Текст книги "Солнечная система (Астрономия и астрофизика)"

Автор книги: Владимир Сурдин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 22 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]

Анализ данных, полученных с низкой орбиты, подтвердил наличие на Луне соединений водорода. После этого решено было закончить жизнь «Лунар Проспектора» нестандартным образом: 31 июля 1999 г. по команде с Земли он сошел с орбиты и упал в районе южного полюса Луны. Ученые надеялись, что этот удар выбросит в окололунное пространство водяной пар, который можно будет зарегистрировать с Земли в телескоп. Но даже космический телескоп «Хаббл» не смог обнаружить признаки пара после падения зонда на Луну. А ведь этот телескоп очень зоркий: если бы в результате удара о Луну было выброшено всего 30 кг. водяных паров, он бы это заметил…

«Смарт-1» и другие

Неудача эксперимента по добыванию лунной воды не повлияла на решимость ученых продолжать ее поиски. В 2003 г. с помощью собственного спутника начало исследования Луны Европейское космическое агентство (ЕКА). Первый европейский лунный зонд назвали «Смарт-1» (SMART – Small Missions for Advanced Research in Technology, Малые экспедиции для передовых технологических исследований). Это был куб размером около 1 м. и массой 367 кг. с двумя «крыльями» солнечных батарей, раскинувшимися на 14 м. Они выдавали около 2 кВт. электроэнергии, необходимой для работы ионного двигателя малой тяги, проходившего испытания на этом аппарате. «Смарт-1» был выведен в космос 27 сентября 2003 г. в 23:14 UT ракетой «Ариан-5» с космодрома Куру во Французской Гвиане, и его путешествие к Луне было долгим. За первые 80 дней полета перигейная высота орбиты увеличилась лишь до 20 тыс. км. Затем она постепенно возросла до 200 тыс. км., после чего аппарат совершил три гравитационных маневра в поле Земли и Луны: в декабре 2004 г., в январе и феврале 2005 г. В марте 2005 г. аппарат был захвачен Луной на вытянутую полярную орбиту и к апрелю 2005 г. перешел на круговую орбиту. Более года он фотографировал поверхность Луны с высоким разрешением, в особенности полярные области; проводил наблюдения спектра поверхности в инфракрасном диапазоне, направленные на поиски льда и замерзшего углекислого газа. По этим данным была составлена первая глобальная карта химического состава лунной поверхности. «Смарт-1» также провел некоторые исследования Солнца. Затем аппарат был сведен с орбиты и 3 сентября 2006 г. упал на Луну в области Lacus Excellentiae (33° ю.ш., 46° з.д.). Вспышку от удара и мощный выброс пылевого облака с поверхности Луны зафиксировали крупные наземные телескопы.

Для окончательного решения вопроса о лунной воде в США разрабатывают аппарат, способный доставить на Землю вещество с лунного Полюса холода – из глубокого кратера вблизи Южного полюса. А пока продолжаются дистанционные исследования. В Японии создан космический зонд «Кагуя» («KAGUYA», прежнее имя – SELENE, SELenological and ENgineering Explorer) массой около 3 тонн и размером 5×2×2 м. Он стартовал к Луне 14 сентября 2007 г. и спустя несколько дней достиг окрестностей Луны. Зонд будет работать на круговой полярной орбите высотой 100 км. На этом аппарате установлены радар, лазерный альтиметр, рентгеновский– и гамма-спектрометры, магнетометр, приборы для исследования межпланетной плазмы и несколько телекамер, дающих изображение лунной поверхности с разрешением до 10 м.

Выйдя на окололунную орбиту, «Кагуя» выпустил в свободный полет два мини-спутника; масса каждого около 50 кг. Один из них будет служить ретранслятором для связи с основным зондом, когда тот скрыт от нас за диском Луны. А за вторым мини-спутником, снабженным специальным радиопередатчиком, будут наблюдать наземные радиоинтерферометры. Цель этих наблюдений – изучить неоднородности гравитационного поля Луны. Для этого нужно выяснить, насколько сильно спутник отклоняется от идеальной орбиты. До сих пор за движением спутников Луны следили только доплеровским методом, измеряя вариации частоты приходящего радиосигнала. Этот метод позволяет выявлять неоднородности поля (например, области повышенного тяготения – масконы) в центральной области видимого диска, где, поднимаясь или проваливаясь, спутник движется вдоль луча зрения и демонстрирует заметный доплер-эффект. Но вблизи лимба Луны доплеровский метод не работает. Поэтому создатели «Кагуя» решили с помощью радиоинтерферометров следить за угловыми перемещениями спутника. Это позволит изучить гравитационное поле Луны в ее краевых зонах. В дальнейшем Япония намерена изучать Луну с помощью еще более мощных космических аппаратов (на 2012-13 гг. намечен запуск SELENE-2).

