Привет студент. Тяготение меркурия и проблема векового движения его перигелия Движение перигелия Меркурия и ОТО

В «окрестностях» Солнца, залитых потокам и ослепительно яркого спета, движется планета Меркурий. Видимое угловое расстояние планеты от центрального светила никогда не превышает 28 градусов, поэтому наблюдать Меркурий очень трудно. Большую часть времени он буквально утопает в лучах дневного светила и только ненадолго появляется на фоне золотистой утренней, зари или в блеске вечернего заката.

Все наблюдатели, указывали на одну особенность: планета вращается вокруг оси и обращается но орбите вокруг Солнца за один и тот же промежуток времени, равный 88 земным суткам. Об этом, казалось бы, свидетельствовали зарисовки расположения пятен на планетном диске. Получалось, что Меркурий обращен к Солнцу всегда одной стороной. А если так, то на одном его полушарии должен быть вечный день, а на другом — вечная ночь. Синхронность вращения планеты ученые объясняли приливным торможением Солнца, а и качестве наглядного примера указывали на Луну, повернутую одной стороной к Земле.

Во второй половине XX века представление о характере вращения Меркурия пришлось полностью пересмотреть. Этому способствовало бурное развитие радиофизических методов исследований. Точные данные о вращении планеты были получены в результате анализа сеансов радиолокации.

В 1965 году американские астрономы с помощью гигантского 305-метрового радиотелескопа в Пуэрто-Рико, радиолокационным методом определили период осевого вращения Меркурия в 2/3 продолжительности обращения по орбите. В земных солнечных сутках это составляет 58,6457. Таков в действительности период вращения Меркурия вокруг собственной оси по отношению к далеким звездам. Следовательно, на Меркурии не может быть ни вечного дня, ни вечной ночи. При такой скорости вращения одни солнечные сутки там равны без малого 176 (175,9371) земным суткам, или двум меркурианским годам (87,96855 . 2 = 175,9371). Другими словами, дни и ночи на Меркурии длятся по целому году! В перигелии — точке орбиты, ближайшей к Солнцу, — середина освещенного полушария Меркурия накаляется до 467°С. А па ночной стороне — леденящий холод: температура может опускаться до - 183°С.

В семье больших планет Меркурии отличается скромными размерами. Его диаметр в 2,61 раза меньше диаметра Земли. Следовательно, по объему планета меньше немного шара в 17,8 раза (2,61 . 2,61 . 2,61 = 17,8). В то же время по массе планета уступает Земле в 18,1 раза. Выходит, что средняя плотность Меркурия почти равна земной - она составляет 5,43 г/см3 (у Земли — 5,52 г/см3). И это в то время, когда недра планеты не испытывают сильного сжатия! Таким образом, после нашей Земли Меркурий является самок плотной планетой.

Некоторые исследователи считают, что Меркурий — это уникальная планета-рудник, которая по массе на 60% состоит из железа. Его массивное железное ядро окружено сравнительно тонкой силикатной оболочкой с мощными разветвленными рудоносными жилами, выходящими прямо на поверхность. Вполне возможно, что днем на поверхности Меркурия, испепеленной огненным дыханием близкого Солнца, образуются «озера» из расплавленных металлов (олова, свинца, цинка), похожие на изверженную вулканическую лаву.

Американский КА «Маринер—10» (1974 г.) передал на Землю около 3000 снимков поверхности планеты с разрешением до 50 м.

Сравнение снимков Меркурия с изображениями Луны говорит об их большом сходстве. Поверхность Меркурия тоже покрыта множеством кратеров ударного происхождения, и меркурианский ландшафт легко спутать с лунным. Но при внимательном изучении снимкой можно найти отличия: крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Самый большой кратер на Меркурии носит имя великого немецкого композиторы Бетховена. Его диаметр достигает 625 км!

Следующим важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных откосов, простирающихся на сотни километров. Изучение их структуры показало, что они образовались еще в ранний период развития планеты в результате глобального сжатия коры. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3—4 млрд лет там не происходило в широких масштабах движение участков коры, а также отсутствовала эрозия поверхности. Последнее обстоятельство почти полностью исключает существование в истории Меркурия сколько-нибудь существенной атмосферы.

На фотографиях поверхности Меркурия видно и несколько относительно гладких больших равнин, которые, очевидно, значительно моложе, чем сильно испещренные кратерами территории. Самой обширной равниной является Море Жары, или Море Зноя, достигающее в поперечнике 1300 км; расположено оно в экваториальной зоне планеты. Смотришь па него и невольно вспоминаешь лунное Море Дождей. И то и другое возникли в результате гигантских катастроф — столкновений с астероидными телами.

С помощью чувствительного магнитометра, установленного на «Маринсре-10», у Меркурия было обнаружено дипольное магнитное поле, направленное примерно вдоль оси вращения планеты. Но напряженность этого поля на поверхности Меркурия не достигает и 1% от напряженности магнитного поля Земли. Тем не менее магнитное моле Меркурии значительно сильнее, чем ноле Венеры или Марса.

По-видимому, для его генерации внутри планеты имеются необходимые условия.

Таким образом, в результате космических исследований было установлено, что Меркурий — это планета-парадокс: внешне и по истории формирования поверхности он похож на Луну, а по своему внутреннему строению обнаруживает удивительное сходство с. Землей. Даже магнитное поле Меркурия подобно земному.

Ближайшая к Солнцу из девяти больших планет; на нашем небе никогда не удаляется от дневного светила больше, чем на 28°, поэтому наблюдать Меркурий с Земли особенно трудно. Время от времени планету можно различить невооруженным глазом как едва заметную светлую точку среди чарующих красок вечерней или утренней зари. В телескоп Меркурий имеет вид серпика или неполного круга, изменения формы которого по мере орбитального движения планеты наглядно показывают, что мы наблюдаем шар, освещенный с одной стороны Солнцем. В период минимальной удаленности от Земли (средний минимум 92 млн. км, минимум миниморум около 80 млн. км) Меркурий на небе земного наблюдателя бывает расположен, к сожалению, возле самого Солнца и обращен к нам своим темным (ночным) полушарием. Такие неудобства наблюдений Меркурия с наземных обсерваторий усугубляют и без того значительные трудности, связанные с малостью угловых размеров объекта, со слабостью приходящего от него энергетического потока и с помехами в земной атмосфере.

Тем не менее исследователям удается отвоевывать у природы бесценные крупицы новых знаний путем совершенствования сложнейшей аппаратуры и методики наблюдения и ценой напряженной, а подчас даже самоотверженной, работы. До 1974 г. вся информация о Меркурии (а она достаточно обширна) была получена по наземным наблюдениям.

О Меркурии написаны превосходные обзоры. Однако за последние годы некоторые сведения были уточнены. В настоящем обзоре сделана попытка изложить сведения о физике этой планеты с использованием по возможности новейших данных.

Диаметр, масса и величины, производные от них Точные знания размеров и массы планеты совершенно необходимы для нахождения ряда параметров, характеризующих физические условия на поверхности и важных для космонавтики.

Линейные диаметры всех планет, полученные из угловых диаметров, измерявшихся с Земли, являются величинами, зависящими от численного значения астрономической единицы длины. В связи с возможными уточнениями последней исторически сложилась традиция выражать диаметры планет не в линейной мере, а в угловых секундах на расстоянии 1 а. е.

Результаты измерений экваториального диаметра Меркурия заключены в пределах от 6",2 до 6",9, т. е. согласуются между собой с точностью далеко не астрономической. Новые измерения дают 6",73 ±0",03, что соответствует величине 4882 ±30 км, тогда как применение метода Герцшпрунга показало D>6",79, т. е. D>4920 км.

Лучший метод нахождения массы любой планеты основан на использовании периодов обращения ее спутников. Поскольку у Меркурия таковых нет, для вычисления его массы используют трудно наблюдаемые эффекты гравитационного взаимодействия с другими небесными телами.

Отношение масса Солнца/масса планеты близко к 6,0*10 6 .

По данным о значениях массы и диаметра средняя плотность оценивается в пределах от 5,30 до 5,46.

Из оценок массы и диаметра планеты легко находятся ускорение силы тяжести и параболическая (вторая космическая) скорость на уровне поверхности; первая величина составляет около 38% от значения для Земли, а вторая - приблизительно 4,3 км/сек.

Первые опыты исследования Меркурия автоматическими приборами из космоса были осуществлены с борта космического аппарата «Маринер-10» (США) 29 марта и 21 сентября 1974 г. На Землю переданы изображения поверхности планеты. Из ра-диозатменных измерений выведена величина радиуса Меркурия, составляющая на широте 2°N 2440 ±2 км, а на широте 68°N - 2438 ±2 км. Анализ трассовых данных позволил уточнить массу Меркурия, которая составляет в единицах отношения массы Солнца к массе планеты 6 023 600 ±600. Новое значение средней плотности планеты 5,44 г*см -3 .

