Меркурий - исследования космических аппаратов

Полет "Маринера-10"

Вскоре после полуночи 4 ноября 1973 г. громадная ракета "Атлас-Центавр" тяжело поднялась с мыса Канаверал. "Маринер-10" был выведен на орбиту по направлению к Венере. Пройдя мимо Венеры утром 5 февраля 1974 г., космический аппарат продолжал по инерции двигаться к своему основному месту назначения - Меркурию.

Затворы камер открылись, когда аппарат находился еще более чем в 5 млн. км от Меркурия. На таком огромном расстоянии изображения были немногим лучше, чем на расплывчатых фотографиях, полученных при помощи телескопов с Земли. Но в течение нескольких последующих дней "Маринер-10" находился в пределах всего лишь 756 км от безвоздушной планеты. К 29 марта 1974 г. разрешение увеличилось настолько, что стало возможно различать мелкие детали размерами до 150м. Когда одна за другой начали приходить четкие, ясные фотографии, открылись захватывающие перспективы и невообразимые ландшафты. Меркурий на первый взгляд выглядит точно таким, как Луна!

Хотя фотографирование продолжалось в течение 10 дней, наилучшие фотографии были получены перед самым тесным сближением и сразу же после него. На рис.14 показана мозаика "приближающегося изображения", а на рис.15 - "удаляющегося изображения".

Между передачами этих изображений был перерыв, когда космический аппарат проходил в тени Меркурия. Когда "Маринер-10" скользил над ночной стороной планеты, приборы на борту космического аппарата показывали низкую температуру, равную -173°С. Полуденная же температура на планете поднимается до 427°С. Приборы "Маринера-10" не только измерили поверхностную температуру планеты, но и обнаружили у Меркурия магнитное поле. Хотя и слабое по земным нормам (земное магнитное поле приблизительно в 100 раз сильнее меркурианского), оно все же много сильнее, чем магнитные поля Венеры и Марса.

Существование у Меркурия магнитного поля свидетельствует о том, что планета должна иметь железное ядро. Только при наличии железного ядра могло бы поддерживаться постоянное общее магнитное поле планеты. Исходя из средней плотности планеты, ученые рассчитали, что диаметр железного ядра Меркурия составляет 3600 км. Гигантское железное ядро Меркурия по своим размерам равно Луне. Поскольку диаметр всей планеты составляет только 4880 км, ее железное ядро окружено мантией из пород, имеющей толщину всего 640 км.

Существование огромного железного ядра явилось одним из первых указаний на то, что Меркурий, несмотря на свой луноподобный внешний вид, сильно отличается от Луны, которая не имеет ни магнитного поля, ни железного ядра. После тщательного исследования фотографий, полученных с "Маринера-10", выявились и дополнительные различия между Луной и Меркурием.

Рис.1. Область вблизи южного полюса Меркурия

Меркурий, как и Луна, покрыт кратерами. Типичная плотно усеянная кратерами область вблизи южного полюса Меркурия показана на рис.1. Но даже в этих областях, усеянных множеством кратеров, между кратерами располагаются весьма протяженные равнины. Кратеры на Меркурии обычно разделены довольно сглаженными площадками.

Это совершенно непохоже на Луну. Там, по существу, нет межкратерных равнин. Лунные области с большой плотностью кратеров (называемые лунными материками) представляют собой перекрывающиеся кратеры без каких бы то ни было ровных поверхностей между ними.

Представляется весьма вероятным, что различие в силе тяжести на поверхности Луны и Меркурия привело к различиям в структуре областей, покрытых кратерами. Луна и Меркурий практически одинаковы по размерам, но из-за гигантского железного ядра Меркурий массивнее Луны. Астрономы обычно выражают массы планет и спутников через массу Земли (а не в миллионах или триллионах тонн). В таком случае масса Меркурия составляет 1/18 массы Земли, а масса Луны - только 1/81 массы Земли. Поскольку Меркурий в 4,5 раза массивнее Луны, все тела на Меркурии тяжелее. Тяжеловес, весящий на Земле 100 кг, на Луне весил бы только 16 кг, а на Меркурии-несколько более 38 кг. Поэтому говорят, что ускорение силы тяжести на поверхности Луны равно 0,16, а на поверхности Меркурия - 0,38 (ускорение силы тяжести на поверхности Земли принято за 1).

Все кратеры на Меркурии и Луне образовались при ударах метеоритов, астероидов и других планетезималей в далеком прошлом. При сильном столкновении с каким-либо из таких межпланетных камней из области, на которую пришелся удар, вырывалось огромное количество вещества (так называемые выбросы) и разлеталось во все стороны. Но поскольку ускорение силы тяжести на поверхности Меркурия в 7/3 раза больше, чем на Луне, вещество выбросов при кратерообразующем ударе на Меркурии не разбрасывалось так далеко, как при сравнимом по силе ударе на Луне. Действительно, выбросы от удара на Меркурии покрывают площадь, составляющую только 1/6 соответствующей площади на Луне. Поэтому вторичные ударные кратеры на Меркурии тесно группируются вокруг первичного ударного кратера, а на Луне они занимают в шесть раз большую площадь. Это означает, что равнины, существовавшие на Меркурии до образования кратеров, не уничтожались там до конца. Действительно, на Меркурии между кратерами еще видны древние равнины.