Китайский спутник «Chang’e-1» успешно стартовал к Луне 24 октября 2007 г. Его масса 2,4 тонны, рабочая орбита высотой 200 км. должна быть наклонена к экватору Луны на угол 64°. Задача спутника – съемка поверхности Луны для выбора места посадки будущей пилотируемой экспедиции. В апреле 2008 г. намечен запуск к Луне орбитального аппарата «Chandrayaan-1» (Индия) массой 0,5 тонны. Его телекамеры должны показать лунную поверхность с разрешением 5 метров. А в октябре 2008 г. в США намечен запуск тяжелого спутника «Lunar Reconnaissance Orbiter» для детального исследования поверхности Луны с оптическим разрешением 0,5 м. В паре с ним полетит небольшой зонд, который проследит за падением последней ступени ракеты-носителя на дно одного из полярных кратеров: быть может там обнаружатся залежи льда?

Есть проекты исследования Луны и в России. Возможно, в ближайшие годы к ней отправится космический аппарат, с борта которого в район южного полюса для изучения лунных льдов будут сброшены пенетраторы, подобные тем, что были установлены на российском зонде «Марс-96». В общем, космические исследования Луны продолжаются, и самое интересное, как всегда, впереди.

Возможна ли жизнь на Луне?

С давних пор, еще не имея представления о природе иных небесных тел, человек задавался вопросом – насколько похожи их условия на земные, и вообще – насколько широко распространена жизнь во Вселенной. В XIX в. популярна была точка зрения, что жизнь возможна в различных уголках Солнечной системы, в том числе и на Луне. Французский астроном и пропагандист науки Камиль Фламмарион (1842—1925) в своих книгах населял Луну разнообразными живыми существами. Английский писатель Герберт Уэллс (1866—1946) считал возможным присутствие на Луне существ, подобных муравьям. Но космические исследования рассеяли даже тень такой надежды: на Луне жизни нет и никогда не было!

Жизнь на Земле существует лишь потому, что на нашей планете есть достаточно плотная атмосфера и жидкая вода – универсальный растворитель органических веществ. На Луне нет ни того, ни другого! Ее масса в 81 раз меньше земной, а сила тяжести в 6 раз меньше, чем на Земле. Небесное тело с таким слабым притяжением не способно удержать атмосферу. Лишь при падении крупных ледяных комет на Луну вокруг нее может возникать очень разреженная временная атмосфера. Но по прошествии нескольких тысячелетий, – срок ничтожный по космическим меркам, – этот газ покинет окрестности Луны.

Строго говоря, у Луны все же есть атмосфера: по исследованиям американских астронавтов концентрация газа в окололунном пространстве в тысячи раз превышает его концентрацию в межпланетном пространстве. В кубическом сантиметре окололунного пространства количество газовых частиц в ночное время превышает 10⁵, а в дневное снижается до 10⁴. Основные компоненты газовой оболочки Луны – водород, гелий, неон и аргон. Напомним, что у поверхности Земли концентрация молекул воздуха равна 2,7×10¹⁹ см^—3. Иными словами, в литровой банке земного воздуха содержится столько же молекул, сколько в кубическом километре окололунного пространства!

Естественно, крайне разреженная атмосфера Луны не способна сгладить разницу дневной и ночной температуры поверхности. На лунном экваторе в полдень поверхность накалена до +130°С, а перед рассветом ее температура опускается до —170°С. Для сравнения: на Марсе, у которого плотность атмосферы в 200 раз меньше земной, суточное колебание температуры достигает 100°С. Впрочем, давления марсианской атмосферы недостаточно, чтобы на поверхности красной планеты могла существовать жидкая вода (хотя ученые не исключают, что в прошлом давление воздуха было выше, и на Марсе существовали океаны). Но условия для жизни на Луне всегда были значительно хуже марсианских.