Высокую среднюю плотность Меркурия (по сравнению с плотностью вещества в земных недрах на уровне соответствующего давления) объясняют обилием тяжелых элементов. В составе Меркурия, по-видимому, преобладает железо. Вывод о высоком содержании железа и, следовательно, об ограниченном содержании силикатов приводит к допущению о значительно более низком содержании радиоактивных веществ в Меркурии, чем в веществе хондритовых метеоритов. Между тем известно, что распад радиоактивных элементов, содержащихся именно в силикатах, является одной из причин разогревания планетных недр. Значит, термическая история и современное состояние недр Меркурия в значительной мере зависят от среднего химического состава. Кроме того, следует учитывать дополнительные факторы, которых мы не знаем. К ним относятся скорость конгломерации планеты из вещества протопланетного облака, обилие и состав радиоактивных элементов в этом веществе, лучистая энергия, получаемая извне на ранних этапах эволюции. Проведенные С. В. Маевой расчеты термической истории Меркурия показали, что на всех этапах эволюции температура в недрах планеты никогда не достигала значения, необходимого для расплавления силикатного вещества или железа. Расслоение вещества по удельному весу (гравитационная дифференциация) в твердых недрах планеты происходит значительно медленнее, чем в случае расплавления. Тем не менее некоторые специалисты допускают, что Меркурий может иметь ядро, Различные модели внутреннего строения Меркурия рассмотрены и модели с однородным распределением металлического железа и с его сегрегацией в ядро.

Поверхность Меркурия . Фотометрические свойства и современные данные о рельефе

Поверхность Меркурия, освещенная солнечными лучами, кажется яркой, но измерения показали, что она довольно темная, точнее - темно-бурая. Визуальное альбедо Бонда 3 для Меркурия равно 0,056 а интегральное 0,09. Средняя яркость дневной поверхности резко возрастает с приближением угла фазы к нулевому значению. Кривые изменения яркости в зависимости от угла фазы для Меркурия и Луны практически совпадают. Спектральная отражательная способность увеличивается с возрастанием длины волны по крайней мере до 1,6 мкм. Приведенные к нулевой фазе результаты измерений спектральной отражательной способности Меркурия в диапазоне от 0,32 до 1,05 мкм изображены на рис. 1, заимствованном из работы. Кривая отражательной способности Меркурия сходна с таковой для гористых и морских участков поверхности Луны и отличается от кривых для дна лунных кратеров. Исходя из этих результатов, Мак-Корд и Адамс пришли к заключению, что поверхность Меркурия покрыта, вероятно,

луноподобным твердым веществом, богатым темными вулканическими стеклами, например пироксеном. Причиной низкого альбедо может быть большое содержание в минералах железа и титана.

При исключительно благоприятных условиях, которые случаются довольно редко, на

поверхности Меркурия в телескоп можно заметить темные и светлые пятна.

Неоднократно предпринимались попытки составить карту Меркурия. Исторические карты мы здесь рассматривать не будем, поскольку их составители пользовались ошибочными данными о периоде осевого вращения планеты. Новые попытки составить карту Меркурия на основе современных представлений были предприняты Камишелем и Дольфюсом и Крукшенком и Чепменом. Более современная, улучшенная карта деталей поверхности Меркурия с указанием координат избранных деталей была составлена в 1972 г. Мюрреем, Смитом и Дольфюсом по материалам фотографических и визуальных наблюдений за 1942- 1970 гг. в астрономических обсерваториях Пик-дю-Миди (Франция) и Нью-Мехико (США).

Эта карта изображена на рис. 2. Долготы даются в новой системе отсчета, рекомендованной на 14-й сессии Международного астрономического союза (Брайтон, 1970). По заключению составителей карты видимый контраст деталей на поверхности Меркурия несколько меньше, чем в случае контрастов море - материк на Луне. Возможно, что уменьшение контраста связано с размыванием изображений темных деталей при наблюдениях Меркурия, так как угловое разрешение получается в 300 раз худшее, чем при наблюдениях Луны. Область между 350 и 90° термографической долготы, занимающая более четверти поверхности планеты, практически лишена больших контрастных деталей.

Авторы работы отмечают, что детали на поверхности Меркурия оставались неизменными на протяжении более чем 30-летнего периода наблюдений и появление атмосферной дымки в каких-либо областях планеты не обнаружено.

Исследования рельефа поверхности Меркурия выходят за пределы возможностей оптических методов современной наземной астрономии. В последнее десятилетие для изучения поверхности ближайших планет с успехом используют радиолокацию. Возможности радиолокации планет возрастают как в результате совершенствования аппаратуры, так и вследствие применения новой методики анализа данных. Однако Меркурий является очень трудным объектом исследо

ваний, поскольку принимаемый от него сигнал радиоэхо имеет мощность, приблизительно в 100 раз меньшую, чем от Венеры.

До 1970 г. группа исследователей Массачусетского технологического института безуспешно пыталась использовать двумерные радарные спектры (время задержки и частота) для оценки профиля поверхности Меркурия. Слабость отраженного сигнала не позволила выделить заметные детали рельефа или найти отклонения поверхности Меркурия от поверхности сферы. Два более успешных эксперимента по радиолокации Меркурия были проведены в 1970-1971 гг. в Голдстоуне Лабораторией реактивных двигателей Калифорнийского технологического института на волне 12,5 см и в Хайстеке Массачусетским технологическим институтом на волне 3,8 см. Была достигнута чувствительность, достаточная для изучения характеристики рассеяния. И функция рассеяния и поляризация излучения на волне 12,5 см показали, что поверхность Меркурия в значительной мере занята мелкими неровностями. По измерениям на волне 3,8 см в нескольких наблюдавшихся участках экваториальной области планеты средняя величина уклонов найдена равной приблизительно 10°. Эта величина заметно изменяется с долготой. На Меркурии наблюдались топографические детали с вариациями радиуса планеты порядка 1-3 км.

Радиолокация позволила измерить «коэффициент отражения» планеты в микроволновом диапазоне; он оказался примерно таким же, как у Луны. Поперечник рассеяния Меркурия изменялся во время наблюдений в пределах от 4 до 8% от оптического поперечника.

Параметры осевого (суточного) вращения планеты.

Неоднократно предпринимались попытки найти период осевого вращения планеты по наблюдениям пятен на поверхности. Но старые визуальные наблюдения приводили к ложному выводу о том, что Меркурий повернут к Солнцу всегда одним и тем же полушарием, т. е. к выводу о равенстве сидерического периода осевого вращения и сидерического периода обращения по орбите (87,97 суток). Такое ошибочное мнение сохранялось вплоть до открытия Петтенджила и Дайса, которые по данным радиолокационных исследований нашли, что сидерический период осевого вращения Меркурия равен 59 ±3 суток. Впоследствии это значение уточнялось. Таким образом, на самом деле Меркурий вращается, но столь медленно, что его осевое вращение трудно заметить в течение короткого промежутка времени, благоприятного для визуальных наблюдений. Многие авторы объясняют долгую жизнь ошибочной гипотезы синхронного вращения планеты «роковой» квазисоизмеримостью периода этого вращения с периодом наступления условий, наиболее благоприятных для наблюдения Меркурия (для одной астрономической обсерватории за пределами тропического пояса - только с таким уточнением утверждение будет справедливо). Необходимое стечение обстоятельств повторяется через три синодических периода, т. е. через 348 суток, а за это время Меркурий успевает повернуться приблизительно на целое число оборотов как по отношению к Солнцу, так и к Земле. В таком случае видимое размещение деталей на диске планеты и положение подсолнечной точки среди них воспроизводятся с мало заметными изменениями.

Впрочем, именно оптические наблюдения помогли уточнить период вращения Меркурия после его грубой, но надежной оценки радарным методом. Камишель и Дольфюс на основе обработки архивов обсерватории Пик-дю-Миди за 1942-1966 гг. нашли период равным 58,67 ±0,03 суток. Смит и Риис также использовали многолетние фотографические архивы и получили период вращения 58,663 ±0,021 суток. Точность радарных наблюдений непрерывно улучшается и заметно приблизилась к точности оптических методов. Новые радарные наблюдения дают период, равный 58,65 суток, с ошибкой не более 0,4%.

Мюррей, Смит и Дольфюс дополнили прежние архивы фотоснимков и зарисовок Меркурия новыми оптическими наблюдениями на обсерваториях Пик-дю-Миди и Нью-Мехико и получили период вращения равным 58,644 ±0,009 суток. Направление оси вращения планеты найдено перпендикулярным плоскости орбиты с вероятным отклонением не более 3°.

Период осевого вращения Меркурия - величина не случайная: промежуток времени 58,6462 суток составляет в точности 2 /з от орбитального периода Меркурия. Это интересный вариант резонанса в спиновых колебаниях, вызванных действием гравитации Солнца на планету, внутри которой размещение массы нельзя считать строго концентрическим. Вращение с периодом 2 /з периода обращения должно быть устойчивым: малая ось эллипсоида инерции планеты при каждом возвращении Меркурия в точку перигелия бывает ориентирована вдоль направления к Солнцу. В работе показано, что для возникновения спиново-орбитально-го резонанса 3/2 требуется величина сжатия эллипсоида инерции в плоскости экватора (В - А)/C>10 -5 , т. е. весьма незначительная.

