Меркурий: 10 странностей ближайшей к Солнцу планеты
На фоне предыдущего поста решил сделать цикл статей про нашу родненькую Солнечную систему, с необычными фактами и странностями. Нет, никаких конспирологических теорий и зелёных человечков тут не будет, и без них у нас странностей хватает.
Начну с ближайшей к Солнцу планеты - Меркурий. Ведь если попросить человека быстро описать Меркурий, скорее всего получится что-то вроде: маленькая планета, ближайшая к Солнцу, очень горячая, вся в кратерах. И вроде бы всё правильно. Но есть одна проблема. Меркурий вообще не такой простой, каким кажется. Ведь чем больше мы его изучаем, тем больше он начинает походить не на скучный каменный шар, а на какой-то набор космических исключений. Здесь Солнце способно взойти дважды за один день, в вечной темноте лежит водяной лёд, а под тонкой каменной оболочкой скрывается совершенно неприлично большое железное ядро. И это только начало, пожалуй, начнём.
На Меркурии Солнце может взойти дважды
Представьте, что вы стоите на поверхности Меркурия и смотрите на восток. Солнце медленно появляется над горизонтом. Нормальный рассвет. А потом Солнце начинает двигаться обратно. Оно опускается к горизонту, может исчезнуть и через некоторое время снова появляется. Нет, это не ошибка наблюдателя. И нет, Меркурий не начал внезапно вращаться в обратную сторону. Всё дело в том, что Меркурий вращается вокруг своей оси очень медленно: один оборот занимает около 59 земных суток. А вокруг Солнца он успевает облететь всего за 88 суток. Причём эти два движения связаны очень необычным образом. За два оборота вокруг Солнца Меркурий совершает ровно три оборота вокруг своей оси. Такой режим называется орбитально-вращательным резонансом 3:2. Но важна здесь не столько сама цифра, сколько последствия.
Орбита Меркурия заметно вытянута. Когда планета приближается к Солнцу, она движется по орбите быстрее. Настолько быстрее, что в определённый момент её орбитальное движение начинает «обгонять» вращение поверхности. И если вы в этот момент находитесь в подходящем месте, Солнце на небе начинает вести себя совершенно издевательски: сначала движется в одну сторону, потом останавливается, идёт обратно, а затем снова продолжает свой путь.
Причём один полный солнечный день на Меркурии длится около 176 земных суток. Иными словами, если вам не нравится, допустим, понедельник, то представьте, что на Меркурии понедельник может длиться несколько месяцев.
На ближайшей к Солнцу планете есть лёд
Обычная бытовая логика подсказывает, что лёд и Меркурий находятся где-то на противоположных концах шкалы. Солнце рядом. Планета маленькая. Днём поверхность в некоторых местах нагревается примерно до 430 °C. И всё же на Меркурии есть водяной лёд. Причём не в каком-то древнем слое породы, который каким-то чудом сохранился с момента рождения планеты. Лёд находится прямо на поверхности и под ней в глубочайших полярных кратерах. Как это возможно?
У Меркурия почти отсутствует наклон оси вращения. Поэтому в районе полюсов существуют глубокие кратеры, куда солнечный свет практически никогда не попадает. В результате там могут сохраняться температуры, близкие к тем, при которых вода спокойно остаётся льдом. MESSENGER (это американская межпланетная станция, изучавшая Меркурий) обнаружил в таких областях признаки значительных запасов водяного льда. Причём его там, судя по данным, совсем не символическое количество.
Откуда вода взялась, тоже довольно интересно. Скорее всего, значительная её часть была принесена на Меркурий кометами и астероидами. А потом оказалась в тех местах, где Солнце не может её испарить.
У Меркурия огромное ядро
Металлическое ядро Меркурия занимает огромную долю объёма планеты и составляет значительную часть её массы. По сравнению с Землёй пропорции совершенно ненормальные: у Меркурия необычайно большая металлическая часть и относительно тонкая силикатная оболочка. И вот тут у планетологов возникает очень простой вопрос: почему?
Есть несколько идей. Одна из них звучит примерно так: когда-то очень давно Меркурий пережил гигантское столкновение. Настолько мощное, что значительную часть его каменной оболочки могло просто снести в космос, но металл при этом остался.
Есть и другие варианты. Возможно, особенности формирования планеты так близко к Солнцу изначально привели к тому, что Меркурий получил необычно много железа. Возможно, сыграли роль химические процессы в ранней Солнечной системе. Окончательного ответа у нас пока нет.
Магнитное поле Меркурия почему-то съехало в сторону
Вот здесь Меркурий подкидывает ещё одну загадку. У Земли есть мощное магнитное поле. У Меркурия тоже есть. И это само по себе интересно. Планета маленькая, очень горячая, находится рядом с Солнцем и имеет сравнительно медленное вращение. Казалось бы, условия не самые очевидные для существования глобального магнитного поля. Но оно есть. Причём не просто есть, оно имеет довольно необычную структуру.