Тем не менее, до получения результатов космических экспедиций существовали оптимисты, считавшие, что раньше на Луне условия для жизни были более благоприятны. Действительно, если предположить, что Луна содержала воду, то это могло способствовать развитию оригинальных лунных форм жизни или же земных организмов, каким-то образом занесенных на Луну (например, при сверхмощных извержениях земных вулканов или в результате взрывов, вызванных падением на Землю астероидов). Предполагалось, что за миллиарды лет, пока Луна теряла воду и атмосферу, микроорганизмы могли бы адаптироваться к условиям лунной поверхности…

Однако детальный химический анализ образцов лунного грунта, доставленных на Землю, ясно указал на отсутствие любых форм жизни на Луне. Ученые помещали лунный грунт в самые благоприятные для жизни условия: постоянная температура, обилие солнечного света и питательных веществ. Но лунные микробы никак себя не проявляли. Следы прошлой лунной жизни искали палеонтологи, используя мощные микроскопы. Но и они ничего не нашли. Единственное, что обнаружили ученые, – это простые органические соединения из атомов углерода, азота, кислорода и водорода. Но органики на Луне так мало, что ее происхождение легко объяснить и при отсутствии жизни.

Строение и история Луны. Поверхность Луны и ее недра

Доставку лунного грунта на Землю с большим нетерпением ожидали не только биологи и астрохимики, но и геологи. Еще бы, какого геолога оставят безразличным камни с иного небесного тела! Однако лунная минералогия оказалась довольно бедной: на Земле существует несколько тысяч минералов, а на Луне их пока открыто не более сотни. Впрочем, это легко объяснить: на Луне нет жидкой воды и атмосферы, поэтому условия формирования минералов там значительно менее разнообразны, чем на Земле. Впрочем, приятный сюрприз геологам Луна преподнесла: при анализе лунного грунта обнаружили несколько минералов, никогда не встречавшихся на Земле. Особенно интересно, что лунные частицы железа не страшатся действия земной атмосферы, тогда как изготовленные на Земле железные изделия легко ржавеют. Оказалось, что лунное железо не ржавеет (по-научному, не подвергается коррозии) потому, что его поверхность долго облучалась ионами – частицами солнечного ветра.

Это открытие имеет большое практическое значение, ведь сейчас каждая шестая мартеновская печь в мире работает на коррозию. Сейчас инженеры, имитируя лунные условия, учатся облучать потоком ионов важные металлические детали, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии.

Лунный грунт детально исследован в лабораториях самыми современными методами. Основные обнаруженные в нем химические элементы – это кислород, кремний, железо, титан, магний, кальций и алюминий. Оказалось, что темные лунные материки сложены из базальтов – плагиоклаза, оливина, пироксена, ильменита. В лунных базальтах найдены благородные металлы – серебро и золото, но их содержание значительно меньше, чем в земных базальтах. Очень мало в лунных камнях и некоторых других металлов, например, индия и цинка. А грунт материковых районов Луны состоит из анортозитов – довольно редких на Земле минералов.

Анализ лунной пыли показал, что содержание легкого изотопа благородного газа гелий-3 в микронных лунных пылинках значительно превышает его содержание в земных породах. Это открытие взволновало ученых: ведь гелий-3 может служить прекрасным термоядерным топливом. Когда физики закончат создание работоспособного термоядерного реактора, Луна могла бы стать поставщиком топлива для них и обеспечить человечество энергией на многие сотни лет. Правда, при этом Луна, покрытая множеством фабрик по извлечению гелия, может потерять свое очарование.

А много ли на Луне пыли? По данным космических экспедиций, а также по наблюдениям радиоизлучения Луны установили, что ее поверхность покрывает слой пыли толщиной от нескольких миллиметров до десятка сантиметров. Значит, человек совершенно спокойно может ходить по поверхности нашего естественного спутника, не опасаясь утонуть в пыли. Благодаря тому, что лунная пыль крайне плохо проводит тепло, солнечные лучи не могут прогреть грунт на значительную глубину: в лунный полдень, когда температура на поверхности +130°С, на глубине в несколько сантиметров она чуть выше нуля. А на глубине в 1—2 м. температура грунта вообще не зависит от времени суток: там всегда холодно, около —15°С, но ведь будущие исследователи Луны могут поставить обогреватель в своей землянке (или лунянке?).