Атмосфера Меркурия

Дольфюс на основе измерений поляризации рассеянного планетой света в различных участках спектра нашел атмосферное давление у поверхности Меркурия близким к 1 мб. Мороз получил оценку такого же порядка величины (содержание С0 2 , равное 0,З:7,0 г/см 2) по избытку поглощения над теллурическим в полосе CO2 около 1,6 мкм в спектре Меркурия. Однако попытка Биндера и Крукшенка повторить измерения Мороза дала отрицательный результат. Что касается особенностей поляризации Меркурия, то О’Лири и Ри объясняют их одними только свойствами поверхности, без привлечения атмосферных эффектов.

В работе Белтона и др. по измерениям в полосе 1,05 мкм был найден верхний предел содержания СО2 на Меркурии, равный 5 м*атм (парциальное давление у поверхности менее чем 0,35 мб), а Бергстрал и др. по наблюдениям полосы около 1,20 мкм оценили, что верхний предел не превосходит 0,58 м*атм (парциальное давление приблизительно 0,04 мб). Эти данные ставят под сомнение наличие СО2 на Меркурии.

Чтобы молекулы газа не диссипировали с Меркурия, они должны быть, во-первых, достаточно тяжелыми, а во-вторых, устойчивыми к диссоциации под действием солнечного излучения. Этим критериям удовлетворяет достаточно распространенный в солнечной системе Аr 40 . Наблюдения не Исключают аргоновую атмосферу с давлением у поверхности Меркурия в пределах 1 мб, но ее существование - только гипотеза.

Сходство фотометрических свойств поверхности Меркурия и Луны может служить аргументом (правда, не очень убедительным) в пользу предположения, что поверхность Меркурия подвергалась воздействию солнечного ветра. Исходя из этого, Саган и О’Лири и Ри определи верхний предел атмосферного давления у поверхности планеты равным приблизительно 10 -5 мб, Белтон, Хантен и Мак-Элрой на основе вычислений темпа диссипации получили верхний предел близким к 10 -6 мб. Бенкс и др. , обсудив различные возможные модели атмосферы Меркурия, допускают существование там экзосферной модели, состоящей из Не 4 , Ne 20 и Аr 40 с верхним пределом суммарного обилия 2-10 14 частиц в столбе с единичным сечением. Структура такой модели определяется солнечным ветром.

Ультрафиолетовый эксперимент на «Маринере-10» подтвердил, что Меркурий окружен тонкой атмосферой с полным давлением у поверхности не более 2 * 10 -9 мбар. Установлены верхние пределы обилия различных газов. Наиболее обильными компонентами могут быть Ne, Аr, Хе. Среди других газов обнаружен, в частности, Не, парциальное давление которого у поверхности составляет 2*10 -12 мбар.

Условия инсоляции и температура на поверхности

Определяемая совместным действием вращения и обращения длительность одних солнечных суток на Меркурии равна в точности трем звездным меркурианским суткам или двум меркурианским годам и составляет около 176 наших дней, т. е. средних солнечных суток всемирного времени. Солнце на небе Меркурия движется с востока на запад неравномерно и заметно меняет видимые размеры вследствие эксцентриситета орбиты и периодических изменений гелиоцентрической угловой скорости планеты. Дважды за одни солнечные сутки (а именно - в каждом перигелии) видимые размеры Солнца увеличиваются, и оно приостанавливается, затем его движение приблизительно на сотню часов сменяется на попятное, после чего Солнце вновь приостанавливается и берет курс на запад.

Количество солнечной энергии, получаемой в единицу времени единичной площадкой, перпендикулярной солнечным лучам (так называемая солнечная постоянная, равная 2,00±0,04 кал/см 2 * мин на верхней границе земной атмосферы), на Меркурии в перигелии приблизительно вдвое больше, чем в афелии и в 10 раз больше, чем на Земле, т. е. достигает 14 квт/м 2 . При этом на различных термографических долготах экватора суточный цикл освещения неодинаков. Около долгот 0 и 180° Солнце в верхней кульминации имеет максимальные угловые размеры и движется в небе очень медленно, тогда как около долгот 90 и 270° оно в полдень имеет наименьшие угловые размеры и пересекает небосклон сравнительно быстро, замедляя движение только у горизонта.

Дневное нагревание поверхности уменьшается с ростом широты места вплоть до полюсов вращения. Интересно заметить, что на самых полюсах могут быть условия непрерывного или почти непрерывного освещения: Солнце движется вдоль математического горизонта с периодичностью 176 суток, при этом центр Солнца погружается под горизонт каждые 38 суток на величину, равную наклону экватора планеты к орбите (наклон меньше, а может быть, значительно меньше 3°); верхний край Солнца если и скрывается, то ненадолго, так как глубина погружения центра под линию математического горизонта приблизительно равна радиусу Солнца, видимого с Меркурия.

С большой длительностью дня и ночи на Меркурии связано резкое различие температуры полуденных и полуночных участков поверхности, а близость планеты к Солнцу и низкое альбедо приводят к сильному нагреванию поверхности в течение дня.

Температура Меркурия найдена по измерениям собственного теплового излучения планеты в той части инфракрасного диапазона, где вклад отраженного солнечного излучения пренебрежимо мал. На среднем расстоянии от Солнца яркостная температура поверхности в подсолнечной точке Меркурия соответствует планковскому излучению абсолютно черного тела при температуре Т в = = 613° К. Цветовая температура (по отношению интенсивности при l 2,2 и 3,4 мкм) в перигелии T с = 670±20° К.

С наиболее значительными техническими трудностями связана инфракрасная термометрия темной стороны Меркурия, так как требует, помимо высокого углового разрешения аппаратуры и кроме идеальных атмосферных условий, также надежной защиты аппаратуры от излучения серпа дневного полушария планеты и особенно высокой чувствительности детектора. Тем не менее такие измерения удалось выполнить. Мардок и Ней в диапазоне 3,75-12,0 мкм нашли температуру поверхности на ночной стороне 111 ±3° К. Таким образом, амплитуда суточных колебаний температуры на Меркурии превышает 500° К.

Инфракрасным радиометром на «Маринере-10» было измерено тепловое излучение планеты в полосе спектра около 45 мкм при минимальных размерах наблюдаемого элемента поверхности 40 км. В околоэкватори-альном скане наиболее низкая яркостная температура зарегистрирована около местной полуночи и составляет 100° К. Закон понижения температуры после захода Солнца такой же, как в случае однородного пористого материала с тепловой инерцией 0,0017 кал * см -2 *сек -72 *‘’К -1 с флуктуациями этой величины до 0,003 в отдельных районах.

Современные наблюдения теплового излучения Меркурия не ограничиваются инфракрасным диапазоном. Ведутся радиоастрономические измерения в микроволновом диапазоне, которые позволяют определить тепловой режим подповерхностного слоя планеты на различных глубинах и найти физические свойства наружного покрова планеты.

Чем больше длина волны принимаемого излучения, тем большая глубина ответственна за его происхождение. Глубина проникновения электромагнитных колебаний (т. е. толщина радиоизлучающего слоя) l э =1/x, где x (l) - коэффициент поглощения электромагнитной волны l - длина волны. Не менее важно для нас другое выражение той же величины: l Э =fl Т, где f- коэффициент, зависящий от свойств вещества, l Т - глубина проникновения температурной волны, определяемая уменьшением амплитуды колебаний температуры в е раз по сравнению со значением на поверхности. На глубине, в 3-4 раза превышающей l T , колебания температуры практически отсутствуют. Этим определяется толщина слоя породы, прогреваемого Солнцем в течение дня. Теория вопроса детально изложена в работе.

Температура, измеренная в микроволновом диапазоне, зависит от соотношения между толщиной прогреваемого Солнцем слоя породы и толщиной радиоизлучающего слоя.

Обзоры результатов радиометрических наблюдений Меркурия на волнах от 0,19 до

11,3 см. Численные значения теплофизических параметров Меркурия приведены в конце этого раздела.

Теплофизическое поведение наружного покрова планеты говорит о его чрезвычайно низкой теплопроводности. Амплитуда суточных колебаний температуры на некоторой глубине, как и следовало ожидать, получается существенно меньше, чем по измерениям в инфракрасном диапазоне. Данные микроволновых радиоастрономических наблюдений показывают, что усредненная по всему видимому диску Меркурия яркостная температура изменяется и с углом фазы i, и с долготой L центра диска, а также зависит от отношения глубин проникновения электрической и тепловой волн. Наиболее полные результаты наблюдений, обработанные по методу наименьших квадратов, представляются следующими выражениями:

где l - длина волны электромагнитного излучения, i - угол Солнце - планета - Земля, L - термографическая долгота в системе долгот. Положение нулевого меридиана в этой системе отличается от его положения в принятой в 1970 г. системе Международного астрономического союза.