Внимательно исследуя фотографии, полученные "Маринером-10", геологи заметили еще одно существенное различие между Меркурием и Луной: по всей планете встречаются крутые уступы с мелкими зубцами, обычно высотой 1-2 км и длиной в несколько сотен километров.

Рис.2. Горные вершины на Меркурии

С первого взгляда уступы трудно заметить. На фотографии рис.2 такой уступ проходит почти по лимбу планеты. Полагают, что уступы-это гигантские складки, образовавшиеся в коре Меркурия в процессе остывания и сжатия ядра планеты. Никаких подобных образований на Луне не обнаружено.

Хотя нетренированному глазу увидеть уступы довольно трудно, в отношении Бассейна Калорис невозможно ошибиться. Бассейн Калорис-это самое крупное одиночное образование, обнаруженное при помощи "Маринера-10". Как показано на рис.3, этот бассейн, диаметром в 1300 км, окружен горами, поднимающимися на 2 км над окружающими равнинами. К сожалению, во время пролета космического аппарата половина этого удивительного образования была скрыта в ночной тени.

Рис.4. Бассейн Калорис

Бассейн Калорис (от латинского "горячий") получил свое название потому, что каждые два меркурианских года он оказывается в подсолнечной точке, когда планета находится в перигелии. Другими словами, каждые 176 дней, когда Меркурий ближе всего подходит к Солнцу, светило оказывается в зените над Бассейном Калорис. Таким образом, при каждом втором обращении планеты вокруг Солнца Бассейн Калорис становится самым жарким местом на планете.

Бассейн Калорис - явно обширное ударное образование. В конце эпохи кратерообразования, приблизительно 3-4 млрд. лет назад, огромный астероид - возможно, самый большой из всех когда-либо ударявшихся о поверхность Меркурия - обрушился на планету. В отличие от прежних ударов, которые только покрывали поверхность Меркурия "оспинами", это сильное столкновение вызвало разрыв мантии до самых расплавленных недр планеты. Оттуда хлынула огромная масса лавы и затопила гигантский кратер. Затем лава застыла и затвердела, но "волны" на море расплавленной породы сохранились навечно.

По-видимому, удар, потрясший планету и приведший к образованию Бассейна Калорис, оказал значительное воздействие и на некоторые другие области Меркурия. Диаметрально противоположно Бассейну Калорис (т.е. точно на противоположной от него стороне планеты) расположена волнообразная область необычного вида. Эта территория покрыта тысячами тесно расположенных глыбообразных холмов высотой 0,25-2 км. Естественно предположить, что мощные сейсмические волны, возникшие при ударе, образовавшем Бассейн Калорис, пройдя по планете, сфокусировались на другой ее стороне. Грунт вибрировал и сотрясался с такой силой, что тысячи гор высотой более километра поднялись буквально за считанные секунды. Это, по-видимому, было самое катастрофическое событие за всю историю планеты.

30 марта 1974 г. камеры на борту "Маринера-10" были отключены - аппарат быстро удалялся от планеты. Полет его продолжался. Человечество получило сотни и сотни захватывающих фотографий невообразимого необитаемого ландшафта, который до этого не видело ни одно живое существо во Вселенной.

Четырьмя годами раньше, когда полет "Маринера-10" еще только планировался, Джузеппе Коломбо заинтересовался, по какой орбите будет двигаться космический аппарат вокруг Солнца после того, как он покинет окрестности Меркурия. Коломбо установил, что "Маринер-10" в конце концов должен перейти на сильно вытянутую эллиптическую орбиту, делая один оборот вокруг Солнца за 176 суток. Но ведь это точно два меркурианских года! Следовательно, "Маринер-10" должен возвращаться к Меркурию каждые 176 суток. Возможна вторая встреча. И третья.

Рис.5. Снимок Меркурия с самого близкого расстояния (~300 км)

Во второй раз "Маринер-10" пролетел мимо Меркурия 21 сентября 1974 г. Было получено еще около 2000 фотографий. Днем 16 марта 1975 г. "Маринер-10" снова пронесся над поверхностью планеты (на этот раз совсем близко - на расстоянии всего 300 км) и опять передал на Землю множество фотографий. Но никаких новых деталей на сей раз не было замечено.

"Маринер-10" возвращается к Меркурию каждые два года. Напомним, что два меркурианских года точно равны трем суткам на Меркурии. Поэтому всякий раз, когда "Маринер-10" возвращается к Меркурию, планета успевает повернуться вокруг оси точно три раза. Это означает, что при каждом пролете аппарата мимо планеты к Солнцу обращены одни и те же ее кратеры и равнины, так что вид планеты при каждом пролете по существу не меняется.

"Маринер-10" обозрел половину планеты. После третьего пролета топлива осталось уже недостаточно, чтобы удерживать космический аппарат от произвольного кувыркания. Но "Маринер-10" продолжает возвращаться к Меркурию каждые 176 дней. И всякий раз, через два меркурианских года, одни и те же кратеры, равнины и бассейны предстают перед невидящими механическими глазами, когда космический аппарат беспомощно движется по своей вечной орбите.