Картографирование Меркурия

Это изображение цилиндрической развертки поверхности Меркурия в искусственных цветах было получено в результате работы космического аппарата «Мессенджер». Мозаика из многих отдельных кадров начала складываться в 2009 году, еще при первых пролетах мимо Меркурия. Дополнительные изображения появились в 2011 году после выхода аппарата на орбиту, а обработка закончилась в 2013 году. Разные цвета указывают на различия в химическом составе и физических характеристиках участков поверхности Меркурия. На этот снимок попало 99,9% поверхности.

Удивительно, но это первая подробная карта ближайшей к Солнцу планеты. Почему же она появилась только недавно? Дело в том, что наблюдать Меркурий с Земли очень сложно даже современными инструментами. Саму планету видно далеко не всегда: половину времени она находится либо за Солнцем, либо перед ним. А в моменты относительно большой элонгации, когда планету все-таки можно наблюдать, от нее виден только серп низко над горизонтом при рассветной или закатной засветке, которая тоже мешает. Но даже в моменты, когда планета видна с Земли, можно увидеть только одно полушарие.

Элонгация — угол, под которым планета видна с Земли по отношению к направлению на Солнце. Наилучшие условия для наблюдений внутренних планет (Меркурия и Венеры) с Земли наступают в момент максимальной элонгации, которая для Меркурия составляет 28°. Рисунок с сайта faculty.swosu.edu

Одна из первых карт видимого полушария Меркурия была составлена в 1889 году итальянским астрономом Джованни Скиапарелли. В 1934 году французский астроном Эжен Антониади составил более детальную карту на основе наблюдений, которые он вел в течение десяти лет.

Карта Меркурия, составленная Эженом Антониади. Наблюдения производились при помощи 83-сантиметрового рефрактора Мёдонского филиала Парижской обсерватории, который дает перевернутое изображение, поэтому северный полюс на этой карте снизу. Карта составлена только для одного полушария планеты, так как только оно было доступно для наблюдений с Земли. Рисунок с сайта history.nasa.gov

Из-за того что с Земли видно только одну часть поверхности Меркурия, астрономы предположили, что он всегда обращен одной стороной к Солнцу. Подобный эффект возникает из-за воздействия приливных сил (например, Луна тоже повернута к Земле только одной стороной). Это мнение преобладало с конца XIX века до середины 1960-х годов, когда радиолокационные измерения на телескопе Аресибо позволили определить период обращения Меркурия вокруг своей оси — примерно 59 суток. Он не совпадает с орбитальным периодом (88 суток), так что Солнце появляется над всей планетой.

А почему же все-таки с Земли видно только одну сторону? Всё дело в уникальном для солнечной системы сочетании длительности меркурианских суток и года. Вокруг своей оси он обращается за 58,6 суток — это почти точно равно 2/3 от орбитального периода (88 суток). Поэтому за один оборот вокруг Солнца он успевает сделать полтора оборота вокруг своей оси, и солнечные сутки на Меркурии — промежуток времени между двумя последовательными восходами Солнца, наблюдаемыми из одной и той же точки поверхности, — равны 176 земным суткам, или 2 меркурианским годам. Это очень близко к 3/2 синодического периода Меркурия — промежутка времени, за который происходит полная смена его фаз для земного наблюдателя, равного 116 земным суткам.

Следовательно, через каждые три синодических периода с Земли может наблюдаться та же часть диска планеты при той же самой фaзe. Но по еще одному замечательному совпадению три синодических периода Меркурия близки к одному земному году, поэтому наиболее благоприятные условия видимости Меркурия наступают тоже через каждые три синодических периода. То есть одни и те же детали поверхности Меркурия видны там же, где и год назад, — в той же фазе. Схематично движение Земли и Меркурия показано на анимации (пунктиром обозначено положение Меркурия, когда он не виден с Земли, черным цветом — неосвещенная сторона, заштрихован приливной горб, возникающий из-за притяжения Солнца).

На самом деле три синодических периода Меркурия не в точности равны одному земному году, и фаза очень медленно смещается. Но наблюдения, выполненные в течение нескольких земных лет, мало отличаются друг от друга. Такой резонанс, напоминающий стробоскопический эффект, и ввел астрономов в заблуждение.

Но если Меркурий трудно наблюдать с Земли, то, может быть, стоит отправить к нему космический аппарат? Но и здесь всё непросто, и ученые сталкиваются с весьма ощутимыми трудностями. Прежде всего, Меркурий находится очень близко к Солнцу, поэтому исследовательская аппаратура должна выдерживать высокие температуры и мощную солнечную радиацию. Кроме того, чтобы космический аппарат попал в окрестности Меркурия по наиболее энергетически выгодной траектории, необходим большой запас энергии на разгон при уходе с околоземной орбиты и торможение вблизи Меркурия — топлива нужно так много, что ни одна ракета не сможет вывести аппарат на орбиту. Приходится экономить и прибегать к хитрости — гравитационному манёвру. Надо заставить космический аппарат разгоняться за счет гравитационного поля планет, мимо которых он пролетает по пути к цели. Траектория такого полета должна быть детально рассчитана, а расплатой за легкость служит время: полет оказывается очень долгим.

В начале 1960-х годов астрономы рассчитали, что через 10 лет конфигурация планет будет наиболее благоприятна для совершения гравитационного маневра в поле тяготения Венеры. И в 1973 году к Меркурию был направлен «Маринер-10». Аппарат трижды подлетал к планете: 29 марта и 21 сентября 1974 года и 16 марта 1975 года на расстояния 703, 48 и 327 км соответственно. В результате получилось заснять 40–45% поверхности Меркурия. Следующей и последней на настоящий момент миссией к этой планете стал запущенный в 2004 году «Мессенджер». Об этом аппарате стоит рассказать отдельно, здесь подчеркнем лишь, что составление подробнейшей карты поверхности Меркурия стало одним из главных итогов его четырехлетней работы.

Изображение с сайта messenger.jhuapl.edu.

О Меркурии см. также:
1) М. Борисов. Темные кратеры Меркурия.
2) И. Соболев. Первым к первой от Солнца.
3) И. Соболев. Messenger: надо льдом и пламенем.

Анастасия Стебалина