Значительные различия между выражениями температуры на миллиметровых и сантиметровых волнах нельзя объяснить одним только отличием эффективной глубины излучающего слоя. Касаясь применения к Меркурию теории радиоизлучения, разработанной для Луны, Гэри указал на необходимость учета в данном случае температурной зависимости теплофизических параметров.

Моррйсон выполнил расчеты усредненных яркостных температур Меркурия в различных диапазонах теплового излучения в функции фазового угла и положения на орбите и с учетом зависимости теплопроводности от температуры.

Вопрос о сходстве некоторых свойств наружного слоя Меркурия и Луны

Сопоставление результатов только что упомянутых расчетов c результатами наземных наблюдений позволило Моррисону выбрать наиболее вероятные значения парамет-

ров, характеризующих тепловые и электрические свойства внешнего слоя Меркурия: плотность р=1,5±0,4 г/см 3 ; тепловая инерция l= (крс) 1/2 = (15 ±6). * 10 -6 кал/см 2 * сек 1/2 * град, что заметно отличается от значения, полученного по данным «Маринера-10»;

параметр f/l=0,9±0,3 см -1 , где f - отношение глубин проникновения тепловой и электрической волн, l - длина волны; коэффициент теплопроводности k=(4 ±2) *10 2 кал/см*сек*град; глубина проникновения тепловой волны l T =11±6 см; диэлектрическая постоянная e=2,9 ±0,5; тангенс угла потерь tg А = (0,9 ±0,4) *10 -2 . Сходство характеристик Меркурия и Луны позволяет допустить отсутствие резких различий в структуре их наружного слоя. Однако в вопросе о сходстве минерального состава их поверхности следует проявлять осторожность. До тех пор, пока мы не имеем экспериментальных данных о составе поверхности Меркурия, наши представления об этом сильно зависят от решения другой проблемы: подвергалась ли планета внутреннему расплавлению и гравитационной дифференциации? Луна, как известно, содержит в наружных слоях продукты расплавления недр. Высокая средняя плотность Меркурия приводит к построению моделей его внутреннего строения, которые, по-видимому, не могли подвергнуться расплавлению. Возможно, что внешнее сходство поверхности Меркурия с Луной в значительной мере обусловлено сходством процессов переработки минералов в реголит внешними факторами.

Таковы основные современные представления о природе Меркурия. Дальнейший рост уровня наших знаний в этой области науки возможен, видимо, только путем проведения новых исследований.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Далекие “Земли”

Характеристика Меркурия

Наблюдения ученых за планетой Меркурий

Рельеф поверхности Меркурия

Меркурий - мир жара и холода

1. Далекие “Земли”

С древнейших времен люди знали те особые светила на небе, которые называются планетами. По внешнему виду они похожи на звезды, но отличаются от них тем, что непрерывно кочуют по небу, перемещаясь из одного созвездия к другому. Пути их сложны. Если нарисовать на звездной карте путь какой-нибудь планеты, то получится линия с какими-то непрерывными петлями и изгибами. Планета движется сначала справа налево все вперед и вперед. Потом останавливается и помедлив, поворачивает назад. Пройдя немного в обратную сторону, она снова направляется вперед, и движется все быстрее и быстрее до новой остановки.

Древние ученые настойчиво стремились разгадать это странное движение планет, но не смогли этого сделать. Мы теперь знаем, что их попытки были неудачны потому, что они ошибочно считали Землю неподвижным центром всего мироздания.

Солнце вместе с планетами спутниками планет составляет солнечную или планетную систему. Путь каждой планеты приблизительно окружность, по которой эта планета обходит Солнце. У каждой планеты есть свой путь, или своя Орбита, как говорят астрономы.

Чем ближе планета к Солнцу, тем меньше ее орбита, тем короче тот путь, который ей приходится пробегать. Кроме того, близкая от Солнца планета движется по своему пути быстрее, чем далекая, поэтому и время оборота планеты вокруг Солнца тем короче, чем ближе она к Солнцу.

Заметив планеты очень давно, люди придумали для них названия, которые сохранились до наших дней. Не понимая действительной причины движения планет, люди объясняли планет желаниями и капризами тех богов и богинь из религиозных сказок - мифов. Так попали на страницы современных научных книг по астрономии такие имена древнеримских богов, как Меркурий - бог торговли, Венера - богиня красоты, Марс - бог войны и др.

2. Меркурий и его данные

Меркурий, самая близкая к Солнцу планета солнечной системы, астрономический знак.Среди больших планет имеет наименьшие размеры: ее диаметр 4865 км (0,38 диаметра Земли), масса 3,304*10 23 кг (0,055 массы Земли или 1:6025000 массы Солнца); средняя плотность 5,52 г/см 3 . Меркурий принадлежит к планетам земной группы.

Меркурий движется вокруг Солнца в среднем на расстоянии 0,384 астрономические единицы (58 млн. км) по эллиптической орбите с большим эксцентриситетом е-0,206; в перигелии расстояние до Солнца составляет 46 млн.км., а в афелии 70 млн. км. Период обращения Меркурия вокруг Солнца равен 88 суткам. Лишь в 60-х гг. с помощью радиолокационных наблюдений было установлено, что Меркурий вращается вокруг оси в прямом направлении (т.е. как и в орбитальном движении) с периодом 58,65 суток (относительно звезд). Продолжительность Солнечных суток на Меркурии составляет 176 дней. Угловая скорость осевого вращения Меркурия составляет3/2 орбитального и соответствует угловой скорости его движения в орбите, когда планета находится в перигелии. На основании этого можно предположить, что скорость вращения Меркурия обусловлена приливными силами со стороны Солнца.

Для наблюдения с Земли Меркурий - трудный объект, так как он видимым образом никогда не удаляется от Солнца больше чем на 23 о, вследствие чего Меркурий приходится наблюдать всегда на фоне вечернее или утренней зари низко над горизонтом. Кроме того, в эту пору фаза планеты (т.е. угол при планете между направлениями на Солнце и на Землю) близка к 90 0 и наблюдатель видит освещенной лишь половину ее диска. По этой причине на поверхности Меркурия зафиксированы лишь крупные темные пятна неизвестной природы и карта его построена в самых общих чертах. Экватор Меркурия наклонен к плоскости его орбиты на 7 0 . При наблюдениях в элонгации (в наибольшем угловом удалении от Солнца) Меркурий имеет блеск от - 0,3 до +0,6 звездной величины. Изменения блеска с фазой у Меркурия протекает сходно с Луной. Что указывает на одинаковый характер неровностей у этих небесных тел, но отражательная способность Меркурия хуже, чем у Луны: она подобна лунным морям. Его сферическое альбедо равно: визуальное 0,058, тепловое 0,09. Определенное радиолокационным путем в дециметровом диапазоне радиоволн поперечное сечение диска Меркурия составляет всего лишь 0,06 от геометрического.

Меркурий, возможно, лишен атмосферы, хотя поляризационные и спектральные наблюдения указывают на наличие слабой атмосферы. Признаки углекислого газа СО 2 наблюдались на Меркурии спектральным путем. Самый верхний предел его содержания 4 г/см 2 . Сюда может примешиваться азот N 2 или аргон Ar, не обнаружены спектроскопически при наблюдении с Земли. Содержание этих газов может быть в несколько раз выше, чем СО 2 . В верхней атмосфере Меркурия углекислый газ должен диссоциировать под воздействием сильного ультрафиолетового облучения со стороны Солнца на СО, О, О 2 . Здесь атомы и молекулы могут легко уходить в межпланетное пространство, т.к. вторая космическая скорость на Меркурии очень невелика 4,3 км/сек.

Расчетная средняя температура Меркурия (найденная в предположении, что планета столько же излучает тепла сколько получает его от Солнца) на среднем расстоянии от Солнца 505К. Для точки поверхности Меркурия, где Солнце видно в зените (т.к. подсолнечная точка) вычисленная температура 618К, а фактически измеренная 613 К. Это температура увеличивается до 400К, когда Меркурий находится в перигелии и опускается до 500К в афелии. Измеренное с большими трудностями инфракрасное излучение с неосвещенной части Меркурия приводит к значению ночной температуры Меркурия около 110К. Возможно, что она несколько выше, но вряд ли выше 150К. При изменении теплового потока Меркурия в радиодиапазоне обнаруживаются в среднем (по диску) температуры до 400К в сантиметровом диапазоне, 300-400К на миллиметровых и дециметровых волнах. Но эти измерения относятся не к сомой поверхности, а к некоторому (неглубокому) уровню под ней, что подтверждается также отсутствием заметного эффекта фазы в измеряемых тепловых потоках. Сопоставление с потоками, измеренными в инфракрасном диапазоне, позволяет вывести значение коэффицента температуропроводиости µ=1/500-1/700, что соответствует аналогичным значениям для Луны. Предполагается, что Меркурий состоит из железного (по-видимому, жидкого) ядра, содержащего 0,62 всей массы, окруженного силикатной оболочкой. С помощью “Маринера-10” было установлено присутствие у Меркурия сильно разряженной газовой оболочки, состоящей главным образом из гелия. Давление у поверхности планеты примерно в 500 млрд. раз меньше, чем у поверхности Земли. Эта атмосфера состоит в динамическом равновесии: каждый атом гелия находится в ней около 200 дней, после чего покидает планету, его же место занимает другая частица из плазмы солнечного ветра. Оказалось также, что Меркурий обладает слабым магнитным полем, напряженность которого составляет всего 0,7% земного. Наклон оси диполя к оси вращения Меркурия 12 0 (у Земли 11 0)

3. Наблюдения ученых за планетой Меркурий.

