Kujutage ette, et elatakse planeedil, kus Päike tõuseb, liigub glaciaalselt taevas üle ja ei looju kuudeks — ja siis sama asi kordub enne, kui teie kalendriaasta on läbi. See on igapäevane elu Merkuuril. Üks päikeseepäev, mõõdetuna päikesetõusust järgmisele päikesetõusuni, kestab 176 maapäeva. Tema aasta — üks täielik tiir ümber Päikese — on vaid 87 969 päeva. Merkuuril õnnestub end mööduda.
On lihtne oletada, et Päikesele kõige lähemal olev planeet peab olema kõige lihtsam. Sellel ei ole kuusid, ei ole rõngaid ja praktiliselt puudub atmosfäär. Aga Merkuur on üks meie päikesesüsteemi füüsikaliselt üllatavamaid objekte: planeet, mille aju domineerib seda nii, nagu midagi muud meie naabruskonnas ei domineeri, magnetväli, mille tal ei peaks olema, ja orbiit, mis kunagi seg segavusesse viinud igat füüsikut Maapinnal, kuni Albert Einstein tuli.
Kogu inimkonna ajaloo jooksul on olnud vaid kaks robotlikku külastajat, kolmas on just teel. Sinna jõudmine on — ühe mõõdiku järgi — raskem kui ükskõik millise muu planeedi saavutamine. Mida need missiooni leidsid, jätkab õpikute ümbertöötamist.
Aasta, mida saaksite Kaks Korda Ühes Päevas Mööduda
Merkuuri kummaline suhtumine aega tuleb 3:2 spin-orbiidi resonantsusest: planeet pöördub täpselt 3 korda ümber oma telje iga 2 tiiru eest ümber Päikese. Tulemuseks on, et üks päikeseepäev — aeg kahe päikesetõusu vahel samal kohal — võrdub 176 maapäevaga, kahekordne Merkuuri orbiidiaastat 87 969 päeva.
See annab ka ühe päikesesüsteemi kumalisematest spektaaklitest. Kuna Merkuur liigub kiiremini mööda oma elliptilist orbiiti, kui ta on Päikesele kõige lähemal, ületab tema orbiidikiirus lühidalt tema pöörlemiskiirust. Merkuuri ekvaatoril seisva vaatleja jaoks õiges pikkuskraadis näeks Päike tõusva, aeglase, lühidalt suuna muutva ja seejärel jätkava oma aeglase läänepoole marssi — spektaakkel, mis toimub iga periheeliumi läbimise lähedal.
Merkuuri telg on kallutatud vaid 2 kraadi seoses selle orbiidiga — praktiliselt vertikaalne. Merkuuril ei ole aastaaegu, üldse mitte, sest kumbki poolus ei kaldunud kunagi märkimisväärselt Päikese poole või sellest ära.
Rauaröövel Väikeses Kostüümis
Päikesesüsteemi väikseima planeedi — ekvaatoriaalraadius 2 439,7 km — jaoks kannab Merkuur üllatavalt üledimensioneeritud tuuma. See tuum võtab umbes 57% Merkuuri mahust. Maa tuum võtab ainult 17%.
Tiheduse arvud teevad pildi veelgi järskemaks. Merkuur on päikesesüsteemi teiseks tihedamaks planeediks, 5,427 g/cm³, Maa 5,515 g/cm³ taha. Aga Maa on palju suurem ja gravitatsioon surub oma materjali kokku. Eemaldage kokkusurumine efekt mõlemast planeedist ja Merkuuri tihendamata tihedus 5,3 g/cm³ tegelikult ületab Maa tihendamata 4,4 g/cm³. Materjal, millest Merkuur on tehtud, on omupäraselt tihedam kui materjal, millest Maa on tehtud.
