Пять загадок Меркурия, на которые может дать ответ BepiColombo

Автор: Артём Коржиманов 

Меркурий представляет собой пустынный мир, который, на первый взгляд, выглядит не слишком интересным. Однако миссии Mariner и MESSENGER показали, что самая маленькая планеты Солнечной системы не так уж и скучна. Например, несмотря на температуру поверхности в 450°C, на ней, похоже, присутствует водяной лёд! Кроме того, по всей видимости, внутреннее ядро Меркурия значительно больше, чем можно было бы ожидать исходя из размеров планеты, а его поверхность имеет неожиданный химический состав. Сейчас в сторону Меркурия направляется евро-японская миссия BepiColombo, которая, возможно, ответит на следующие пять вопросов о Меркурии.

1. КАК ВОЗНИК МЕРКУРИЙ?

Меркурий лишь немногим больше Луны и обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, совершая полный оборот за 88 дней. В ближайшей точке расстояние от Меркурия до Солнца в три раза меньше расстояния между Солнцем и Землёй. Но всегда ли Меркурий находился на этой орбите? Достоверно это неизвестно.

Измерения аппарата MESSENGER, обращавшегося вокруг Меркурия с 2011 по 2015, показали, что на поверхности Меркурия неожиданно велико отношение количества калия к торию. Это удивительно, поскольку калий при высоких температурах является летучим, и на других твёрдых планетах Солнечной системы его количество по отношению к торию с приближением к Солнцу уменьшается. Оказалось, однако, что отношения количества калия к количеству тория на Меркурии такое же, как на Марсе, значительно более холодной планете.

Отношения количества калия (Potassium) к торию (Thorium) на поверхности твёрдых планет Солнечной системы. © ESA
 

На данный момент ни одна модель формирования Меркурия не может в полной мере объяснить эту аномалию. По этой причине учёные предполагают, что Меркурий мог образоваться значительно дальше от Солнца, приблизительно там же, где и Марс, и затем мигрировал на свою теперешнюю орбиту, например, в результате столкновения с каким-то крупным телом.

Такое мощное столкновение могло бы объяснить и то, почему Меркурий обладает чересчур большим внутренним ядром и относительно тонкой внешней оболочкой. Диаметр ядра Меркурия составляет около 4000 км, а диаметр самой планеты — всего 5000 км, то есть ядро занимает более 55% объёма. Для сравнения, при диаметре Земли в 12 700 км, её ядро имеет диаметр всего 1200 км.

Если в прошлом Меркурия случилось крупное столкновение, то в его результате он мог потерять значительную часть своей внешней оболочки, что объяснило бы эту загадку. Существует даже гипотеза, что это столкновение случилось с Землёй, а из его осколков образовалась Луна.

На BepiColombo имеется целый спектр спектрометрических инструментов радио-, инфракрасного, рентгеновского и гамма-диапазонов, которые позволят более подробно изучить минералогический и элементный состав поверхности Меркурия. Кроме того, Mercury Planetary Orbiter (MPO), один из двух аппаратов, входящих в состав миссии BepiColombo, должен будет опуститься на более низкую орбиту по сравнению с MESSENGER, что увеличит разрешение поверхности, а также позволит покрыть большую площадь южной полусферы.

2. ЕСТЬ ЛИ НА МЕРКУРИИ ВОДА?

Мозаика, составленная из фотографий, сделанных аппаратом MESSENGER в 2011–2015 годах. Жёлтым отмечены гипотетические места с водяным льдом на дне кратеров. © ESA
 

При температуре поверхности до 450°C сложно ожидать, что на ней можно обнаружить воду, а тем более лёд. Тем удивительнее, что на дне многих кратеров Меркурия аппарату MESSENGER удалось рассмотреть слабые блики, похожие на отражение света от поверхности водяного льда. Однако напрямую зарегистрировать наличие воды MESSENGER, не обладая необходимыми инструментами, не мог. Такие инструменты будут на борту MPO, так что он должен однозначно ответить, есть ли на Меркурии вода или нет. Более того, в случае её наличия, он сможет оценить её количество.

На самом деле, наличие водяного льда на разогретой планете не является таким уж абсурдным. Дело в том, что ось вращения Меркурия не наклонена по отношению к его орбите, как у Земли, а следовательно, лучи Солнца падают на полярные области под очень низким углом и разогревают их не так сильно, особенно внутри кратеров, куда лучи Солнца могут и вовсе не попадать.

Подробный анализ элементного состава поверхности Меркурия, возможно, позволит понять и то, откуда водяной лёд взялся. Учёные полагают, что изначально на Меркурии могло не быть воды, а принесли её, как и на Землю, в основном кометы. С другой стороны, в ближайшем прошлом количество падающих на Меркурий комет было невелико, поскольку близкорасположенное Солнце должно отклонять орбиты комет в свою сторону.