Меркурий - четвертая по блеску планета: в максимуме она почти так же ярка, как Сириус, ярче же бывают только Венера, Марс, Юпитер. Тем не менее Меркурий очень трудная для наблюдения планета из-за малости его орбиты и, следовательно, близости к Солнцу; его наибольшая элонгация (видимое угловое расстояние от Солнца) составляет 28 0 . В том самом благоприятном для наблюдения положении фаза Меркурия соответствует фазе Луны в первой и третьей четвертях; полная фаза приходится на верхнее соединение, когда находится за Солнцем почти на одной прямой с ним. После захода Солнца перед его восходом Меркурий на небе всегда находится очень близко к Солнцу, что ограничивает ночные наблюдения планеты коротким интервалом. Кроме того, турбулентность нашей атмосферы на низких высотах обуславливает плохое изображение. Поэтому Меркурий наблюдают большей частью при полном дневном свете, а рассеянный дневной свет исключают в минимально возможной мере применением соответствующих экранов. Вследствие всех этих разного рода трудностей только самым упорным наблюдателям удавалось обнаружить детали на поверхности Меркурия. Склапарелли (Италия, 1833-1910) и Барнард (США, 1857-1923) - два великих наблюдателя - сделали зарисовки инертных деталей поверхности, причем эти зарисовки не слишком хорошо согласуются между собой. Поскольку фотографии Луны показали, что некоторые детали, в особенности лучи, а до некоторой степени и моря, становятся особенно заметными в полнолуния, весьма интересно отметить, что Барнард охарактеризовал пятна на Меркурии в основном как похожие на лунные “моря”, а Склапарели получил свои наилучшие результаты, когда планета была близка к полной фазе, т.е. находилась по соседству с Солнцем.

На протяжении длительного времени Меркурий наблюдался во Франции - сначала Антониади в Медоне, а позднее Дольфюсом на Пик де Мидея. Все наблюдатели согласны, что Меркурий медленно вращается вокруг своей оси, будучи всегда обрашенным к Солнцу одной стороной, если не считать не больших либраций. Таким образом, период вращения Меркурия, составляющий 88 суток, согласно Дольфюсу, равен с точностью до 1/10000 сидерическому периоду обращения планеты вокруг Солнца. Так как Солнце освещает только одну сторону планеты, Склапарелли и Антониаде наблюдали Меркурий вечером, а Дольфюс утром. Чтобы сравнить карты Склапарелли и Антониаде с картой Дельфюса, их следует повернуть примерно на 15 О. Дельфюс полагает, что наблюдаемые детали можно привести к совпадению, считая, что угол наклона экватора Меркурия к эклиптике равен 7 О.

Поскольку оптическая разрешающая способность составляет приблизительно О”,3, т.е.1/13-1/20 видимого диаметра Меркурия, на рисунках, очевидно, представлены почти все детали, которые когда либо наблюдались с поверхности Земли.

Сравнение всех трех карт Меркурия на первый взгляд наводит на мысль, что наблюдатели расходятся в своих наблюдениях, но более тщательная проверка выявляет согласие в наиболее существенных чертах. Два человека никогда не нарисуют плохо видимый объект одинаково. Чтобы убедиться в этом важном для наблюдательной астрономии факте, поместите одну из этих карт на таком расстоянии, чтобы детали были едва различны, и зарисуйте, что вы видите. Сравнение рисунка с оригиналом может дать удивительные результаты. Несомненно, поверхность Меркурия во многом сходна с поверхностью Луны, хотя мы и не знаем, действительно ли на поверхности Меркурия имеются моря и кратеры. Однако среднее визуальное альбедо Меркурия (0,14) вдвое больше, чем альбедо Луны.

Попытки доказать существование у Меркурия атмосферы в основном давали отрицательные результаты, хотя иногда наблюдатели высказывали подозрение, что легкие беловатые облачка затуманивали более темные пятна. Скорость убегания для Меркурия составляет всего 3,7 км/сек, а температура на его поверхности может быть гораздо более высокой - выше, чем для Луны. Следовательно, лишь самые теплые газы могли бы остаться на поверхности планеты. Точно также, выбрасываемые во время солнечных бурь частицы, должны, даже в большей степени, чем в случае Луны, вышибать атомы остаточной атмосферы Меркурия. Когда Меркурий наблюдается в виде серпа, то его рога не выходят за пределы их геометрических граней, что указывает на отсутствие сколько-нибудь значительных сумеречных эффектов - рассеяния или рефракции в атмосфере. Однако Дельфюс считает, что свет рогов характеризуется небольшой избыточной поляризацией. Если этот эффект обусловлен наличием атмосферы, то последняя в целом составляет не более 1/300 атмосферы Земли. Петтит (обсерватории Маунт Вилеон и Маунт Баломар) из инфракрасных измерений Меркурия нашел, что температура в подсолнечной точке в перигелии сильно возрастает, достигая 415 О С; в афелии она составляет около 285 О С. При 415 О С плавится олово и свинец; даже цинк находится близ своей точки плавления (419 О С). Поэтому Меркурий даже с большим основанием, чем Плутон, мог быть назван в честь бога преисподней.

В противоположность очень высоким значениям температуры, на стороне Меркурия, обращенной к Солнцу, на вечно темной ее стороне температура очень низкая. Тепло может проникать туда только через твердое тело планеты, посредством теплопроводности, а это процесс крайне медленный, или же посредством конвенции в остатках атмосферы, но последнее можно лишь предполагать. Температура не освещенного полушария, вероятно не превышает 10 О, считая от абсолютного нуля, т.е. там даже холоднее, чем на Плутоне. Таким образом, Меркурий проявляет своего рода “раздвоение личности”, совмещая в себе обе крайности значений температуры планет. Интересно знать, не могут ли оказаться захваченными и замороженными на темной стороне такие газы, как азот, углерод, углекислый газ, кислород и другое. Для ответа на этот вопрос требуется более строгая проверка при помощи космических зондов и радиолокационных наблюдений.

На очень большое сходство между Меркурием и Луной указывают их размеры, характер вращения, разряженность атмосферы и внешний вид. Оба этих тела практически одинаково отражают свет, как в отношении цвета, так и в отношении интенсивности при различных углах отражения. Лучи света, падающие перпендикулярно к поверхности, отражаются в направлении падения достаточно эффективно, но при падении света под большими углами отражение бывает очень слабым. Даже поляризация или плоскость колебаний отраженного света для Меркурия и Луны одинакова. Все это дает нам право сделать вывод, что поверхность Меркурия сходна с поверхностью Луны, как в отношении отдельных деталей, так и в целом. Несомненно, поверхность Меркурия неправильной формы и неровная.

Средняя плотность Меркурия, хотя она определена не слишком точно, по-видимому, почти в 5,5 раза выше плотности воды, т.е. примерно равна плотности Земли. Так как масса Меркурия мала, то увеличение его плотности, вследствие сжатия, ограничено величиной 1-2%, а средняя плотность основных составляющих его материалов, если извлечь их из планеты, согласно подсчетам Юри составит 5,4 вместо 4,4 для Земли. Следовательно, доля более тяжелых элементов для Меркурия должна быть вполне измеримое железное ядро. В этом отношении Меркурий сильно отличается от Луны и, по существу, является самым плотным телом значительных размеров в солнечной системе. Эволюционный процесс, в результате которого возникла высокая плотность, пока еще не вполне понятен, но, несомненно, он связан с близостью Меркурия к Солнцу.

4. Рельеф поверхности Меркурия

С пролетной траектории космического аппарата “Маинер-10” в 1974 г. было сфотографировано свыше 40% поверхности Меркурия с рзрешением от 4 мм до 100 м, что позволило увидеть Меркурий примерно так же, как Луну в темноте с Земли. Обилие кратеров - наиболее очевидная черта его поверхности, которую по-первому впечатлению можно уподобить Луне. И не случайно даже специалисты - селенологи, которым показали эти снимки вскоре после их получения приняли их за фотографии с Луны.

Действительно, морфология кратеров близка к лунной, их ударное происхождение не вызывает сомнений: у большинства виден очерченный вал следы выбросов раздробленного при ударе материала с образованием в ряде случаев характерных ярких лучей и поле вторичных кратеров. У многих кратеров различима центральная горка и террасная структура внутреннего склона. Интересно, что такими особенностями обладают не только практически все крупные кратеры диаметром свыше 40-70 км, но и значительно большее число кратеров меньших размеров, в пределах 5-70 км (конечно, речь здесь идет о хорошо сохранившихся кратерах). Эти особенности можно отвести как на счет большей кинетической энергии тел, выпадавших на поверхность, так и на счет самого материала поверхности.

