Самой загадочной планетой Солнечной системы оказался Меркурий

В конце октября миссия Европейского космического агентства "Бепи Коломбо" (BepiColombo) направилась к Меркурию — наименее изученной планете Солнечной системы. Аномальное строение этого небесного тела породило множество гипотез о происхождении.  Спрятанные в кратерах ледники дают надежду на обнаружение следов жизни. Какие загадки Меркурия надеются раскрыть ученые?

Когда в 1975 году первый отправленный к Меркурию аппарат "Маринер-10" передал снимки на Землю, ученые увидели знакомую им "лунную" поверхность, испещренную кратерами. Из-за этого интерес к планете надолго угас.

Земная астрономия тоже не жалует Меркурий. Рассмотреть детали поверхности в силу близости Солнца удается с трудом. Орбитальный телескоп "Хаббл" нельзя на него наводить — солнечный свет может повредить оптику.

Обойден Меркурий и прямыми наблюдениями. К нему запускали всего два зонда, к Марсу — несколько десятков. Последняя экспедиция закончилась в 2015 году падением аппарата "Мессенджер" на поверхность планеты после двух лет работы на ее орбите.

На Земле нет технологий, чтобы отправить аппарат к этой планете напрямую, — он неизбежно попадет в гравитационную воронку, создаваемую силой притяжения Солнца. Чтобы этого избежать, нужно скорректировать траекторию и сбросить скорость за счет гравитационных маневров — сближений с планетами. Из-за этого путь к Меркурию занимает несколько лет. Для сравнения: к Марсу — несколько месяцев.

Миссия "Бепи Коломбо" проведет первый гравитационный маневр у Земли в апреле 2020 года. Потом — два маневра вблизи Венеры и шесть у Меркурия. Через семь лет, в декабре 2025 года, зонд займет расчетную позицию на орбите планеты, где проработает примерно год.

"Бепи Коломбо" состоит из двух аппаратов, разработанных европейскими и японскими учеными. Они несут с собой множество оборудования для дистанционного изучения планеты. Три спектрометра созданы в Институте космических исследований Российской академии наук — МГНС, PHEBUS и MSASI. Они добудут данные о составе поверхности планеты, ее газовой оболочке, о существовании ионосферы.

Меркурий изучали столетиями и еще до возникновения современной астрономии довольно точно вычислили его параметры. Однако объяснить аномальное движение планеты вокруг Солнца с точки зрения классической механики не удавалось. Только в начале XX века это сделали с помощью теории относительности, учтя искажения пространства-времени вблизи светила.

Движение Меркурия послужило доказательством гипотезы о расширении Солнечной системы из-за того, что звезда теряет вещество. Об этом свидетельствует анализ данных миссии "Мессенджер".

То, что Меркурий отличается от Луны, астрономы заподозрили еще после пролета мимо него "Маринера-10". Изучая отклонение траектории аппарата в поле притяжения планеты, ученые сделали вывод о ее большой плотности. Смущало и заметное магнитное поле. У Марса и Венеры его нет.

Эти факты указывали на то, что внутри Меркурия — очень много железа, вероятно, жидкого. Фотографии же поверхности, наоборот, говорили о каких-то легких веществах типа силикатов. Там нет оксидов железа, как, например, на Земле.

Возникал вопрос: почему за четыре миллиарда лет металлическое ядро маленькой планеты, больше напоминающей чей-то спутник, не затвердело?

Анализ данных "Мессенджера" показал, что на поверхности Меркурия — повышенное содержание серы. Возможно, этот элемент присутствует в ядре и не дает ему затвердеть. Предполагают, что жидкий — только внешний слой ядра, примерно 90 километров, внутри же оно твердое. От меркурианской коры его отделяют четыреста километров силикатных минералов, образующих твердую кристаллическую мантию.

Все железное ядро занимает 83 процента радиуса планеты. Ученые сходятся во мнении, что это причина не имеющего аналогов в Солнечной системе спин-орбитального резонанса 3:2 — за два оборота вокруг Солнца планета три раза оборачивается вокруг своей оси.

Меркурий активно бомбардируют метеориты. При отсутствии атмосферы, ветров и дождей рельеф остается нетронутым. Самый большой кратер — Калорис — диаметром 1300 километров образовался примерно три с половиной миллиарда лет назад и до сих пор отчетливо виден.

Удар, сформировавший Калорис, был столь силен, что оставил отметины на противоположной стороне планеты. Расплавленная магма залила огромные территории.

Несмотря на кратеры, пейзаж планеты довольно плоский. Он сформирован главным образом излившимися лавами, что говорит о бурной геологической молодости Меркурия. Лава образует тонкую силикатную кору, которая лопается из-за усыхания планеты, и на поверхности возникают трещины длиной сотни километров — эскарпы.

Наклон оси вращения планеты таков, что внутренности кратеров в северной полярной области никогда не освещаются Солнцем. На снимках эти области выглядят необычно ярко, что дает основание ученым заподозрить там наличие льда.

Если это водяной лед, то его могли занести кометы. Есть версия, что это первичная вода, которая осталась со времен образования планет из протооблака Солнечной системы. Но почему она не испарилась до сих пор?

Ученые все же склоняются к версии, что лед связан с испарением из недр планеты. Слой реголита сверху не допускает быстрого иссушивания (сублимации) льда.

Если у Меркурия когда-то была полноценная атмосфера, то ее давно убило Солнце. Без нее планета подвержена резким перепадам температур: от минус 190 градусов Цельсия до плюс 430.

Меркурий окружен очень разреженной газовой оболочкой — экзосферой из выбитых с поверхности солнечными ливнями и метеоритами элементов. Это атомы гелия, кислорода, водорода, алюминия, магния, железа, легких элементов.

Атомы натрия время от времени образуют облака в экзосфере, живущие по несколько дней. Метеоритными ударами их природу не объяснить. Тогда бы натриевые облака с равной вероятностью наблюдались по всей поверхности, но этого нет.

К примеру, пик концентрации натрия обнаружили в июле 2008 года с помощью телескопа THEMIS на Канарских островах. Выбросы произошли в средних широтах только в южном и северном полушарии. 

По одной из версий, атомы натрия выбивает с поверхности протонный ветер. Не исключено, что он накапливается на ночной стороне планеты, создавая своего рода резервуар. С рассветом натрий высвобождается и поднимается вверх.

Существуют десятки гипотез о происхождении Меркурия. Сократить их число за недостатком сведений пока невозможно. Согласно одной из версий, прото-Меркурий, в начале своего существования вдвое превосходивший размерами нынешнюю планету, столкнулся с телом поменьше. Компьютерное моделирование показывает, что в результате удара могло образоваться железное ядро. Катастрофа привела к выбросу тепловой энергии, отрыву мантии планеты, испарению летучих и легких элементов. Как вариант — в столкновении прото-Меркурий мог быть малым телом, а большим была прото-Венера.

Согласно другому предположению, Солнце изначально было настолько горячим, что испарило мантию юного Меркурия, оставив только железное ядро.

Наиболее подтвержденной считается гипотеза о том, что протооблако из газа и пыли, в котором созревали зачатки планет Солнечной системы, оказалась неоднородным. Близкая к Солнцу часть вещества по неизвестным причинам обогатилась железом, так и образовался Меркурий. На подобный механизм указывают сведения об экзопланетах типа "суперземли".

Оба аппарата "Бепи Коломбо" — орбитальные. Земляне пока не располагают технологиями, способными доставить к Меркурию и посадить на его поверхность ровер. Тем не менее ученые уверены, что миссия прольет свет на многие загадки планеты и эволюцию Солнечной системы.