По другой гипотезе источником льда являлись астероиды, которые время от времени падают на Меркурий, а за счёт низких температур на дне кратеров вода могла сохраняться там десятки миллионов лет.

BepiColombo, конечно, не даст однозначного ответа, на природу водяного льда на Меркурии, но позволит приблизиться к нему.

3. БЕЗЖИЗНЕН ЛИ МЕРКУРИЙ?

Фотография кратера Кертес (Kertész), сделанная аппаратом MESSENGER. © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
 

Меркурий выглядит раскалённой безжизненной пустыней, но при ближайшем рассмотрении MESSENGER обнаружил на его поверхности необычные геологические особенности, не встречающиеся на других планетах. Внутри и вокруг некоторых кратеров наблюдаются небольшие впадины или полости.

Учёные полагают, что эти полости образовались относительно недавно в результате подъёма некого летучего вещества из глубин внешней оболочки Меркурия и его испарения в окружающее пространство.

Поскольку BepiColombo приступит к работе через 10 лет после окончания миссии MESSENGER, учёные надеются, что ему удастся зарегистрировать изменения в форме полостей. Это будет означать, что Меркурий всё ещё геологически активен в отличие от, например, полностью безжизненной Луны.

4. ПОЧЕМУ МЕРКУРИЙ ТЁМНЫЙ?

https://www.youtube.com/watch?v=deUdoaUjfGs

Состав BepiColombo и его задачи. Перевод AlphaCentauri. © ESA/JAXA/AlphaCentauri
 

На первый взгляд, внешне Меркурий похож на Луну. Однако, если провести более аккуратные измерения, окажется, что его поверхность значительно темнее. Она отражает почти на треть меньше света, чем лунный грунт. Почему так, пока неясно.

Инфракрасный спектрометр MERTIS на борту MPO позволит создать детальную карту распределения минералов на поверхности Меркурия. Его повышенная чувствительность и более высокое разрешение по сравнению с оснащением MESSENGER должно помочь в ответе на вопрос, почему Меркурий такой тёмный.

Есть несколько гипотез, объясняющих этот факт. По одной из них, грунт на Меркурии несильно отличается по своему составу от грунта других планет, но выглядит темнее из-за экстремально высоких температур. По другой гипотезе существенную часть грунта составляет графит, который значительно темнее других веществ. Богатый графитом слой мог образоваться в ходе формирования Меркурия при охлаждении его недр и последующим выносом на поверхность.

5. ОТКУДА У МЕРКУРИЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ?

Схема внутреннего строения Меркурия. © ESA/NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
 

Не у каждой планеты есть магнитное поле. Среди каменных планет Солнечной системы, только Земля и Меркурий обладают им. У Марса тоже когда-то было магнитное поле, но он его потерял. Меркурий при этом выглядит слишком маленьким, чтобы обладать собственным магнитным полем. И хотя почти в сто раз слабее земного, оно всё же существует.

Магнитное поле Земли создаётся быстро вращающимся жидким железным ядром в её центре. Раньше считалось, что Меркурий в силу значительно меньшего размера должен был уже сильно остыть, так что в его центре не должно быть жидкого ядра, и тогда существование магнитного поля оказывается сложно объяснимым.

Чтобы проверить, не является ли всё же ядро Меркурия частично расплавленным, можно попробовать зафиксировать небольшие приливные деформации на его поверхности. В процессе обращения планеты вокруг Солнца и взаимодействия с его гравитацией, на её поверхности должна наблюдаться небольшая выпуклость. Её размер будет меняться в зависимости от расстояния до Солнца, которое меняется от 46 до 70 млн км из-за эллиптичности орбиты.

По оценкам максимальная высота выпуклости должна составлять порядка 14 метров. BepiColombo будет способен измерить изменение этой высоты в ходе своей работы в течение нескольких меркурианских лет.

Ещё одна загадка, связанная с магнитным полем Меркурия, заключается в том, что центр магнитного момента, который создаёт это поле, не находится в центре планеты, как у Земли, а сдвинут на 400 км (почти 10% от диаметра Меркурия) по направлению к северному полюсу.

Основные магнитометрические измерения будет проводить второй аппарат, входящий в состав миссии BepiColombo, Mercury Magnetospheric Orbiter, курируемый Японским космическим агентством. Его измерения позволят просканировать магнитное поле Меркурия в пространстве и времени, и выяснить, насколько сильное влияние на него оказывает Солнце и потоки солнечного ветра, идущего от него.

Источник: Top Five Mercury mysteries that BepiColombo will solve // ESA