Степень эрозии и сглаживание кратеров различна. Например, хорошо заметные лучевые структуры говорят о том, что она невелика, в то же время у ряда кратеров сохранились едва заметные кромки. В целом меркурианские кратеры по сравнению с лунными менее глубокие, что также можно объяснить большей кинетической энергией метеоритов из-за большего, чем на Луне ускорения силы тяжести на Меркурии. Поэтому образующий при ударе кратер эффективнее заполняется выбрасываемым материалом. По этой же причине вторичные кратеры расположены ближе к центральному, чем на Луне, и отложения раздробленного материала в меньшей степени маскируют первичные формы рельефа. Сами вторичные кратеры глубже лунных, что опять же объясняется тем, что выпадающие на поверхность осколки испытывают большее ускорение силы тяжести.

Так же, как и на Луне, можно в зависимости от рельефа выделить преобладающие неровные “материковые” и значительно более гладкие “морские” районы. Последние преимущественно представляют собой котловины, которых, однако, существенно меньше, чем на Луне, их размеры обычно не превышают 400-600 км. К тому же, некоторые котловины слабо различимы на фоне окружающего рельефа. Исключение составляет упоминавшаяся обширная котловина Канорис (Море Жары) протяженностью около 1300 км, напоминающая известное Море Дождей на Луне. Возможно, что имеются и другие подобные котловины на оставшейся пока не отснятой большей части поверхности планеты. Морфология обрамляющих валов, поля вторичных кратеров, структура поверхности внутри котловины Канорис дают основания предполагать, что при ее формировании было выброшено больше материала, чем при образовании Моря Дождей, и что в дальнейшем могли последовательно происходить процессы дополнительного проседания и поднятия дна, связанные с возможным оттоком магмы и изостатическим выравниванием.

В преобладающей материковой части поверхности Меркурия можно выделить как сильно кратеризированные районы, с наибольшей степенью деградации кратеров, так и занимающие обширные территории старые межкратерные плоскогорья, свидетельствующие о широко развитом древнем вулканизме. Это наиболее древние сохранившиеся формы рельефа планеты. Равнинные районы морей и примыкающих к ним участков сформировались в более позднюю эпоху. Об этом можно судить по слабой насыщенности равнин относительно небольших размеров. Выровненные поверхности котловин, очевидно, покрыты наиболее толстым слоем раздробленных пород - реголита. Наряду с небольшим числом кратеров здесь встречаются складчатые гребки, напоминающие лунные. Некоторые из примыкающих к котловинам равнинных участков, вероятно образовались при отложений выброшенного из них материала. Вместе с тем для большинства равнин найдены вполне определенные свидетельства их вулканического происхождения, однако это вулканизм более позднего времени, чем на межкратерных плоскогорьях. Создается впечатление, что по своей морфологии и возрасту эти райны Меркурия примерно аналогичны районам лунных морей и равнинных поверхностей Марса, образование которых обычно датируется периодом на рубеже около 3-4 млрд. лет назад. К этому периоду относят завершение этапа наилее интенсивной бомбардировки планет крупными телами, в результате чего и образовались “моря” и другие крупные, иногда менее четко проявляющиеся кратеры.

Если теперь сопоставить количество больших котловин и кратеров диаметром более 200 км на Меркурии, Луне и Марсе, то оказывается, что их плотность приблизительно обратно пропорционально площади поверхностей этих небесных тел, в то время как их поперечники отличаются всего вдвое. Отсюда следует, что число метеоритов в областях пространства, занимаемого этими планетами, могло быть примерно одинаковым. Понять это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Ведь обычно исходят из представлений о том, что основным регуляторным источником метеоритов, “поставляемых” во внутренние области солнечной системы, служит астероидный пояс, а планеты находятся от него на разных расстояниях. Однако если принять во внимание, что помимо этого основного источника могут быть и другие подобные скопления астероидных тел за орбитой Плутона, также выполняющие функции “поставщиков” метеоритов, различие в расположении ближайших к Солнцу планет становится несущественным. Такое предположение кажется более вероятным, нежили приходящие на помощь в подобных случаях разнообразные “катастрофические” гипотезы. Известным американским ученым Г.Везеримом для объяснения наблюдаемых закономерностей была предложена гипотеза о катастрофическом разрушении астероида под действием приливных сил при его прохождении вблизи Земли и Венеры и последующего выпадания осколков. Осколки могли бы тогда распределиться в пределах области расположения планет земной группы приблизительно равномерно. При всей внешней привлекательности такого сценария нелишне, по-видимому, вспомнить философско-методологический принцип, согласно которому не надо изобретать сущности сверх необходимых. Другими словами, не надо привлекать экзотических объяснений, если можно ограничиться более простыми. Анализируя основные черты поверхности Меркурия мы обращали внимание как на многие сходства, так и на существенные различия с Луной. Внимательное изучение обнаруживает еще одну интереснейшую особенность, проливающую свет на историю формирования планеты. Речь идет о характерных следах тектонической активности в глобальном масштабе в виде специфических крутых уступов, или откосов-эскарпов. Эскарпы имеют протяженность от 20-500 км и высоту склонов от нескольких сотен метров до 1-2 км. По своей морфологии и геометрии расположения на поверхности они отличаются от обычны тектонических разрывов и сбросов, наблюдаемых на Луне и Марсе, и скорее образовались за счет надвигов, наслоений вследствие напряжения в поверхностном слое, возникших при сжатии Меркурия. Об этом свидетельствует горизонтальное смещение валов некоторых кратеров.

Некоторые из эскарпов подверглись ударной бомбардировке и частично разрушены. Это означает, что они образовались раньше, чем кратеры на их поверхности. По сжении эрозии этих кратеров можно прийти к заключению, что сжатие коры происходило в период образования “морей” около 4 млрд. лет назад. Наиболее вероятной причиной сжатия нужно, видимо, считать начало остывания Меркурия. Согласно другому интересному предположению, выдвинутому рядом специалистов, альтернативным механизмом мощной тектонической активности планеты в этот период могло быть приливное замедление вращения планеты примерно в 175 раз: от первоначально предполагаемого значения около 8 часов до 58,6 суток! Действительно, ряд хребтов, гилобов, линейчатых сегментов валов и эскарпов обладает преимущественной ориентацией в меридиональном направлении, с небольшим отклонением к западу и востоку, что как будто благоприятствует гипотезе. Вместе с тем нельзя исключить и того, что эти черты поверхности запечатлели внутренне напряжение в коре планеты под воздействием приливных возмущений от Солнца, игравших особенно важную роль при образовании таких структур в процессе сжатия Меркурия.

5. Меркурий - мир жара и холода

Меркурий- яркое светило, но увидеть его на небе не так просто. Дело, в том, что, находясь вблизи Солнца, Меркурий всегда виден для нас недалеко от солнечного диска, отход от него то влево (к востоку), то вправо (к западу) только на небольшое расстояние, которое не превосходит 28 О. Поэтму его можно увидеть только в те дни года, когда он отходит от Солнца на самое большое расстояние. Пусть, например, Меркурий отодвинулся от Солнца влево. Солнц и все светила в своем суточном движении плывут по небу слева направо. Поэтому сначала заходит Солнце, а через час с небольшим заходит Меркурий, и надо искать эту планету низко над Западным горизонтом.

Если рассматривать Меркурий в сильный телескоп, то вместо звездочки он будет выглядеть, как маленькая Луна, имея очертания либо узкого серпика, либо полукруга. Это происходит по той же причине, что и смена фаз Луны. Меркурий - это темный шар, собственного света он не дает и сияет на небе за счет отражения солнечных лучей. На той половине Меркурия, которая повернута к Солнцу, - день, а на другой - ночь. Мы видим только освещенную часть планеты. Диаметр Меркурия в 2 Ѕ раза меньше диаметра Земли и в Ѕ раза больше диаметра Луны.

В сильный телескоп на Меркурии можно заметить темные пятна, имеющие примерно такой же вид, как “моря” Луны для невооруженного глаза. Наблюдая за этими пятнами, ученые установили одну важную особенность. Двигаясь по своему пути вокруг Солнца, Меркурий вместе с тем поворачивается вокруг своей оси так, что к Солнцу обращена всегда одна и таже его половина. Это значит, что на одной стороне Меркурия всегда день, а на другой - ночь.

Меркурий гораздо ближе к Солнцу, чем Земля. Поэтому Солнце на нем светит и греет в 7 раз сильнее, чем у нас. На дневной стороне Меркурия страшно жарко, тем вечное пекло. Измерения показывают, что температура там поднимается до 400 О выше нуля. Зато на ночной стороне должен быть всегда сильный мороз, который, вероятно, доходит до 200 О и даже 250 О ниже нуля.

На такой планете не может быть ни океанов, ни атмосферы. Действительно, самые тщательные наблюдения не обнаружили на Меркурии никаких признаков воздушной оболочки.

