продолжительное по времени прогревание солнечной стороны и охлаждение теневой дают очень большую разницу в температурных показателях разогретой и охлаждённой сторон);
• сверхразреженная атмосфера (нет поглощения тепла солнечного излучения при попадании света от Солнца на поверхность планета, а также отсутствует возможность задерживать тепла у поверхности при её остывании)
• рыхлая поверхность с плохой теплопроводностью (нет глубокого и достаточно сильного прогрева поверхности Меркурия, что в свою очередь при остывании поддерживало бы температуру, и остывание не происходило бы так быстро).

Несмотря на быстрый нагрев и быстрое остывание, температура под поверхностью Меркурия статична (постоянна). Так, на глубине 1 м она составляет +75°С.

В таблице представлены значения средней и максимальной температур поверхности Меркурия.

Средняя температура	+349,9°С (день) –170,2°С (ночь)
Максимальная температура	+426,9°С (около перигелия)

Учёными выдвигается гипотеза, что на поверхности Меркурия в районе полюсов может быть лёд. Данное предположение основано на том, что на планете может происходить следующий процесс. Кометы, летящие в открытом космосе, несут лёд. Далее такие кометы ударяются о поверхность планеты. Кометный лёд тает и испаряется, образуя водяной пар. Водяной пар перемещается по-над планетарной поверхностью и замерзает областях полюсов в глубоких кратерах (на донной поверхности) в вечной тени – солнечный свет сюда не поступает никогда и не может растопить лёд, а водяной пар, попадающий сюда, превращается в лёд под воздействием очень низких температур, и сам лёд может сохраняться вечно.

История открытия и наблюдения

Древний мир. Самое первое наблюдение

Несмотря на трудность наблюдения планеты Меркурий, люди с самых Древних времён определили, что около Солнца есть некая планета. Понятно, что наблюдения велись самым простым способом – невооружённым глазом.

Вследствие высокой скорости движения Меркурия вокруг Солнца и наличия очень малого времени для возможности наблюдать планету (в очень короткое время утренних и вечерних сумерек), древние астрономы считали, что на месте Меркурия имеется 2 планеты. Поэтому во многих древних культурах Меркурий имеет два названия: утром – одна планета, вечером – другая.

Самым древним является наблюдение планеты Меркурий в Вавилоне. Это наблюдение засвидетельствовано в сборнике астрологических таблиц, созданных предположительно в 14 веке до нашей эры. В этом описании планета Меркурий имеет название, которое можно перевести как «Прыгающая планета».

Греки в древние времена также наблюдали планету Меркурий и из 8–7 веков до нашей эры в современность дошло её древнегреческое название «Стилбон», которое переводится как «Искрящийся». Существующее ныне название планете дали древние римляне.

Позднеэллинистический астроном Клавдий Птолемей (100–170 года нашей эры, предположительно был греком, но римским гражданином, жил и работал в Александрии в Египте) выдвинул идею о том, что Меркурий может двигаться по солнечному диску.

В исследовании учёный даёт ответ на вопрос, почему такое движение Меркурия по солнечному диску наблюдать не представилась возможность. Он объяснил это двумя причинами: во-первых, Меркурий для наблюдения является совсем малой планетой, а во-вторых, прохождение этой планеты по солнечному диску явление очень редкое.

Другие древние наблюдатели

До сегодняшнего дня дошли свидетельства, что планету Меркурий наблюдали и многие народы, жившие в древние века. Так, у древних германцев в языческой вере Один, верховный бог, ассоциировался с Меркурием.

Иудеи также изучали небесный свод и сам Меркурий, название которого с иврита переводится как «Солнечная планета».

В Китае Меркурий назвали «Утренней звездой». Так древние китайские астрономы выделили эту планету среди других.

В древней Индии традиционно планеты связывались с божествами. По одним источникам –  индийские астрономы назвали Меркурий именем бога Будхы, который главенствовал в третий после понедельника день недели. По другим дошедшим до наших дней источникам известно, что индийцы дали Меркурию имя Будды.

Наблюдения в Средние века

Араб-астроном Аз-Заркали (1029–1087, жил и работал в испанском Толедо, затем в Севильи) из Андалусии в средние века описал овальную орбиту Меркурия.

Ибн Баджа (арабский филосов, учёный, 12 век, жил в мусульманской Испании) наблюдал 2 планеты в виде пятен на солнечной поверхности.

Аль-Ширази (13–14 века, персидский астроном, учёный, Марагинская обсерватория, Мерага, Иранский Азербайджан) предположил, что Ибп Баджа наблюдал Меркурий и Венеру.

Индийский учёный Нилаканса Сомаяджи в 15 веке создал модель: Земля – центр, Солнце вращается вокруг Земли, а Меркурий привязан к Солнцу и совершает обороты вокруг него.

Племена майя также наблюдали планету Меркурий. По их верованиям они представляли его как сову – посланницу потустороннего мира.

В период средних веков в Европе Меркурий не наблюдали, поскольку на севере Европы трудно наблюдать эту планету в следующих условиях:

• только в сумерках, на заре утром или вечером;
• низко над горизонтом;
• время лучшей видимости – десять дней только единожды в году.

