Rtęć | |
Merkury widziany przez sondę MESSENGER , 14 stycznia 2008. | |
Charakterystyka orbity | |
---|---|
Półoś wielka | 57.909.050 km na południowy (0.387,098 [ ] au ) |
Afelia | +69.816.900 km na południowy (0.466,701 au ) |
Peryhelium | +46.001.200 km na południowy (0.307,499 au ) |
Obwód orbity | 359 966 400 km ( 2.406 226 do ) |
Ekscentryczność | 0,2056 [ ] |
Okres rewolucji | 87,969 d |
Okres synodyczny | 115,88 d |
Średnia prędkość orbitalna | 47,362 km / s |
Maksymalna prędkość orbitalna | 58,98 km / s |
Minimalna prędkość orbitalna | 38,86 km / s |
Nachylenie na ekliptyce | 7,00 ° |
Węzeł wstępujący | 48,33 ° |
Argument peryhelium | 29,12 ° |
Znane satelity | 0 |
Charakterystyka fizyczna | |
Promień równikowy | 2439,7 km (0,383 Ziemia) |
Promień biegunowy | 2439,7 km (0,384 Ziemia) |
Średni promień wolumetryczny |
2439,7 km (0,383 Ziemia) |
Spłaszczenie | 0 |
Obwód równikowy | 15 329 km (0,383 Ziemia) |
Obszar | 7,48 × 10 7 km 2 (0,147 Ziemia) |
Tom | 6,083 × 10 10 km 3 (0,056 Ziemia) |
Masa | 3,301 1 × 10 23 kg (0,055 Ziemia) |
Całkowita gęstość | 5 427 kg / m 3 |
Grawitacja powierzchniowa | 3,70 m / s 2 (0,378 g), |
Prędkość zwalniania | 4,25 km / s |
Okres rotacji ( dzień syderyczny ) |
58,645 8 d |
Prędkość obrotowa (na równiku ) |
10,892 km / h |
Nachylenie osi | 0,0352 ± 0,0017 ° |
Rektascencja bieguna północnego | 281,01° |
Deklinacja bieguna północnego | 61,45 ° |
Wizualne albedo geometryczne | 0,142 |
Bond Albedo | 0,088 |
irradiancja słoneczna | 9,126.6 W / m 2 (6,673 uziemienia) |
Temperatura równowagi ciała doskonale czarnego |
433,9 K ( 160,9 ° C ) |
Temperatura powierzchni | |
• Maksymalna | 700 K ( 427 ° C ) |
• Średni | 440 K ( 167 ° C ) |
• Minimalna | 90 K ( -183 ° C ) |
Charakterystyka atmosfery | |
Ciśnienie atmosferyczne | 5 × 10 -10 Pa |
Masa całkowita | Mniej niż 10 000 kg |
Fabuła | |
Bóstwo babilońskie | Nabu |
greckie bóstwo | Stilbôn i Ἑρμῆς |
Chińska nazwa (powiązany przedmiot) |
Shuǐxīng水星 (woda) |
Merkury to najbliższa planeta do Słońca i najmniej masywna w Układzie Słonecznym . Jego odległość od Słońca wynosi od 0,31 do 0,47 jednostek astronomicznych (lub 46 do 70 milionów kilometrów), co odpowiada ekscentryczności orbity 0,2 - ponad dwanaście razy większej niż Ziemia i zdecydowanie najwyższa dla planety w Słońcu. System. Jest widoczny gołym okiem z Ziemi o widocznej średnicy od 4,5 do 13 sekund kątowych i jasności pozornej od 5,7 do -2,3 ; jego obserwację utrudnia jednak jego wydłużenie zawsze mniejsze niż 28,3 °, co najczęściej topi go w blasku słońca. W praktyce ta bliskość słońca oznacza, że można je zobaczyć tylko w pobliżu zachodniego horyzontu po zachodzie słońca lub w pobliżu wschodniego horyzontu przed wschodem słońca , zwykle o zmierzchu . Cechą szczególną Merkurego jest to, że znajduje się w rezonansie spinowo-orbitalnym 3:2, a jego okres obrotu (~88 dni ) jest dokładnie 1,5-krotnością jego okresu obrotu (~59 dni), a zatem pół dnia słonecznego (~176) dni). Tak więc, w stosunku do gwiazd stałych , obraca się wokół własnej osi dokładnie trzy razy co dwa obroty wokół Słońca.
Merkury jest planetą ziemską , podobnie jak Wenus , Ziemia i Mars . Jest prawie trzy razy mniejsza i prawie dwadzieścia razy mniej masywna niż Ziemia, ale prawie tak gęsta jak jest. Jego niezwykła gęstość - przekracza tylko gęstość Ziemi, która byłaby również mniejsza bez efektu kompresji grawitacyjnej - wynika z rozmiaru jej metalowego jądra , które stanowiłoby 85% jej promienia, w porównaniu z około 55% dla Ziemi.
Podobnie jak Wenus, Merkury jest prawie kulisty – jego spłaszczenie można uznać za zerowe – ze względu na jego bardzo powolną rotację. Pozbawiona prawdziwej atmosfery chroniącej ją przed meteorytami (jest tylko jedna egzosfera wywierająca nacisk na grunt mniejszy niż 1 n Pa lub 10-14 atm ), jej powierzchnia jest bardzo mocno pokryta kraterami i globalnie podobna do odległej strony Księżyca , wskazując, że był geologicznie nieaktywny od miliardów lat. Ten brak atmosfery w połączeniu z bliskością Słońca generuje temperatury powierzchniowe w zakresie od 90 K ( -183 ° C ) na dnie kraterów polarnych (gdzie promienie słoneczne nigdy nie docierają) do 700 K ( 427 ° C). ) w punkcie podsłonecznym na peryhelium . Planeta pozbawiona jest również naturalnych satelitów .
Tylko dwie sondy kosmiczne badały Merkurego. Mariner 10 , który przelatuje nad planetą trzykrotnie w latach 1974 - 1975 , mapuje 45% jej powierzchni i odkrywa istnienie jej pola magnetycznego . Sonda MESSENGER po trzech przelotach w latach 2008-2009 wchodzi na orbitę wokół Merkurego wmarzec 2011i przeprowadza szczegółowe badania obejmujące jego topografię , historię geologiczną , pole magnetyczne i egzosferę . Celem sondy BepiColombo jest wejście na orbitę wokół Merkurego wgrudzień 2025.
Planeta Merkury zawdzięcza swoją nazwę posłańcowi bogów w mitologii rzymskiej , Merkuremu . Planeta została tak nazwana przez Rzymian ze względu na szybkość, z jaką porusza się po niebie. Astronomicznym symbolem Merkurego jest okrąg umieszczony na krzyżu i niosący półkole w kształcie rogów ( Unicode : ☿). Jest to przedstawienie kaduceusza boga Hermesa , odpowiednik Merkurego w mitologii greckiej . Merkury dała nazwę na trzeci dzień tygodnia, w środę ( „ Mercurii matryc ”).
Merkury ma najwyższy ekscentryczność orbity spośród wszystkich planet Układu Słonecznego, około 0,21. Oznacza to, że jego odległość od Słońca zmienia się od 46 do 70 milionów w następującej podczas jego obrotu. Diagram po lewej ilustruje efekty mimośrodowości, pokazując orbitę Merkurego nałożoną na orbitę kołową o tej samej wielkiej półoś . Ta zmiana odległości od Słońca oznacza, że powierzchnia Merkurego jest poddawana działaniu siły pływowej wywieranej przez Słońce, która jest około 17 razy silniejsza niż Księżyca na Ziemi. W połączeniu z rezonansem 3:2 obrotu planety wokół własnej osi, powoduje to również złożone zmiany temperatury powierzchni.
Ekscentryczność orbity Merkurego zmienia się chaotycznie od 0 (orbita kołowa) do bardzo dużej wartości ponad 0,45 na przestrzeni kilku milionów lat z powodu wpływu innych planet. W 1989 roku Jacques Laskar z Biura Długości Geograficznych wykazał, że wszystkie planety wewnętrzne Układu Słonecznego miały chaotyczne rasy. Jednak Merkury jest tym, którego ruch jest najbardziej chaotyczny.
Orbita Merkurego jest nachylona o 7 stopni od płaszczyzny orbity Ziemi ( ekliptyki ), jak pokazano na schemacie po prawej stronie. Dlatego tranzyty Merkurego przed Słońcem mogą mieć miejsce tylko wtedy, gdy planeta przecina płaszczyznę ekliptyki, w momencie, gdy znajduje się między Ziemią a Słońcem, czyli w maju lub listopadzie. Dzieje się to średnio co siedem lat.
Nachylenie Merkurego osi obrotu na swojej płaszczyźnie orbitalnej jest najniższy w Układzie Słonecznym, zaledwie 2 minuty łuku , czyli około 0,03 stopni . Jest to znacznie mniej niż w przypadku Jowisza, który ma drugie najmniejsze nachylenie osiowe spośród wszystkich planet, wynoszące 3,1 stopnia . Oznacza to, że dla obserwatora na biegunach Merkurego środek Słońca nigdy nie wznosi się ponad 2 minuty kątowe ponad horyzont.
W pewnych punktach na powierzchni Merkurego obserwator mógł zobaczyć, jak słońce wschodzi nieco ponad dwie trzecie horyzontu, a następnie zachodzi przed ponownym wschodem, wszystko podczas tego samego rtęciowego dnia . Rzeczywiście, cztery ziemskie dni przed peryhelium , prędkość kątowa orbity Merkurego jest równa jego prędkości kątowej obrotu, tak że pozorny ruch Słońca ustaje; bliżej peryhelium, prędkość kątowa orbity Merkurego przekracza wtedy prędkość obrotu kątowego. Tak więc, dla hipotetycznego obserwatora Merkurego, Słońce wydaje się poruszać w kierunku wstecznym . Cztery ziemskie dni po peryhelium powraca do normalnego pozornego ruchu Słońca i ponownie wschodzi na wschodzie, by zachodzić na zachodzie.
Z tego samego powodu na równiku Merkurego znajduje się kilka punktów (jeden z nich znajduje się w basenie Caloris ), oddalonych o 180 stopni na długości geograficznej, gdzie w każdym z nich rok merkuriański na dwóch (co odpowiada raz w dzień merkuriański), słońce przechodzi ze wschodu na zachód, następnie odwraca swój pozorny ruch i ponownie przechodzi z zachodu na wschód (podczas ruchu wstecznego ), następnie odwraca swój ruch po raz drugi i przechodzi nad nim po raz trzeci ze wschodu na zachód. Podczas przemiennego roku rtęciowego to właśnie w drugim punkcie tej pary występuje to zjawisko. Ponieważ amplituda ruchu wstecznego w tych punktach jest mała, ogólny efekt jest taki, że przez dwa lub trzy tygodnie Słońce jest prawie nieruchome nad punktem i osiąga najwyższy poziom jasności, ponieważ Merkury znajduje się na peryhelium. Ta przedłużona ekspozycja, gdy planeta znajduje się najbliżej Słońca, sprawia, że te dwa punkty są najgorętszymi miejscami na Merkurym (stąd nazwa Caloris, co po łacinie oznacza „ciepło” ). Jeden z tych punktów służył jako punkt odniesienia dla południka 0 °.
I odwrotnie, na równiku znajdują się dwa inne punkty, o 90 stopni długości geograficznej od pierwszego, gdzie słońce przechodzi tylko wtedy, gdy planeta znajduje się w aphelium , co drugi merkuriański rok na raz. Merkurego jest stosunkowo szybki. Punkty te otrzymują zatem znacznie mniej ciepła słonecznego niż te z pary opisanej powyżej. Rezultatem jest dzień rtęciowy, który jest również „dziwny” dla znajdującego się tam obserwatora. Spowoduje to, że słońce będzie wschodziło, a potem znowu zachodziło, a potem znów wschodziło na wschodnim horyzoncie; a pod koniec dnia na Zachodzie słońce zajdzie, a potem znowu wzejdzie, by znowu zajść. Zjawisko to tłumaczy się również zmiennością prędkości orbitalnej Merkurego: cztery dni przed peryhelium , gdy orbitalna (kątowa) prędkość Merkurego jest dokładnie równa jego (kątowej) prędkości obrotowej, ruch Słońca wydaje się zatrzymywać.
