Чем объясняется сходство между меркурием и луной. Неизвестный меркурий. Проблема векового движения перигелия Меркурия

Ближайшая к Солнцу планета Меркурий по размерам лишь немного больше Луны: его

радиус равен 2439 км. Однако средняя плотность его (5,45 г/см3) заметно больше,

чем у Луны, она почти такая же, как у Земли. Ускорение силы тяжести на

поверхности 372 см/сек2, в 2,6 раза меньше земного. Период обращения вокруг

Солнца составляет около 88 земных суток. Из-за малых угловых размеров (около 7"

в наибольшей элонгации) и близости к Солнцу Меркурий (163) наблюдать

трудно, и данных об этой планете получено немного.

Радиолокация Меркурия позволила определить направление и период вращения

планеты. В этих экспериментах Меркурий облучался длительными, почти

монохроматическими импульсами радиоволн длиной 70 см с помощью гигантской

антенны диаметром 300 м (Пуэрто-Рико, радиоастрономическая обсерватория Аресибо;

см. 103). Отраженный импульс вследствие эффекта Доплера размывается по

частоте, если планета вращается. Видимое с Земли вращение складывается из

действительного осевого вращения и поворота, вызванного движением по орбите.

Проводя радиолокацию при различных положениях планеты на орбите, можно

определить как скорость, так и направление осевого вращения. Радиолокация

Меркурия на длине волны 70 см показала, что его вращение является прямым, с

периодом 58,6 ±0,5 суток. Это близко к 2/3 периода обращения планеты. Ось

вращения приблизительно перпендикулярна к плоскости эклиптики.

Опытные наблюдатели различают на диске Меркурия более или менее устойчивые

детали. Анализ визуальных зарисовок и фотографий показывает, что наблюдаемые на

них повторения можно объяснить периодами вращения

где T - период обращения вокруг Солнца. Третье из этих значений в пределах

ошибок совпадает с радиолокационным периодом. По наблюдениям деталей на диске

отношение t/T = 2/3 выдерживается с точностью не ниже 0,01 земных суток.

Нетрудно убедиться, что при таком отношении периодов меркурианские солнечные

сутки (интервал от одного восхода Солнца до другого) должны длиться вдвое дольше

меркурианского года!

Еще недавно было распространено убеждение, что периоды вращения и обращения

Меркурия равны и Меркурий обращен к Солнцу постоянно одной и той же стороной.

Причина понятна: из ряда чисел (10.7) выбиралось только первое, остальные

отбрасывались как маловероятные. Радиолокация показала ошибочность этой точки

Американский космический аппарат "Маринер-10" передал фототелевизионные

изображения Меркурия примерно с такой же степенью детальности, какая получается

при изучении Луны в наземные телескопы. Прямой перелет космического аппарата от

Земли к Меркурию требует больших затрат энергии. Эту трудность можно обойти,

идти к Меркурию. По такой орбите и совершил перелет к Меркурию "Маринер-10". На

164 приведено "мозаичное" изображение Меркурия, полученное с помощью

телевизионных камер "Маринера-10". Поверхность Меркурия очень напоминает лунную.

Первое, что бросается в глаза, - это большое число кратеров самых различных

размеров. Однако имеются и различия. На Меркурии нет обширных морских районов,

сравнительно гладких и более свободных от кратеров. С другой стороны, на

поверхности Меркурия имеются такие образования, как очень высокие (в несколько

километров) уступы, которые тянутся на расстояния в тысячи километров. Они

свидетельствуют о том, что планета сжималась в процессе своей эволюции.

164. "Мозаичная" (сложенная из многих отдельных изображений) фотография

Меркурия, полученная с помощью телевизионных камер "Маринера-10".

О подобии Луны и Меркурия говорит также сходство их фотометрических и

поляриметрических характеристик: зависимость звездной величины и поляризации от

фазы, отражательная способность поверхности. Как и на Луне, очень велики

перепады температуры поверхности, измеренные по инфракрасному излучению. В

полдень на экваторе максимальная температура достигает 700 ёК, а на ночной

стороне падает до 100ёК,. В то же время интенсивность теплового радиоизлучения

сантиметрового диапазона на ночной и дневной стороне мало отличается.

Следовательно, поверхностный слой грунта на Меркурии, так же как и на Луне,

представляет собой мелко раздробленную породу с относительно низкой плотностью

(реголит).