Итак, Меркурий - это царство пустынь. Одна его половина - горячая каменная пустыня, другая половина - ледяная пустыня, быть может покрытая замерзшими газами.

Использованная литература

И.А. Климишин “астрономия наших дней”, Москва “Наука”, 1980 г.

Ф.У.И.П.П.Л. “Земля, Луна и планеты”, Издательство “Наука”, 1967

Большая советская энциклопедия. Издание второе. Москва 1978 г.

М.Я. Маров “Планеты Солнечной системы”

В.И.Морозов “Физика планет”.

Подобные документы

Изучение и анализ Меркурия как первой планеты в солнечной системе. Движение планеты и описание ее сущности и физических характеристик. Поверхность. Специфика атмосфера и физического поля планеты и их исследование. Колонизация Меркурия. Планета в цифрах

реферат , добавлен 28.11.2008

Наблюдение за планетой Меркурий невооруженным глазом и в телескоп. Влияние близости Меркурия к Солнцу на температуру его поверхности. Внутреннее устройство планеты, наличие атмосферы, магнитного поля, кратеров и "морей". Гипотеза о появлении Меркурия.

реферат , добавлен 29.04.2013

Ознакомление с строением Солнечной системы. Анализ научных данных и сведений по планетам земной группы. Рассмотрение особенностей Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Изучение размеров, массы, температуры, периодов обращения вокруг оси и вокруг Солнца.

реферат , добавлен 28.01.2015

Исследование истории названия и общая характеристика Меркурия как самой близкой к Солнцу планеты Солнечной системы. Внутренний характер орбиты планеты Меркурий. История исследования, фотоснимки поверхности и основные физические характеристики планеты.

презентация , добавлен 17.01.2012

Физические и орбитальные характеристики, атмосфера, физические поля и история открытия Меркурия, особенности движения вокруг Солнца, сравнение с другими планетами системы. Исследования, посвященные наблюдениям за поверхностью планеты. Интересные факты.

реферат , добавлен 29.04.2009

Сущность понятия "космос". Направления использования космоса для потребностей человека: космическое производство и землеведение. Планеты солнечной системы. Меркурий как самая близкая к Солнцу планета. Венера как небесный близнец Земли. Атмосфера на Марсе.

презентация , добавлен 05.10.2011

Построение графика распределения официально известных планет. Определение точных расстояний до Плутона и заплутоновых планет. Формула вычисления скорости усадки Солнца. Зарождение планет Солнечной системы: Земли, Марса, Венеры, Меркурия и Вулкана.

статья , добавлен 23.03.2014

Общая характеристика планет Солнечной системы как наиболее массивных тел, движущихся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Расположение планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Размеры и химический состав планет.

презентация , добавлен 04.02.2011

Строение Солнечной системы, внешние области. Происхождение естественных спутников планет. Общность газовых планет-гигантов. Характеристика поверхности, атмосферы, состава Меркурия, Сатурна, Венеры, Земли, Луна, Марса, Урана, Плутона. Пояса астероидов.

реферат , добавлен 07.05.2012

Планеты Солнечной системы, известные с древних времен и открытые недавно: Меркурий, Венера, Земля, Марс, планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Происхождение их названий, расстояния от Солнца, размеры и массы, периоды обращения вокруг Солнца.

Меркурий – четвертая по блеску планета: в максимуме она почти так же ярка, как Сириус, ярче же бывают только Венера, Марс, Юпитер. Тем не менее Меркурий очень трудная для наблюдения планета из-за малости его орбиты и, следовательно, близости к Солнцу; его наибольшая элонгация (видимое угловое расстояние от Солнца) составляет 280 . В том самом благоприятном для наблюдения положении фаза Меркурия соответствует фазе Луны в первой и третьей четвертях; полная фаза приходится на верхнее соединение, когда находится за Солнцем почти на одной прямой с ним. После захода Солнца перед его восходом Меркурий на небе всегда находится очень близко к Солнцу, что ограничивает ночные наблюдения планеты коротким интервалом. Кроме того, турбулентность нашей атмосферы на низких высотах обуславливает плохое изображение. Поэтому Меркурий наблюдают большей частью при полном дневном свете, а рассеянный дневной свет исключают в минимально возможной мере применением соответствующих экранов. Вследствие всех этих разного рода трудностей только самым упорным наблюдателям удавалось обнаружить детали на поверхности Меркурия. Склапарелли (Италия, 1833-1910) и Барнард (США, 1857-1923) – два великих наблюдателя – сделали зарисовки инертных деталей поверхности, причем эти зарисовки не слишком хорошо согласуются между собой. Поскольку фотографии Луны показали, что некоторые детали, в особенности лучи, а до некоторой степени и моря, становятся особенно заметными в полнолуния, весьма интересно отметить, что Барнард охарактеризовал пятна на Меркурии в основном как похожие на лунные “моря”, а Склапарели получил свои наилучшие результаты, когда планета была близка к полной фазе, т.е. находилась по соседству с Солнцем.

На протяжении длительного времени Меркурий наблюдался во Франции – сначала Антониади в Медоне, а позднее Дольфюсом на Пик де Мидея. Все наблюдатели согласны, что Меркурий медленно вращается вокруг своей оси, будучи всегда обрашенным к Солнцу одной стороной, если не считать не больших либраций. Таким образом, период вращения Меркурия, составляющий 88 суток, согласно Дольфюсу, равен с точностью до 1/10000 сидерическому периоду обращения планеты вокруг Солнца. Так как Солнце освещает только одну сторону планеты, Склапарелли и Антониаде наблюдали Меркурий вечером, а Дольфюс утром. Чтобы сравнить карты Склапарелли и Антониаде с картой Дельфюса, их следует повернуть примерно на 15О. Дельфюс полагает, что наблюдаемые детали можно привести к совпадению, считая, что угол наклона экватора Меркурия к эклиптике равен 7О.

Попытки доказать существование у Меркурия атмосферы в основном давали отрицательные результаты, хотя иногда наблюдатели высказывали подозрение, что легкие беловатые облачка затуманивали более темные пятна. Скорость убегания для Меркурия составляет всего 3,7 км/сек, а температура на его поверхности может быть гораздо более высокой – выше, чем для Луны. Следовательно, лишь самые теплые газы могли бы остаться на поверхности планеты. Точно также, выбрасываемые во время солнечных бурь частицы, должны, даже в большей степени, чем в случае Луны, вышибать атомы остаточной атмосферы Меркурия. Когда Меркурий наблюдается в виде серпа, то его рога не выходят за пределы их геометрических граней, что указывает на отсутствие сколько-нибудь значительных сумеречных эффектов – рассеяния или рефракции в атмосфере. Однако Дельфюс считает, что свет рогов характеризуется небольшой избыточной поляризацией. Если этот эффект обусловлен наличием атмосферы, то последняя в целом составляет не более 1/300 атмосферы Земли. Петтит (обсерватории Маунт Вилеон и Маунт Баломар) из инфракрасных измерений Меркурия нашел, что температура в подсолнечной точке в перигелии сильно возрастает, достигая 415ОС; в афелии она составляет около 285ОС. При 415ОС плавится олово и свинец; даже цинк находится близ своей точки плавления (419ОС). Поэтому Меркурий даже с большим основанием, чем Плутон, мог быть назван в честь бога преисподней.

В противоположность очень высоким значениям температуры, на стороне Меркурия, обращенной к Солнцу, на вечно темной ее стороне температура очень низкая. Тепло может проникать туда только через твердое тело планеты, посредством теплопроводности, а это процесс крайне медленный, или же посредством конвенции в остатках атмосферы, но последнее можно лишь предполагать. Температура не освещенного полушария, вероятно не превышает 10О, считая от абсолютного нуля, т.е. там даже холоднее, чем на Плутоне. Таким образом, Меркурий проявляет своего рода “раздвоение личности”, совмещая в себе обе крайности значений температуры планет. Интересно знать, не могут ли оказаться захваченными и замороженными на темной стороне такие газы, как азот, углерод, углекислый газ, кислород и другое. Для ответа на этот вопрос требуется более строгая проверка при помощи космических зондов и радиолокационных наблюдений.

Меркурий – самая маленькая и самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Древние римляне дали ему имя в честь бога торговли Меркурия, посланника других богов, носившего крылатые сандалии, за то, что планета быстрее других движется по небу.

Краткая характеристика

Из-за малых размеров и близости к Солнцу Меркурий неудобен для земных наблюдений, поэтому долгое время о нем было известно очень мало. Важный шаг в его изучении был сделан благодаря космическим аппаратам «Маринер-10» и «Мессенджер», с помощью которых были получены качественные снимки и подробная карта поверхности.