Интересные результаты дало изучение лунных камней под электронным микроскопом, который позволил различить форму мельчайших кристалликов. На поверхности лунных образцов найдены крохотные кратеры микронного размера, напоминающие своей формой крупные лунные кратеры, такие как Тихо или Коперник. Микрократеры на лунных камнях образуются от ударов быстрых межпланетных частиц микронного размера, для которых ничтожная газовая оболочка Луны не служит препятствием.

Экипажи «Аполлонов» и станции «Луна» доставили на Землю образцы лунного грунта, добытые с глубины до 2,5 м. А что находится еще глубже? Ответить на этот вопрос помогли исследования сейсмической активности Луны. Американские астронавты установили на лунной поверхности сейсмодатчики, регистрирующие ничтожные колебания грунта. Луна стала вторым объектом Солнечной системы после Земли, недра который были изучены сейсмическими методами. Источником колебаний служат удары метеоритов и лунотрясения, вызванные приливным влиянием Земли. По данным о скорости распространения сейсмических волн в недрах Луны ученые установили, что она имеет кору, мантию и ядро диаметром в несколько сотен километров, состоящее из железа и сульфида железа.

Астронавты измерили тепловой поток из недр Луны; оказалось, что он всего лишь в несколько раз меньше, чем у Земли. Значит, лунные недра еще не успели полностью остыть. Поскольку Луна значительно меньше Земли, давление в ее центре составляет 4×10⁹ Па., что в 150 раз меньше, чем в центре Земли. Значительно ниже в центре Луны и температура: 1000—1500 К., тогда как у Земли 4000—5000 К.

Наблюдение за движением искусственных спутников Луны показало, что Луна не совсем однородна и симметрична. Обнаруженные гравитационные аномалии указывают на наличие локальных концентраций массы, названных «масконами» (от англ. mass concentration). Наиболее крупные масконы создают избыток около одной стотысячной от массы Луны. Плотность вещества лунных недр медленно растет с глубиной. В общем, меньшая масса Луны стала причиной более слабой дифференциации ее недр и более простого строения по сравнению с Землей.

Прошлое Луны и гипотезы о ее происхождении

Планетологов интересуют не только нынешние условия на телах Солнечной системы, но и какими они были в прошлом. Мы знаем, что недра Земли живут активной жизнью. На земной поверхности вздымаются и опускаются горные хребты, медленно перемещаются континенты, извергаются вулканы и происходят землетрясения. А на Луне все иначе. Благодаря своей малой массе она давно израсходовала запас внутреннего тепла. Лик Луны сформировали не растущие горы и дрейфующие материки, а внешние события – удары астероидов и комет, создавшие израненную кратерами и давно застывшую поверхность Луны.

Тот факт, что возраст большинства крупных лунных кратеров оценивается в 1—3 млрд. лет, может показаться удивительным. Ведь Луна, как и Земля, сформировалась 4,5 млрд. лет назад. Но на Земле мы не обнаруживаем следы кратеров старше нескольких сотен миллионов лет. Почему же на Луне значительно более древние кратеры прекрасно сохранились? Причина этого – холодные недра и отсутствие атмосферы; маленькая Луна постарела намного раньше Земли. Когда-нибудь и у Земли охладятся недра, перестанут извергаться вулканы, не будет землетрясений. Холодная старая Луна – это будущее Земли.

Теперь заглянем в прошлое Луны. С тех пор, как на Земле появился человек, на Луне не образовалось ни одного крупного кратера. Падение массивных тел на Луну в нашу эпоху – событие редкое. Даже относительно молодой кратер Коперник возник около миллиарда лет назад. Однако на ранней стадии эволюции Солнечной системы, когда в межпланетном пространстве было еще много «космического мусора», столкновения крупных обломков с Луной происходили намного чаще.