Атмосфера Меркурия имеет чрезвычайно малую плотность - концентрация не более 106

см -3 у поверхности. Такая концентрация газа в земной атмосфере имеется на

высоте 700 км. Состав атмосферы точно не известен; спектроскопические измерения

на "Маринере-10" обнаружили гелий (концентрация около 104 см -3), но,

по-видимому, должны быть и другие газы.

Меркурий имеет собственное магнитное поле. Напряженность его вблизи поверхности

у экватора около 0,002 э (в 300 раз меньше, чем на Земле). Ось магнитного диполя

приблизительно совпадает с осью вращения.

Спутников Меркурий не имеет.

ТЯГОТЕНИЕ МЕРКУРИЯ И ПРОБЛЕМА ВЕКОВОГО ДВИЖЕНИЯ ЕГО ПЕРИГЕЛИЯ

А.А.Гришаев, независимый исследователь

Введение.

Научные знания о Меркурии существенно обогатились благодаря результатам работы космического зонда Маринер-10 (см., например, обзор ). В частности, радиоконтроль третьего пролёта Маринера-10 вблизи Меркурия дал кривую пролётного изменения скорости зонда из-за действия тяготения Меркурия . Эта кривая свидетельствует, на наш взгляд, о том, что тяготение Меркурия принципиально отличается от планетарного – и, по-видимому, оно организовано аналогично тяготению Луны .

Тогда следует пересмотреть традиционное объяснение векового движения перигелия Меркурия. Дело в том, что если Меркурий имеет тяготение лунного типа, то движение перигелия Меркурия, обусловленное возмущениями от планет, представляет собой комбинацию только периодических компонент – поэтому вклад в вековое движение, которое традиционно приписывают возмущениям от планет (527² ), требует иного объяснения.

Ниже мы предлагаем объяснение, которое основано на наших представлениях о тяготении.

Маринер-10 и тяготение Меркурия.

Зонд Маринер-10 был запущен 3 ноября 1973 г., а 4 февраля 1974 г. он прошёл рядом с Венерой. При этом был впервые выполнен пролётный гравитационный манёвр в поле тяготения планеты. В результате вектор скорости зонда довернулся к Солнцу – в расчёте на это оказалось возможным уменьшить скорость вылета из сферы действия Земли более чем на 1 км/с по сравнению со случаем свободного полёта к Меркурию . Первый пролёт вблизи Меркурия состоялся 29 марта 1974 г. Далее зонд вышел на эллиптическую околосолнечную орбиту с периодом обращения, в два раза большим орбитального периода Меркурия. Таким образом, ожидалось ещё несколько встреч зонда с Меркурием – в том же месте.

При первом пролёте, в точке наибольшего сближения зонда с Меркурием, расстояние до его поверхности составило 706 км . Но часть времени прохождения зонда вблизи Меркурия, включая точку наибольшего сближения, пришлась на интервал, когда Меркурий закрывал собой зонд – т.е. когда радиосвязь с ним отсутствовала. При втором пролёте, минимальное расстояние до поверхности составило слишком большую величину, около 47000 км, и проявление тяготения Меркурия не обнаружилось. При третьем же пролёте зонд находился в пределах прямой видимости с Земли, а минимальное расстояние до поверхности Меркурия составило 327 км – полученные на этот раз данные слежения наиболее информативны. Мы воспроизводим диаграмму, которая показывает изменение допплеровского сдвига при слежении за фазой несущей (» 2100 МГц) на третьем пролёте . На этой диаграмме хорошо виден «провал» в скорости зонда на величину ~ 0.6 км/с. Такой «провал», при приближении зонда «из бесконечности» на расстояние 327 км к поверхности Меркурия – имеющего радиус » 2439 км – соответствует, согласно закону всемирного тяготения, массе Меркурия, которая меньше массы Солнца в (6023700± 300) раз .