Меркурий относится к планетам земной группы и находится на среднем расстоянии около 58 млн. км от Солнца. При этом максимальное расстояние (в афелии) 70 млн. км, а минимальное (в перигелии) – 46 млн. км. Его радиус лишь немного больше, чем у Луны, – 2 439 км, а плотность почти такая же, как у Земли, – 5,42 г/см³. Высокая плотность означает, что в его состав входит значительная доля металлов. Масса планеты составляет 3,3·10 23 кг, и около 80% от нее составляет ядро. Ускорение свободного падения в 2,6 раз меньше земного – 3,7 м/с². Стоит заметить, что форма Меркурия идеально шарообразная – он обладает нулевым полярным сжатием, то есть его экваториальный и полярный радиусы равны. Спутников у Меркурия нет.

Планета обращается вокруг Солнца за 88 суток, а период вращения вокруг своей оси относительно звезд (звездные сутки) составляет две трети от периода обращения – 58 дней. Это означает, что одни сутки на Меркурии длятся два его года, то есть 176 земных дней. Соизмеримость периодов, по-видимому, объясняется приливным воздействием Солнца, которое тормозило вращение Меркурия, изначально более быстрое, пока их значения не сравнялись.

Меркурий обладает самой вытянутой орбитой (ее эксцентриситет равен 0,205). Она значительно наклонена к плоскости земной орбиты (плоскости эклиптики) – угол между ними составляет 7 градусов. Скорость движения планеты по орбите составляет 48 км/с.

Температура на Меркурии определялась по его инфракрасному излучению. Она изменяется в обширном диапазоне от 100 К (-173 °C) на ночной стороне и полюсах до 700 К (430 °C) в полдень на экваторе. При этом суточные колебания температуры быстро уменьшаются с продвижением вглубь коры, то есть тепловая инерция грунта велика. Отсюда был сделан вывод, что грунт на поверхности Меркурия представляет собой, так называемый реголит – сильно раздробленную породу с низкой плотностью. Из реголита также состоят поверхностные слои Луны, Марса и его спутников – Фобоса и Деймоса.

Образование планеты

Наиболее вероятным описанием происхождения Меркурия считается небулярная гипотеза, согласно которой планета в прошлом была спутником Венеры, а затем по какой-то причине вышла из-под воздействия ее гравитационного поля. По другой версии Меркурий сформировался одновременно со всеми объектами Солнечной системы во внутренней части протопланетного диска, откуда легкие элементы уже были отнесены солнечным ветром во внешние области.

По одной из версий происхождения очень тяжелого внутреннего ядра Меркурия – теории гигантского столкновения – масса планеты первоначально была в 2,25 раз больше нынешней. Однако после столкновения с небольшой протопланетой или похожим на планету объектом большая часть коры и верхнего слоя мантии рассеялась в космосе, а ядро стало составлять значительную часть от массы планеты. Такая же гипотеза используется и для объяснения происхождения Луны.

После завершения основного этапа формирования 4,6 млрд. лет назад Меркурий долгое время интенсивно обстреливался кометами и астероидами, потому его поверхность испещрена множеством кратеров. Бурная вулканическая активность на заре истории Меркурия привела к образованию лавовых равнин и «морей» внутри кратеров. По мере того, как планета постепенно остывала и сжималась, рождались другие детали рельефа: хребты, горы, холмы и уступы.

Внутреннее строение

Структура Меркурия в целом мало отличается от остальных планет земной группы: в центре находится массивное металлическое ядро радиусом около 1800 км, окруженное слоем мантии в 500 – 600 км, которая, в свою очередь, покрыта корой толщиной 100 – 300 км.

Ранее считалось, что ядро Меркурия твердое и составляет около 60% от всей его массы. Предполагали, что у такой маленькой планеты ядро может быть только твердым. Но наличие собственного магнитного поля у планеты, хоть и слабого, – веский аргумент в пользу версии об ее жидком ядре. Движение вещества внутри ядра вызывает эффект динамо, а также сильная вытянутость орбиты вызывает приливный эффект, поддерживающий ядро в жидком состоянии. Сейчас достоверно известно, что ядро Меркурия состоит из жидких железа и никеля и составляет три четверти от массы планеты.

Поверхность Меркурия практически ничем не отличается от лунной. Самое заметное сходство – это бесчисленное множество кратеров, крупных и мелких. Как и на Луне, от молодых кратеров расходятся в разные стороны светлые лучи. Однако на Меркурии нет таких обширных морей, которые к тому же были бы относительно ровными и свободными от кратеров. Еще одно заметное различие в ландшафтах – это многочисленные уступы длиной в сотни километров, образовавшиеся при сжатии Меркурия.

Кратеры располагаются на поверхности планеты неравномерно. Ученые предполагают, что районы, более густо заполненные кратерами – более старые, а более ровные – молодые. Также наличие крупных кратеров говорит о том, что на Меркурии уже, по крайней мере, 3-4 млрд. лет не было сдвигов коры и эрозии поверхности. Последнее является доказательством того, что на планете никогда не существовало достаточно плотной атмосферы.

Самый крупный кратер Меркурия имеет размер около 1500 километров и 2 километров в высоту. Внутри него находится огромная лавовая равнина – равнина Жары. Этот объект является самой заметной деталью на поверхности планеты. Тело, столкнувшееся с планетой и породившее такое масштабное образование, должно было быть не менее 100 км длиной.

Снимки зондов показали, что поверхность Меркурия однородна и рельефы полушарий не отличаются друг от друга. В этом состоит еще одно отличие планеты от Луны, а также от Марса. Состав поверхности заметно отличается от лунного – в ней мало тех элементов, которые характерны для Луны – алюминия и кальция, – но довольно много серы.

Атмосфера и магнитное поле

Атмосфера на Меркурии практически отсутствует – она очень сильно разрежена. Ее средняя плотность равна такой же плотности на Земле на высоте 700 км. Точный состав ее не определен. Благодаря спектроскопическим исследованиям известно, что в атмосфере содержится много гелия и натрия, а также кислород, аргон, калий и водород. Атомы элементов принесены из космического пространства солнечным ветром либо подняты им с поверхности. Одним из источников гелия и аргона являются радиоактивные распады в коре планеты. Присутствие паров воды объясняется образованием воды из водорода и кислорода, содержащихся в атмосфере, ударами комет о поверхность, сублимацией льда, предположительно находящегося в кратерах на полюсах.

Меркурий имеет слабое магнитное поле, напряженность которого на экваторе в 100 раз меньше, чем на Земле. Однако такой напряженности хватает, чтобы создать у планеты мощную магнитосферу. Ось поля почти совпадает с осью вращения, возраст оценивается примерно в 3,8 млрд. лет. Взаимодействие поля с обволакивающим его солнечным ветром вызывает вихри, происходящие в 10 раз чаще, чем в магнитном поле Земли.

Наблюдение

Как уже говорилось, наблюдать Меркурий с Земли довольно трудно. Он никогда не удаляется от Солнца больше, чем на 28 градусов и потому практически незаметен. Видимость Меркурия зависит от географической широты. Легче всего его наблюдать на экваторе и близких к нему широтах, поскольку здесь сумерки длятся меньше всего. На более высоких широтах Меркурий увидеть гораздо сложнее – он находится очень низко над горизонтом. Здесь наилучшие условия для наблюдения наступают во время наибольшего удаления Меркурия от Солнца или на наибольшей высоте над горизонтом во время восхода или захода Солнца. Также Меркурий удобно наблюдать во время равноденствий, когда продолжительность сумерек минимальна.

Меркурий довольно просто разглядеть в бинокль сразу после захода Солнца. Фазы Меркурия хорошо видны в телескоп от 80 мм в диаметре. Однако детали поверхности, естественно, можно рассмотреть только в гораздо более крупные телескопы, и даже с такими инструментами это будет сложной задачей.

Меркурий имеет фазы, похожие на фазы Луны. На минимальном расстоянии от Земли он виден как тонкий серп. В полной фазе он находится слишком близко к Солнцу, и увидеть его невозможно.

При запуске зонда «Маринер-10» к Меркурию (1974 г.) был использован гравитационный маневр. Прямой перелет аппарата к планете требовал колоссальных затрат энергии и был практически невозможен. Эту трудность обошли с помощью коррекции орбиты: сначала аппарат прошел мимо Венеры, и условия пролета мимо нее были подобраны так, что ее гравитационное поле изменило его траекторию ровно настолько, что зонд долетел до Меркурия без дополнительных трат энергии.

Есть предположения, что на поверхности Меркурия существует лед. В его атмосфере присутствует водяной пар, который вполне может находиться в твердом состоянии на полюсах внутри глубоких кратеров.

В XIX веке астрономы, наблюдая за Меркурием, не могли найти объяснения его орбитальному движению, используя законы Ньютона. Вычисленные ими параметры различались с наблюдаемыми. Чтобы объяснить это, была выдвинута гипотеза о том, что на орбите Меркурия находится еще одна невидимая планета Вулкан, воздействие которой и вносит наблюдаемые несоответствия. Настоящее объяснение было дано спустя десятилетия с помощью общей теории относительности Эйнштейна. Впоследствии имя планеты Вулкан было дано вулканоидам – предполагаемым астероидам, находящимся внутри орбиты Меркурия. Зона от 0,08 а.е. до 0,2 а.е. гравитационно стабильна, поэтому вероятность существования таких объектов довольно высока.