Miks Merkuur lõpuks nii rikkaks raudaks osutus, jääb planeedi püsivaks saladuseks. Mis on selge, on see, et tuum on vähemalt osaliselt sulanud: Maapõhised radarimõõtmised Merkuuri pöördest tuvastasid kerge kõikumise liikumist, mida saab tekitada ainult vedel aine, ja raud "lumi" kristalliisub sügavusel võib olla see, mis hoiab Merkuuri magnetvälja elus.
Orbiit, mis Hoidis Teadlasi Ärkvel
Merkuuril on päikesesüsteemi kõige ekstsentriline orbiit: ekstsentrilisus 0,21, tema kaugus Päikesest varieerub 46 000 000 km lähimast lähenemisest kuni 70 000 000 km kaugeimani. Ükski teine planeedi orbiit ei ole nii munajas.
See ekstsentrilisus toidis ühte astronoomia kõige pikemale lahendamata olevat probleemi. Astronoomid märkasid, et Merkuuri orbiit preceedis — tema ellipsi orientatsioon triivus — kiirusega, mida Newtoni gravitatsioon ei saanud täielikult selgitada, isegi võttes arvesse kõigi teadaolevate planeetide gravitatsioonitõmmet. Selgitamata ülehulk oli minimaalne: vaid 42 980 kaaresekundit sajandis.
Einsteini üldine relatiivsusteooria ennustas täpselt seda kogust lisapretsiessiooni, mida põhjustas aegruumi kõverus Päikese lähedal. Kokkulepe oli peaaegu täiuslik ja Merkuuri orbiit sai esimeseks vaatluslikuks tõendiks, et üldine relatiivsusteooria oli õige. See 42 980 kaaresekundise nihe võtab Merkuurile veidi üle 3 miljoni aasta, et koguneda üheks täielikuks täiendavaks tiiriks ümber oma orbiidi — väike, kuid mõõdetav, ja see muutis füüsikat.
Kuumutama Plii, Külmutama Jää Säilitama
Atmosfääri puudumisega, et säilitada soojust, kõigub Merkuuri pinna temperatuur ääretuste vahel, mida miski muu sisemises päikesesüsteemis ei ühildu. Päevased temperatuurid ulatuvad 430°C (800°F). Öösel langeb sama pind −180°C (−290°F)-le. Planeedil ei ole viisi soojust säilitada, kui Päike loojub.
Siin on vastupidine osa: Merkuur ei ole kuumeim planeet. Vaatamata sellele, et see on Päikesele kõige lähemal olev planeet, kuulub see eriala Venusele. Venuse paks süsinikdioksiidi atmosfäär toimib planeetide kiirel, fänneeria soojus nii tõhusalt, et selle pind jääb kuumutatud kogu aja. Merkuur on kuumem tema subsolarses punktis periheeliumis, kuid ei saa seda soojust säilitada.
Merkuuri 2-kraadine telgtilk tähendab, et poolused ei saa kunagi otsest päikesevalgust. Temperatuurid seal ei tõuse kunagi 180 K (-93 °C) fookoosele. Mõned kraatreid pooluste lähedal istuvad püsivas varjus, kaitstud nende omade kaarte otsesolatsioonist. Merkuuril võib olla vee jää nendes kraatreis — piisavalt külm ja piisavalt tume, et seda miljard aastat säilitada.
Magnetväli, mis ei Pea Olemas Olema
Kui esimene kosmosesõiduk 1974 aastal Merkuurist möödus, ei oodanud teadlased magnetvälja leida. Merkuur pöördub üks kord 59 päeva järel — liiga aeglaselt, ütles tavapärane tarkus, et säilitada planeetarna dünaamot. Neil oli vale.
Merkuuril on märkimisväärselt, näiliselt globaalne magnetväli, mis mõõdab umbes 1,1% Maast. Väli on magnetiline dipol, orienteeritud peaaegu Merkuuri pöörlemisteljest — sarnane Maa välja struktuuriga, kuid palju nõrgem. See on piisavalt tugev, et luua tõeline magnetosfäär, kuigi kompaktne: Merkuuri magnetosfääriline õõns on umbes 20 korda väiksem kui Maast.