В ту же далекую эпоху существовал и лунный вулканизм, имевший, вероятно, два пика активности: 3,2 и 3,7 млрд. лет назад. При извержении вулканов лунную поверхность заливала базальтовая лава. Самые крупные из залитых лавой низменностей мы называем морями; они заметно темнее материковых возвышенностей. Хотя подавляющее большинство кратеров на Луне возникло от ударов астероидов и ядер комет, некоторые из лунных кратеров все же имеют вулканическое происхождение. Как пример укажем до краев заполненный лавой кратер Варгентин, лежащий южнее Моря Влажности, близ крупного кратера Шиккард.

Рис. Кратер Варгентин (справа).

 Некоторые наблюдатели отмечали изменения деталей поверхности в районе кратера Альфонс, а пулковский астроном Николай Александрович Козырев (1908—1983) получил в 1958 г. спектрограмму, указывающую на выделение газа из центральной горки этого кратера. Указанием на былую тектоническую активность служит знаменитая Прямая Стена в Море Облаков: этот 125-километровый уступ высотой 200—300 м., вероятно, образован при перемещении плит лунной коры.

Рис. Прямая Стена в Море Облаков.

Из-за приливного действия Земли на обратной стороне Луны толщина коры составляет 100 км., а на видимом полушарии кора вдвое тоньше. Поэтому извержение лав из лунных недр легче происходило на видимом полушарии, большинство вулканических центров Луны находится на ее видимой стороне, а морей на видимой стороне значительно больше, чем на обратной стороне. Луна тоже влияет на Землю своим гравитационным полем, вызывая, например, морские приливы и отливы. Любопытно, что обратное влияние земных приливных выступов на Луну вызывает ее постепенное удаление от Земли. Наступит время, когда Луна удалится от нас настолько, что с поверхности Земли перестанут быть видны полные солнечные затмения. А в период своей юности Луна была значительно ближе к Земле, чем сейчас, и совершала оборот вокруг Земли всего за несколько суток; в ту эпоху морские приливы были гораздо выше нынешних. За удаление от нас Луны, в силу закона сохранения момента импульса, Земля платит постепенным замедлением своего вращения. Расчеты показывают, что миллиард лет назад земные сутки были на 4 часа короче современных. Примерно через 5 млрд. лет вращение Земли затормозится настолько, что она будет совершать за год всего 9 оборотов вокруг своей оси; к тому моменту и удалившаяся Луна будет совершать за год 9 оборотов вокруг Земли. Начиная с той эпохи и уже навсегда, с Луны будет видна только одна половина земного шара (интересно, какая?).

В то время, как будущее Луны для нас уже не тайна, ее происхождение представляется весьма туманно. Система Земля-Луна уникальна: среди планет земной группы еще лишь Марс имеет двух маленьких спутников, вероятно, захваченных из пояса астероидов. Крупных спутников, подобных Луне, имеют Юпитер, Сатурн и Нептун, но эти планеты-гиганты совсем не похожи на Землю. Поэтому некоторые астрономы рассматривают систему Земля-Луна как двойную планету.

Из многочисленных гипотез о происхождении Луны упомянем лишь самые популярные. Серьезно изучалась возможность отрыва Луны от быстро вращавшейся Земли, но эта идея не получила подтверждения при проведении космических исследований Луны. Не популярна нынче и гипотеза захвата уже «готовой» Луны гравитационным полем Земли: Луна не похожа на рядовую «малую планету», химический состав лунного грунта, кажется, существенно отличается от состава астероидов.

Сейчас спор идет между двумя теориями происхождения Луны. Согласно первой, наш спутник сформировался из роя частиц, обращавшихся вокруг растущей молодой Земли. Вторая теория причиной появления на свет Луны считает катастрофический удар крупного космического тела размером с Марс о поверхность Земли. Такой удар мог сорвать часть земной мантии и выбросить ее на околоземную орбиту, где из нее сформировалась Луна. Действительно, состав Луны напоминает земную мантию.

До сих пор ни одной из конкурирующих теорий не удалось объяснить все особенности системы Земля-Луна. Может быть, это удастся сделать в рамках новой гипотезы, которую предложат наши читатели?

Литература

Атлас обратной стороны Луны. Ч. 1. М.: Изд-во АН СССР, I960; Ч. 2. М.: Наука, 1967; Ч. 3. М.: Наука, 1975.