Магнитный диполь Меркурия смещён относительно центра планеты примерно на 20% её радиуса в сторону северного полюса. То есть, ядро находится в центре планеты, а создаваемое им магнитное поле нет. Почему? Вот этого мы до конца не знаем.
Но и это ещё не всё. Меркурий находится настолько близко к Солнцу, что его магнитосфера постоянно получает по голове от солнечного ветра - потока заряженных частиц, летящих от Солнца. И взаимодействие получается настолько бурным, что в магнитном поле возникают своеобразные структуры, через которые частицы солнечного ветра могут проникать ближе к поверхности. Земле в этом смысле повезло гораздо больше. Её магнитосфера отклоняет значительную часть заряженных частиц, а плотная атмосфера служит дополнительным щитом. У Меркурия полноценной атмосферы практически нет, поэтому частицы, сумевшие прорваться через магнитосферу, могут практически беспрепятственно добраться до поверхности.
И всё это происходит на планете, которая при своих небольших размерах каким-то образом до сих пор поддерживает собственное глобальное магнитное поле. Маленький Меркурий, в общем, оказался куда более интересным с точки зрения физики, чем должен был бы казаться
У него почти нет атмосферы. Зато есть хвост
У Меркурия существует чрезвычайно разреженная экзосфера. Это не атмосфера в привычном смысле слова - молекулы там настолько редки, что частицы практически не сталкиваются друг с другом. Откуда они берутся? Часть выбивается с поверхности солнечным ветром. Часть энергичным ультрафиолетовым излучением. Свою роль играют и микрометеориты, постоянно бомбардирующие поверхность. В результате вокруг Меркурия постоянно находится облако отдельных атомов и ионов.
Среди них есть натрий. И вот тут начинается самое красивое. Солнечный ветер подхватывает эти частицы и вытягивает их за планетой. В результате у Меркурия образуется длинный хвост. Да-да. У планеты есть хвост. Он чем-то напоминает хвост кометы, и тоже направлен от Солнца.
Разумеется, Меркурий не превратился в комету. Просто физика в данном случае решила использовать похожий трюк: частицы с поверхности подхватываются солнечным воздействием и уносятся прочь. Особенно хорошо этот хвост виден благодаря натрию, который светится под воздействием солнечного излучения.
И получается довольно красивая картина. Перед нами маленькая каменная планета, почти лишённая атмосферы, с огромным железным ядром, собственным магнитным полем и длинным светящимся хвостом из вещества, которое буквально утекает с её поверхности. И ведь это всё ещё тот самый Меркурий, про который обычно говорят: «А,ну да, ближайшая к Солнцу маленькая планета». Кажется, мы его немного недооценили.
На Меркурии есть загадочные впадины, которые будто разъедают поверхность
Когда космический аппарат фотографирует поверхность планеты, мы обычно ожидаем увидеть три вещи: кратеры, камни и ещё немного кратеров. Меркурий в этом отношении долго не разочаровывал. Но потом на снимках обнаружили кое-что совершенно другое - небольшие яркие углубления, разбросанные по поверхности. Их назвали hollows - «впадинами» или «полостями».
Выглядят они довольно странно. Это неглубокие, часто неправильной формы углубления с очень яркими внутренними стенками и краями. Некоторые совсем маленькие, другие растягиваются на километры. И вот здесь начинается самое интересное. Мы до сих пор не знаем точно, как они образуются.
На Земле нам привычно объяснять изменения поверхности водой, ветром, льдом, вулканизмом. На Меркурии с этим всё сложнее. Плотной атмосферы практически нет, жидкой воды на поверхности тоже нет. Зато есть Солнце. Очень много Солнца. Одна из основных гипотез предполагает, что под действием солнечного излучения и частиц с поверхности постепенно удаляются определённые летучие вещества. Особенно интересны соединения серы и других элементов. Порода буквально теряет часть своего вещества.
Но механизм этого процесса гораздо сложнее, чем просто «Солнце испаряет камень». Некоторые поло0сти связаны с определёнными минералами и геологическими структурами, а скорость их формирования и возраст до сих пор обсуждаются. То есть перед нами не обязательно древний след далёкого прошлого. Меркурий может продолжать медленно менять собственную поверхность. Камень там, конечно, не исчезает у нас на глазах, но в масштабах геологического времени планета действительно способна понемногу «съедать» саму себя.
Меркурий сжимается
Когда-то он был горячее, затем начал остывать. А когда планета остывает, её внутреннее вещество немного сжимается. Меркурий настолько маленький, что это охлаждение заметно отразилось на всей планете. Его каменная оболочка постепенно сжималась, и поверхность начала буквально морщиться.
На снимках мы видим гигантские уступы - длинные обрывы, которые могут протягиваться на сотни километров. Когда-то два участка поверхности находились дальше друг от друга, а затем один как бы наполз на другой. Планета уменьшалась и поверхность была вынуждена подстраиваться. Это одна из тех вещей, которые сложно почувствовать, пока не представишь масштаб.