Merkury osiąga swoją dolną koniunkcję (punkt, w którym jest najbliżej Ziemi) średnio co 116 dni ziemskich (tzw. okres synodyczny ), ale odstęp ten może wynosić od 105 dni do 129 dni , ze względu na ekscentryczną orbitę planety. W latach 1900 i 2100, rtęci zbliżył się do minimum (i w związku z tym nie zbliży się do innych), ziemię około 82,1 x 10 6 km (lub 0,55 jednostek astronomicznych ), przy czym31 maja 2015 r.. Jego okres ruchu wstecznego może wynosić od 8 do 15 ziemskich dni po obu stronach dolnej koniunkcji. Ta duża amplituda wynika również z dużej ekscentryczności orbity planety.
Ze względu na bliskość Słońca to Merkury, a nie Wenus, jest przeciętnie najbliższą Ziemi planetą, wbrew temu, co można sobie wyobrazić, patrząc na klasyczne reprezentacje Układu Słonecznego wzdłuż linii. To rozumowanie można nawet rozszerzyć, a Merkury jest w rzeczywistości najbliższą planetą każdej z pozostałych planet Układu Słonecznego, w tym Urana i Neptuna (okrąża odpowiednio 19 i 30 ja).
Badając Merkurego w celu narysowania jego pierwszej mapy, Schiaparelli po kilku latach obserwacji zauważa, że planeta zawsze przedstawia Słońcu tę samą twarz, co Księżyc z Ziemią. Następnie w 1889 r. wywnioskował, że Merkury jest zsynchronizowany przez efekt pływowy ze Słońcem i że jego okres rotacji jest równoważny rokowi rtęciowemu, tj. 88 ziemskim dniom . Ten czas trwania jest jednak nieprawidłowy i dopiero w latach sześćdziesiątych astronomowie zrewidowali go w dół.
Tak więc w 1962 roku obserwacje radarowe z efektem Dopplera są wykonywane przez radioteleskop Arecibo na Merkurym, aby dowiedzieć się więcej o planecie i sprawdzić, czy okres rotacji jest równy okresowi obrotu. Temperatury rejestrowane po stronie planety, która ma być zawsze wystawiona na działanie cienia, są wtedy zbyt wysokie, co sugeruje, że ta ciemna strona jest w rzeczywistości czasami wystawiona na działanie Słońca. W 1965 roku wyniki uzyskane przez Gordona H. Pettengilla i Rolfa B. Dyce'a ujawniają, że okres obrotu Merkurego wynosi w rzeczywistości 59 dni ziemskich, z niepewnością 5 dni . Okres ten zostanie skorygowany później, w 1971 roku , do 58,65 dnia do ± 0,25 dnia dzięki dokładniejszym pomiarom – zawsze radarowym – wykonanym przez RM Goldsteina. Trzy lata później sonda Mariner 10 zapewnia lepszą dokładność, mierząc okres rotacji na 58,646 ± 0,005 dnia. Okazuje się, że okres ten jest dokładnie równy 2/3 obrotu Merkurego wokół Słońca; nazywa się to rezonansem spinowo-orbitalnym 3:2.
Ten rezonans 3:2, specyficzny dla Merkurego, jest stabilizowany przez wariancję siły pływowej wzdłuż ekscentrycznej orbity Merkurego, działającej na stały składnik dipolowy rozkładu masy Merkurego, oraz przez chaotyczny ruch Merkurego. Na orbicie kołowej nie ma takiej wariancji, więc jedyny ustabilizowany rezonans dla takiej orbity to 1:1 (np. Ziemia-Księżyc ). W peryhelium, gdzie siła pływowa osiąga maksimum, stabilizuje rezonanse, takie jak 3:2, zmuszając planetę do skierowania swojej osi o najmniejszej bezwładności (gdzie średnica planety jest największa) w przybliżeniu w kierunku Słońca.
Powodem, dla którego astronomowie sądzili, że Merkury jest związany ze Słońcem, jest to, że kiedykolwiek Merkury był najlepiej umieszczony do obserwacji, zawsze znajdował się w tym samym punkcie na swojej orbicie (w rezonansie 3:2), tym samym pokazując tę samą twarz do Ziemi; co miałoby również miejsce, gdyby była całkowicie zsynchronizowana ze Słońcem. Dzieje się tak, ponieważ rzeczywisty okres rotacji Merkurego wynoszący 58,6 dni jest prawie dokładnie połową okresu synodalnego Merkurego wynoszącego 115,9 dni (tj. czasu potrzebnego na powrót Merkurego do tej samej konfiguracji Ziemia – Merkury – Słońce) względem Ziemi. Błąd Schiaparelliego można również przypisać trudnościom obserwacji planety za pomocą środków czasu.
Ze względu na rezonans 3:2, choć doba gwiezdna ( okres obrotu ) trwa około 58,7 dni ziemskich, to doba słoneczna (czas pomiędzy dwoma kolejnymi powrotami Słońca do lokalnego południka) trwa 176 dni ziemskich, czyli powiedzmy dwa merkuriańskie lata. Oznacza to, że dzień i noc na Merkurym trwają dokładnie rok, czyli 88 ziemskich dni (prawie jedna czwarta ).
Dokładne modelowanie oparte na modelu pływowym wykazało, że Merkury został uchwycony w stanie spin-orbita 3:2 na bardzo wczesnym etapie swojej historii, między 10 a 20 milionami lat po jego utworzeniu. Dodatkowo symulacje numeryczne wykazały, że przyszły rezonans świecki z Jowiszem może spowodować wzrost ekscentryczności Merkurego do punktu, w którym istnieje 1% szansy, że planeta zderzy się z Wenus o 5 miliardów lat. Długoterminowe przewidywanie orbity Merkurego jest częścią mechaniki chaosu : niektóre symulacje pokazują nawet, że planeta może zostać wyrzucona z Układu Słonecznego.
Jak dla wszystkich planet Układu Słonecznego, orbity Merkurego przeżywa bardzo powolny precesji z peryhelium wokół Słońca, to znaczy, że sam jego orbita obraca się wokół Słońca Jednak w przeciwieństwie do innych planet, okres precesji peryhelium Merkurego nie zgadza się z przewidywaniami wykonanymi przy użyciu mechaniki Newtona .
Rzeczywiście, Merkury doświadcza precesji nieco szybszej niż można by się spodziewać stosując prawa mechaniki nieba i wyprzedza o około 43 sekundy łuku na sto lat .
Szukaj trzeciej planetyDlatego astronomowie początkowo myśleli o obecności jednego lub więcej ciał między Słońcem a orbitą Merkurego, których oddziaływanie grawitacyjne mogłoby zakłócić ruch tego ostatniego. Francuski astronom Urbain Le Verrier , który w 1846 roku odkrył planetę Neptun z anomalii na orbicie Urana , przygląda się problemowi i sugeruje obecność nieznanej planety lub drugiego pasa asteroid między Słońcem a Merkurym. Przeprowadzone obliczenia, uwzględniające wpływ grawitacyjny tych ciał, musiały wówczas zgadzać się z obserwowaną precesją.
ten 28 marca 1859Le Verrier kontaktuje się z francuskim lekarzem Edmondem Lescarbaultem w sprawie czarnej plamy, którą dwa dni wcześniej widziałby przed Słońcem i która według niego była prawdopodobnie planetą wewnątrzrtęciową. Le Verrier następnie postuluje, że ta planeta – którą nazywa Vulcan – jest odpowiedzialna za anomalie w ruchu Merkurego i postanawia ją odkryć. Z informacji Lescarbaulta wnioskuje, że Vulcan okrąży Słońce w ciągu 19 dni i 7 godzin w średniej odległości 0,14 AU . To również odliczona średnicę około 2000 km i masie 1/ 17 th że Merkurego. Masa ta jest jednak zbyt niska, aby wyjaśnić anomalie, ale Vulcain pozostaje dobrym kandydatem na największe ciało hipotetycznego pasa asteroid wewnątrz orbity Merkurego.
Le Verrier wykorzystała następnie zaćmienie Słońca w 1860 roku, aby zmobilizować wszystkich francuskich astronomów do zlokalizowania Vulcan, ale nikt nie mógł jej znaleźć. Planeta była następnie przeszukiwana przez dziesięciolecia, bez powodzenia, mimo że niektórzy astronomowie sądzili, że ją widzieli, dopóki nie zaproponowano relatywistycznego wyjaśnienia.
Wyjaśnienie według ogólnej teorii względnościW 1916 roku , Albert Einstein wysunął teorię względności . Stosując tak zwane postkeplerowskie parametry swojej teorii do ruchu Merkurego, Einstein wyjaśnia obserwowaną precesję, formalizując grawitację jako wpływ krzywizny czasoprzestrzeni . Formuła precesji, której przeszła orbita uzyskana przez Einsteina, to:
gdzie jest półoś z elipsy , jej mimośrodowości , na przyspieszenie ziemskie , w stosunku do masy Słońca , a w czasie obrotu na elipsy.
Przy wartościach liczbowych , , , i zawierają 0,1038 sekundy łuku na obrót, co odpowiada 415 obrotom Merkurego na stulecie:
sekundy łukowe na wiek.Efekt jest słaby: dla Merkurego tylko 43 sekundy łuku na stulecie, więc całkowity obrót nadmiarowy zajmuje około 2,8 miliona lat (lub dwanaście milionów obrotów), ale dobrze pokrywa się z postępem wcześniej zmierzonego peryhelium. Ta potwierdzona prognoza stanowi jeden z pierwszych wielkich sukcesów rodzącej się ogólnej teorii względności.
Merkury jest jedną z czterech ziemskich planet Układu Słonecznego i ma skaliste ciało jak Ziemia . Jest też najmniejsza, ma promień równikowy 2439,7 km . Merkury jest również mniejszy – choć bardziej masywny – niż dwa naturalne satelity w Układzie Słonecznym, Ganimedes i Tytan . Rtęć składa się w około 70% z metali (głównie w rdzeniu) iw 30% z krzemianów (głównie w jego płaszczu). Gęstości rtęci drugi najwyższy w system słonecznego, przy 5.427 g / cm 3 , po prostu mniej niż gęstość Ziemi, która jest 5,515 g / cm 3 . Gdyby zignorować efekt kompresji grawitacyjnej , to Merkury byłby gęstszy z 5,3 g/cm 3 w porównaniu z 4,4 g/cm 3 dla Ziemi, ze względu na skład o większej gęstości materiałów.
Gęstość Merkurego może być wykorzystana do wywnioskowania szczegółów dotyczących jego wewnętrznej struktury. Chociaż duża gęstość Ziemi w zauważalny sposób wynika z kompresji grawitacyjnej, zwłaszcza na poziomie jądra Ziemi , Merkury jest znacznie mniejszy, a jego wewnętrzne obszary nie są tak skompresowane. Dlatego, aby miał tak dużą gęstość, jego rdzeń musi być duży i bogaty w żelazo.
W geolodzy szacują, że rdzeń Mercury zajmuje około 85% promienia, co stanowi około 61.4% objętości z 17% w odniesieniu do ziemi, na przykład. Badania opublikowane w 2007 roku sugerowały kiedyś, że rdzeń Merkurego był całkowicie płynny ( nikiel i żelazo ). Jednak niedawno inne badania wykorzystujące dane z misji MESSENGER zakończonej w 2015 r. skłaniają astronomów do przekonania, że wewnętrzne jądro planety jest w rzeczywistości stałe. Wokół rdzenia znajduje się solidna zewnętrzna, centralna warstwa siarczku żelaza i płaszcz złożony z krzemianów . Według danych z misji Mariner 10 i obserwacji Ziemi, skorupa Merkurego ma grubość od 35 do 54 km . Charakterystyczną cechą powierzchni Merkurego jest obecność licznych wąskich grzbietów o długości do kilkuset kilometrów. Uważa się, że powstały, gdy jądro i płaszcz Merkurego ostygły i skurczyły się w czasie, gdy skorupa już zestaliła się.
