Геология и внутреннее строение

Не так давно ученые-астрономы предполагали, что ядро Меркурия, состоящее из сплавов железа, имеет радиус 1800-1900 км, что составляет примерно 0,6 общей планетной массы. Данное предположение было основано на анализе результатов исследований аппарата "Маринер-10". Все дело в том, что при таких незначительных габаритах в совокупности со слабым магнитным полем, ядро Меркурия не может находиться в жидком виде. Но в 2007 после радарных наблюдений, организованных группой Жана-Люка Марго, были выявлены особые вариации вращения планеты, которые не могли бы осуществляться ни одним небесным телом с твердой "сердцевиной". Исходя из итогов данного исследования, ученые сделали вывод о том, что ядро Меркурия имеет жидкую консистенцию.

Основная составляющая ядра Меркурия – железо. Данный факт ученые пытались объяснить сразу несколькими способами.

Суть самого распространенного мнения на этот счет заключается в том, что изначально ядро Меркурия имело примерно такой же состав, как и у других планет Солнечной системы. Изменения в составе "сердца" планеты начали происходить с момента столкновения ее поверхности с планетообразным объектом массой в 6 раз меньше массы Меркурия. В результате этого случая он и "потерял" значительную часть коры и мантии, что и послужило причиной увеличения его ядра в процентном соотношении с поверхностью. Данная гипотеза известна в научных кругах под названием "Теория гигантского столкновения", которую также считали приемлемой для объяснения возникновения спутника Земли. Но данные о составе Меркурия, полученные с "Мессенджера", идут вразрез с этим предположением. Ведь конкретно это исследование было направлено на измерение содержания радиоактивных изотопов. В итоге выяснилось, что поверхность Меркурия достаточно обогащена летучим калием, который был бы сразу уничтожен под действием высоких температур, возникающих при любом столкновении. Получив информацию с "Мессенджера" ученые сделали следующий вывод: элементный состав Меркурия полностью соответствует базовому элементному составу веществ, которые с самого начала принимали участие в его формировании. Одни из них: энстатитовые хондриты и безводные кометные фрагменты.

Меркурианское ядро находится под оболочкой силикатной мантии толщиной 500-600 км. Согласно данным аппарата "Маринер-10" тощина коры Меркурия равна 100-300 км. На само ядро приходится примерно 3/4 его диаметра, что практически соответствует размеру Луны. Это ядро является одним из самых крупных ядер небесных тел нашей Солнечной системы.

Геологическая история

Как и у всех планет, находящихся вблизи Солнца, включая Луну, геологическая история Меркурия подразделена на определенные этапы – эры: дотолстовскую, толстовскую, калорскую, позднюю калорскую, мансурскую и койперскую. Каждая эра соответствует определенному периоду, по которому определяется геологический возраст небесного тела. Но абсолютный возраст Меркурия до сегодняшнего дня установить пока так и не удалось.

По завершению формирования Меркурия, которое окончилось примерно 4,6 млрд лет назад, произошла сильная атака планеты кометами и другими небесными телами. Последняя такая атака случилось 3,8 млрд лет назад, вследствие чего большая часть областей планеты, в том числе и равнина Жары, начала формироваться путем заполнения лавой. Это и объясняет наличие внутри кратеров плоских участков, подобных лунным.

Процесс остывания и сжатия поверхности планеты положил начало формированию на ней разломов и хребтов. На снимках, полученных при исследованиях Меркурия, они имеют вид крупных объектов. Период вулканизма на планете завершился сжатием мантии. Это предотвратило возможность дальнейшего излияния лавы на ее поверхность. Ученые склонны считать, что данные события происходили в первые 700-90 млн. лет с момента полного окончания формирования планеты. Все последующие изменения поверхности Меркурия стали следствием ударов менее объемных небесных тел.

Напряженность меркурианского магнитного поля слабее земного приблизительно в 100 раз. Его структура характеризуется, как дипольная. А ось магнитного поля отклонена от оси вращения планеты под углом 10 градусов. Все эти факты удалось выяснить после подробного изучения данных, полученных с аппарата "Маринер-10". Некоторые астрофизики полагают, что магнитное поле Меркурия было образовано в результате эффекта-динамо. То есть по аналогии образования земного магнитного поля. Под определением эффекта динамо подразумевается влияние циркуляции жидкой сердцевины (ядра) планеты вследствие чего возникает очень интенсивный приливный эффект. Он и направлен на сохранение текучей консистенции ядра в перманентном состоянии.

В магнитном поле Меркурия достаточно мощности для отслеживания направления потоков солнечного ветра, которые постоянно движутся вокруг планеты, образовывая магнитосферу. Магнитосфера Меркурия не обладает большой мощностью, которой обладают магнитосферы других планет Солнечной системы. Но ее силы вполне хватает для захвата плазмы из солнечного ветра. Такие выводы удалось сделать после обнаружения "Маринером-10" низкоэнергетической плазмы в магнитосфере Меркурия.