Между тем, если тяготение Меркурия было бы организовано по тем же принципам, что и тяготение планет, то изменение допплеровского сдвига имело бы другой вид. Как мы постарались показать в предыдущих статьях, ряд опытных фактов свидетельствует о том, что действие на пробные тела тяготений Солнца и планет разграничено в пространстве: в

области действия планетарного тяготения, солнечное тяготение «отключено» . При пересечении космическим аппаратом границы между областями действия планетарного и солнечного тяготений, происходит переход из одной зоны «инерциального пространства» в другую, т.е. происходит скачок локально-абсолютной скорости аппарата. Соответственно, порождается скачок допплеровского сдвига при радиосвязи с ним – этот непредвиденный феномен привёл к потере целого ряда советских и американских космических аппаратов на первых подлётах к Венере и Марсу . Движение Маринера-10 при третьем пролёте вблизи Меркурия происходило почти вдоль луча зрения с Земли – и если тяготение Меркурия имело бы планетарный тип, то влёт зонда в область действия этого тяготения, а также вылет из этой области, сопровождались бы скачками допплеровского сдвига, соответствующими изменениям скорости на несколько километров в секунду. Но на приведённой выше диаграмме эти два пограничных скачка с очевидностью отсутствуют.

Аналогичная аномальная ситуация имеет место в случае с Луной: при пересечении космическим аппаратом границы области действия собственного тяготения Луны, не обнаруживается скачка допплеровского сдвига при радиосвязи с ним. Поэтому логично предположить, что собственное тяготение Меркурия организовано аналогично тому, как оно организовано у Луны – наши представления об аномальном тяготении Луны изложены в . Следствия организации тяготения Меркурия по лунному типу, в частности, таковы:

а) собственное тяготение Меркурия действует на пробные тела лишь в относительно небольшой прилегающей к Меркурию области;

б) несмотря на наличие собственного тяготения, Меркурий движется вокруг Солнца как болванка, которая притягивается к Солнцу, но не вызывает у него ответной динамической реакции;

в) Меркурий не притягивает планеты и не притягивается ими, т.е. Меркурий не вызывает возмущений в движении планет; движение же самого Меркурия возмущается планетами лишь через динамическую реакцию Солнца на планеты.

Эти следствия несколько непривычны – как и наше базовое утверждение о том, что тяготение порождается не веществом – но, насколько нам известно, они не противоречат наблюдательным данным, касающимся движения больших тел в Солнечной системе.

Проблема векового движения перигелия Меркурия.

Согласно закону всемирного тяготения, все большие тела Солнечной системы попарно притягивают друг друга и, таким образом, они должны возмущать движение друг друга. В частности, воздействия планет на Меркурий должны приводить к наличию вековой компоненты движения его перигелия. Расчёт, принципы которого вкратце изложены, например, в , даёт для увеличения долготы перигелия Меркурия, которое обусловлено возмущениями от планет, величину » 527² за столетие . Если учесть также т.н. прецессию , обусловленную предварением равноденствий, т.е. медленным обратным вращением самой системы небесных координат, то в итоговом вековом смещении перигелия Меркурия ещё остаётся значительный «сухой остаток». Леверрье получил для этого остатка величину около 38² за столетие и трактовал его просто как эмпирическую поправку . Ньюком, стремясь наилучшим образом согласовать теорию с движением всех четырёх внутренних планет, изменил на малую величину показатель степени в ньютоновском законе обратных квадратов; такой подход позволил «объяснить» остаток в движении перигелия Меркурия в 43² .37 за столетие . Наконец, Эйнштейн, на основе общей теории относительности (ОТО), получил поправку в движение перицентра, выражение для которой, за один орбитальный оборот, имеет вид :

D p = 24 p 3 a 2 /c 2 T 2 (1-e 2), (1)

где a - большая полуось орбиты, c - скорость света, T - период обращения по орбите, e - её эксцентриситет. Для случая Меркурия эта поправка составила 43² .03 за столетие. Принято считать, что проблема векового движении перигелия Меркурия решена именно Эйнштейном.

Но, на наш взгляд, эйнштейновский подход не выдерживает критики. Мало того, что выражение (1) теряет физический смысл при стремлении эксцентриситета к нулю – давая ненулевое смещение перицентра даже для случая круговой орбиты . У выражения (1) имеется и более серьёзный недостаток. А именно, наличие в этом выражении константы c однозначно свидетельствует: оно получено на основе постулата о том, что скорость действия тяготения равна скорости света в вакууме. Но ведь уже Лапласу были известны экспериментальные свидетельства о том, что нижнее ограничение на скорость действия тяготения превышает скорость света в вакууме на 7 порядков . Современные же экспериментальные методики, в частности, приём импульсов пульсаров, позволили увеличить эту цифру до 11 порядков . Таким образом, об ограниченности скорости действия тяготения скоростью света в вакууме не может быть и речи. Поэтому эйнштейновский подход к проблеме движения перигелия Меркурия является заведомо некорректным, и проблема остаётся нерешённой.

