Глава III

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ПЛАНЕТ

§ 13. МЕРКУРИЙ

Меркурий, ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы, была для астрономов длительное время полной загадкой. Не был точно известен период ее вращения вокруг оси. Из-за отсутствия спутников не была точно известна масса. Близость к Солнцу мешала произво­дить наблюдения поверхности. В то время как спектры планеты говорили об отсутствии у нее атмосферы, неко­торые наблюдатели (например, Э. М. Антониади) заме­чали порой какие-то «туманы», скрывавшие конфигура­цию темных и светлых пятен, с трудом наблюдаемую на его диске. Поляриметрические наблюдения О. Доль-фюса в 1950 г. дали указание на наличие весьма слабой атмосферы, в 300 раз разреженнее земной. Но полной уверенности в этом не было.

И вдруг, за какие-нибудь пять лет, все изменилось и Меркурий теперь изучен не хуже любой другой пла­неты Солнечной системы. Большое значение в разреше­нии загадок Меркурия имел полет американского космического аппарата «Маринер-10» в 1974—1975 гг. Но дело не только в этом полете: многое о Меркурии мы смогли узнать и с помощью наземных астрономических наблюдений.

Радиолокация позволила установить период вра­щения Меркурия. Еще в 1882 г. Дж. Скиапарелли из визуальных наблюдений сделал вывод, что этот период равен периоду обращения Меркурия вокруг Солнца (88 сут.), т. е., что Меркурий обращен к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле. Около 50 лет этот период считался предположительным, а потом, уже в 30-х

годах нашего столетия, вопросительный знак около эначения периода был снят во всех справочниках и таблицах: фотография подтверждала период Скиапарелли. И все-таки он оказался неверным.

В 1965 г. американские радиоастрономы Р. Дайс и Г. Петтенджил с помощью 300-метрового радиотелеско­па обсерватории Аресибо установили, что период вра­щения Меркурия равен 59,3 суток, т. е. близок к 2/3 периода обращения планеты. Вскоре период был уточнен; он оказался равным 58,646 суток, т. е. он составляет ровно 2/3 орбитального периода. Это откры­тие поставило перед астрономами два совершенно разных вопроса:

1. Почему визуальные и фотографические наблю­дения в течение 80 лет указывали на периоде 88 суток?

2. Почему период вращения равен 2/3 орбитального периода планеты?

Ответ на оба вопроса оказался сравнительно прост. Три полных оборота вокруг оси Меркурий завершает за 176 суток. За тот же срок планета совершает два обо­рота вокруг Солнца. Таким образом, Меркурий зани­мает относительно Солнца то же самое положение на орбите и ориентировка шара планеты остается преж­ней. Такое движение, как показывает теория, является устойчивым. Вращение оказывается в резонансе с орбитальным движением.

Эта соизмеримость периодов и явилась причиной ошибки астрономов в определении периода вращения. Визуальные и фотографические наблюдения Меркурия возможны только около эпох элонгации, которые пов­торяются через каждые 116 суток (синодический период Меркурия). Но для наблюдений планеты благоприятна не каждая элонгация: из вечерних — те, что наступают зимой или весной, а из утренних — те, которые бывают летом и осенью (нужно, чтобы Меркурий имел более высокое склонение, чем Солнце). Такие элонгации пов­торяются раз в год, точнее, раз в 348 суток. Но этот период близок к шестикратному периоду вращения Меркурия — 352 суткам. Наблюдая раз в 348 суток Меркурий, мы увидим на нем те же детали, что и год назад. Но астрономы прошлого (Скиапарелли, Антониади), встретившись с этим фактом я имея перед гла­зами пример Луны, обращенной к Земле одной сторо-

ной, полагали, что за это время Меркурий сделал че­тыре оборота вокруг оси, а не шесть.

После того как недоразумение выяснилось, был сде­лан ряд важных уточнений. Ось Меркурия оказалась почти, перпендикулярной к плоскости его орбиты. Была введена система счета долгот: от 0 до 360° навстре­чу вращению планеты. За начальный меридиан был принят тот, который проходил через подсолнечную точку в момент первого прохождения Меркурия через перигелий в 1950 г. (это было 11 января 1950 г.). С по­мощью этой системы координат американские астроно­мы К. Чепмен и Д. Крукшенк, с одной стороны, и фран­цузские астрономы О. Дольфюс и А. Камишель,— с другой, построили карты планеты, основанные на ее многолетних визуальных а фотографических наблюде­ниях. Обе карты хорошо согласовалась друг с другом и„ как доказал советский планетолог Г. Н. Каттерфельд, также с картами Скиапарелли в Антониади. Уже тогда на поверхности Меркурия были заметны круглые тем­ные 'пятна, похожие на лунные «моря»,— темные линей­ные образования протяженностью 1—2 тыс. км и шири­ной 250—400 км и разделяющие их светлые области. Но общее альбедо Меркурия оказалось крайне низким,;

около 0,05.

Радионаблюдения планеты еще в 1962 г. показали сравнительно небольшое различие яркостных темпера­тур дневного и ночного полушарий. В 1966 г. было установлено, что средняя температура диска Меркурия на волне 11 см меняется с углом фазы. Это означало, что температура ночного полушария планеты далеко не так мала, как предполагалось ранее. В 1970 г. Т. Мардок и Э. Ней из Миннесотского университета по наблюдениям в инфракрасных лучах на волнах от 3,75 до 12 мкм уста­новили, что средняя температура ночного полушария Меркурия равна 111°К. С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна 620°К. В перигелии она может достигать 690°К, в афелии снижается до 560°К. Таков диапазон температур поверхности Меркурия.