И даже в эти дни Меркурий на севере Европы увидеть трудно – на светлом небе можно различить лишь неяркая малую звёздочку.

Поэтому в своих научных трудах Николай Коперник (1473–1543, великий математик и астроном эпохи Возрождения, автор первой в истории гелиоцентрической системы мира) не привёл данных о личном наблюдении Меркурия, но описание планеты дал. Возможно, учёный сам и не мог наблюдать планету, но сделал описание на основе наблюдений других астрономов.

Новое время. Наблюдение с помощью оптических телескопов

Галилео Галилей (1564 –1642, итальянский физик, математик, астроном) выполнил первое наблюдение Меркурия в телескоп в начале 17 века, когда наблюдал фазы Венеры. Галилей имел мощный телескоп, позволивший ему сделать наблюдения Меркурия.

Пьер Гассенди (1592–1655, французский священник, учёный, математик и астроном) 7 ноября 1671 года первым наблюдал в телескоп прохождение Меркурия по диску Солнца на основе ранее сделанных вычислений Иоганном Кеплером (1571–1630, немецкий математик и астроном, первым открыл законы движения планет Солнечной системы) момента прохождения.

Джованни Цуп (1589–1667, итальянский учёный, иезуит, преподаватель иезуитского колледжа в итальянском Неаполе) в 1639 наблюдал Меркурий в телескоп и открыл орбитальные фазы, сходные с фазами Луны и Венеры. Эти наблюдения окончательно доказали, что Меркурий совершает движение вокруг Солнца.

Иоганн Шрётер (1745–1816, немецкий астроном, член-корреспондент Петербургской,Парижской и Баварской академий наук) в 1800 году рассматривал поверхность Меркурия и сообщил, что видел на поверхности горы высотой до двух десятков километров.

Джованни Скиапарелли (1835–1910, итальянский астроном, член-корреспондент Парижской и Петербургской академий наук) в 80-х годах 19 века сделал карту Меркурия. В честь этого выдающегося учёного на планете Меркурий названа гряда Скиапарелли.

Эжен Антониади (1870–1944, французский астроном греческого происхождения, не имел профессионального образования астронома, но считался одним из самых лучших астрономов-наблюдателей 20 века) продолжил составление карт Меркурия и в 1934 году издал книгу со старыми и новыми картами.

Исследования в новейшее время

Близость планеты Меркурий к Солнцу, имеющему мощнейшее излучение, создаёт большие трудности наблюдения Меркурия в телескоп. Кроме этого, излучение воздействует на приборы, они повреждается и переходят в нерабочее состояние.

Радиоастрономические измерения

В 1961 году американские учёные Ховард, Баррет и Хэддок использовали рефлектор с радиометрами. В ходе наблюдений с помощью этой аппаратуры учёными были собраны данные, которые через 5 лет обработаны. На основании этого в 1966 году была определена температура поверхности Меркурия:

• освещённая Солнцем сторона планеты имела температуру около 320°C;
• неосвещённая Солнцем сторона планеты имела температуру около –120°C.

Проведённые учёными радиоастрономические наблюдения являлись уникальными на то время.

Радиолокационные измерения

В 1962 году В. А. Котельников (Институт радиотехники и электроники, СССР) выявил, что Меркурий и Луна похожи по свойствам отражения радиоволн. Учёные получили отражённый от Меркурия радиосигнал.

В 1965 году с помощью радиотелескопа обсерватории в Аресибо (астрономическая обсерватория США, Пуэрто-Рико, 15 км от города Аресибо, 497 м над уровнем моря), проведены подобные наблюдения Меркурия. На основании полученных данных учёные рассчитали период вращения Меркурия, который оценён в 59 дней.

Электронно-вычислительная техника и информационные технологии

Научно-технический прогресс в 20 веке позволил проводить наземные наблюдения Меркурия: принимать излучения, на основе которых создавать фотографии планеты на ЭВМ, а также выполнять компьютерную обработку изображений.

Исследование Меркурия космическими аппаратами

Изучение планеты Меркурий с помощью космических аппаратов (КА), запущенных в близкое к планете космическое пространство является следующим шагом в развитии астрофизических наблюдений.

Однако, отравить КА на Меркурий трудно по следующим причинам:

• запущенный с Земли космический аппарат после вывода в открытый космос необходимо сначала затормозить, чтобы вывести его на высокую эллиптическую орбиту;
• при приближении КА к Меркурию необходимо дать аппарату импульс, с целью вывода КА на орбиту Меркурия.

До настоящего времени Меркурий был исследован с помощью только 2-х аппаратов: «Маринера-10» и «Мессенджера».

Маринер-10

«Маринер-10» являлся первым космическим аппаратом, достигший Меркурия.

Это межпланетная автоматическая станция, которая в 1974–1975 годах осуществила пролёт мимо планеты 3 раза, и выполнила максимальное сближение с Меркурием на расстояние 320 км,

С помощью аппаратуру, установленной на «Маринере-10» учёные получили несколько тысяч снимков поверхности планеты Меркурий. Сделанные фотографии покрыли 45% поверхности планеты.

