ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ПЛАНЕТ

§ 13. МЕРКУРИЙ

Меркурий, ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы, была для астрономов длительное время полной загадкой. Не был точно известен период ее вращения вокруг оси. Из-за отсутствия спутников не была точно известна масса. Близость к Солнцу мешала производить наблюдения поверхности. В то время как спектры планеты говорили об отсутствии у нее атмосферы, некоторые наблюдатели (например, Э. М. Антониади) замечали порой какие-то «туманы», скрывавшие конфигурацию темных и светлых пятен, с трудом наблюдаемую на его диске. Поляриметрические наблюдения О. Дольфюса в 1950 г. дали указание на наличие весьма слабой атмосферы, в 300 раз разреженнее земной. Но полной уверенности в этом не было.

И вдруг, за какие-нибудь пять лет, все изменилось и Меркурий теперь изучен не хуже любой другой планеты Солнечной системы. Большое значение в разрешении загадок Меркурия имел полет американского космического аппарата «Маринер-10» в 1974—1975 гг. Но дело не только в этом полете: многое о Меркурии мы смогли узнать и с помощью наземных астрономических наблюдений.

Радиолокация позволила установить период вращения Меркурия. Еще в 1882 г. Дж. Скиапарелли из визуальных наблюдений сделал вывод, что этот период равен периоду обращения Меркурия вокруг Солнца (88 сут.), т. е., что Меркурий обращен к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле. Около 50 лет этот период считался предположительным, а потом уже в 30-х годах нашего столетия, вонросшельный знак около значения нернода был онят во всех справочниках и таблицах: фотография подтверждала период Скиапарелли. И все-таки он оказался неверным.

В 1965 г. американские радиоастрономы Р. Дайс и Г. Петтенджил с помощью 300-метрового радиотелескопа обсерватории Аресибо установили, что период вращения Меркурия равен 59,3 суток, т. е. близок к 2/3 периода обращения планеты. Вскоре период был уточнен; он оказался равным 58,646 суток, т. е. он составляет ровно 2/3 орбитального периода. Это открытие поставило перед астрономами два совершенно разных вопроса:

1. Почему визуальные и фотографические наблюдения в течение 80 лет указывали на период в 88 суток?

2. Почему период вращения равен орбитального периода планеты?

Ответ на оба вопроса оказался сравнительно прост. Три полных оборота вокруг оси Меркурий завершает за 176 суток. За тот же срок планета совершает два оборота вокруг Солнца. Таким образом, Меркурий занимает относительно Солнца то же самое положение на орбите я ориентировка шара планеты остается прежней. Такое движение., как показывает теория, является устойчивым. Вращение оказывается в резонансе с орбитальным движением.

Эта соизмеримость периодов и явилась причиной ошибки астрономов в определении периода вращения. Визуальные я фотографические наблюдения Меркурия возможны только около эпох элонгаций, которые повторяются через каждые 116 суток (синодический период Меркурия). Но для наблюдений планеты благоприятна не каждая элонгация: на вечерних — те, что наступают зимой или весной, а из утренних — те, которые бывают летом и осенью (нужно, чтобы Меркурий имел более высокое склонение, чем Солнце). Такие элонгации повторяются раз в год, точнее, раз в 348 суток. Но этот период близок к шестикратному периоду вращении Меркурия — 352 суткам. Наблюдая раз в 348 суток Меркурий, мы увидем на нем те же детали, что и год назад. Но астрономы прошлого (Скиапарелли, Антониади), встретившись с этим фактом и имея перед глазами пример Луны, обращенной к Земле одной стороной, полагали, что за это время Меркурий сделал четыре оборота вокруг оси, а не шесть.

После того как недоразумение выяснилось, был сделан ряд важных уточнений. Ось Меркурия оказалась почти перпендикулярной к плоскости его орбиты. Была введена система счета долгот: от 0 до 360° навстречу вращению планеты. За начальный меридиан был принят тот? который проходил через подсолнечную точку в момент первого прохождения Меркурия через, перигелий в 1950 г. (это было 11 января 1950 г.). С помощью этой системы координат американские астрономы К. Чепмен и Д. Крукшенк, с одной стороны, и французские астрономы О. Дольфюс и А. Камишель, — с другой построили карты планеты, основанные на ее многолетних визуальных и фотографических наблюдениях. Обе карты хороню согласовались друг с другом и, как доказал советский планетолог Г. Н. Каттерфельд, также с картами Скиапарелли а Автониади. Ужо тогда на поверхности Меркурия были заметны круглые темные пятна, похожие на лунные «моря», - темные линейные образования протяженностью 1—2 тыс. км и шириной 250—400 км в разделяющие их светлые области. Но общее альбедо Меркурия оказалось крайне низким, около 0,05.

Радионаблюдения планеты еще в 1962 г. показали сравнительно небольшое различие яркостных температур дневного и ночного полушарий. В 1966 г. было установлено, что средняя температура диска Меркурия на волне 11 ем меняется с углом фазы. Это означало, что температура ночного полушария планеты далеко не так мала, как предполагалось ранее. В 1970 г. Т. Мардок и Э. Ней из Миннесотского университета по наблюдениям в инфракрасных лучах на волнах от 3,75 до 12 мкм установили, что средняя температура ночного полушария Меркурия равна 114°К. С другой стороны температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна 620°К. В перигелии она может достигать 690°К, в афелии снижается до 560°К. Таков диапазон температур поверхности Меркурия.

Любопытно, как происходит смена дня и ночи на Меркурии. Солнечные сутки там, как легко сообразить равны общему наименьшему кратному из периодов вращения и обращения т. е. 176 земным суткам.