Атлас планет земной группы и их спутников. М.: Наука, 1990.

Бронштэн В.А. Как движется Луна? М.: Наука, 1990.

Вдовыкин Г.П. Экзобиология Луны. М.: Наука, 1975.

Вуд Д.Э. Солнце, Луна и древние камни. М.: Мир, 1981.

Галкин И.Н. Внеземная сейсмология. М.: Наука, 1988.

Дагаев М.М. Солнечные и лунные затмения. М.: Наука, 1978.

Кауфман У. Планеты и луны. М.: Мир, 1982.

Копал 3. Луна. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.

Куликов К.А. Первые космонавты на Луне: Описание Луны и астрономических явлений, наблюдаемых с ее поверхности. М.: Наука, 1965.

Куликов К.А., Гуревич В.Б. Новый облик старой Луны. М.: Наука, 1974.

Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии. М.: Эдито-риал УРСС, 2002.

Линк Ф. Лунные затмения. М.: Изд-во иностранной лит. 1962

Мелешков С.С. Методические рекомендации по проведению наблюдений нестационарных явлений на Луне сайт «Астронет» http://www.astronet.rU/db/msg/l 177124/16.html

Сикорук Л.Л., Шпольский М.Р. Любительская астрофотография. М.: Наука, 1986.

Сытинская Н.Н. Луна и ее наблюдение. М.: Гостехиздат, 1956.

Сытинская Н.Н. Природа Луны. М.: Физматгиз, 1959.

Уиппл Ф. Земля, Луна и планеты. М.: Наука, 1967.

Циолковский К.Э. На Луне. М.: Детская литература, 1988.

Уманский С.П. Луна – седьмой континент. М.: Знание, 1989.

Шевченко В.В. Современная селенология. М.: Наука, 1980.

Шевченко В.В. Луна и ее наблюдение. М.: Наука, 1983.

Прекрасная коллекция фотографий и карт Луны находится на сайте Института Луны и планет (США, http://www.lpi.usra.edu).

Доступ к картам – http://www.lpi.usra.edu/resources/mapcatalog/.

Доступ к коллекциям фотографий, включая экспедиции «Аполлон» – http://www.lpi.usra.edu/resources/lunar_atlases/.

Очень много интересного о Луне вы найдете на сайте NASA – http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/moonpage.html

Глава IV

МЕРКУРИЙ

 Характеристики Меркурия

Большая полуось орбиты

0,387 а.е.=58 млн. км.

Сидерический период обращения («год»)

87,968 сут.=0,241 лет.

Синодический период (средний)

115,88 сут.=0,317 лет.

Сидерический период вращения («звездные сутки»)

58,6461 сут.

Наклонение орбиты к эклиптике

7,004°.

Эксцентриситет орбиты

0,206.

Средняя орбитальная скорость

48 км/с.

Наклон экватора к орбите

0,01°.

Масса

3,303×10

²³

кг.=5,5% М

_⊕

Средняя плотность

5,44 г/см

³

.

Экваториальный радиус R

_e

2439,7 км.

Ускорение свободного падения

3,70 м/с

²

.

Скорость ускользания (2-я космическая)

4,2 км/с.

Безразмерный момент инерции (в единицах MR

²

)

0,324.

Сферическое альбедо (по Бонду)

0,119.

Геометрическое альбедо (визуальное)

0,106.

Поток солнечного излучения у поверхности

9127 Вт/м

²

.

Полное поглощаемое излучение

1,6×10

¹¹

МВт.

Эффективная температура поверхности

443 К.

Магнитный момент диполя

0,0033 Гс

R_e³

.

Наклон оси дипольного компонента к оси вращения

169°.

Спутников

нет.

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета и одна из ближайших к Земле. Минимальное расстояние до него в нижнем соединении всего 80 млн. км, но наблюдать его в это время не удается как из-за яркого света Солнца, так и потому, что к Земле в этот период обращена его ночная сторона. Но и в наибольшей элонгации (18-28°) Меркурий можно наблюдать только на фоне довольно светлого сумеречного неба в течение короткого времени после захода Солнца или перед его восходом. Тем не менее, увидеть Меркурий нетрудно, если только знать короткие календарные периоды его видимости, знать, где его искать и помнить, что он виден очень недолго, теоретически не более 1,5 ч., а практически намного меньше. В дневное время его можно видеть только с помощью телескопа, причем различить какие-либо детали на нем практически не удается.