Причём MESSENGER обнаружил небольшие геологически молодые уступы. Это стало важным аргументом в пользу того, что сжатие Меркурия происходило не только в далёком прошлом. Возможно, планета продолжает понемногу сжиматься и сегодня. Не очень быстро, не настолько, чтобы мы могли это заметить. Но Меркурий, до сих пор медленно остывает и становится чуть меньше.
Огромный удар смял поверхность на другой стороне планеты
А теперь история о том, насколько далеко может распространиться последствия одного столкновения. На Меркурии есть гигантский бассейн Калорис. Когда-то в планету врезалось огромное тело, настолько большое, что образовавшийся ударный бассейн имеет диаметр около 1500 километров. Для такой маленькой планеты это чудовищный удар.
Но самое интересное находится не там, куда прилетел астероид. На противоположной стороне Меркурия обнаружена область, которую называют «странной местностью»
Хаотичные холмы, борозды, неровности, огромные блоки породы. Почему? Предполагается, что при ударе в недрах планеты возникли мощнейшие сейсмические волны. Они разошлись во все стороны, прошли через Меркурий и сфокусировались примерно на противоположной стороне.
Представьте, что вы ударили молотком по шару. В месте удара останется вмятина, но энергия не исчезнет. Она пойдёт внутрь шара. И если геометрия подходящая, где-то с противоположной стороны вы получите ещё один очень неприятный сюрприз. Именно это, вероятно, и произошло с Меркурием.
Меркурий оказался совсем не таким «выжаренным», как мы ожидали
Меркурий находится рядом с Солнцем. Очень рядом. Значит, когда Солнечная система была молодой и всё вокруг только формировалось, там должно было быть особенно жарко. А раз было жарко, то лёгкие и летучие вещества должны были плохо сохраняться. Поэтому долгое время существовала довольно естественная мысль: Меркурий должен быть своеобразным «обожжённым остатком» планеты. То есть большая часть летучих веществ должна была исчезнуть ещё на этапе формирования.
А потом прилетел MESSENGER и выяснилось: Не совсем. На поверхности Меркурия обнаружилось довольно много серы, калия и других летучих элементов. И вот это уже серьёзная проблема для слишком простых моделей происхождения планеты. Потому что получается, что Меркурий каким-то образом сформировался и пережил раннюю историю Солнечной системы, не потеряв всё летучее содержимое. Причём это связано не только с химическим составом. Летучие элементы могут быть связаны с тем, как формировалась поверхность, почему появляются впадины и какие процессы происходят в недрах.
То есть одна неожиданная находка потянула за собой целую цепочку вопросов. И здесь есть важный момент. Наука не говорит: «Мы нашли серу, значит, теперь всё понятно». Наоборот. Иногда хорошее измерение делает ситуацию хуже, потому что старая теория объясняла наблюдения. А потом появляются новые данные и выясняется, что объясняла она их слишком хорошо только потому, что мы не знали всей картины.
Меркурий оказался не обугленным камнем, из которого Солнце выбило всё лишнее. Он сохранил гораздо больше «строительного материала», чем мы ожидали. И теперь приходится выяснять, как именно ему это удалось.
Меркурий помог Эйнштейну понять, что с гравитацией Ньютона что-то не так
Ещё задолго до космических аппаратов астрономы очень внимательно следили за движением Меркурия и заметили странность - его орбита постепенно поворачивается. Это само по себе не удивительно, другие планеты тоже влияют на Меркурий своей гравитацией, поэтому его орбита должна немного изменяться. Но когда астрономы учли все известные эффекты, оставалась небольшая лишняя часть. Меркурий всё равно двигался не совсем так, как должен был согласно ньютоновской гравитации. Разница была крошечной, но именно такие крошечные несоответствия иногда оказываются самыми интересными. Потому что если теория прекрасно работает почти везде, но в одном месте появляется маленькая ошибка, можно попробовать выяснить: проблема в измерениях или проблема в самой теории?
В случае Меркурия оказалось второе. В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. Согласно ей, гравитация это не просто сила, с которой одно тело притягивает другое. Массивные объекты искривляют пространство-время вокруг себя. А как мы помним, Меркурий находится очень близко к Солнцу, поэтому его орбита особенно хорошо чувствует этот эффект. И дополнительное смещение перигелия Меркурия оказалось именно таким, каким его предсказывала теория относительности.
Вот тут маленькая планета внезапно получила совершенно другой статус. Она оказалась не просто ближайшим к Солнцу каменным шаром. Меркурий стал одним из первых серьёзных намёков природы на то, что ньютоновская картина Вселенной неполна. И это, пожалуй, лучший способ закончить разговор о странностях Меркурия.
Не такая уж скучная первая планета от Солнца.























