Уявіть проживання на планеті, де Сонце сходить, повільно повзе по небу і не заходить місяцями — а потім те ж саме повторюється знову, перш ніж закінчиться ваш календарний рік. Це повсякденне життя на Меркурії. Один сонячний день, виміряний від сходу до наступного сходу сонця, триває 176 днів Землі. Його рік — одна повна орбіта навколо Сонця — лише 87,969 днів. Меркурій вдається обійти себе.
Легко припустити, що планета найближча до Сонця повинна бути найпростішою. У неї немає супутників, немає кілець, і майже немає атмосфери. Але Меркурій — один із найбільш фізично дивовижних об'єктів Сонячної системи: планета з ядром, яке домінує над нею способом, як нічого більше не домінує в нашому околиці, магнітним полем, яке вона не повинна мати, і орбітою, яка колись вбивала розуму кожного фізика на Землі, поки не приїхав Альберт Ейнштейн.
За всю історію людства було лише два роботичних відвідувачів, а третій наразі в дорозі. Дістатися туди — за одним виміром — важче, ніж дістатися до будь-якої іншої планети. Те, що знайшли ці місії, продовжує переписувати підручники.
Рік, Який ви Могли б Обійти Двічі за Один День
Дивна взаємодія Меркурія з часом походить від резонансу спін-орбіти 3:2: планета обертається рівно 3 рази навколо своєї осі для кожних 2 орбіт навколо Сонця. Результат полягає в тому, що один сонячний день — час між двома сходами сонця на тому ж місці — дорівнює 176 днів Землі, удвічі більше орбітального року Меркурія 87,969 днів.
Це також призводить до одного з найдивніших спектаклів Сонячної системи. Оскільки Меркурій рухається швидше вздовж своєї еліптичної орбіти, коли він найближче до Сонця, його орбітальна швидкість ненадовго перевищує швидкість його обертання. Для спостерігача, що стоїть на екваторі Меркурія під правильною довготою, Сонце здавалося б підійматися, сповільнюватися, ненадовго менять напрямок, а потім відновлювати свою повільну західну ходу — спектакль, який відбувається близько кожного проходження перигелія.
Вісь Меркурія нахилена лише на 2 градуси відносно площини його орбіти — практично вертикально. На Меркурії немає сезонів, взагалі жодних, оскільки жоден полюс ніколи не нахиляється істотно в бік Сонця або від нього.
Залізний Гігант у Малому Костюмі
Для найменшої планети Сонячної системи — екваторіальний радіус 2439,7 км — Меркурій несе дивовижно велике ядро. Це ядро займає близько 57% обсягу Меркурія. Ядро Землі займає лише 17%.
Цифри щільності роблять картину навіть більш різкою. Меркурій — другий за щільністю планета Сонячної системи, 5,427 г/см³, лише трохи позаду Землі з 5,515 г/см³. Але Земля значно більша, і гравітація стискує її власний матеріал. Видаліть ефект стиснення з обох планет, і некомпресована щільність Меркурія 5,3 г/см³ насправді перевищує некомпресовану Землю 4,4 г/см³. Матеріал, з якого складений Меркурій, внутрішньо щільніший за матеріал Землі.
Чому Меркурій виявився таким багатим на залізо, залишається однією з тривалих таємниць планети. Ясно, що ядро, принаймні, частково розплавлено: земні радіолокаційні вимірювання обертання Меркурія виявили легкий коливальний рух, який може виробляти лише рідке ядро, а залізна "сніг" кристалізуючись на глибині може бути тим, що утримує магнітне поле Меркурія живим.
Орбіта, яка Тримала Вчених в Напруженні
Меркурій має найбільш ексцентричну орбіту всіх планет Сонячної системи: ексцентриситет 0,21, його відстань від Сонця коливається від 46 000 000 км у найближчому підході до 70 000 000 км у найдальшому. Жодна інша планетарна орбіта не є такою яйцеподібною.
Цей ексцентриситет живив одну з найдовших невирішених проблем астрономії. Астрономи помітили, що орбіта Меркурія передував — орієнтація його еліпса змінювалася — зі швидкістю, яку ньютонівська гравітація не могла повністю пояснити, навіть враховуючи гравітаційне тяжіння кожної відомої планети. Необясленний надлишок був крихітний: лише 42,980 кутові секунди на століття.
Загальна теорія відносності Ейнштейна передбачила саме таку величину додаткової прецесії, викликану кривизною простору-часу біля Сонця. Збіг був майже ідеальним, і орбіта Меркурія стала першим спостережувальним доказом того, що загальна відносність була правильною. Це зміщення 42,980 кутових секунд займає Меркурій трохи більше 3 мільйонів років, щоб накопилися в одну повну додаткову революцію його орбіти — мала, але вимірюваний, і це змінило фізику.
Досить Гаряче, щоб Розплавити Свинець, Досить Холодно, щоб Зберегти Лід
Без атмосфери для збереження тепла, температура поверхні Меркурія коливається між екстремумами, яким нічого іншого в внутрішній Сонячній системі не відповідає. Денні температури досягають 430°C (800°F). Вночі та ж поверхня падає до −180°C (−290°F). Планета не має способу затримати тепло після заходу сонця.