Распределение энергии по спектру отраженного какой-то поверхностью света позволяет сравнить состав поверхности со свойствами известных горных пород. Такие измерения называют спектрофотометрическими. Они показывают, что по своим свойствам поверхностные породы многих областей Меркурия напоминают материковые породы Луны, хотя и несколько светлее их. Из наземных телескопических наблюдений давно были найдены основные характеристики орбиты Меркурия она наклонена к плоскости эклиптики на 7° и сильно вытянута: при среднем расстоянии от Солнца в 0,39 а.е. Меркурий приближается к нему в перигелии до 0,31 а.е. и удаляется в афелии до 0,47 а.е. Орбитальная скорость планеты в среднем составляет 48 км/с., а в максимуме (в перигелии) достигает 54 км/с., что почти вдвое превышает скорость Земли. Сидерический период обращения вокруг Солнца составляет 88 сут.

До начала космических исследований диаметр планеты был известен неточно, а оценка его массы и средней плотности была затруднена из-за отсутствия спутников. Ошибочно считалось, что период вращения планеты совпадает с периодом ее обращения вокруг Солнца, в результате чего она постоянно обращена к светилу одной стороной; утверждалось, что на одном полушарии Меркурия вечный зной, а на другом – вечный космический холод. Но оказалось, что Солнце освещает оба полушария планеты, а единственные области, где оно никогда не восходит – глубокие долины на полюсах Меркурия.

Атмосфера у Меркурия крайне разрежена, в миллионы раз менее плотная, чем у Земли, причем с необычным газовым составом. В 1974 г. американский зонд «Маринер-10» был выведен на орбиту спутника Солнца и в 1974—1975 гг. трижды сблизился с Меркурием. По существу, все основные данные о физике планеты и ее изображения были получены в этих сближениях. Следующим исследователем Меркурия должен стать зонд MESSENGER (MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry and Ranging) запущенный NASA 3 августа 2004 г. Он дважды пролетит мимо Меркурия (в 2008 и 2009 гг.), а затем, в 2011 г., выйдет на орбиту вокруг него.

Ранее высказывались предположения о возможном существовании еще одной небольшой планеты внутри орбиты Меркурия (ее хотели назвать Вулканом). Но такой планеты нет. Меркурий – ближайшая к Солнцу планета.

Особенности движения Меркурия

Первые сомнения по поводу синхронности суточного вращения и орбитального обращения Меркурия принесли наблюдения теплового излучения планеты, выполненные в 1962 г. Если исходить из синхронного вращения, с вечным днем на одной стороне и вечной ночью на другой, то средние температуры полушарий должны составить 880 и 60 К (т.е. около +600°С и —210°С). Принятое от поверхности Меркурия тепловое радиоизлучение (с глубины около 10 см.) показало, что дневная сторона не так горяча, как ожидалось, а от ночной исходит ощутимый поток тепла. Поскольку атмосферы нет, а перенос тепла сквозь твердое тело планеты пренебрежимо мал, был сделан вывод о несинхронном вращении планеты. Но действительность оказалась еще интереснее: Меркурий находится в резонансном, но несинхронном вращении. Эти данные были получены с помощью наземной планетной радиолокации в 1965 г. (она же позволила в 1967 г. определить радиус планеты с ошибкой всего в 5 км.).

Сравнивая период обращения Меркурия вокруг Солнца (87,97 сут.) с периодом его осевого вращения (58,65 сут.), мы видим, что они находятся в точном соотношении 3:2. Значит, за год планета совершает полтора оборота вокруг оси. Проходя через любую конкретную точку орбиты, он через раз подставляет Солнцу одно и то же полушарие, а через раз – ему противоположное.

Поэтому солнечные сутки длятся на Меркурии вдвое дольше его года и втрое дольше его звездных суток (т.е. 176 земных суток). Температура поверхности Меркурия достигает наибольшего значения в двух диаметрально противолежащих областях, которые попеременно оказываются подсолнечными, когда планета проходит перигелий. Одна из них получила название Planitia Caloris (равнина Жары).

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 (115,88×1,5=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.