Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Сурдин Владимир Георгиевич

До сих пор у нас нет полной карты Меркурия, поскольку сближения «Маринера-10» с ним происходили так, что каждый раз аппарат передавал изображения одного и того же освещенного Солнцем полушария планеты. По этой причине до первого пролета «Мессенджера» (14 января 2008 г.) было картировано только 35% поверхности планеты. Чтобы исправить перегиб в пользу ученых, образовавшийся на картах Луны и Марса, астрономы решили называть детали рельефа Меркурия именами писателей, музыкантов, художников и поэтов. На карте Меркурия можно встретить имена Баха, Толстого, Шекспира, Бетховена…

Близость периодов

осевого вращения и орбитального обращения, а также большой эксцентриситет орбиты Меркурия приводят к тому, что Солнце в своем видимом движении по небу планеты останавливается и даже возвращается назад. В некоторых областях восходы и заходы Солнца наблюдаются дважды за одни сутки, причем как на востоке, так и на западе.

Меркурий — маленькая планета, его диаметр всего на 40% больше лунного. Но масса планеты довольно велика, в 4,5 раза больше лунной, поэтому его средняя плотность почти такая же высокая, как у Земли. Можно сказать, что Меркурий объединяет в себе некоторые черты Земли, Луны и даже Марса: хотя поверхность Меркурия внешне почти неотличима от лунной, его внутреннее строение во многом напоминает земное, а ускорение свободного падения на поверхности (3,7 м/с²) практически такое же, как у Марса.

Ошибка Скиапарелли

Уникальность вращения Меркурия заключается не только в том, какие бока он подставляет Солнцу; у него еще наблюдаются и любопытные соотношения с движением Земли. Во-первых, между двумя последовательными нижними соединениями с Землей (т.е. пересечениями линии Солнце-Земля), он успевает сделать почти ровно два оборота вокруг оси (115,88/58,6461=1,976). Во-вторых, в течение земного года Меркурий успевает сделать почти точно 3 оборота вокруг Солнца и 6 оборотов вокруг оси. И вот к чему это приводит.

В средних широтах Северного полушария (где раньше жило большинство астрономов) существует два удобных периода для наблюдения Меркурия — это дни его наибольшей восточной элонгации весной и наибольшей западной элонгации осенью. Весенним вечером и осенним утром эклиптика под наибольшим углом пересекает горизонт, и Меркурий поднимается довольно высоко. Поэтому наблюдатели обычно пропускают зимние и летние элонгации, используя для наблюдения осенние и весенние, т.е. проводят наблюдения через 1,5 синодических периода (115,88x1,5=173,8 сут.). Оборот Меркурия вокруг оси относительно направления на Землю занимает (58,6461^—1—365,256^—1)^—1=69,864 сут. Поэтому между периодами наблюдения он успевает повернуться 2,5 раза. Казалось бы, мы должны таким образом наблюдать попеременно то одно, то другое полушария планеты. Но это не так: за полгода Солнце меняет свое положение относительно Меркурия на противоположное и вновь освещает то же полушарие, что и в прошлый сезон. В течение нескольких последовательных сезонов наблюдения астрономы видят попеременно две половинки одного и того же полушария Меркурия повернутым к Солнцу. Естественно, у них рождается уверенность в том, что планета вращается вокруг оси синхронно с обращением вокруг Солнца.

Знаменитый итальянский астроном Джованни Скиапарелли (1835—1910), больше известный в связи с марсианскими «каналами», провел первые наблюдения Меркурия в 1881 г. и повторил их ровно через год. Разумеется, никаких изменений во внешнем виде планеты он не заметил. Скиапарелли продолжал наблюдения и в 1889 г. окончательно решил, что планета всегда ориентирована одной стороной к Солнцу. В 1890 г. он пришел к аналогичному выводу и в отношении Венеры.