Во время повторного наблюдения, проводимого вблизи Меркурия, машина "Мессенджер" зафиксировала достаточно большое количество окон в его магнитном поле. В тот момент "Мессенджер" неожиданно стал свидетелем появления магнитных вихрей, которые имели вид небольших узелков в области магнитного поля, которые как бы соединяли корабль с самой планетой. Такая форма вихря создается посредством солнечного ветра. И по той причине, что потоки солнечного ветра огибают и задевают магнитное поле Меркурия, оно проносится вслед за ним, образуя нитеобразные скрученные структуры. Данные вихри и являются главным фактором, способствующим формированию окон в магнитосфере планеты.

Образованные этими вихрями зазоры помогают с легкостью солнечному ветру достигать поверхности планеты. Данное явление в кругу ученых носит название "магнитное пересоединение", которое также время от времени возникает и у Земли, но в меньших количествах.

Условия на Меркурии

Близкое положение планеты по отношению к солнечному диску в сочетании с ее медленным вращением и разреженной атмосферой, - вот основная причина значительных температурных колебаний на поверхности планеты, которая также обладает плохой теплопроводностью за счет своего рыхлого строения. Только на глубине, равной 1 м сохраняется примерно одна и та же температура - +75 °C.

Поверхность Меркурия в дневное время прогревается до +350°C, а в ночное опускается до - 170,2 °C. Температурный минимум на поверхности планеты способен достигать отметки 183,2 °C в ночное время.

Независимо от данных показателей, современные ученые склонны считать, что в некоторых областях Меркурия существует лед. Результатом радарных исследований приполярных районов планеты было обнаружение в этих областях деполяризации от 50 до 150 км. И, вероятно, то самое вещество, которое отражало радиоволны, представляет из себя лед. Вода, принесенная на Меркурий кометами, испаряется и продолжает распространяться по планете до тех пор, пока не окажется вблизи полярных областей, где под воздействием перманентно низких температур она начинает замерзать.

При изучении атмосферы Меркурия, применяя аппарата "Маринер-10", отправленного в его область, было обнаружено, что она достаточно разрежена. Давление в атмосфере планеты имеет показатель, как и у всех планет, находящихся вблизи Солнца, включая Луну.

Атмосфера планеты состоит из атомов: гелия, кислорода, натрия, калия, водорода и аргона. Все эти частицы были принесены сюда потоками солнечного ветра, время жизни каждой из которых составляет примерно 200 суток.

Гелий с водородом, по-видимому, также приносятся на планету из потоков солнечного ветра, внедряющегося в ее магнитосферу, а затем возвращающегося обратно в космическое пространства. Еще одним источником гелия, обнаруженного на поверхности Меркурия, является радиактивный распад некоторых элементов в его коре. Также при исследовании поверхности Меркурия было зафиксировано водяное испарение.Вод образовалось здесь под действием столкновения и взаимодействия с водородом солнечного ветра и выделение камнями кислорода. Учеными также были обнаружены ионы, идентичные ионам земной воды. Данная находка стала большой неожиданностью.

Такие же ионы были найдены и в окружающем пространстве Меркурия. Астрофизики считают, что они были образованы из водяных молекул, которые подверглись разрушению при падании в эзкосферу планеты путем потоков солнечного ветра.

Зимой 2008 года группой астрономов, работающих в Бостонском научном университете, было заявлено об обнаружении у Меркурия кометоподобного хвоста. Ученым также удалось вычислить его длину, которая составила 2,5 млн. км. Очертания этого "огненного шлейфа" были зафиксированы наземной обсерваторий. Данные факт нисколько не удивил ученых, ведь до этого уже существовали догадки о наличии у Меркурия такого хвоста, которому приписывали меньшую длину – всего 40 тыс.км. Один из первых его снимков был получен еще за 2 года до этого заявления. Хвост был зафиксирован с помощью американского телескопа, установленного на вершине одной из гавайских возвышенностей. К следующей попытке заснять очертания "шлейфа" ученые подготовились намного серьезнее. На этот раз астрофизиками было принято решение задействовать сразу несколько аппаратов, одним из которы стал мощный телескоп техасской обсерватории Макдональд. Кадр лучшего качества "хвоста" Меркурия удалось получить Джоди Вилсону и Карлу Шмидту весной в 2007 году. Обозрение протяженности хвоста на тот момент составило 3° относительно земной поверхости.

Более отчетливые изображения хвоста Меркурия были получены с АМС "Мессенджера", направленного к нему в 2009 году.