Межпланетный зонд NASA MESSENGER завершил годичную миссию по изучению самой необследованной планеты Солнечной системы. Следившие за аппаратом астрономы узнали столько нового, что, как признаются сами ученые, они словно заново открыли для себя Меркурий
Долгое время считалось, что планета всегда обращена к Солнцу одной стороной и что Меркурий один раз обращается вокруг своей оси за год (88 земных суток). Проведенная в 1960 году радиолокация показала, что меркурианскне звездные сутки составляют ровно 2/3 меркурианского года. Такая кратность периодов уникальна для Солнечной системы. В прошлом Меркурий тормозил свое вращение из-за приливов до тех пор, пока его год и звездные сутки не оказались связаны целочисленным отношением. Температура поверхности Меркурия колеблется от -180″ С на ночной стороне до +430″ С на дневной.
Меркурий долго оставался наименее изученной планетой Солнечной системы. Он слишком близок к Солнцу, чтобы спокойно наблюдать его с Земли, а законы небесной механики мешают обследовать его при помощи межпланетных зондов. И хотя он довольно близок к Земле. Меркурий — одна из самых труднодостижимых планет. Чтобы сойти с околоземной на меркурианскую орбиту, космическому аппарату надо не увеличить, а погасить значительную часть орбитальной скорости Земли, составляющей 30 км/с, для чего зонду необходимо выполнить ряд сложных гравитационных маневров.
Первым межпланетным зондом, отправленным к Меркурию с Земли, стал американский «Маринер-10», запущенный в 1973 году, “Маринер” совершил три пролета мимо Меркурия, в ходе которых составил карту 40% его поверхности и измерил параметры крайне разреженной атмосферы.
Однако астрономам по-прежнему не хватало данных о химическом составе планеты и ее внутреннем строении.
Для заполнения этих пробелов в NASA было принято решение отправить к планете миссию MESSENGER с изначальным сроком службы в один год.
Меркурий так и не остыл
18 марта 2011 года зонд вышел на 12-часовую высокоэллиптическую орбиту вокруг Меркурия на минимальном удалении 200 км (над северным полушарием) и максимальном — 15 200 км (над южным полушарием). Такая вытянутая орбита позволяла с большой точностью измерить особенности гравитационного поля планеты в северных широтах. После выхода спутника на орбиту его положение непрерывно отслеживалось при помощи наземных станций дальней космической связи.
С их помощью инженеры постоянно следили за скоростью и ускорением зонда, что помогло восстановить распределение гравитационного потенциала северного полушария планеты. А эти данные, в свою очередь, позволили глубже понять внутреннее строение Меркурия. Главным сюрпризом стало для ученых то, насколько неверными ранее были их представления о размере ядра планеты.
Как рассказал Стивен Хок (Steven Hauck), участвовавший в гравитационных измерениях, ядро планеты (более плотное, чем кора) оказалось намного крупнее, чем считалось ранее, — оно занимает до 85% радиуса. А кора Меркурия — довольно тонкая оболочка со средней толщиной всего 50 км.
Наибольшей толщины она достигает в экваториальных широтах (50-80 км) и постепенно сужается к северным (20-40 км).
Долгое время считалось, что благодаря малым размерам Меркурий должен был давно остыть, а его ядро — затвердеть.
Сопоставив гравитационные данные, а также полученные самим зондом параметры магнитосферы планеты, астрономы изменили мнение: “Ядро Меркурия может оказаться непохожим на ядра других планет земной группы. — говорит Хок. — Его структура определенно отличается от ядра Земли, которое состоит из внешней жидкой металлической части, скрывающей внутреннюю, твердую. Меркурий же имеет твердую оболочку из силикатов и мантию, окружающую твердый внешний слой ядра из сульфида железа. Под ним расположен жидкий слой и, возможно, в центре находится твердое ядро”. — говорит ученый.
Открытие такой многослойной структуры ядра может пролить свет на процессы формирования магнитного поля планеты и на историю ее остывания. К тому же, зная о распределении плотности пород внутри планеты, ученые смогли определить
ее момент инерции аналог массы при вращательном движении.
Цель миссии MESSENGER вода?
Одной из главных целей миссии MESSENGER стало изучение странных светлых отложений, которые удалось заметить в ходе прежних экспериментов по радиолокации Меркурия в полярных областях. Ученые надеются, что в этих областях могут находиться хранилища водяного льда. «У нас никогда раньше не было возможности взглянуть на области, в которых были замечены эти отложения.
На полученных изображениях видно, что все такие отложения близ полюсов Меркурия находятся в вечно затененных областях, эти результаты подтверждают гипотезу водяного льда», — рассказала Нэнси Шабот (Nancy Chabot) из лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Однако, по ее словам, данные с MESSENGER не дают полной уверенности в том, что найденные отложения — именно вода.
Дело в том, что некоторые такие отложения находятся в слишком теплых участках кратеров, там, где водяной лед без какой-либо теплоизоляционной прослойки должен был бы растаять. Рентгеновский спектрометр, установленный на борту аппарата, показал, что базальтовые породы, слагающие северное полушарие, по составу схожи с породами, выстилающими поверхность других планет земной группы.
Другим важным достижением миссии стало первое детальное картирование рельефа планеты, выполненное при помощи лазерного альтиметра. Менее чем за год исследований MESSENGER более 4.3 млн раз облучал планету лазерным лучом и по задержке прихода отраженного сигнала измерял расстояние до поверхности. В зависимости от высоты орбиты зонда диаметр лазерного “зайчика” составлял 15-100 м. Оказалось, что разброс высот на Меркурии гораздо меньше, чем на Марсе или Луне.
По словам Марии Зубер (Maria Zuber), занимавшейся лазерной локацией, наиболее интересной представляется широкая низменность в северном полушарии планеты, которая содержит следы давней вулканической активности. Эта область примерно на 2 км ниже окружающей ее территории. В средних широтах внимание ученых привлек гигантский ударный бассейн Калорис диаметром 1550 км — по мнению исследователей, это древнейший остаток столкновения Меркурия с другим космическим телом.
Астрономы обратили внимание на то, что поверхности равных высот внутри бассейна иногда образуют окружности, а само дно бассейна вздыблено и превышает по высоте его края. “Эти особенности указывают на то, что долговременные изменения в топографии Меркурия происходили после самых ранних фаз геологической истории планеты”. — добавила Зубер.
Первый год орбитальных наблюдений принес немало сюрпризов. Начиная с чрезвычайно подвижной магнитосферы и экзосферы (внешней атмосферы) и заканчивая неожиданной насыщенностью летучими веществами, наш сосед стал выглядеть совсем иначе, чем он представлялся нам всего несколько лет назад». — подытожил руководитель программы Шон Соломон (Sean Solomon).
Поэтому в NASA приняли решение продлить столь успешную миссию MESSENGER еще на год. «Второй год работы на орбите не просто станет продлением основной миссии. Целями расширенной миссии станут более всеобъемлющие изучения магнитосферы в период более активного Солнца, больше внимания будет уделено наблюдениям на низких высотах». — пояснил соавтор работы Ральф Макнаи (Ralph McNutt).