Попробуем решить её на основе тезиса о том, что собственное тяготение Меркурия организовано не таким образом, как у планеты, а таким, как у Луны. В этом случае, как отмечалось выше, планеты не притягивают Меркурий: планеты притягивают Солнце и друг друга , но они не притягивают болванку, находящуюся за пределами областей действия планетарных тяготений. Возмущения от планет в движение такой болванки проявляются лишь через динамическую реакцию Солнца на планеты. Эта динамическая реакция заключается в соответствующей «болтанке» солнечной частотной воронки , что приводит к периодическим «ускорениям сноса» у болванки, движущейся по солнечным частотным склонам . Результирующее смещение перигелия Меркурия, как следует из теории слабо возмущённого движения спутника , должно представлять собой всего лишь сумму периодических компонент – без векового смещения. Тогда вклад в движение перигелия Меркурия, равный 527² за столетие, должен быть обусловлен не возмущениями от планет, а какой-то другой причиной – и, значит, нам необходимо объяснить фактическое движение перигелия Меркурия, составляющее 527² +43² =570² за столетие.

Причина такого движения перигелия Меркурия, на наш взгляд, может заключаться в следующем. Организация тяготения по лунному типу означает, что в области действия тяготения Меркурия солнечное тяготение не «отключено». Меркурий не покоится в собственной частотной воронке, как планета, а движется по солнечному частотному склону, и поэтому локально-абсолютные скорости элементов объёма Меркурия имеют составляющую, равную его орбитальной скорости. Поскольку Меркурий имеет также вращение вокруг собственной оси, то сложение этого собственного вращения с орбитальным движением создаёт в объёме Меркурия градиенты локально-абсолютных скоростей. Эти градиенты локально-абсолютных скоростей, в свою очередь, порождают безопорное силовое воздействие на Меркурий, направленное от Солнца. Действительно, как мы постарались показать в , спутник, движущийся по орбите с тангенциальной скоростью V при радиус-векторе R , и испытывающий собственное вращение с угловой скоростью w , вектор которой сонаправлен с вектором орбитальной угловой скорости, имеет приращение центробежного ускорения

D a R ~ 4V w r /R , (2)

где r – характерный радиус спутника. Как следует из теории движения спутника с непрерывной малой тягой , положительное радиальное ускорение D a R приводит к медленному вращению линии апсид в сторону орбитального движения; за один оборот по орбите с малым эксцентриситетом происходит смещение перицентра на угол

q » 2 p D a R /(GM/R 2), (3)

где GM – гравитационный параметр силового центра, т.е. произведение гравитационной постоянной на его массу. На основе (2) и (3), для векового движения перигелия Меркурия получаем:

q 100 » 8 p N h cos a V w Rr /GM , (4)

где N » 415 – число орбитальных оборотов Меркурия за сто лет, h » 0.5 – геометрический фактор, cos a » 1 - косинус угла наклона экватора к орбите, V – средняя орбитальная скорость Меркурия, w - угловая скорость его собственного вращения, R – средний радиус орбиты Меркурия, r – его радиус, M – масса Солнца. Непосредственный расчёт по формуле (4) даёт q 100 » 67000² , т.е. значение, на два порядка большее фактической цифры 570² . Но это несоответствие устраняется, если допустить, что Меркурий представляет собой не сплошное тело, а тонкостенную оболочку – по аналогии с Луной, экспериментальные свидетельства о тонкостенности которой приведены, например, в . Если Меркурий действительно является пустотелой оболочкой с толщиной D r , то в формуле (4) следует заменить радиус r на толщину D r . И тогда, зная фактическую величину векового движения перигелия Меркурия, возможно оценить толщину его оболочки, которая оказывается равной примерно 21 км.