Ось контрінтуїтивна частина: Меркурій не найгарячіша планета. Незважаючи на те, що це найближча до Сонця планета, цю честь має Венера. Густа вуглекислогазна атмосфера Венери діє як планетарна скороварка, ловлячи тепло настільки ефективно, що її поверхня залишається обвугленою протягом усього часу. Меркурій гарячіший у своїй підсонячній точці у перигелії, але не може утримати це тепло.
2-градусний аксіальний нахил Меркурія означає, що полюси ніколи не отримують прямих сонячних променів. Температури там ніколи не піднімаються вище 180 K (−93 °C). Деякі кратери біля полюсів знаходяться в постійній тіні, захищені власними ободами від будь-якого прямого сонячного опромінення. Меркурій може мати водяний лід всередині цих кратерів — досить холодно, і досить темно, щоб він зберігалася мільярди років.
Магнітне Поле, яке не Повинно Існувати
Коли перший космічний апарат пролетів повз Меркурій у 1974 році, вчені не очікували знайти магнітне поле. Меркурій обертається один раз кожні 59 днів Землі — занадто повільно, казала загальноприйнята думка, щоб підтримувати планетарну динамо. Вони помилялися.
Меркурій має значне, очевидно глобальне магнітне поле, яке вимірює близько 1,1% сили Землі. Поле — магнітний диполь, орієнтований майже вздовж осі обертання Меркурія — подібна за структурою до земного поля, просто набагато слабкіша. Це досить потужно, щоб створити справжню магнітосферу, хоча й компактну: магнітосферна порожнина Меркурія приблизно в 20 разів менша, ніж у Землі.
Слабкість цього поля має неочікуваний наслідок. Магнітосфера Меркурія надзвичайно "протічна." Під час другого прольоту MESSENGER повз Меркурій у жовтні 2008 року зонд виявив інтенсивні магнітні торнадо — трубки магнітного потоку, скручені сонячним вітром — які спрямовують швидку, гарячу плазму сонячного вітру прямо до поверхні планети. На Землі магнітне поле досить потужне, щоб відхилити цю плазму до полюсів. На Меркурії воно пробиває.
Рубець, який Потрусив Всю Планету
Об'єкт, оцінений щонайменше в 100 км поперечнику, один раз вдарив Меркурій із силою, достатньою, щоб залишити Кальорійський Басейн, круговий рубець діаметром 1550 км — приблизно третина діаметра самої планети. Це один із найбільших ударних басейнів Сонячної системи.
Назва навмисна: "calor" — латинь для тепла. Оскільки спін та орбіта Меркурія заблоковані в цьому резонансі 3:2, Сонце висить майже прямо над Кальорійським Басейном щоразу, коли Меркурій проходить перигелій. Басейн знаходиться в одній з двох найгарячіших точок на поверхні планети.
Удар зробив щось дивне на протилежній стороні планети. Ударні хвилі від зіткнення Кальорійського басейну поширювалися навколо та через Меркурій, збігаючись в антиподальній точці — місці рівно на 180° в стороні. Зосереджена енергія деформувала залізо там у хаотичну суміш порушених пагорбів і рівнин. Два драматичні рельєфи, на протилежних боках маленького світу, створені однією подією мільярди років тому.
Найважча Планета для Досягнення
Меркурій відносно близько до Землі, і все ж — за суворою мірою — це найважча планета Сонячної системи для досягнення. Меркурій вимагає найбільшої дельта-v для подорожей від Землі, більше, ніж будь-яка інша планета, включаючи набагато більш віддалені зовнішні планети. Причина — геометрія: космічний апарат повинен втратити величезну швидкість, щоб впасти всередину до Сонця, а потім втратити ще більше, щоб не пролетіти прямо повз Меркурій.
Mariner 10 розв'язав частину проблеми в 1974 році, використовуючи гравітацію Венери для сповільнення — перший космічний апарат, який коли-либо використовував техніку гравітаційного маневру. Цей маневр тепер є стандартним інструментом міжпланетної навігації, використовується десятками місій з тих пір. MESSENGER (2011–2015) ще більше вдосконалив підхід, пролітаючи один раз повз Землю та двічі повз Венеру перед тим, як зробити три пролітки повз Меркурій, кожен кровоточивий більше швидкості. Опинившись на орбіті, він зібрав майже 100 000 зображень і досяг 100% картографування поверхні Меркурія до 6 березня 2013 року.
Наступна місія вже в дорозі. BepiColombo, спільний проект Європейського космічного агентства та Японського агентства аерокосмічних досліджень, була запущена в жовтні 2018 року. Щоб досягти орбіти Меркурія, їй потрібно дев'ять гравітаційних маневрів, сповільнюючи космічний апарат з кожним проходженням. Після проблеми з тягою, яка затримала її прибуття, BepiColombo наразі передбачається увійти на орбіту Меркурія в листопаді 2026 року. Коли вона це зробить, два орбітальні апарати будуть вивчати планету разом, картографуючи її магнітне поле та надра приладами, які жоден попередній зонд не міг нести.