Почему Меркурий?

Меркурий, Венера, Земля и Марс — земные (скалистые) планеты. Среди них Меркурий больше всего выделяется как: самый маленький, самый плотный (после поправки на самосжатие), тот, у которого самая старая поверхность, у которого самые большие суточные колебания температуры поверхности, и наименее изученный. Понимание этого «конечного члена» среди планет земной группы имеет решающее значение для лучшего понимания того, как планеты формировались и развивались в нашей Солнечной системе. Чтобы развить это понимание, миссия «Мессенджер», космические корабли и научные инструменты были направлены на ответы на шесть ключевых нерешенных вопросов, которые позволяют нам понять Меркурий как планету. Для получения дополнительной подробной информации о научных вопросах и открытиях миссии «Мессенджер» ознакомьтесь с некоторыми статьями, приведенными в списке публикаций «Мессенджер».

Вопрос 1: Почему планета Меркурий самая плотная?

Плотность Меркурия подразумевает, что богатое металлами ядро составляет по меньшей мере 60% массы планеты, что вдвое больше, чем у Земли! «Мессенджер» получил композиционную и минералогическую информацию, чтобы различать среди существующих теорий, почему Меркурий так плотен. Каждая из земных планет состоит из плотного богатого железом ядра, окруженного скалистой мантией, состоящей в основном из силикатов магния и железа. Самый верхний слой породы, кора, образованная из минералов с более низкими точками плавления, чем в основной мантии, либо во время дифференциации в начале истории планеты, либо в результате вулканической или магматической активности.

Плотность каждой планеты дает информацию об относительных размерах богатого железом ядра, скалистой мантии и коры, поскольку металлическое ядро ​​намного плотнее, чем скалистые компоненты. Плотность несжатого Меркурия (то есть его плотность без сжатия его внутренней части под действием собственной гравитации планеты) составляет около 5,3 грамма на кубический сантиметр, что является самой высокой из всех планет земной группы. Фактически, плотность Меркурия подразумевает, что по крайней мере 60% планеты — это богатое металлом ядро, что вдвое больше, чем для Земли, Венеры или Марса! Чтобы составить около 60% массы планеты, радиус ядра Меркурия должен составлять примерно 75 радиусов всей планеты!

Существуют три основные теории, объясняющие, почему Меркурий настолько плотнее и богаче металлами, чем Земля, Венера и Марс. Каждая теория предсказывает различный состав для камней на поверхности Меркурия. Согласно одной из них, до образования Меркурия увлечение солнечным туманным газом вблизи Солнца механически сортировало силикатные и металлические зерна, причем более легкие частицы силиката преимущественно замедляются и теряются для Солнца. Позже Меркурий образуется из материала в этом регионе и, следовательно, обогащается металлом. Этот процесс не предполагает никаких изменений в составе силикатных минералов, составляющих каменистую часть планеты, только относительное количество металла и камня. В другой теории, огромное тепло в ранней туманности испарило часть внешнего слоя породы прото-Меркурия и оставило планету сильно истощенной из-за улетучившихся элементов. Эта идея предсказывает состав породы, бедный легко испаряющимися элементами, такими как натрий и калий. Третья идея заключается в том, что гигантский удар после того, как прото-Меркурий сформировался и дифференцировался, оторвался от первичной коры и верхней мантии. Эта идея предсказывает, что современная поверхность состоит из камней, сильно истощенных в тех элементах, которые были бы сосредоточены в коре, таких как алюминий и кальций.

«Мессенджер» определит, какая из этих идей верна, измерив состав каменистой поверхности. Рентгеновские, гамма-спектрометры и нейтронные спектрометры будут измерять элементы, присутствующие в поверхностных породах, и определять, истощаются ли летучие элементы или не хватает элементов, которые, как правило, концентрируются в планетарных корках. Видимый инфракрасный спектрограф определит, какие минералы присутствуют, и позволит построить минералогические карты поверхности. Анализ гравитационных и топографических измерений обеспечит оценки толщины меркурианской коры. Чтобы сделать эти сложные измерения поверхности Меркурия состава и характеристиками земной коры, эти приборы должны будут собрать много сведений о поверхности. Три облёта «Мессенджером» Меркурия предоставили возможность сделать предварительные выводы, но для точного определения состава поверхности необходимы многочисленные измерения с орбиты Меркурия. Эти измерения позволят «Мессенджеру» различать предлагаемые источники высокой плотности Меркурия и, таким образом, получить представление о том, как планета формировалась и развивалась.

Вопрос 2: Какова геологическая история Меркурия?

До миссии «Мессенджера» только 45% поверхности Меркурия было сфотографировано космическим кораблем во время миссии «Маринер 10»! Используя полный набор инструментов, «Мессенджер» очень подробно исследовал геологическую историю Меркурия, включая части планеты, на которых никогда не был «Маринер 10».

Комбинируя фотографии «Маринер 10» с изображениями с летательного аппарата «Мессенджер», было получено около 98% поверхности Меркурия. Впервые можно было начать изучение геологической истории Меркурия в глобальном масштабе.