День и ночь продолжаются по 88 суток, т. е. равны году планеты (!). Солнце восходит на востоке, поднимается крайне медленно (в среднем на один градус за 12 часов), достигает верхней кульминации (на экваторе — зенита) и также медленно заходит. Но так происходит не на всех долготах. На долготах, близких к 90 и 270°, наблюдается весьма странная и, пожалуй, единственная в Солнечной системе картина. На этих долготах восход и заход Солнца совпадают по времени с прохождением Меркурия через перигелий, когда на короткое время (8 суток) угловая скорость орбитального движения планеты превышает угловую скорость ее вращения. Солнце на небе Меркурия описывает петлю, как сам Меркурий на небе Земли. На указанных долготах Солнце после восхода вдруг останавливается, поворачивает обратно и заходит почти в той же точке, где взошло. Но спустя несколько земных суток Солнце восходит снова в той же точке и уже надолго. Около захода картина повторяется в обратном порядке.

По суточным изменениям температуры поверхности можно с помощью теории теплопроводности определить так называемый параметр тепловой инерции грунта, т. е. величину где к — коэффициент теплопроводности грунта, с — его теплоемкость, — плотность.

Радионаблюдения Меркурия показали, что вещество его наружного покрова обладает параметром тепловой инерции как у лунного грунта или тонкораздробленной породы (для гранита этот параметр равен примерно 20).

Но самое интересное, что удалось узнать о Меркурии, это вид его поверхности. Когда космический аппарат «Маринер-10» передал первые снимки Меркурия с близкого расстояния, астрономы всплеснули руками: перед ними была вторая Луна! (рис. 19). Поверхность Меркурия оказалась усеянной кратерами разных размеров, совсем как поверхность Луны. Их распределение по размерам тоже было аналогично лунному. На поверхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие, по сходству с лунными «морями», название бассейнов. Наибольший из них, Калорис, имеет в диаметре 1300 км (Океан Бурь на Луне — 1800 км).

(см. скан)

Рис. 19. Фотография Меркурия, полученная космическим аппаратом «Маринер-10» в марте 1974 г.

На поверхности Меркурия встречаются кратеры со светлыми лучами, с центральными горками и без них, со светлым и темным дном, с резкими очертаниями валов (молодые) и полуразрушенные (древние), большие и маленькие, двойные и паразитные. Имеются и долины сходные с известной Долиной Альп на Луне (рис. 20).

Рис. 20. Фотография части поверхности Меркурия, полученная «Марннером-10» в марте 1974 г. Видна долита» напоминающая Долину Альп на Луне.

Большинство кратеров на Меркурии как и на поверхностях Луны и Марса, ударного (метеоритного) происхождения. Однако наличие мореподобного темного вещества и заполненных лавой кратеров свидетельствует о том, что в начальный период своей истории планета испытала сильное внутреннее разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма. Примерно такой же вывод сделали исследователи и в отношении Луны располагая несравненно большим объемом информации (состав лунного грунта, толщина лунной коры, поток тепла из недр Луны и т. д.).

На основании анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и Д. Гаулт предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты ее поверхность была гладкой (участки этой древней гладкой поверхности хорошо заметны). Далее наступил период интенсивной бомбардировки планеты остатками допланетного роя (планетезималями), во время которой образовались бассейны типа Калорис, а также кратеры типа Коперника на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потоков лавы, заполнившей крупные бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад (возраст планет Солнечной системы извеетен теперь довольно точно и равен 4,6 млрд. лет).

Данные об атмосфере Меркурия указывают лишь на ее сильную разреженность. По радиозатмеиному эксперименту с тем же «Маринером-10» плотность атмосферы на дневной стороне Меркурия не превышает молекул 1 см3, наблюдения с ультрафиолетовым спектрометром дают давление у поверхности бар (1 бар почти равен давлению в 1 атмосферу), что примерно соответствует плотности у поверхности. Из них около 0,4 % приходится на долю гелия, наличие которого установлено по ультрафиолетовому спектру. Обнаружены небольшие количества водорода и кислорода. Подозревается также присутствие и СО, но их содержание пока не установлено.

Приборы «Маринера-10» установили наличие у планеты слабого магнитного поля — около 100 гамм на расстоянии 450 им. Тщательное изучение магнитного поля планеты показало, что оно имеет более сложную структуру, чем земное: кроме дипольного (двухполюсного), в нем присутствуют еще поля с четырьмя и восемью полюсами с относительной напряженностью 1 : 0,4 : 0,3 (у Земли 1 : 0,14 : 0,09). Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием солнечного ветра.

Пролеты «Маринера-10» мимо Меркурия позволили уточнить его массу: 1/6 солнечной или 0,054 массы Земли, а также среднюю плотность, 5,45 г/см3, т. е.

Меркурий по плотности занимает второе место в Солнечной системе, уступая только Земле. Диаметр Меркурия составляет 4879 км.

Высокая плотность и наличие магнитного поля показывают, что у Меркурия должно быть плотное железистое ядро. По расчетам С. В. Козловской, плотность в центре Меркурия должна достигать Радиус ядра, по данным американских ученых, составляет 1800 км (75% радиуса планеты). На долю ядра приходится 80% массы Меркурия. Несмотря на медленное вращение планеты, большинство специалистов считает, что ее магнитное поле возбуждается тем же динамомеханизмом, что и магнитное поле Земли. Вкратце этот механизм сводится к образованию кольцевых электрических токов в ядре планеты при ее вращении, которые и генерируют магнитное поле. Выяснение происхождения магнитного поля Меркурия может иметь большое значение для проблемы планетарного магнетизма в целом.