Rdzeń Merkurego ma wyższą zawartość żelaza niż jakikolwiek inny obiekt w Układzie Słonecznym. Ta wysoka koncentracja żelaza jest powodem, dla którego czasami nazywa się go „ planetą metaliczną ” lub „planetą żelaza”. Zrozumienie pochodzenia tej koncentracji mogłoby nas wiele nauczyć o wczesnej mgławicy słonecznej i warunkach, w jakich powstał Układ Słoneczny. Zaproponowano trzy hipotezy wyjaśniające wysoką metaliczność Merkurego i jego gigantyczne jądro.
Powszechnie akceptowane teorią jest to, że rtęć pierwotnie miała stosunek metal-krzemian podobny do typowych chondrytowych meteorytów , które są uważane za typowe dla materiału skalnego w układzie słonecznym i o masie około 2,25 razy większy niż jego aktualna masa. Następnie, na początku historii Układu Słonecznego, Merkury został uderzony przez planetozymali wysokości od 1/ 6 th tej masy i kilku tysięcy kilometrów średnicy. Uderzenie usunęłoby znaczną część pierwotnej skorupy i płaszcza, pozostawiając metaliczne jądro, które połączyłoby się z planetozymalem, oraz cienki płaszcz. Podobny proces, znany jako hipoteza gigantycznego uderzenia , został zaproponowany w celu wyjaśnienia powstawania Księżyca w wyniku zderzenia Ziemi z impaktorem Theia .
Alternatywnie, Merkury mógł powstać z mgławicy słonecznej, zanim energia słoneczna ustabilizowała się. Początkowo jego masa byłaby dwukrotnie większa niż dzisiaj, ale kiedy protogwiazda się kurczyła , temperatury bliskości Merkurego mogły wynosić od 2500 do 3500 K, a może nawet osiągnąć 10 000 K . Wiele skał powierzchniowych Merkurego mogło zatem wyparować w tych temperaturach, tworząc atmosferę pary skalnej, która zostałaby następnie uniesiona przez wiatr słoneczny .
Trzecia hipoteza zakłada, że mgławica słoneczna pozostawiła ślad na cząstkach, z których akreował Merkury , co oznacza, że lżejsze cząstki zostały utracone z materiału akrecyjnego i nie zostały zebrane przez Merkurego. Tak więc ilość ciężkich pierwiastków, takich jak żelazo, obecnych w mgławicy słonecznej była większa w pobliżu Słońca, nawet te ciężkie pierwiastki stopniowo rozchodziły się wokół Słońca (im dalej od niego, tym mniej było ciężkich pierwiastków) . Merkury, blisko Słońca, zgromadziłby zatem więcej ciężkich materiałów niż inne planety, tworząc swoje jądro.
Jednak każde założenie przewiduje inny skład powierzchni. Misja MESSENGER wykazała wyższe niż oczekiwano poziomy potasu i siarki na powierzchni, co sugeruje, że hipoteza o gigantycznym uderzeniu i odparowaniu skorupy i płaszcza nie wystąpiła, ponieważ potas i siarka zostałyby wyparte przez ekstremalne ciepło tych zdarzeń. Uzyskane dotychczas wyniki wydają się zatem przemawiać za trzecią hipotezą, ale konieczna jest głębsza analiza danych. BepiColombo , który wyląduje na orbicie wokół Merkurego w 2025 roku, przeprowadzi obserwacje, aby znaleźć odpowiedź.
Powierzchnia Merkurego pokryta jest zakurzonym dywanem, pęknięciami i kraterami . Powierzchnia Merkurego jest podobna do powierzchni Księżyca , ukazując rozległe równiny minerałów ( krzemianów ) przypominających morza księżycowe i liczne kratery , co wskazuje na to, że był geologicznie nieaktywny od miliardów lat. Dla astronomów kratery te są bardzo stare i opowiadają historię powstania Układu Słonecznego, kiedy planetozymale zderzyły się z młodymi planetami, aby się z nimi połączyć. W przeciwieństwie do tego, niektóre fragmenty powierzchni Merkurego wydają się gładkie, nietknięte żadnym uderzeniem. Są to prawdopodobnie strumienie lawy pokrywające starszą glebę bardziej naznaczoną uderzeniami. Lawa po schłodzeniu dawałaby wygląd gładkiej, białawej powierzchni. Równiny te pochodzą z nowszego okresu, po okresie intensywnego bombardowania . Odkrycie równin wulkanicznych na powierzchni pozwala implikować upadki ogromnych asteroid docierających do płaszcza , a jednocześnie mogących wywołać erupcje wulkaniczne po przeciwnej stronie planety .
Znajomość geologii Merkurego , oparta jedynie na przelotu sondy Mariner 10 w 1975 roku i obserwacjach naziemnych, była najmniej znana z planet ziemskich do 2011 roku i misji MESSENGER. Na przykład dzięki tej misji odkryto niezwykły krater z promieniującymi wgłębieniami, który naukowcy nazwali czasem krateru Spider, zanim zmienili jego nazwę na Apollodorus .
Merkury ma różne rodzaje formacji geologicznych:
Merkury został mocno zbombardowany przez komety i asteroidy podczas i wkrótce po jego utworzeniu, 4,6 miliarda lat temu, a także podczas kolejnego, prawdopodobnie oddzielnego epizodu zwanego Wielkim Późnym Bombardowaniem , które miało miejsce 3,8 miliarda lat temu. Podczas tego okresu intensywnego formowania się kraterów Merkury podlega uderzeniom na całej swojej powierzchni, co ułatwia brak jakiejkolwiek atmosfery, która spowalnia impaktory. Ponadto Merkury jest wtedy aktywny wulkanicznie ; Baseny takie jak Caloris Basin są wypełnione magmą , tworząc gładkie równiny podobne do mórz księżycowych . Po wielkim bombardowaniu aktywność wulkaniczna Merkurego ustałaby około 800 milionów lat po jego utworzeniu.
Powierzchnia Merkurego jest bardziej niejednorodna niż Marsa czy Księżyca, które zawierają znaczące obszary o podobnej geologii, takie jak maria i planitiae .
Baseny uderzeniowe i krateryŚrednica kraterów Merkurego waha się od małych wnęk w kształcie misy po wielopierścieniowe baseny uderzeniowe o średnicy kilkuset kilometrów. Pojawiają się we wszystkich stanach degradacji, od stosunkowo świeżo napromieniowanych kraterów do pozostałości po mocno zdegradowanych kraterach. Kratery na Merkurym subtelnie różnią się od kraterów księżycowych tym, że obszar objęty ich wyrzutami jest znacznie mniejszy, co jest konsekwencją większej grawitacji Merkurego na jego powierzchni. Zgodnie z zasadami UAI , każdy nowy krater musi nosić nazwisko artysty znanego od ponad pięćdziesięciu lat i zmarłego od ponad trzech lat, przed datą nazwania krateru.
Największym znanym kraterem jest Caloris Basin o średnicy 1550 km (prawie jedna trzecia średnicy planety), który powstał w wyniku upadku asteroidy o wielkości około 150 km , prawie 3,85 miliarda lat temu . Jego nazwa ( Caloris , po łacinie „ciepło”) wzięła się stąd, że znajduje się na jednym z dwóch „gorących biegunów” powierzchni Merkurego, biegunów skierowanych bezpośrednio do Słońca, gdy planeta znajduje się w peryhelium . Uderzenie, które stworzyło Caloris Basin, było tak potężne, że spowodowało erupcje lawy, które pozostawiły koncentryczny pierścień o wysokości ponad 2 km otaczający krater uderzeniowy. Jest to duże okrągłe zagłębienie z koncentrycznymi pierścieniami. Później lawa z pewnością wpłynęła do tego wielkiego krateru i wygładziła powierzchnię.
Na antypodach Basenu Caloris znajduje się duży obszar, bardzo pagórkowaty i nierówny, wielkości Francji i Niemiec razem wziętych, znany jako „dziwna kraina” (po angielsku Weird Land ). Jedną z hipotez dotyczących jego pochodzenia jest to, że fale uderzeniowe generowane podczas uderzenia Calorisa krążyły wokół Merkurego, zbiegając się na antypodach basenu (pod kątem 180 stopni ). Powstałe silne naprężenia spowodowały pęknięcie powierzchni, podnosząc grunt na wysokość od 800 do 1000 m i tworząc ten chaotyczny obszar. Inna hipoteza głosi, że teren ten powstał w wyniku zbieżności wyrzutów wulkanicznych na antypodach tego basenu.
Wpływ, który stworzył basen Caloris, przyczynił się również do powstania unikalnego pasma górskiego Merkurego: Caloris Montes .
W sumie na Merkurym zidentyfikowano około 15 basenów uderzeniowych. Godnym uwagi dorzeczem jest basen Tołstoja o szerokości 400 km , z wieloma pierścieniami, który ma osłonę wyrzutów rozciągającą się do 500 km od jego obrzeża i którego wygląd wyznacza epokę Tołstoja. The Rembrandt i Beethoven umywalki , posiadające obudowę wulkanicznego ejecta o podobnej wielkości, są także jednym z największych kraterów na planecie o szerokości 716 i 625 km odpowiednio .
Podobnie jak Księżyc, powierzchnia Merkurego prawdopodobnie została dotknięta procesami erozji przestrzennej , w tym wiatrem słonecznym i uderzeniami mikrometeorytów .
RówninyNa Merkurym znajdują się dwa geologicznie odrębne regiony nizinne.
Po pierwsze, łagodnie pofałdowane równiny w obszarach pomiędzy kraterami są najstarszymi widocznymi powierzchniami Merkurego, poprzedzającymi gęsto pokryty kraterami teren. Wydaje się, że te równiny pomiędzy kraterami wymazały wiele starszych kraterów i wykazują ogólną rzadkość występowania małych kraterów o średnicy mniejszej niż 30 km .
Po drugie, gładkie równiny to duże, płaskie obszary, które wypełniają zagłębienia o różnych rozmiarach i przypominają morza księżycowe . W szczególności wypełniają duży pierścień otaczający basen Caloris. W przeciwieństwie do mórz księżycowych, gładkie równiny Merkurego mają takie same albedo jak starożytne równiny pomiędzy kraterami. Pomimo braku niezaprzeczalnych cech wulkanicznych, położenie i zaokrąglony kształt tych równin silnie wspiera pochodzenie wulkaniczne. Wszystkie gładkie równiny Merkurego uformowały się znacznie później niż Basen Caloris, na co wskazuje ich znacznie mniejsza gęstość krateru w porównaniu z kocem wyrzutowym Caloris. Dno basenu Caloris wypełnione jest geologicznie odrębną płaską równiną, podzieloną przez grzbiety i pęknięcia w mniej więcej wielokątny wzór. Nie jest jasne, czy są to lawy wulkaniczne wywołane uderzeniem, czy implityki .
Charakterystyka kompresjiNiezwykłą cechą powierzchni Merkurego jest obecność licznych fałd kompresji zwanych skarpami (lub rupiami ), które przecinają równiny. W wyniku gorącej fazy jego powstawania, to znaczy po zakończeniu Wielkiego Późnego Bombardowania, które w pewnym momencie spowodowało, że wszystkie planety Układu Słonecznego stały się świecącymi kulami, wnętrze Merkurego skurczyło się, a jego powierzchnia zaczęła się wypaczać, tworzenie grzbietów. Skarpy te mogą osiągnąć długość 1000 km i wysokość 3 km . Te ściskające cechy można zaobserwować jednocześnie z innymi cechami, takimi jak kratery i gładkie równiny, co wskazuje, że są nowsze.