Большая часть поверхности Меркурия выглядит древней и ячеистой, похожей на поверхность спутника Земли — Луны. Немногим моложе равнины с меньшим количеством кратеров находятся внутри и между самыми большими и старыми кратерами. Большинство из этих равнин являются вулканическими, и исходя из их возраста и показателей вулканической активности. Данные, полученные от «Мессенджера», указывают на то, что вулканизм на Меркурии продолжался, по крайней мере, в первой половине истории планеты, и что стиль вулканизма включал в себя как эффузивные, так и взрывные извержения.

Тектоническая история Меркурия отличается от истории любой другой земной планеты. На поверхности Меркурия наиболее заметными элементами, создаваемыми тектоническими силами, являются длинные округлые лопастные уступы или обрывы, некоторые из которых имеют высоту более километра и длину в сотни километров. Считается, что эти гигантские осколки образовались при охлаждении Меркурия и сокращении всей планеты в глобальном масштабе. Понимание формирования этих рубцов, таким образом, дает возможность понять термическую историю и внутреннюю структуру Меркурия.

Выйдя на орбиту, «Мессенджер» проведет множество исследований для изучения геологии Меркурия, чтобы определить последовательность процессов, которые сформировали поверхность. Спектрометры рентгеновского, гамма-излучения и видимого инфракрасного спектра будут определять элементный и минералогический состав породы, составляющих поверхность. Камеры будут отображать поверхность Меркурия в цвете и с типичным разрешением изображения, которое превосходит разрешение большинства изображений с «Маринера 10». Почти вся поверхность будет отображаться в стерео для определения глобальных топографических вариаций и рельефа планеты; лазерный высотомер будет еще более точно измерять топографию поверхностных элементов в северном полушарии. Сравнение топографии с гравитационным полем планеты, измеренным путем слежения за космическим кораблем «Мессенджер», позволит определить локальные изменения в толщине коры Меркурия. Такое разнообразие данных высокого разрешения, получаемых с «Мессенджера», позволит реконструировать геологическую историю Меркурия.

Вопрос 3: Какова природа магнитного поля Меркурия?

Меркурий обладает глобальным внутренним магнитным полем, как и Земля, а Марс и Венера — нет. Характеризуя магнитное поле Меркурия, «Мессенджер» помог ответить на вопрос, как внутренние планеты различаются по своей магнитной истории.

Возникающая в результате магнитосфера, создаваемая взаимодействием магнитного поля Меркурия с солнечным ветром, уникальны во многих отношениях. Оно у Меркурия в форме «диполя» и похоже На Земле магнитное поле было бы похоже на поле Меркурия, если бы в центре планеты находился гигантский стержневой магнит. В отличие от него, у Венеры, Марса и Луны нет сведений об их дипольных магнитных полях, но Луне и Марсе имеются их локальные магнитные поля, сосредоточенные на месторождениях горных пород.

Магнитосфера Земли очень динамична и постоянно изменяется в ответ на активность Солнца, включая как солнечные бури, так и более скромные изменения солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. Мы видим влияние этой динамики на Землю, поскольку она влияет на электросети и электронику, вызывая отключение электроэнергии и помехи для радиоприемников и телефонов. «Маринер 10» показал, что магнитосфера Меркурия испытывает аналогичную динамику; Понимание этих вариаций поможет нам понять взаимодействие Солнца с планетными магнитосферами в целом.

Хотя магнитное поле Меркурия считается миниатюрной версией Земли, «Маринер 10» недостаточно хорошо измерил поле Меркурия, чтобы охарактеризовать его. Существует даже значительная неопределенность в силе и источнике магнитного поля. «Мессенджер» подтвердил, что на Меркурии существует глобальное магнитное поле, которое, скорее всего, возникает из-за движений жидкости во внешней жидкой части металлического ядра Меркурия. Но существует неопределенность относительно расплавленной фракции ядра, а также от того, имеют ли поле композиционные или термические различия. Тем не менее, различные идеи относительно движущей силы магнитного поля Меркурия предсказывают немного другую геометрию поля, поэтому тщательные измерения на космическом корабле могут быть потенциально отличны от существующих теорий.

Магнитометр «Мессенджера» будет детально характеризовать магнитное поле Меркурия с орбиты в течение четырех меркурианских лет (каждый год Меркурия равен 88 земным дням), чтобы определить его точную силу и то, как эта сила изменяется в зависимости от положения и высоты. Влияние Солнца на динамику магнитосферы будет измеряться магнитометром и энергетическим спектрометром частиц и плазмы. Высокопроизводительные инструменты «Мессенджера» и широкий орбитальный охват значительно улучшат наше понимание: как происхождения магнитного поля Меркурия, так и природы его взаимодействия с солнечным ветром.

ПРОДОЛЖЕНИЕ статьи читайте здесь

Все изображения Меркурия предоставлены: NASA / Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса / Вашингтонский институт Карнеги.