Меркурий является наименее изученной планетой земной группы: до 2018 года к нему летало всего два зонда — Mariner 10 и MESSENGER. Маленький и очень плотный, он сильно отличается от Венеры, Земли и Марса. Вкратце рассказываем, что астрономы могут узнать о первой планете Солнечной системы благодаря миссии BepiColombo.
Ядро
Раньше предполагалось, что у Меркурия твердое металлическое ядро радиусом 1800–1900 километров: астрономы были уверены, что у такой маленькой планеты не может быть жидкого ядра. Однако в 2007 году было объявлено об обнаруженных вариациях вращения Меркурия. Они оказались слишком большими для планеты с полностью твердым ядром. Это дало основание считать, что ядро планеты похоже на земное наличием жидкого и твердого внутренних слоев и состоит из расплавленного железа и никеля — этим и объясняется плотность Меркурия. Размеры ядра не имеют аналогов в Солнечной системе: толщина коры по новым оценкам составляет менее 35 километров, в то время как 83% радиуса планеты приходится на ядро. Но почему Меркурий, самая маленькая планета, которая должна была очень быстро охладиться и затвердеть, изнутри жидкая? Однозначного ответа до сих пор нет. Предполагается, что на состояние ядра влияет медленный распад радиоактивных элементов, а также солнечная гравитация.
Состав атмосферы
В отличие от плотной атмосферы Земли, у Меркурия есть тонкая и разреженная экзосфера, которая состоит из атомов, захваченных из солнечного ветра и выбитых солнечным ветром с поверхности планеты. Аппарат Mariner 10 обнаружил в ней водород, гелий и кислород, а земные наблюдения показали наличие натрия, калия и кальция. Зонд MESSENGER также нашел в ее составе магний. Кроме того, у Меркурия есть кометообразный хвост, состоящий из натрия, а также, как обнаружил MESSENGER, магния и кальция. Вероятно, в экзосфере Меркурия присутствуют и другие, пока не обнаруженные элементы.
Магнитное поле
Зонд Mariner 10, исследовавший Меркурий в 1974–1975 годах, впервые обнаружил слабое магнитное поле, напряженность которого в сто раз меньше земного. Предполагается, что оно, как и на Земле, образуется вследствие эффекта динамо при циркуляции вещества в жидком ядре планеты. Наблюдения MESSENGER показали, что центр магнитного поля Меркурия смещен к северу от экватора. В результате южный полюс планеты меньше защищен и подвержен большему облучению солнечными частицами, нежели северный. Что может вызвать такую асимметрию? Одно из предположений основывается на характерном спин-орбитальном резонансе Меркурия: планета три раза вращается вокруг своей оси на каждые два оборота вокруг Солнца.
Тектоническая активность
Данные MESSENGER показали, что прежде не изученное полушарие Меркурия покрывают гладкие равнины, залитые, как предполагается, лавой. Кроме того, следы лавы были найдены на дне некоторых кратеров. По-видимому, масштабы вулканической активности планеты существенно недооценивались.
Считается, что сейчас Меркурий спит: геологическая активность на нем, по современным представлениям ученых, закончилась 3,5 миллиарда лет назад. Поверхность планеты остывала и сжималась, и в результате этого процесса на ней образовались разломы и горные хребты. Так как мантия Меркурия, в которой радиоактивный распад производит тепло, гораздо тоньше, чем у других планет земной группы, он охладился намного раньше, чем они. Тогда же прекратилась вулканическая деятельность: во время сжатия кора перекрыла все каналы, по которым магма могла достигнуть поверхности. Тем не менее есть свидетельства, что эти процессы могут продолжаться по сей день: на фотографиях, сделанных MESSENGER, обнаружились уступы, непохожие на следы древней тектонической активности. Более точные исследования помогут выяснить, образуются ли сейчас на Меркурии горы и трещины.
Взаимодействие магнитного поля и солнечного ветра
Планеты в Солнечной системе постоянно бомбардирует солнечный ветер. Сильное магнитное поле Земли защищает ее от потока ионизированных частиц, в то время как Меркурий лишен подобного барьера и подвергается гораздо более сильному воздействию солнечного ветра. Какие явления происходят в подобных условиях, пока неизвестно. Есть ли в магнитосфере Меркурия авроральные зоны, суббури и радиационные пояса, как на Земле? Эта информация может дать ключ к исследованию условий на экзопланетах.
Вода
Средняя температура дневной поверхности Меркурия равна 349,9 °C. Несмотря на эти суровые условия, ученые предполагают существование отложений водного льда на планете. Радарные исследования приполярных областей планеты показали, что под поверхностью может присутствовать некое вещество, отражающие радиоволны. Ученые начали уделять особое внимание кратерам, дно которых никогда не бывает освещено Солнцем. В 2012 году MESSENGER обнаружил, что кратеры на северном полюсе планеты содержат некое отражающее вещество, толщина которого может исчисляться в десятках сантиметров, — оно и было интерпретировано как лед. Конечно, это отражающее вещество может оказаться не водой, а серой. Но если это действительно лед, откуда он мог появиться? Одним из возможных источников воды на Меркурии называют кометы. При ударе кометы о поверхность планеты вода с нее испаряется и путешествует по Меркурию, пока не застынет на дне глубокого кратера. Но эта гипотеза пока не подтверждена.
Странные углубления на поверхности
Одним из самых удивительных открытий MESSENGER было присутствие необычных, относительно свежих углублений на поверхности Меркурия, непохожих на ударные кратеры. Обычно такие образования встречаются на стенах и в глубине кратеров. Предполагается, что они могут активно формироваться в настоящее время благодаря процессам, включающим потерю летучих соединений, — выветриванию, дегазации и сублимации, — в которых вещество переходит непосредственно из твердого в газ, минуя жидкую фазу. Пока неясно, происходят ли эти процессы на всей поверхности планеты или на отдельных территориях в зависимости от ландшафта.
Формирование планеты
Благодаря MESSENGER стало известно, что на поверхности Меркурия содержится гораздо больше летучих соединений, чем предполагалось ранее. Большинство гипотез о формировании Меркурия диктует, что планета должна была пройти через высокотемпературную фазу, во время которой эти соединения должны были исчезнуть. Есть предположение, что Меркурий образовался в условиях более низкого уровня кислорода, чем другие планеты земной группы, а значит, твердый материал мог образоваться в другой части облака вещества, окружавшего молодое Солнце.