Mapowanie cech Merkurego przy użyciu fotografii wykonanych przez Mariner 10 po raz pierwszy sugerowało całkowite zmniejszenie promienia Merkurego z powodu tych kompresji rzędu 1 do 2 km , przy czym odstęp ten został później zwiększony z 5 do 7 km , zgodnie z danymi z POSŁANIEC. Odkryto również uskoki ciągu na małą skalę, wysokie na kilkadziesiąt metrów i długie na kilka kilometrów, które wydają się mieć mniej niż 50 milionów lat. Wskazuje to, że kompresja wewnętrzna i wynikająca z niej aktywność geologiczna powierzchni nadal trwa na tak małą skalę. Po tym odkryciu można by zakwestionować rzekomą geologiczną bezczynność Merkurego i ogólnie małych planet.
W Lunar Reconnaissance Orbiter odkrywa w 2019 roku istnienie podobnych drobnych usterek oporowych na Księżycu.
Okresy geologicznePodobnie jak w przypadku Ziemi, Księżyca czy Marsa, ewolucję geologiczną Merkurego można podzielić na główne okresy lub epoki. Te wieki są oparte wyłącznie na datowaniu względnym , więc daty zaawansowane to tylko rzędy wielkości.
Okresy geologiczne Merkurego (w milionach lat):
Przed TołstojaRozciąga się od samego początku historii Układu Słonecznego do okresu intensywnego bombardowania, od -4,5 do -3,9 miliarda lat. Wczesna mgławica słoneczna skondensowała się i zaczęła tworzyć stałą materię; początkowo o małej masie, która poprzez akumulację (proces akrecji ) wytwarzała coraz większe ciała, mające coraz większą siłę przyciągania, aż do uformowania głównej masy Merkurego. Jednorodny lub niejednorodny charakter tej akumulacji materii jest nadal nieznany: nie wiadomo, czy Merkury powstał z mieszaniny żelaza i krzemianu, które następnie uległy dysocjacji, tworząc oddzielnie rdzeń metalowy i płaszcz z krzemianu, czy też jądro powstało jako pierwsze , z metali, wtedy płaszcz i skorupa pojawiły się dopiero później, kiedy ciężkie pierwiastki, takie jak żelazo, stały się mniej liczne wokół Merkurego. Jest małe prawdopodobieństwo, że Merkury posiadał atmosferę początkową (tuż po nagromadzeniu się materii), w przeciwnym razie wyparowałby bardzo wcześnie przed pojawieniem się najstarszych kraterów. Gdyby Merkury miał atmosferę, moglibyśmy zauważyć erozję kraterów przez wiatry, jak na Marsie . Skarpy obecne głównie w regionach „międzykraterowych” (które są powierzchniami starszymi niż kratery) i które czasami przecinają niektóre z najstarszych kraterów, pokazują, że ochłodzenie jądra i kurczenie się planety nastąpiło między końcem pierwszy okres i początek drugiego.
TołstojenDrugi okres (od -3,9 do -3,85 mld lat) charakteryzuje się silnym bombardowaniem meteorytowym przez stosunkowo duże ciała (pozostałości procesu akrecji), pokrywające powierzchnię Merkurego kraterami i basenami (duże kratery o średnicy ponad 200 km ). , a kończy się powstaniem basenu Caloris . Nie jest pewne, czy okres ten jest końcową fazą akrecji Merkurego; możliwe, że jest to tylko drugi epizod bombardowania, niezależny od tej akumulacji. Zwłaszcza, że jest to czas wielkiego późnego bombardowania . Nosi tę nazwę, ponieważ widział powstanie dorzecza Tołstoja .
KaloriaPowstanie basenu Caloris wyznacza separację tego okresu (od -3,85 do -3,80 mld lat). Uderzenie meteorytu spowodowało silne przekształcenia powierzchni Merkurego: powstanie pierścienia górskiego Caloris Montes wokół krateru powstałego w wyniku uderzenia i chaotycznych deformacji po drugiej stronie planety. Spowodowana przez nią asymetria wewnętrznego rozkładu mas w skali planety była osią, na której opiera się synchronizacja okresów rotacji/obrotu: basen Caloris jest (wraz ze swoją antypodą) jednym z „gorących równikowych bieguny".
Wyższe kalorieCzwarta epoka geologiczna Merkurego trwa od -3,80 do -3 miliardów lat i rozpoczyna się po zderzeniu, które dało początek basenowi Caloris. Obejmuje okres wulkanizmu, który nastąpił później. Wypływy lawy tworzyły część Wielkich Gładkich Równin, mniej więcej podobnie do marii księżycowych . Jednak gładkie równiny pokrywające basen Caloris (Suisei, Odin i Tir Planitia) zostały utworzone przez wyrzuty podczas uderzenia Caloris.
Mansurian i KuiperienRozciągające się odpowiednio od -3 miliardów lat do -1 miliarda lat, a następnie od -1 miliarda lat do dnia dzisiejszego, okresy te są naznaczone niewielkimi uderzeniami meteorytów: w tych czasach na Merkurym miało miejsce kilka poważnych zdarzeń. Epoki te przyjmują również nazwę kraterów: Mansur i Kuiper .
Obecność młodszych równin (gładkich równin) jest dowodem na to, że Merkury doświadczył w przeszłości aktywności wulkanicznej. Pochodzenie tych równin zostało podkreślone pod koniec lat 90. przez Marka Robinsona i Paula Luceya, badając fotografie Merkurego. Zasadą jest porównywanie gładkich powierzchni - powstałych z lawy - z innymi, nie gładkimi (i starszymi). Jeśli rzeczywiście były to erupcje wulkaniczne, regiony te musiały mieć inny skład niż ten, który obejmowały, ponieważ składały się z materiałów pochodzących z wnętrza planety.
Zdjęcia wykonane przez Mariner 10 są najpierw rekalibrowane na podstawie zdjęć wykonanych w laboratorium przed wystrzeleniem sondy oraz zdjęć wykonanych podczas misji obłoków Wenus (Wenus ma dość jednolitą teksturę) oraz przestrzeni kosmicznej. Robinson i Lucey badają następnie różne próbki Księżyca – o których mówi się, że doświadczył podobnej aktywności wulkanicznej – a w szczególności odbicie światła, aby nakreślić paralelę między składem a odbiciem tych materiałów.
Używając zaawansowanych technik cyfrowego przetwarzania obrazu (które nie były możliwe w czasie misji Mariner 10), kodują obrazy kolorami, aby odróżnić ciemne materiały mineralne od materiałów metalicznych. Stosowane są trzy kolory: czerwony dla scharakteryzowania nieprzezroczystych, ciemnych minerałów (im bardziej zaznaczona czerwień, tym mniej minerałów ciemnych); zielony scharakteryzować zarówno stężenia tlenku żelaza (FeO) i intensywność mikrometeoryty bombardowania, znany również jako „dojrzałość” (obecność FeO jest mniej istotna, i obszar jest mniej rozwinięte na Greener porcji); niebieski scharakteryzować wskaźnik UV / światło widzialne (intensywność zwiększa się z niebieskich raportu). Połączenie trzech obrazów daje kolory pośrednie. Na przykład obszar w kolorze żółtym może reprezentować kombinację wysokiej koncentracji minerałów nieprzezroczystych (czerwony) i pośredniej dojrzałości (zielony).
Robinson i Lucey zauważają, że równiny są oznaczone innymi kolorami w porównaniu z kraterami i mogą wywnioskować, że te równiny mają inny skład w porównaniu ze starszymi powierzchniami (charakteryzuje się obecnością kraterów). Te równiny, podobnie jak Księżyc, musiały zostać utworzone przez strumienie lawy. Pojawiają się wtedy nowe pytania dotyczące natury tych wznoszących się stopionych skał: mogą to być proste wysięki płynów lub wybuchowe erupcje . Jednak nie wszystkie równiny mogły pochodzić z lawy. Możliwe, że niektóre powstały z opadu pyłu i fragmentów ziemi, wyrzuconych podczas dużych uderzeń meteorytów.
Niektóre erupcje wulkanów mogły również wystąpić w wyniku dużych kolizji. W przypadku basenu Caloris, krater powstały w wyniku uderzenia miał pierwotnie mieć głębokość 130 km ; prawdopodobnie dociera do płaszcza, a następnie powoduje jego częściowe stopienie podczas wstrząsu (z powodu bardzo wysokiego ciśnienia i temperatury). Płaszcz jest następnie ponownie montowany podczas ponownej regulacji gruntu, wypełniając krater. Zatem wiedząc, że część powierzchni Merkurego pochodzi z jego wnętrza, naukowcy mogą wydedukować informacje o składzie wewnętrznym planety.
Tymczasem obrazy uzyskane przez MESSENGER ujawniają dowody na istnienie ognistych chmur na Merkurym z niskich wulkanów tarczowych . Te dane MESSENGER zidentyfikowały 51 osadów piroklastycznych na powierzchni, z których 90% znajduje się w kraterach uderzeniowych . Badanie stanu degradacji kraterów uderzeniowych, w których znajdują się osady piroklastyczne, sugeruje, że aktywność piroklastyczna występowała na Merkurym przez dłuższy czas.
„Bez krawędzi” w południowo-zachodniej krawędzi basenu Caloris składa się z co najmniej dziewięciu zachodzących na siebie otworów wulkanicznych, każdy z osobna o średnicy do 8 km . Jest to więc stratowulkan . Dna kominów leżą co najmniej 1 km poniżej ich ścian i wyglądają jak kratery wulkaniczne wyrzeźbione przez wybuchowe erupcje lub zmienione przez zawalenie się w puste przestrzenie powstałe w wyniku wycofania magmy w przewodzie. Mówi się, że wiek złożonego systemu wulkanicznego jest rzędu miliarda lat.
Merkury to bardzo gorąca planeta. Średnia powierzchnia temperaturę około 440 K ( 167 ° C ). Jest to stabilizacja temperatury poniżej regolitu , gdzie podłoże nie podlega już naprzemiennym „falom” termicznym dnia i nocy. Również temperatura powierzchni Merkurego waha się w przybliżeniu od 100 do 700 K ( -173 do 427 ° C ). Nigdy nie przekracza 180 K na biegunach z powodu braku atmosfery i silnego gradientu temperatury między równikiem a biegunami. Punkt podsłoneczny na peryhelium , czyli (0 ° N, 0 ° W) lub (0 ° N, 180 ° W), osiąga w tym czasie 700 K, ale tylko 550 K w aphelium (90 ° lub 270 ° W). Po nieoświetlonej stronie planety średnia temperatura wynosi 110 K . Z powierzchni Merkurego słońce wydaje się, w zależności od orbity eliptycznej, od 2,1 do 3,3 większe niż z Ziemi , a natężenie światła słonecznego na powierzchni Merkurego waha się od 4,59 do 10,61 razy od stałej słonecznej , czyli ilość energii otrzymywanej przez powierzchnię prostopadłą do Słońca jest średnio 7 razy większa na Merkurym niż na Ziemi.
lódChociaż temperatura światła dziennego na powierzchni Merkurego jest na ogół niezwykle wysoka, możliwe jest, że lód jest obecny na Merkurym. Rzeczywiście, ze względu na prawie zerowe nachylenie jego osi obrotu , strefy polarne Merkurego otrzymują tylko pasące się promienie słoneczne. Również dno głębokich kraterów na biegunach nigdy nie jest wystawione na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, a dzięki tej ciągłej ciemności temperatury utrzymują się poniżej 102 K , czyli znacznie mniej niż średnia temperatura planety wynosząca 452 K . W tych temperaturach lód wodny prawie nie sublimuje ( cząstkowe ciśnienie pary lodu jest bardzo niskie).