Эта цифра не представляется нам абсурдной – даже в связи с проблемой обеспечения достаточной прочности сферической оболочки с радиусом 2439 км и с толщиной, на два порядка меньшей. Эта проблема не так велика, как представляется на первый взгляд – если, как мы уже отмечали для случая Луны , собственное тяготение Меркурия действует в его окрестностях и лишь в тонком приповерхностном слое грунта. Тогда подавляющая часть вещества Меркурия подвержена действию лишь солнечного тяготения и, находясь в орбитальном околосолнечном движении, пребывает в состоянии, близком к невесомости. Кстати, на экваторе Меркурия обнаружилась огромная особенность – т.н. котловина Калорис, с диаметром 1300 км . Нам не удалось найти данных о глубине этой котловины, причём на фотомозаике, сделанной из снимков Маринера-10, центральная часть этой котловины теряется во мраке. Мы не исключаем того, что в центральной части котловины Калорис имеется сквозное отверстие в оболочке Меркурия. Надеемся, что этот вопрос будет прояснён с помощью запущенного к Меркурию зонда «Мессенджер».

Меркурий – несостоявшийся спутник Венеры?

Усомниться в правильности традиционного мнения о том, что Меркурий является планетой, позволяет поразительное сходство Меркурия с Луной. Это сходство заключается не только в сопоставимости их размеров. Ещё до запуска Маринера-10, благодаря наблюдениям с Земли, было известно, что поверхность Меркурия «отражает электромагнитное излучение на всех длинах волн точно таким же образом, как и Луна (принимая во внимание разницу в их удалениях от Солнца) » . «Оптические и термоэмиссионные свойства Меркурия (альбедо, фотометрическая функция, поляризация, спектральные характеристики, тепловая инерция и т.д.) были измерены с Земли и оказались, фактически, идентичными лунным » . Сходство спектральных характеристик Меркурия с лунными позволило сделать вывод о том, что «поверхность Меркурия покрыта луноподобным реголитом – стеклообразным, обогащённым железом и титаном » , причём обнаружились также небольшие различия в спектрах тех или иных регионов, аналогичные различиям в спектрах лунных материков и морей. Все эти выводы были подтверждены и ещё более детализированы измерениями с борта Маринера-10. Кроме того, фотографии Меркурия, сделанные Маринером-10, показали, что рельеф поверхности Меркурия также весьма схож с лунным – как на больших масштабах (материки, моря, кольцевые горы), так и на малых (кратеры). Даже специалисты иногда затруднялись различить, какие фотографии изображали участок поверхности Луны, а какие – участок поверхности Меркурия.

При таком сходстве Меркурия и Луны, вполне логично выглядит наше предположение о том, что и тяготение Меркурия организовано аналогично тому, как оно организовано у Луны, т.е. иначе, чем в случае планеты – тем более что это предположение обосновано данными радиоконтроля за полётом Маринера-10 (см. выше). На основе этого предположения мы пришли к тому, что Меркурий и Луна, по-видимому, имеют ещё одно общее свойство: они представляют собой не сплошные тела, а пустотелые тонкостенные оболочки.

С учётом вышеизложенного, едва ли следует считать Меркурий полноценной планетой. Орбита Меркурия имеет аномально большой эксцентриситет (0.206) и аномально большое наклонение к эклиптике (7° ); и не нова идея о том, что Меркурий является бывшим спутником Венеры. К сожалению, автор этой идеи нам неизвестен. Среди специалистов, которые являются сторонниками этой идеи, называют, например, Ван Фландерна и Харрингтона (см. ).

Движение перигелия Меркурия и ОТО.

Первым считается обнаружение Эддингтоном гравитационного отклонения света, проходящего вблизи Солнца – по заметным во время солнечного затмения смещениям видимых положений звёзд. Эддингтон ограничился устным заявлением о верности ОТО, но не опубликовал ни анализа погрешностей, ни полученных им фотографий, ни методики отбраковки тех из них, которые были расценены как «плохие». Сама идея подобных измерений представляется нам бессмысленной: свет, формирующий изображения звёзд, прежде проходит через нестационарную солнечную корону, из-за чего изображения могут смещаться в произвольном направлении и на произвольную величину. Но даже в идеализированном случае, т.е. при отсутствии этих произвольных смещений изображений, эксперимент Эддингтона был обречён на бездоказательность. В статье , написанной специалистом по практической астрономии, приведён подробный анализ инструментальных и методических погрешностей в эксперименте Эддингтона. Этот анализ с очевидностью показывает, что «в данном эксперименте измеряемая величина находилась глубоко под ошибками измерения… вывод о правильности ОТО, основанный на результатах этой экспедиции, является неправомерным и принципиально некорректным » .