Печально, но Скиапарелли заблуждался как по поводу каналов на Марсе, так и в отношении синхронного вращения Меркурия и Венеры. Но это отнюдь не говорит о низкой квалификации Скиапарелли — он был замечательный наблюдатель, глубокий ученый и член многих академий, в том числе Петербургской. Просто наземные визуальные наблюдения планет в телескоп очень трудны. Не верите — попробуйте сами!

Происхождение рельефа Меркурия

На Меркурии выделяют несколько характерных типов рельефа. По-видимому, наиболее древним является насыщенный рельеф — равнина, покрытая бесчисленным количеством перекрывающихся

метеоритных кратеров, где удар каждого следующего метеоритного тела приходился на участок, уже многократно изрытый кратерами. Такая поверхность показана на рис., где размер мельчайших различимых деталей составляет 300 м. Солнце светит слева и находится довольно низко над горизонтом. Вся поверхность покрыта сплошной сетью кратеров и на вид неотличима от материковых районов Луны. Почти все эти кратеры образовались от падения крупных метеоритных тел в период формирования планеты, около 4 млрд. лет назад. Сначала выпадали протопланетные тела (планетезимали) и метеориты самых различных размеров, а потом все более мелкие фрагменты. Вместе с тем, крупные метеоритные тела порой врезались в поверхность даже на поздней стадии.

Другая отметка последовательности событий (несколько иного рода) видна в левом нижнем углу другого снимка, где расположен большой 60-км кратер с сильно разрушенным валом. На его дне заметны следы извержения лавы, образовавшей огромный поток, который двигался слева и затвердел, пройдя больше половины диаметра кратера. Извержение происходило уже после выпадения основного объема метеоритного вещества и даже после образования мелких кратеров на дне большого кратера справа. Вместе с тем, редкие и сравнительно мелкие тела выпадали на поверхность лавового натека и после его образования.

С большей или меньшей плотностью ударные образования покрывают всю известную ныне поверхность Меркурия. Возраст поверхности Меркурия очень велик: события, оставившие на ней след, в основном происходили 3,9x10⁹ лет назад. Точно так же выглядит поверхность Луны, возраст образцов которой установлен непосредственно.

Кинетическая энергия сталкивавшихся с поверхностью Меркурия протопланетных тел была очень велика. Каждый их удар сопровождался мощным взрывом, энергия которого была заметно выше, чем у обычной взрывчатки с той же массой, что у метеорита. Интересно, что лунные кратеры имеют значительно большие диаметры, чем кратеры на Меркурии, образованные такими же по массе метеороидами. Поскольку ускорение свободного падения на Меркурии (3,72 м/с²) выше, чем на Луне (1,62 м/с²), удары метеоритов выбрасывают материал не так далеко от центра: при одинаковой энергии взрыва площадь, которую покрывает выброс на Меркурии, в 5 раз меньше, чем на Луне.

Бескратерные равнины или обширные промежутки между кратерами характерны только для Меркурия. Тем не менее, сходство внешнего вида Луны и Меркурия поразительно. Более того, мелко раздробленный материал, покрывающий Меркурий, имеет примерно такие же отражательные свойства, как и реголит Луны. В основном, это так называемые анортозитовые и крип-норитовые породы, для образования которых обязательно требуется, чтобы геологическая история планеты включала естественное разделение материалов, — так называемую гравитационную и геохимическую дифференциацию, т.е. разделение горных пород в результате своеобразного «всплывания» более легких составляющих (силикатов) и погружения в ядро планеты тяжелых элементов (железа и никеля).

Некоторые меркурианские кратеры имеют систему «лучей», простирающихся на большое расстояние. Обычно яркие лучи вокруг кратеров охватывают область не более 1000 км. в диаметре. На Луне, где много таких кратеров, протяженность лучей гораздо больше из-за меньшего ускорения свободного падения. Например, лучи кратера Тихо уходят за край видимого диска Луны. Известно, что яркость лучей заметно усиливается к полнолунию, а затем ослабевает. Это объясняется высокой пористостью материала лучей: Солнце освещает внутренность мелких пор, только когда поднимается над горизонтом.