Obserwacje radarowe wykonane na początku lat 90. za pomocą radioteleskopu Arecibo i anteny Goldstone wskazują na obecność lodu w wodzie na biegunach na północ i południe od Merkurego. Rzeczywiście, lód wodny charakteryzuje się obszarami o dużym odbiciu radarowym i silnie zdepolaryzowanej sygnaturze, w przeciwieństwie do typowego odbicia radarowego krzemianu , stanowiącego większość powierzchni Merkurego. W pobliżu biegunów znajdują się również obszary o silnym odbiciu radarowym. Wyniki uzyskane za pomocą radioteleskopu Arecibo pokazują, że te odbicia radarowe są skoncentrowane w okrągłych plamach wielkości krateru. Według zdjęć wykonanych przez Mariner 10, największy z nich, na biegunie południowym, wydaje się pokrywać z kraterem Chao Meng-Fu . Inne, mniejsze, również odpowiadają dobrze zidentyfikowanym kraterom.
Szacuje się, że regiony lodowe zawierają około 10 14 do 10 15 kg lodu. Są one potencjalnie pokryte regolitem zapobiegającym sublimacji . Dla porównania, antarktyczna czapa lodowa na Ziemi ma masę około 4 × 10 18 kg, a południowa czapa polarna Marsa zawiera około 10 16 kg wody. Rozważane są dwa prawdopodobne źródła pochodzenia tego lodu: bombardowanie meteorytem lub odgazowanie wody z wnętrza planety. Meteoryty uderzające w planetę mogły sprowadzić wodę, która zostałaby uwięziona (zamrożona przez niskie temperatury biegunów) w miejscach, w których doszło do zderzeń. Podobnie w przypadku odgazowania, pewne cząsteczki mogły migrować w kierunku biegunów i tam się znaleźć.
Chociaż lód nie jest jedyną możliwą przyczyną tych odblaskowych obszarów, astronomowie uważają, że jest to najbardziej prawdopodobna. Sonda BepiColombo, która okrąży planetę około 2025 roku, będzie miała wśród swoich zadań identyfikację obecności lodu na Merkurym.
EgzosferaMerkury jest zbyt mały i gorący, aby jego grawitacja mogła utrzymać znaczną atmosferę przez długi czas. Tak więc prawie nie istnieje w takim stopniu, aby gaz cząsteczki o o „atmosfery” częściej kolidować z powierzchni Ziemi niż w przypadku innych cząsteczek gazu. Właściwsze jest zatem mówienie o jego egzosferze , zaczynając od powierzchni Merkurego, bezpośrednio „otwartej” na przestrzeń kosmiczną . Jest cienki i ma ograniczoną powierzchnię, składa się głównie z potasu , sodu i tlenu (9,5%). Są też ślady argonu , neonu , wodoru i helu . Powierzchnia wywierana ciśnieniem jest mniejsza niż 0,5 NPA ( 0,005 pikobar).
Ta egzosfera nie jest stabilna i w rzeczywistości jest przemijająca: atomy składające się głównie na egzosferę Merkurego (potas i sód) mają żywotność (obecności) szacowaną na trzy godziny przed wypuszczeniem w kosmos i półtorej godziny, gdy planeta jest na peryhelium. W ten sposób atomy są nieustannie tracone i uzupełniane z różnych źródeł.
Do wodoru i helu atomy prawdopodobnie pochodzą od wychwytywania jonów z wiatrem słonecznym , rozpraszająca do Merkurego magnetosfery przed ucieczką z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Rozpad elementów skorupy rtęć jest kolejnym źródłem helu, jak sód i potas. Obecna jest para wodna, uwalniana w wyniku kombinacji procesów, takich jak uderzanie komet w jej powierzchnię, rozpylanie (tworzenie wody z wodoru z wiatru słonecznego i tlenu ze skał) oraz sublimacja ze zbiorników lodu wodnego w stale zacienionych kraterach polarnych. Sonda MESSENGER wykryła również duże ilości jonów związanych z wodą, takich jak O + , OH - i H 3 O +. Ze względu na ilość tych jonów wykrytych w środowisku kosmicznym Merkurego astronomowie zakładają, że molekuły te zostały wyrzucone z powierzchni lub egzosfery przez wiatr słoneczny.
Sód, potas i wapń odkryto w atmosferze w latach 1980-1990, zgodnie z konsensusem wynikają one głównie z odparowania skał powierzchniowych uderzonych uderzeniami mikrometeorytów , w tym komety de Encke , które tworzą chmurę zodiakalną . W 2008 roku MESSENGER odkrył magnez. Badania wskazują, że czasami emisje sodu są zlokalizowane w punktach odpowiadających biegunom magnetycznym planety. Wskazywałoby to na interakcję między magnetosferą a powierzchnią planety.
Pomimo niewielkich rozmiarów i powolnego okresu rotacji ( 59 dni) , Merkury posiada zauważalne pole magnetyczne . Odkryte przez magnetometry Mariner 10, wMarzec 1974zaskakuje astronomów, którzy do tej pory myśleli, że Merkury jest pozbawiony jakiejkolwiek magnetosfery, ponieważ jego niska prędkość rotacji zmniejsza efekt dynama . Ponadto założono wówczas, że rdzeń planety już zestalił się ze względu na jego niewielkie rozmiary. Intensywność pola magnetycznego na równiku Merkurego wynosi około 200 nT , czyli 0,65% ziemskiego pola magnetycznego, co jest równe 31 µT . Podobnie jak w przypadku Ziemi , pole magnetyczne Merkurego jest dipolarne . Jednak w przeciwieństwie do Ziemi, bieguny Merkurego są wyrównane z osią obrotu planety. Pomiary z sond kosmicznych Mariner 10 i MESSENGER wskazują, że siła i kształt pola magnetycznego są stabilne.
Jest prawdopodobne, że to pole magnetyczne jest generowane przez efekt dynama , w sposób podobny do pola magnetycznego Ziemi. Ten efekt dynama wynikałby z cyrkulacji płynnego jądra zewnętrznego bogatego w żelazo planety. Szczególnie silne efekty pływowe, spowodowane przez silną ekscentryczność orbity planety, utrzymywałyby jądro w stanie płynnym niezbędnym do tego efektu dynama.
Pole magnetyczne Merkurego jest wystarczająco silny, aby odwrócić ten wiatr słoneczny wokół planety, tworząc magnetosfery znajdujący się pomiędzy dwoma łukami wstrząs (lub „ łuk prądem ”). Magnetosfera planety, chociaż na tyle mała, że mieści się w objętości Ziemi, jest wystarczająco silna, aby uwięzić plazmę wiatru słonecznego. Przyczynia się to do przestrzennej erozji powierzchni planety. Obserwacje dokonane przez Marinera 10 wykryły tę niskoenergetyczną plazmę w magnetosferze po ciemnej stronie planety. Odłamki cząstek energetycznych w ogonie magnetosfery planety wskazują, że jest ona dynamiczna. Ponadto eksperymenty przeprowadzone przez sondę wykazały, że podobnie jak magnetosfera Ziemi, magnetosfera Merkurego ma warkocz oddzielony na dwie części neutralną warstwą.
Podczas drugiego lotu nad planetą 6 października 2008MESSENGER odkrywa, że pole magnetyczne Merkurego może być niezwykle przepuszczalne. Sonda rzeczywiście napotyka magnetyczne „tornada” (skręcone wiązki pól magnetycznych łączących planetarne pole magnetyczne z przestrzenią międzyplanetarną) o szerokości do 800 km , czyli jednej trzeciej promienia planety. Te skręcone rurki strumienia magnetycznego tworzą otwarte okna w magnetycznej osłonie planety, przez które wiatr słoneczny może wniknąć i bezpośrednio wpłynąć na powierzchnię Merkurego poprzez ponowne połączenie magnetyczne . Dzieje się tak również w ziemskim polu magnetycznym, jednak szybkość ponownego połączenia jest dziesięciokrotnie wyższa na Merkurym.
Pozorna wielkość rtęci może wahać się pomiędzy -2.48 (wtedy jaśniej niż Sirius ) podczas jej górnej połączeniu i +7.25 (wtedy przekracza ograniczenie widoczności gołym okiem, znajduje się w + 6, a tym samym co niewidoczne) wokół dolnej połączeniu. Średnia pozorna magnitudo wynosi 0,23 z odchyleniem standardowym 1,78, co jest największą ze wszystkich planet, ze względu na kształt mimośrodu orbity planety. Średnia pozorna wielkość w górnej koniunkcji wynosi -1,89, podczas gdy w dolnej koniunkcji wynosi + 5,93. Obserwacja Merkurego jest skomplikowana ze względu na jego bliskość do Słońca na niebie, ponieważ ginie on wtedy w blasku gwiazdy . Merkury można obserwować tylko przez krótki czas o świcie lub zmierzchu .
Podobnie jak kilka innych planet i najjaśniejszych gwiazd, Merkurego można obserwować podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Ponadto, podobnie jak Księżyc i Wenus, Merkury wykazuje fazy widziane z Ziemi. Mówi się, że jest „nowy” w dolnej koniunkcji i „pełny” w górnej koniunkcji. Jednak w obu przypadkach planeta staje się niewidoczna z Ziemi, ponieważ jest przesłonięta przez Słońce (z wyjątkiem tranzytu). Również technicznie Merkury jest najjaśniejszy, gdy jest pełny. Tak więc, chociaż Merkury jest najdalej od Ziemi, gdy jest pełny, ma większy widoczny obszar oświetlony, a przeciwny efekt kompensuje odległość. Odwrotna sytuacja ma miejsce w przypadku Wenus , która wydaje się jaśniejsza podczas sierpu, ponieważ jest znacznie bliżej Ziemi.
Niemniej jednak najjaśniejszy (pełnofazowy) wygląd Merkurego jest w rzeczywistości niezgodny z praktyczną obserwacją, ze względu na ekstremalną bliskość planety w tym czasie. Najlepszą porą na obserwację Merkurego jest więc jego pierwsza lub ostatnia zmiana, chociaż są to fazy o mniejszej jasności. Fazy pierwszej i ostatniej ćwiartki występują podczas największego wydłużenia odpowiednio na wschód (około września/października) i zachód (około marca/kwietnia) od słońca. W tych dwóch momentach odległość Merkurego od Słońca waha się od 17,9 ° w peryhelium do 27,8 ° w aphelium. Przy swoim maksymalnym wydłużeniu na zachodzie Merkury wschodzi przed wschodem słońca, a przy maksymalnym wydłużeniu na wschodzie zachodzi po zachodzie słońca, dzięki czemu łatwiej go zaobserwować.
Merkury jest łatwiej widoczny z tropików i subtropików niż z wyższych szerokości geograficznych . Widziana z niskich szerokości geograficznych i we właściwych porach roku, ekliptyka przecina horyzont pod ostrym kątem. W tym czasie Merkury znajduje się bezpośrednio nad Słońcem (to znaczy, że jego orbita wydaje się pionowa względem Ziemi) i znajduje się w maksymalnym wydłużeniu od Słońca (28 °). Gdy na Ziemi nadejdzie pora dnia, kiedy słońce znajduje się 18° poniżej horyzontu tak, że niebo jest całkowicie ciemne ( zmierzch astronomiczny ), Merkury znajduje się pod kątem 28-18 = 10° au- nad horyzontem w zupełnej ciemności niebo: jest wtedy przy maksymalnej widzialności dla ziemskiego obserwatora.