Мессенджер

Космический аппарат «Мессенджер» являлся миссией НАСА (США) и был запущен 3 августа 2004 года В январе 2008 года этот зонд впервые в истории исследования планеты Меркурий совершил полный облёт Меркурия.

Мессенджер 22 января 2008 года космический аппарат передал на Землю первые фотографии Меркурия с высоким разрешением.

Далее миссия продолжилась и 17 марта 2011 года космический зонд «Мессенджер» совершил гравитационные манёвры вблизи Меркурия, Земли и Венеры, после чего успешно вышел на орбиту, Меркурия и стал первым ИС (искусственным спутником) Меркурия в истории исследования этой планеты.

В ходе миссии были проведены с помощью аппаратуры на зонде, установленной на зонде были исследованы:

• рельеф планеты;
• атмосфера, её химический состав;
• элементный состав планетарной поверхности;
• частицы атмосферы планеты, несущие большие заряды энергии;
• солнечная плазма, воздействующая на планету.

Результат миссии «Мессенджер»: 17.06.2011 года на основе первых данных от «Мессенджера» определено, что магнитное поле планеты Меркурий несимметрично относительно полюсов, количество частиц солнечного ветра, достигающие полюсов, различны; проведён анализ распространённости химических элементов на планете.

В 2015 году зонд «Мессинджер» упал на Меркурий. Учёные предполагают, что от падения КА образовался 15-метровый кратер.

Результаты «Маринера» и «Мессенджера» имели важное значение. По данным, полученным с этих космических аппаратов была составлена полная карта поверхности планеты Меркурий. Эта карта стала первой в истории изучения планеты.

Миссия «BepiColombo»

Изучение планеты Меркурий продолжается. Европейское космическое агентство (ЕКА) и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) в 20 ноября 2018 году в рамках совместной автоматической космической миссии запустили 2 аппарата для исследования Меркурия.

Название миссии «BepiColombo» было дано в честь Джузеппе Коломбо, итальянского астронома, математика, инженера, важного участника разработки трассы для космического аппарата «Маринер-10», первого в истории запущенного КА для исследования планеты Меркурий.

В составе миссии «BepiColombo» 2 космических аппарата. Назначение – вывод каждого КА на орбиту Меркурия. Цель миссии «BepiColombo» исследование Меркурия по следующим направлениям:

• состав поверхности;
• состав окружающего пространства;
• оценка геологической истории развития планеты;
• химический состав поверхности;
• внутренняя структура поверхности;
• анализ происхождения магнитного поля планеты;
• анализ взаимодействия магнитного поля планеты с солнечным ветром;
• составление карты распределения водородсодержащих соединений и льда в полярных областях.

Таблица. Основные этапы миссии «BepiColombo»

Запуск	20 ноября 2018 года
Маршрут	1 облёт Земли, 2 облёта Венеры, 6 облётов Меркурия
Плановое время прибытия на орбиту Меркурия	5 декабря 2025 года
Длительность полёта – 7 лет	7 лет
Длительность работы каждой станции	1 год

Таблица. Сравнение основных характеристик Меркурия, Венеры, Земли и Марса

Характеристики	Меркурий	Венера	Земля	Марс
Расстояние до Солнца, млн. км	57,91	108	150	228
Период обращения вокруг Солнца, сутки земные	88	224,7	365,26	687
Естественные спутники	нет	нет	Луна	Фобос Деймлс
Атмосфера	H2 He O2 Ca (пары) Na K	CO2 N2 H2SO4	N2 O2 CO2 H2O (пары)	CO2 N2 Ar O2 CO H2O (пары) NO
Ядро	Fe	Ni Fe	Fe Ni	Fe S Ni
Температура поверхности	от -190°С до +430°С	от -173°С до +127°С	от -89°С до +59°С	от -125°С до +20°C
Радиус, средний, км	2439	6051	6371	3396
Масса, кг	0,33х1024	4,8х1024	5,97х1024	0,642х1024
Плотность, средняя, г/см3	5,43	5,24	5,51	3,9
Ускорение свободного падения, м/c2	3,7	8,8	9,8	3,86
Вторая космическая скорость, км/с	4,25	10,2	11,2	5,0

Возможна ли жизнь на Меркурии?

Наша планета Земля уникальна. На ней существует невероятное многообразие живых организмов. Это возможно благодаря тому, что на Земле есть особые природные условия, обязательные для жизни организмов, а именно:

• источник света (энергии)
• оптимальный уровень радиации
• оптимальная температура
• оптимальная концентрация кислорода и углекислого газа
• допустимая концентрация токсических веществ
• минеральные вещества
• жидкая вода

Учёные изучают другие планеты также и с целью определить возможность существования на них биологической жизни. В своих исследованиях они опираются на исследование природных условий разных планет, сравнивая их с земными.

Природные условия планеты Меркурий однозначно дают ответ на вопрос, что живых организмов, сходных с земными, там нет (таблица «Сравнение планет земной группы»). Возможно, на Меркурии и может существовать жизнь, но в формах, отличающихся от форм, свойственных планете Земля.

Видео