Selle välja nõrkus on ootamatu tagajärg. Merkuuri magnetosfäär on äärmiselt "lekkiv." Messengeri teise Merkuuri möödumise ajal oktoobris 2008 tuvastis sond intensiivseid magnetilisi tornaadoja — magnetvoo toruga keerdunud päikesetuulest — mis suunasid kiire, kuuma päikesetuule plasma otse planeedi pinnale. Maapinnal on magnetväli piisavalt tugev, et see plasma pooluste poole ümber suunata. Merkuuril lükab see läbi.
Arm, mis Värisustas Kogu Planeeti
Objekt, hinnanguliselt vähemalt 100 km lai, lõi kunagi Merkuuriga piisava jõuga, et jätta Caloris-paas, ümmargne arm, mille läbimõõt 1550 km — umbes kolmandik planeedi diameetrist. See on üks päikesesüsteemi suurimaid löökpaase.
Nimi on tahtlikult: "calor" on ladina keeles kuuma. Kuna Merkuuri spin ja orbiit on lukustatud selle 3:2 resonantsusesse, rippub Päike peaaegu otse Caloris-paasi kohal iga teist korda, kui Merkuur läbib periheetilumi. Paas istub ühel kahest kuumimast Punktist planeedi pinnal.
Löök tegi planeedi vastasküljel midagi kumalist. Löögi lained Caloris kolllisioonist reisivad Merkuuri ümber ja läbi, koonduvates antipodaalses punktis — koha täpselt 180° eemale. Kontsentreeritud energia deformeeris seal maastikku kaootilist segamini häiritud kukkudest ja tasastest. Kaks dramaatilised maastikuvormid, väikese maailma vastasküljel, loodud ühe sündmusega miljardi aastat tagasi.
Kõige Raskem Planeet Saavutada
Merkuur on Maast suhteliselt lähedal, ja siiski — ühe range mõõtme järgi — on see päikesesüsteemi kõige raskem planeet saavutada. Merkuuril on kõrgeim delta-v nõutud reisiks Maast, rohkem kui ükskõik millise teise planeedi puhul, kaasaarvatud palju kaugemad välisplaneedid. Põhjus on geomeetria: kosmoselaev peab kaotama tohutu kiirus, et kukkuda sissepoole Päikese suunas, ja seejärel kaotama veelgi rohkem, et vältida otse Merkuurist möödumist.
Mariner 10 lahendas osa probleemist 1974 aastal, kasutades Venuse gravitatsiooni aeglustamiseks — esimene kosmosesõiduk, mis kunagi kasutaski gravitatsiooniabistamine meetodit. See manööver on nüüd interplanetaarse navigatsiooni standardtööriist, mida kasutavad paljud missiooni sellest saadik. MESSENGER (2011–2015) täiustas lähenemist edasi, lennates üks kord Maa ja kaks korda Venuse lähedal enne kolme Merkuuri möödumist, igaüks täiendavat kiirust kaotades. Kui orbitaalil, kogus see peaaegu 100 000 pilti ja saavutas 100% Merkuuri pinna kaardistamisest 6. märtsiks 2013.
Järgmine missiooni on juba teel. BepiColombo, Euroopa kosmose agentuuride ja Jaapani aerokosmonaaika uuringu agentuuride ühisprojekt, käivitati oktoobris 2018. Merkuuri orbiidi saavutamiseks on vaja üheksat gravitatsiooniabistamist, aeglustades kosmoselaeva iga möödumisega. Pärast struproblemisid, mis viivitasid tema saabumist, oodatakse BepiColombot nüüd sisenevat Merkuuri orbiidile novembris 2026. Kui see juhtub, uurivad kaks orbitaali koos planeeti, kaardistades selle magnetvälja ja siseõie instrumentidega, mida ükski varasem sond ei saanud kanda.