Ponadto obserwatorzy z półkuli południowej mają przewagę nad obserwatorami z północy , o równej wartości bezwzględnej szerokości geograficznej . Rzeczywiście na tej półkuli maksymalne wydłużenie Merkurego na zachodzie (rano) występuje dopiero na początku jesieni (marzec/kwiecień), a jego maksymalne wydłużenie na wschodzie (wieczór) występuje dopiero pod koniec zimy (wrzesień/ Październik). W tych dwóch przypadkach kąt przecięcia orbity planety z ekliptyką (a więc i horyzontem ) jest wtedy maksymalny w tych porach roku , co pozwala Merkuremu wznieść się na kilka godzin przed wschodem słońca w pierwszym przypadku i nie zachodzić. do kilku godzin po zachodzie słońca w drugim, z południowych średnich szerokości geograficznych, takich jak Argentyna i RPA . Odwrotnie, na półkuli północnej ekliptyka jest znacznie mniej nachylona rano w marcu/kwietniu i wieczorem we wrześniu/październiku, Merkury jest więc bardzo blisko horyzontu nawet podczas maksymalnego wydłużenia, nawet gdy czasami jest wyraźnie widoczny, w pobliżu Wenus , na niebie.
Inną metodą obserwacji Merkurego jest obserwacja planety w godzinach dziennych, kiedy warunki są czyste, najlepiej, gdy jest w najlepszym aspekcie. Ułatwia to znalezienie planety, nawet przy użyciu teleskopów o małych aperturach. Należy jednak bardzo uważać, aby instrument nie był skierowany bezpośrednio na Słońce ze względu na ryzyko uszkodzenia wzroku. Metoda ta pozwala ominąć ograniczenie obserwacji o zmierzchu, gdy ekliptyka znajduje się na małej wysokości (np. w jesienne wieczory).
Ogólnie rzecz biorąc, obserwacje Merkurego za pomocą teleskopu naziemnego ujawniają jednak tylko częściowy dysk koloru pomarańczowego, oświetlony kilkoma szczegółami. Bliskość horyzontu utrudnia obserwacje przez teleskopy, ponieważ jego światło musi przebyć większą odległość przez atmosferę ziemską i jest zakłócane przez turbulencje , takie jak załamanie i absorpcja, które rozmywają obraz. Planeta zwykle pojawia się w teleskopie jako dysk w kształcie półksiężyca. Nawet w przypadku potężnych teleskopów na jego powierzchni prawie nie ma żadnych wyróżniających się cech. Z drugiej strony, Kosmiczny Teleskop Hubble'a nie może w ogóle obserwować Merkurego ze względu na procedury bezpieczeństwa, które uniemożliwiają skierowanie go zbyt blisko Słońca.
Tranzyt Merkurego występuje, gdy Ziemia znajduje się pomiędzy obserwatorem i słońcem . Jest wtedy widoczny w postaci bardzo małego czarnego punktu przecinającego dysk słoneczny. Byłoby również możliwe, aby obserwator na innej planecie mógł zobaczyć tranzyt, taki jak tranzyt Merkurego z Wenus . Tranzyty Merkurego widziane z Ziemi odbywają się ze stosunkowo regularną częstotliwością w astronomicznej skali około 13 lub 14 na wiek, ze względu na bliskość planety do Słońca.
Pierwszy tranzyt Merkurego obserwuje się na 7 listopada 1631 rprzez Pierre Gassendi , choć jego istnienie zostało przewidziane przez Johannesa Keplera przed śmiercią w 1630 roku w 1677, obserwacja tranzytu Merkurego pozwoliło po raz pierwszy, aby podświetlić zjawisko czarnej kropli , to efekt dyfrakcji z przyrządy optyczne .
Tranzyt Merkurego umożliwił także przeprowadzenie różnych pomiarów, w tym wielkości wszechświata czy długoterminowych zmian promienia Słońca.
Tranzyty mogą występować w maju co 13 lub 33 lata , aw listopadzie co 7, 13 lub 33 lata . Ostatnie cztery tranzyty Merkurego datowane są na 7 maja 2003 , 8 listopada 2006 , 9 maja 2016 i 11 listopada 2019 ; kolejne cztery odbędą się dnia13 listopada 2032, ten 7 listopada 2039, ten 7 maja 2049 i 9 listopada 2052.
Merkury jest znany odkąd ludzie zainteresowali się nocnym niebem; pierwsza cywilizacja opuściły szlak papier jest cywilizacji sumeryjskiej ( III th tysiąclecia pne. ), który nazwał ją „ Ubu-IDIM-gud-ud ” (czyli „skoki planety”).
Pierwsze pisma zawierające szczegółowe obserwacje Merkurego pochodzą od Babilończyków wraz z tablicami Mul Apina . Babilończycy nazywają tę gwiazdę Nabû w odniesieniu do boga wiedzy w mitologii mezopotamskiej . Są również pierwszymi, którzy badają pozorny ruch Merkurego, który różni się od ruchu innych planet.
Później, w dawnych czasach , gdy Grecy , spadkobiercy wzorów indoeuropejskich (paléoastronomie) uważają IV th century BC. Pne, że Merkury widoczny przed wschodem słońca z jednej strony i Merkury widoczny po zachodzie słońca z drugiej strony spadły pod dwie oddzielne gwiazdy. Nazywa się je odpowiednio Στίλβων (Stilbōn), co oznacza „świecący” i Ἑρμῆς ( Hermes ) ze względu na jego szybki ruch. Ta ostatnia jest również nadal nazwą planety we współczesnej grece . Gwiazda poranna zostałaby również nazwana appeléeπόλλων ( Apollo ). Egipcjanie zrobili to samo, nadając imię Set gwieździe porannej, a Horus gwieździe wieczornej.
Rzymianie nazwali planetę imieniem posłańca bogów Merkury (po łacinie Mercurius ), odpowiednik Hermesa w mitologii rzymskiej , ponieważ porusza się po niebie szybciej niż wszystkie inne planety. Astronomiczny symbol Merkurego, również opiekuńczy bóg handlarzy, lekarzy i złodziei, jest stylizowaną wersją kaduceusza Hermesa. Zakłada się również, że symbol miał pochodzić od pierwszej litery jego starożytnej greckiej nazwy Στίλβων (Stilbōn).
Ferry, współpracownikiem do wählen w Słowniku , pisze na ten temat:
— Dlaczego więc planeta tak nieistotna w układzie, którego jest częścią, nosi imię posłańca bogów w mitologicznym Olimpu? Dzieje się tak dlatego, że występuje dość często w połączeniu z innymi planetami, między którymi te połączenia są znacznie rzadsze. Ponieważ czas trwania jego obrotu wokół Słońca lub jego roku to tylko jedna czwarta ziemskiego roku, w tym krótkim czasie widzimy, jak porusza się w kierunku planety, a po zbliżeniu się do niej oddala się, aby kolejna wizyta tak szybko się skończyła. Częste powtarzanie tego rodzaju podróży mogło zrodzić pomysł kolejnego posłańca. "
Grecko-egipski astronom Ptolemeusz przywołuje możliwość tranzytów planetarnych przed słońcem w swojej pracy Planetary hipotez . Sugeruje, że jeśli nigdy nie zaobserwowano żadnego przejścia, to dlatego, że planety takie jak Merkury były zbyt małe, aby można je było zobaczyć, albo dlatego, że przejścia były zbyt rzadkie.
W starożytnych Chinach Merkury znany jest jako „prasowana gwiazda” (Chen-xing 辰星). Jest to związane z kierunku północnym i faza wody w układzie kosmologii z faz pięciu (wuxing). Współczesne kultury chińskie , koreańskie , japońskie i wietnamskie nazywają planetę dosłownie „wodną gwiazdą” (水星), opartą na pięciu elementach. Mitologii hinduskiej używa nazwy Buddy dla Merkurego, i uważa się, że ten bóg przewodniczył w środę. Bóg Odyn z mitologii nordyckiej jest również związany z planetą Merkury i Środa. Ten związek z trzecim dniem tygodnia znajdujemy również wśród Rzymian, którzy następnie nazwali ją po francusku Środa (od „ Mercurii dies ”, dzień Merkurego).
Mayan cywilizacja byłaby reprezentowana Merkury jako sowa (lub potencjalnie cztery, dwa reprezentujący swój wygląd rano i dwie wieczorem, że o) służący jako posłańca do podziemi.
W arabskiej astronomii , astronom Al-Zarqali opisane w XI th century geocentrycznego orbitę Merkurego jako elipsy , choć intuicja nie wpłynął na jego teorię astronomiczną lub obliczeń astronomicznych. W XII -tego wieku Ibn Bajja obserwowane „dwie planety jako czarne plamy na twarzy Sun” , który został później sugerowanej jako Tranzyt Merkurego i / lub Wenus przez astronoma Maraghą Qutb al-Din al-Shirazi XIII th stulecie. Jednak nowsi astronomowie podnoszą wątpliwości co do obserwacji tranzytów przez średniowiecznych astronomów arabskich, które potencjalnie zostały pomylone z plamami słonecznymi . Zatem każda obserwacja tranzytu Merkurego przed teleskopami pozostaje spekulacją.
W Indiach , astronom Nilakantha Somayaji szkoła w Kerali opracowany w XV th modelu wieku częściowo heliocentryczną , w którym Merkury okrąża Słońce, które z kolei orbicie wokół Ziemi, podobne do tychonique systemu z Tycho Brahe następnie zaproponował XVI th century.
Wyszukiwanie teleskopu z ZiemiPierwsze obserwacje teleskopowe Merkurego zostały wykonane przez Galileusza w początkach XVI -tego wieku. Chociaż obserwował fazy, gdy patrzył na Wenus , jego teleskop nie jest wystarczająco silny, aby zobaczyć fazy Merkurego. W 1631 Pierre Gassendi dokonał pierwszych obserwacji teleskopowych tranzytu planety przez Słońce, kiedy zobaczył tranzyt Merkurego przepowiedziany przez Johannesa Keplera . W 1639 Giovanni Zupi użył teleskopu, aby odkryć, że planeta ma fazy podobne do faz Wenus i Księżyca. Obserwacja jednoznacznie pokazuje, że Merkury krąży wokół Słońca.
Rzadkim wydarzeniem w astronomii jest przejście jednej planety przed drugą widzianą z Ziemi ( zaciemnienie ). Merkury i Wenus zaciemniają się nawzajem co kilka stuleci, a wydarzenie z 28 maja 1737 roku jest jedynym, które zostało zaobserwowane w historii, a widział je John Bevis w Królewskim Obserwatorium w Greenwich . Następna zakrycie Merkurego przez Wenus odbędzie się 3 grudnia 2133 roku.
Trudności związane z obserwacją Merkurego oznaczają, że został on znacznie mniej zbadany niż inne planety. W 1800 roku Johann Schröter dokonał obserwacji jego powierzchni, twierdząc, że zaobserwował góry o wysokości 20 kilometrów. Friedrich Bessel wykorzystuje rysunki Schrötera, aby błędnie oszacować okres obrotu na 24 godziny i nachylenie osiowe o 70°. W latach 80. XIX wieku Giovanni Schiaparelli dokładniej mapuje planetę i sugeruje, że okres rotacji Merkurego wynosi 88 dni , czyli tyle samo, co jego okres orbitalny z powodu rotacji synchronicznej . Próbę zmapowania powierzchni Merkurego kontynuował Eugène Antoniadi , który w 1934 roku wydał książkę zawierającą zarówno mapy, jak i własne obserwacje. Wiele elementów powierzchni planety, zwłaszcza formacje albedo , zawdzięcza swoją nazwę mapie Antoniadi.
w Czerwiec 1962Radzieccy naukowcy z Instytutu Inżynierii Radiowej-i Elektroniki na Akademii Nauk ZSRR , kierowanej przez Władimira Kotelnikov , są pierwszymi odbić sygnału radarowego od Merkurego i otrzymywać je, co pozwoliło na rozpoczęcie obserwacji radarowych planety. Trzy lata później obserwacje radarowe Amerykanów Gordona H. Pettengilla i Rolfa B. Dyce'a za pomocą 300-metrowego radioteleskopu w Obserwatorium Arecibo w Puerto Rico jednoznacznie pokazują, że okres rotacji planety ma około 59 dni . Teoria, że rotacja Merkurego jest synchroniczna, była w tym czasie powszechna, więc ogłoszono te obserwacje radiowe, co było zaskoczeniem dla astronomów. Gdyby Merkury był rzeczywiście zablokowany, jak wcześniej sądzono, jego ciemna strona byłaby wyjątkowo zimna, ale pomiary emisji radiowej ujawniają, że jest znacznie gorętszy niż oczekiwano. Astronomowie wahają się przez chwilę, czy porzucić teorię rotacji synchronicznej i zaproponować alternatywne mechanizmy, takie jak silne wiatry rozprowadzające ciepło, aby wyjaśnić obserwacje.