Любопытно, как происходит смена дня и ночи на Меркурии. Солнечные сутки там, как легко сообразить, равны общему наименьшему кратному из периодов вра­щения и обращения, т. е. 176 земным суткам. День и

ночь продолжаются по 88 суток, т. е. равны году планеты (!). Солнце восходит на востоке, поднима­ется крайне медленно (в среднем на один градус за 12 ча­сов), достигает верхней кульминации (на экваторе — зенита) и также медленно заходит. Но так происходит не на всех долготах. На долготах, близких к 90 и 270°, наблюдается весьма странная и, пожалуй, единственная в Солнечной системе картина. На этих долготах восход и заход Солнца совпадают по времени с прохождением Меркурия через перигелий, когда на короткое время (8 суток) угловая скорость орбитального движения пла­неты превышает угловую скорость ее вращения. Солнце на небе Меркурия описывает петлю, как сам Меркурий на небе Земли. На указанных долготах Солнце после восхода вдруг останавливается, поворачивает обратно и заходит почти в той же точке, где взошло. Но спустя несколько земных суток Солнце восходит снова в той же точке и уже надолго. Около захода картина повто­ряется в обратном порядке.

По суточным изменениям температуры поверхности можно с помощью теории теплопроводности определить так называемый параметр тепловой инерции грунта, т. е. величину (kρc)^-1/2, где k — коэффициент тепло­проводности грунта, с — его теплоемкость, ρ — плот­ность.

Радионаблюдения Меркурия показали, что вещество его наружного покрова обладает параметром тепловой инерции (kρc)^-1/2 ~ 700, как у лунного грунта или тонкораздробленной породы (для гранита этот параметр равен примерно 20).

Но самое интересное, что удалось узнать о Мерку­рии, это вид его поверхности. Когда космический аппа­рат <1Маринер-10» передал первые снимки Меркурия с близкого расстояния, астрономы всплеснули руками: перед ними была вторая Луна! (рис. 19). Поверхность Меркурия оказалась усеянной кратерами разных разме­ров, совсем как поверхность Луны. Их распределение по размерам тоже было аналогично лунному. На по­верхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие, по сходству с лунными «морями», название бассейнов. Наибольший из них, Калорис, имеет в диаметре 1300 км (Океан Бурь на Луне — 1800 км).

Рис. 19. Фотография Меркурия, полученная космическим аппаратом «Маринер-10» в марте 1974 г.

На поверхности Меркурия встречаются кратеры со светлыми лучами, с центральными горками и без них, со светлым и темным дном, с резкими очертаниями валов (молодые) и полуразрушенные (древние), большие и маленькие, двойные и паразитные. Имеются и долины сходные с известной Долиной Альп на Луне (рис. 20)

Рис. 20. Фотография части поверхности Меркурия, полученная «Маринером-10» в марте 1974 г. Видна долина, напоминающая Долину Альп на Луне.

Большинство кратеров на Меркурии, как и на по­верхностях Луны и Марса, ударного (метеоритного) происхождения. Однако наличие мореподобного тем­ного вещества в заполненных лавой кратеров свидетель­ствует о том, что в начальный период своей истории планета испытала сильное внутреннее разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интен­сивного вулканизма. Примерно такой же вывод сделали исследователи и в отношении Луны, располагая несрав­ненно большим объемом информации (состав лунного

грунта, толщина лунной коры, поток тепла из недр Луны и т. д.).

На основании анализа фотографий Меркурия аме­риканские геологи П. Шульц и Д. Гаулт предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты ее поверхность была гладкой (участки этой древней гладкой поверхности хорошо заметны). Далее наступил период интенсивной бомбардировки планеты остатками допланетного роя (планетезималями), во время которой образовались бассейны типа Калорис, а также кратеры типа Коперника на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потоков лавы, заполнившей крупные бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад (воз­раст планет Солнечной системы известен теперь доволь­но точно и равен 4,6 млрд. лет).

Данные об атмосфере Меркурия указывают лишь на ее сильную разреженность. По радиозатменному экспе­рименту с тем же «Маринером-10» плотность атмосферы на дневной стороне Меркурия не превышает 10^е молекул /см³, наблюдения с ультрафиолетовым спектромет­ром дают давление у поверхности 10~¹² бар (1 бар почти равен давлению в 1 атмосферу), что примерно соответ­ствует плотности 10⁷ молекул/см³ у поверхности. Из них около 0,1% приходится на долю гелия, наличие которого установлено по ультрафиолетовому спектру. Обнаружены небольшие количества водорода и кисло­рода. Подозревается также присутствие СО₂ и СО, но их содержание пока не установлено.

Приборы «Маринера-10» установили наличие у пла­неты слабого магнитного поля — около 100 гамм на расстоянии 450 км. Тщательное изучение магнитного поля планеты показало, что оно имеет более сложную структуру, чем земное: кроме дипольного (двухполюс­ного), в нем присутствуют еще поля с четырьмя и восемью полюсами с относительной напряженностью 1: 0,4: 0,3 (у Земли 1: 0,14: 0,09). Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием солнечного ветра.

Пролеты «Маринера-10» мимо Меркурия позволили уточнить его массу: 1/6 023 600 солнечной или 0,054 мас­сы Земли, а также среднюю плотность, 5,45 г/см³, т. е.