Вторым подтверждением ОТО считается обнаружение «гравитационного красного смещения», т.е. изменения частоты света при его распространении в изменяющемся гравитационном потенциале. Паунд и Ребка полагали, что с помощью мёссбауэровской спектроскопии они обнаружили именно сдвиг частоты, который приобретают гамма-кванты при вертикальном движении. Но, как следует из той же ОТО, если источник и поглотитель гамма-квантов – с изначально совпадающими линиями – разнести на разные высоты, то их линии уже не будут совпадать: разность составит, в относительном исчислении, ту же самую величину, что и величина «гравитационного красного смещения». Если, при наличии этого несовпадения линий излучения и поглощения, ещё и гамма-кванты изменяли бы свою частоту при вертикальном движении, то измеряемый эффект у Паунда и Ребки был бы удвоенный – а он был одинарный. В дальнейшем, в экспериментах с перевозимыми атомными часами выяснилось, что гравитационные сдвиги энергетических уровней в веществе, несомненно, происходят. Но это означает, что гравитационные сдвиги частоты у квантов света отсутствуют , т.е. второе опытное подтверждение ОТО – в изначальной формулировке – также оказывается несостоятельным. Положение не спасает даже уточнённая формулировка: о том, что ОТО предсказывает «гравитационное замедление времени». Такое фундаментальное явление, как замедление времени, приводило бы – при равных условиях – к одинаковым относительным сдвигам частот у генераторов всех типов. Но известно, что гравитационные сдвиги у квантовых стандартов частоты имеют место, а у прецизионных кварцевых – нет ; значит, о «гравитационном замедлении времени» не может быть и речи.

Для того, чтобы объяснить сходство между рельефом Луны, Меркурия и Марса, знаменитым астрономом-исследователем из США Г. Везеримом была выдвинута теория о глобальной деструкции астероида под влиянием притекающих сил во время его прохождения около Земли и Венеры и последовавшего за разрушением выпадения осколочных остатков. Куски астероида могли бы таким образом распределиться в районе области местонахождения планетарных тел земной группы достаточно равномерно. Внешне подобный сценарий выглядит привлекательно. Однако, в данном случае уместно вспомнить о философско-методологическом принципе, гласящем, что не следует придумывать сущности сверх тех, которые действительно необходимы. Проще говоря, вряд ли наука нуждается в экзотических объяснениях, если ситуацию вполне можно разъяснить более просто.

Осуществляя анализ базовых элементов рельефа планеты Меркурий в предыдущих статьях, мы проводили много аналогий с Луной, говоря как о различиях, так и о многочисленных сходствах между двумя планетами. Доскональное изучение приводит нас к ещё одной любопытнейшей особенности, которая, очевидно, проливает свет на некоторые нюансы истории появления Меркурия. В данном случае имеются в виду характерные признаки тектонической активности в крупном масштабе, проявляющиеся как откосы-эскарпы (специфические крутые уступы). Их протяжённость составляет от 20 до 500 км, а высота склонов колеблется от 1-2 сотен метров до пары километров. Морфология эскарпов, а также их геометрия расположения на поверхности отличается от обыкновенных тектонических сбросов и разрывов, которые наблюдаются на Луне и Марсе. Скорее всего, они возникли за счёт наслоений, надвигов и т.п. в результате напряжения в слое поверхности, которое возникло при сжатии планеты Меркурий. На это указывает смещение валов ряда кратеров в горизонтальной области.

Отдельные эскарпы отчасти разрушены, т.к. в прошлом были подвержены бомбардировке астероидами. Это говорит о том, что их образование произошло раньше, нежели состоялся момент появления кратеров на их поверхности. Предполагается, что процесс сжатия коры проходил около 4 млрд. лет тому назад в тот период, когда образовывались «моря». Самой очевидной причиной, по которой произошло сжатие, нужно, наверное, считать начавшееся остывание планеты. Другая интересная гипотеза, нашедшая отклик у ряда специалистов, гласит, что в тот период провоцировать мощную тектоническую активность Меркурия могло замедление его вращения приблизительно в 175 раз: от изначально предполагаемого показателся, составляющего 8 часов, до почти 59 суток.

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

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

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

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

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

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

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

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

Страница 2

4. Рельеф поверхности Меркурия

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

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

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

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