Włoski astronom Giuseppe Colombo zauważa, że okres rotacji wynosi około dwóch trzecich okresu orbitalnego Merkurego i jako pierwszy proponuje, aby okresy orbitalne i rotacyjne planety były zamknięte w rezonansie 3:2 zamiast 1: 1, jak ma to miejsce na przykład między Ziemią a Księżycem. Dane z Mariner 10 potwierdziły to później.
Optyczne obserwacje naziemne nie ujawniły wiele więcej na temat Merkurego, ale radioastronomowie wykorzystujący interferometrię mikrofalową , technikę eliminującą promieniowanie słoneczne , byli w stanie dostrzec fizyczne i chemiczne właściwości podziemnych warstw na głębokości kilku metrów. W 2000 roku obserwacje w wysokiej rozdzielczości, znane jako Lucky Imaging, zostały przeprowadzone przez teleskop w obserwatorium Mont Wilson . Dostarczają one pierwszych widoków pozwalających poznać charakterystykę powierzchni części Merkurego, które nie zostały sfotografowane podczas misji Mariner 10. Większość planety jest zmapowana przez teleskop radarowy Arecibo, w tym złoża tego, co może być lodem wodnym w zacienionych kraterach polarnych.
Pierwszy astronom się dostrzec geologicznym właściwościom rtęci Johann Hieronymus Schröter , który w kierunku końca XVIII -tego wieku, rysuje się w szczegółach, co on zauważył, w tym bardzo wysokich górach. Jego obserwacje zostały jednak unieważnione przez Williama Herschela, który nie mógł dostrzec żadnej z tych cech.
Następnie inni astronomowie wykonali mapy Merkurego, w tym Włoch Giovanni Schiaparelli i Amerykanin Percival Lowell (w 1896 r .). Widzą ciemne obszary w kształcie linii, podobne do kanałów na Marsie, które również narysowali i które uważali za sztuczne.
Mapa autorstwa Giovanniego Schiaparelli .
Mapa autorstwa Percivala Lowella (1896).
Mapa Eugène'a Antoniadiego (1934).
Najlepsza karta przed Mariner 10 pochodzi od francusko-greckiego Eugène'a Antoniadiego na początku lat 30. XX wieku . Był używany przez prawie 50 lat, dopóki Mariner 10 nie zwrócił pierwszych zdjęć planety. Antoniadi pokazuje, że kanały były tylko złudzeniem optycznym. Zdaje sobie sprawę, że narysowanie dokładnej mapy Merkurego na podstawie obserwacji wykonanych o świcie lub o zmierzchu jest niemożliwe z powodu zaburzeń atmosferycznych (grubość ziemskiej atmosfery, przez którą musi przejść światło, gdy Merkury znajduje się na horyzoncie, jest ważna i powoduje zniekształcenia obrazu). Następnie podejmuje się prowadzenia obserwacji - niebezpiecznych - w biały dzień, kiedy słońce jest wysoko nad horyzontem. W ten sposób zyskuje na ostrości, ale traci kontrast z powodu światła słonecznego. Antoniadi wciąż udaje się ukończyć swoją mapę w 1934 roku , składającą się z równin i gór.
Współrzędne użyte na tych mapach nie mają większego znaczenia, ponieważ zostały ustalone, gdy uważano, jak twierdził Schiaparelli, że okres obrotu Merkurego względem samego siebie był taki sam, jak okres obrotu wokół Słońca. Zmapowano więc twarz, która z założenia jest zawsze oświetlona. Tylko Lowell i Antoniadi opatrzyli swoje mapy adnotacjami.
Od Marynarza 10W 1974 - 75 , Mariner 10 doniesienia o wysokiej rozdzielczości zdjęć do mapowania około 45% jego powierzchni, które ujawniają szczegółów topograficznych nigdy dotąd: powierzchnię pokrytą kraterami z góry i równiny, bardzo podobnej do tej z księżyca. Dosyć trudno jest dokonać korelacji między charakterystykami sfotografowanymi przez sondę a mapami założonymi przez teleskop. Niektóre z geologicznych manifestacji na mapie Antoniadi okazały się nieistnieć. Również te zdjęcia pozwalają na publikację w 1976 roku przez NASA pierwszego atlasu planety ( Atlas Merkurego ), ujawniającego po raz pierwszy formacje geologiczne planety, w tym m.in. jedyne jej pasmo górskie: Caloris Montes .
Do definiuje Międzynarodowej Unii Astronomicznej w 1970 roku południk 0 °, jak południka słonecznego pierwszy peryhelium po 1 st stycznia 1950 roku , to znaczy, jedną z dwóch gorących punktów. Jednak układ współrzędnych używany przez Mariner 10 opiera się na południku 20°, który przecina krater Hun Kal (co oznacza „20” w języku Majów ) - co skutkuje niewielkim błędem mniejszym niż 0,5° od południka 0.° określonego przez UAI - ponieważ południk 0 był w ciemności podczas swoich przelotów. Krater Hun Kal jest czymś w rodzaju Greenwich na Merkurym. Równik leży w płaszczyźnie orbity Merkurego, a długość geograficzna mierzona jest od 0° do 360° w kierunku zachodnim . Zatem dwa najgorętsze punkty równika znajdują się na długościach 0°W i 180°W, a najzimniejsze punkty równika znajdują się na długościach 90°W i 270°W. I odwrotnie, projekt MESSENGER wykorzystuje pozytywną konwencję dotyczącą kierunku wschodniego.
Merkury jest pocięty na 15 czworokątów. Do mapowania powierzchni Merkurego stosuje się kilka metod rzutowania , w zależności od położenia czworokąta na kuli ziemskiej. Pięć projekcji Mercatora ( rzut cylindryczny styczny do równika) otacza planetę na poziomie równika, między 25° szerokości geograficznej północnej i 25° południowej; cztery rzuty Lamberta ( rzut stożkowy) między 20 ° a 70 ° szerokości geograficznej dla każdej półkuli; oraz dwie projekcje stereograficzne do mapowania biegunów (do 65° szerokości geograficznej).
Każdy czworokąt zaczyna się od litery H (od „Hermes”), po której następuje jego numer (od 1, biegun północny do 15, biegun południowy). Ich nazwa pochodzi od ważnej cechy występującej w ich regionie (dorzecze, krater itp. ) i jest im przypisana nazwa albedo (w nawiasach). Nazwy albedo nadane tej nowej mapie pochodzą od Antoniadiego, ponieważ była ona używana do tej pory przez wszystkich obserwatorów przez kilkadziesiąt lat. Służą do lokalizowania czworokątów podczas obserwacji teleskopowych z Ziemi, gdzie można wyróżnić jedynie zmiany natężenia światła.
Czworobok | Nazwisko | Szerokość | Długość geograficzna | Występ |
---|---|---|---|---|
H-1 | Borealis (Borea) | 65º - 90 ° N | 0º - 360 ° O | Stereograficzny |
H-2 | Wiktoria (Zorza polarna) | 21º - 66 ° N | 0° - 90° O | Lambert |
H-3 | Szekspir (Caduceata) | 21º - 66 ° N | 90° - 180° O | Lambert |
H-4 | Raditladi (Liguria) | 21º - 66 ° N | 180 ° - 270 ° O | Lambert |
H-5 | Hokusai (Apollonia) | 21º - 66 ° N | 270 ° - 360 ° O | Lambert |
H-6 | Kuipera (Tricrena) | 22º N - 22º S | 0° - 72° 0° | Mercator |
H-7 | Beethoven (Solitudo Lycaonis) | 22º N - 22º S | 72º - 144 ° W | Mercator |
H-8 | Tołstoj (Phaethontias) | 22º N - 22º S | 144º - 216 ° W | Mercator |
H-9 | Eminescu (Solitudo Criophori) | 22º N - 22º S | 216º - 288 ° W | Mercator |
H-10 | Derain (Piera) | 22º N - 22º S | 288º - 360 ° W | Mercator |
H-11 | Odkrycie (Solitudo Hermae Trismegisti) | 21º - 66 ° S | 0º - 90 ° O | Lambert |
H-12 | Michał Anioł (Solitudo Promethei) | 21º - 66 ° S | 90° - 180° O | Lambert |
H-13 | Neruda (Persefony samotne) | 21º - 66 ° S | 180 ° - 270 ° O | Lambert |
H-14 | Debussy'ego (Cyllena) | 21º - 66 ° S | 270 ° - 360 ° O | Lambert |
H-15 | Bacha (Australia) | 65º - 90 ° S | 0° - 360° O | Stereograficzny |
W 2016 roku, dzięki ponad 100 000 zdjęciom wykonanym przez sondę MESSENGER, NASA dostarczyła pierwszy model topograficzny Merkurego. Daje to maksymalne i minimalne punkty elewacji planety, odpowiednio na 4,48 km powyżej średniej wysokości znajdującej się na jednym z najstarszych terenów na planecie w pobliżu równika i na 5,38 km poniżej średniej wysokości planety, na dole z basenu Rachmaninowa .
Dotarcie do Merkurego z Ziemi stanowi poważne wyzwanie techniczne, ponieważ orbituje znacznie bliżej Słońca niż Ziemia. Oznacza to, że sonda lecąca do Merkurego musi wydać więcej energii niż lecąca do Plutona .
Prędkość orbitalna Merkurego wynosi 48 km/s , podczas gdy prędkość orbitalna Ziemi wynosi 30 km/s . Dlatego statek kosmiczny musi wykonać duże przesunięcie Delta-v, aby wejść na orbitę transferową Hohmanna, która przechodzi w pobliżu Merkurego, w porównaniu do Delta-v wymaganej w innych misjach planetarnych. Ponadto konieczne jest ustawienie się w płaszczyźnie orbity Merkurego, która jest nachylona o 7° w stosunku do ekliptyki , co również wymaga energii.
Energia potencjalna uwolniona podczas schodzenia ze studni potencjalnej Słońca staje się energią kinetyczną : duża ujemna zmiana prędkości staje się wówczas konieczna, aby zwolnić i ustawić się na stabilnej orbicie. Ze względu na znaczną atmosferę Merkurego, statek kosmiczny jest całkowicie uzależniony od swoich silników odrzutowych , wykluczając hamowanie w powietrzu . Z tych powodów misja lądowania na Merkurym jest bardzo trudna, dlatego nigdy wcześniej nie była wykonywana.
Jednak postęp w dziedzinie mechaniki kosmicznej sprawia, że tego typu misje są osiągalne przy rozsądnych kosztach dzięki serii manewrów pomocy grawitacyjnej .
Ponadto bliskość Merkurego do Słońca oznacza, że sonda krążąca wokół planety otrzymuje około dziesięciu razy więcej energii od Słońca niż wtedy, gdy znajduje się na orbicie okołoziemskiej, a ziemia Merkurego na jego oświetlonej powierzchni odbija znaczną część ciepła, które otrzymuje od Słońca, zwiększając naprężenia termiczne, którym podlega maszyna na małej wysokości (temperatury na powierzchni sondy mogą przekraczać 400 °C ).
Trudności te oznaczają, że podróż na Merkurego wymaga więcej paliwa, niż jest to konieczne, aby całkowicie uciec z Układu Słonecznego. Dlatego jego eksploracja nastąpiła później niż planety takie jak Wenus czy Mars i tylko dwie sondy kosmiczne odwiedziły go przed przybyciem BepiColombo zaplanowanym na 2025 rok.
Sonda | Status | Wydarzenie | Przestarzały | Agencja kosmiczna | Kluczowe osiągnięcia |
---|---|---|---|---|---|
Marynować 10 | Misja wykonana | Uruchomić | Listopad 1973 | NASA | Pierwszy udany przelot Merkurego.
Pierwsze użycie asysty grawitacyjnej planety do modyfikacji prędkości i trajektorii sondy kosmicznej. |
Pierwszy przegląd | Marzec 1974 | ||||
Drugi przelot | wrzesień 1974 | ||||
Trzeci przelot | Marzec 1975 | ||||
POSŁANIEC | Misja wykonana | Uruchomić | Sierpień 2004 | NASA | Najpierw umieścić na orbicie wokół Merkurego. |
Pierwszy przegląd | 14 stycznia 2008 | ||||
Drugi przelot | 6 października 2008 | ||||
Trzeci przelot | 30 września 2009 | ||||
Orbitowanie | 18 marca 2011 o 1 w nocy UTC | ||||
BepiColombo | Misja w toku | Uruchomić | 19 października 2018 | ESA / JAXA | |
Orbitowanie | planowane na 2025 |
Mariner 10 to pierwsza sonda badająca Merkurego z bliska. Opracowany przez amerykańską agencję kosmiczną NASA i uruchomiony w dniu3 listopada 1973, przelatuje nad planetą trzy razy, w marcu i wrześniu 1974 oraz w marcu 1975 . Pierwotnie miał on przelatywać i badać Wenus , ale astronomowie uważają, że mogliby go wykorzystać również do badania Merkurego, o czym niewiele wiadomo. Mariner 10 jest zatem pierwszą sondą, która wykorzystała asystę grawitacyjną jednej planety - Wenus - do dotarcia do innej.
Wyposażone w aparat , w magnetometr i kilka spektrometry , Mariner 10 szczególności umożliwia odkrycie znacznego pola magnetycznego oraz dużą gęstość na naszej planecie, odsłaniając duże żelaznego rdzenia . Do najpotężniejszych naziemnych teleskopów nie udało się uzyskać jakość obrazu na powierzchni, ze względu na bliskość linii z Sun. Podczas tych trzech przejść sonda wykonuje ponad 2000 zdjęć Merkurego. Jednak zdjęcia zrobione przez Marinera 10 pozwalają nam jedynie zmapować prawie 45% powierzchni planety, ponieważ podczas trzech przelotów Merkury prezentował Słońcu tę samą twarz; obszary w cieniu były zatem niemożliwe do zmapowania. Obrazy te ukazują powierzchnię pokrytą kraterami, bardzo podobną do powierzchni Księżyca.
Mariner 10 umożliwia odkrycie obecności bardzo cienkiej atmosfery, a także magnetosfery. To ostatnie było zaskoczeniem dla astronomów. Zawiera również szczegółowe informacje na temat jego prędkości obrotowej. Misja kończy się w dniu24 marca 1975 r., gdy w sondzie skończyło się paliwo. Ponieważ jego orbita nie może być już precyzyjnie kontrolowana, kontrolerzy misji nakazują wyłączenie sondy. Mariner 10 nadal znajdowałby się zatem na orbicie wokół Słońca, przelatując blisko Merkurego co kilka miesięcy.
POSŁANIECMESSENGER (od Mercury Surface, Space Environment, GEochemistry, and Ranging ) to siódma misja programu Discovery , który łączy projekty eksploracji Układu Słonecznego przy umiarkowanych kosztach i krótkim czasie opracowywania. Sonda, której masa łącznie z propelentami wynosi 1,1 tony, zawiera siedem przyrządów naukowych, w tym kilka spektrometrów , wysokościomierz laserowy , magnetometr i kamery. Jest uruchamiany w dniu3 sierpnia 2004 r.z Przylądka Canaveral na pokładzie wyrzutni Delta II , start został przełożony o jeden dzień z powodu złej pogody.
Wejście sondy na orbitę wokół Merkurego zajmuje około sześć i pół roku. Aby to osiągnąć, podczas swojego tranzytu wykonuje sześć bliskich wiaduktów nad planetami wewnętrznymi (Ziemia wluty 2005, Wenus dwa razy w Październik 2006 i 2007 i Merkury trzy razy, w styczeń oraz Październik 2008 i w wrzesień 2009), z pewnymi korektami kursu pośredniego. Podczas tych przelotów nad Merkurym zbiera się wystarczającą ilość danych, aby stworzyć obrazy ponad 95% jego powierzchni. MESSENGER obserwuje również maksimum słoneczne w 2012 roku.
Celem misji jest wykonanie pełnego mapowania planety, zbadanie składu chemicznego jej powierzchni i egzosfery , jej historii geologicznej, jej magnetosfery , wielkości i właściwości jej jądra oraz pochodzenia magnetycznego. pole .
Zakończenie misji, początkowo ustawione na marzec 2011, jest cofany dwukrotnie do kwiecień 2015, aw końcowej fazie sonda kosmiczna jest umieszczana na bliższej orbicie, co pozwala wydłużyć czas obserwacji jej instrumentów i zwiększyć rozdzielczość danych. Posłaniec, po wyczerpaniu materiałów pędnych używanych do utrzymania swojej orbity, rozbija się na ziemi Merkurego na30 kwietnia 2015.
Podczas swojej misji MESSENGER wykonuje ponad 277 000 zdjęć, z których niektóre mają rozdzielczość 250 metrów na piksel, i umożliwia tworzenie map całego składu, trójwymiarowego modelu magnetosfery, topografii półkuli północnej i scharakteryzować lotne pierwiastki obecne w stale zacienionych kraterach biegunów.
BepiColomboOd 2000 roku Europejska Agencja Kosmiczna planuje we współpracy z Japońską Agencją Kosmiczną misję o nazwie BepiColombo. Planuje to umieszczenie dwóch sond na orbicie wokół Merkurego: jednej do badania wnętrza i powierzchni planety ( Mercury Planetary Orbiter ), opracowanej przez ESA, a drugiej do badania jej magnetosfery ( Mercury Magnetospheric Orbiter ), opracowanej przez JAXA . Planowany jest projekt wysłania lądownika pokładowego z misją, a następnie porzucany ze względów budżetowych. Te dwie sondy są wysyłane przez wyrzutnię Ariane 5 na20 października 2018. Powinny one dołączyć do Merkurego około ośmiu lat później, pod koniec 2025 roku, wykorzystując, podobnie jak poprzednie sondy, asystę grawitacyjną . Jego główna misja potrwa domaj 2027, z możliwością przedłużenia do maj 2028.
Program BepiColombo ma na celu udzielenie odpowiedzi na kilkanaście pytań zadawanych sobie przez astronomów, w szczególności o magnetosferę i naturę jądra Merkurego (ciekły lub stały), możliwą obecność lodu na dnie kraterów stale w cieniu, powstanie Układu Słonecznego i ogólnie ewolucja planety w pobliżu swojej gwiazdy . Przeprowadzone zostaną również bardzo precyzyjne pomiary ruchu Merkurego, w celu weryfikacji ogólnej teorii względności , aktualnego wyjaśnienia precesji peryhelium obserwowanej na jego orbicie.
Planeta Merkury jest powtarzające się miejsce w twórczości science fiction . Wspólne tematy związane z tą planetą to niebezpieczeństwo ekspozycji na promieniowanie słoneczne i możliwość ucieczki przed nadmiernym promieniowaniem poprzez przebywanie w powolnym terminatorze planety (granica dnia i nocy), szczególnie w przypadku prac napisanych przed 1965 , kiedy jeszcze myśleliśmy, że Merkury posiadał synchronicznej rotacji 1: 1 z tym słońcem (a zatem miał stale twarz słońce), podobnie jak w błędnym kole of Isaac Asimov , lub w wiadomościach przez Leigh Brackett . Innym tematem jest to, że zajmuje się od autokratycznych rządów lub przemocy, na przykład Spotkanie z Ramą przez Arthura C. Clarke'a . Chociaż te relacje są fikcyjne, według badań opublikowanych wmarzec 2020można uznać, że niektóre części planety mogły nadawać się do zamieszkania . Tak więc na planecie mogły istnieć prawdziwe formy życia , choć prawdopodobnie prymitywne mikroorganizmy .
Ponadto krater na biegunie północnym i południowym Merkurego może być jednym z najlepszych obcych miejsc do założenia kolonii ludzkiej, gdzie temperatura będzie utrzymywała się na stałym poziomie około -200 °C . Wynika to z prawie zerowego nachylenia osi planety i prawie idealnej próżni na jej powierzchni, uniemożliwiającej dopływ ciepła z części oświetlonych przez Słońce. Ponadto w tych kraterach znajduje się lód, który umożliwia kolonii dostęp do wody.
Baza gdziekolwiek indziej byłaby wystawiona w merkuriański dzień (przez około dwa ziemskie miesiące) na intensywne ciepło Słońca , a następnie podczas identycznej nocy pozbawiona byłaby jakiegokolwiek zewnętrznego źródła ciepła: doświadczałaby wtedy temperatur. dobowa 430 °C i nocna temperatura -180 °C . Aby jednak uniknąć tych zmian termicznych, instalacje można by zakopać pod kilkoma metrami regolitu, który w próżni służyłby zarówno jako izolacja termiczna, jak i jako osłona antyradiacyjna. Podobne podejście zostało zaproponowane do zakładania baz na Księżycu , który ma dwutygodniowe światło dzienne, a następnie dwutygodniową noc. Ogólnie rzecz biorąc, kolonizacja Merkurego ma pewne podobieństwa z kolonizacją Księżyca, ze względu na ich stosunkowo długi okres wokół Słońca, ich prawie zerowe nachylenie i brak atmosfery: kolonizacja Merkurego może odbywać się przy użyciu prawie tych samych technologii. Merkury miałby nawet przewagę nad Księżycem: grawitacja na planecie równa 38% grawitacji Ziemi, to wystarczy, aby zapobiec redukcji masy kostnej astronautów w środowisku o bardzo niskiej grawitacji.
Co więcej, ponieważ planeta znajduje się blisko Słońca, można by wychwytywać duże ilości energii w ciągu dnia, a następnie wykorzystywać ją w nocy. Z drugiej strony, ochrona robotów i pojazdów przed gorącem gwiazdy mogłaby nastręczać znacznie więcej trudności, prowadząc do ograniczenia aktywności na powierzchni w ciągu dnia lub bardzo ważnej ochrony termicznej.
Inne rozwiązanie pojawia się w powieściach i opowiadaniach Kim Stanley Robinson , zwłaszcza w Trylogii Marsa (1996) i 2312 (2012), gdzie w Merkurym znajduje się rozległe miasto zwane Terminatorem, zamieszkane przez dużą liczbę artystów i muzyków. Aby uniknąć niebezpiecznego promieniowania słonecznego , miasto okrąża równik planety po szynach z prędkością, która jest zgodna z ruchem obrotowym planety, dzięki czemu słońce nigdy nie wznosi się całkowicie ponad horyzont. Miasto położone po ciemnej stronie planety i podążające za powolnym obrotem planety na szynach poprzedzających słońce jest więc rozwiązaniem naprawdę przewidzianym.
Wreszcie kolonizacja Merkurego byłaby interesująca z ekonomicznego punktu widzenia, ponieważ znajdują się tam koncentracje minerałów znacznie wyższe niż na wszystkich innych planetach Układu Słonecznego.
„ Skorka Merkurego jest bardziej podobna do marmurkowego ciasta niż do ciasta warstwowego ”
„ Sean C. Solomon, główny badacz dla Messenger, że było wystarczająco dużo lodu nie do obudowania Washington, DC, w zamarzniętego bloku dwa i pół mil głębokiego. "
„Symbol Merkurego przedstawia Kaduceusza, różdżkę z dwoma owiniętymi wokół niej wężami, którą niósł posłaniec bogów. "
.: dokument używany jako źródło tego artykułu.