Планета Меркурий, самая близкая к Солнцу планета в Солнечной системе, является необычным и загадочным миром. Несмотря на свою близость к нашей звезде, Меркурий обладает атмосферой, которая отличается от большинства других планетарных окружений.
Атмосфера Меркурия долгое время оставалась предметом интриги и исследований, и только недавно ученые начали расшифровывать ее тайны.
В этой статье мы узнаем тайны атмосферы Меркурия и рассмотрим последние достижения в ее изучении. Мы рассмотрим происхождение и структуру атмосферы Меркурия, а также особенности ее состава.
Узнаем, какие факторы способствуют пополнению атмосферы этой планеты, и почему она до сих пор сохраняется, несмотря на сложные условия в окружающей среде Меркурия.
Общие сведения
Если газовая оболочка планеты и существовала, то это было около 4,6 миллиардов лет назад, в самом начале её формирования. Однако она не смогла устоять под воздействием различных факторов и практически мгновенно исчезла.
Слабая гравитация Меркурия могла сыграть важную роль в разрушении его атмосферы. Планета сравнительно небольшая, поэтому её гравитационное поле недостаточно сильное, чтобы удерживать значительное количество газов. Это позволило атмосфере Меркурия развеяться в космическое пространство.
Кроме того, близкое расположение Меркурия к Солнцу имеет большое значение. Солнечный ветер, состоящий из заряженных частиц, которые испускает Солнце, оказывает сильное воздействие на атмосферу планеты. Эти заряженные частицы могут “смыть” атмосферу Меркурия, так как планета находится в постоянном взаимодействии с потоком солнечного ветра.
Сегодня атмосфера Меркурия является крайне разреженной и состоит главным образом из различных газов. Общая масса атмосферы планеты незначительна по сравнению с ее общей массой. В связи с низкой гравитацией Меркурия, атмосфера неспособна удерживать газы на протяжении длительного времени, что приводит к их постепенному выбросу в космос.
Строение
Меркурий, подобно другим небесным телам Солнечной системы, обладает сферической внешней газовоздушной оболочкой. Атмосфера планеты состоит из газов и пыли, и исследователи выделяют условно четыре её слоя: нижний, средний, верхний и экзосфера.
Нижний слой, который примыкает к поверхности планеты, является самым тёплым среди них. Средняя температура в этом слое достигает -63 °C, так как он прогревается от пыли, поднимающейся с поверхности, и инфракрасного излучения грунта.
Однако на освещённой стороне поверхность Меркурия может разогреваться до +410 °C, а при закате Солнца средняя температура падает до -162 °C. Несмотря на это, атмосфера слабо прогревается из-за её сильного разрежения, практически представляющего собой вакуум. В сравнении с этим, температура в открытом космосе, как утверждают учёные, составляет -270 °C.
Средний слой атмосферы протекает процессы, аналогичные земным. Здесь перемещаются потоки газов и пыли, которая постепенно рассеивается.
Верхняя часть этого слоя получает тепло от солнечного ветра. На расстоянии около 200 км от поверхности Меркурия начинается экзосфера, не имеющая чётких границ из-за её сильного разрежения.
Химический состав
По мнению экспертов, атмосфера Меркурия постоянно пополняется благодаря частицам солнечного ветра и выделению газов вулканами.
Кроме того, атмосфера получает вклад от радиоактивного распада элементов на поверхности планеты, а также от космической пыли и мусора, которые периодически попадают на Меркурий. Без этого постоянного пополнения, уже имеющаяся атмосфера давно бы исчезла.
На сегодняшний день установилось определённое равновесие между улетающим в космос газообразным веществом и тем, что образуется у поверхности планеты.
Кислород и натрий
Кислород является главным компонентом атмосферы Меркурия. Исследования показывают, что его содержание составляет около 42%.
Атомы кислорода поступают в атмосферу планеты через метеориты, ионизированные частицы солнечного ветра, а также в результате сухого испарения водяного льда, когда он переходит из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу.
На втором месте по распространённости находится натрий, составляющий около 29% атмосферного состава.
Метан и аргон
Наличие метана в атмосфере Меркурия представляет интересное явление, хотя его процентное содержание невелико. Обычно метан связывают с жизнедеятельностью микроорганизмов, но на этой суровой планете он, вероятно, образуется в результате вулканической активности и геотермальных процессов. Метан нестабилен, поэтому его присутствие указывает на наличие постоянных источников образования.
Аргон (Ar) – инертный газ, который встречается в атмосферах различных планет и составляет около 0,06% атмосферы Земли. На Меркурии концентрация аргона ещё ниже. Он образуется в результате радиоактивного распада некоторых элементов, таких как калий и уран, и может входить в состав атмосферы планеты вследствие выбросов из её внутренних источников.
Водород, гелий, калий и другие элементы
На Меркурии, помимо основных газовых компонентов, встречаются и другие элементы. Водород и гелий составляют значительную часть атмосферы планеты, составляя примерно 22% и 6% соответственно. Эти элементы достигают Меркурии через солнечный ветер и также образуются внутри самой планеты.
В атмосфере можно обнаружить и атомы калия, которые составляют около 0,5% состава. Остальные 0,5% заполняются другими разнообразными элементами, включая углекислый газ, водяные пары и примеси, создавая уникальное химическое разнообразие вокруг Меркурия. Это свидетельствует о сложном и захватывающем составе атмосферы этой таинственной планеты.
Присутствие водяных паров
Изучение атмосферы Меркурия привело к неожиданному открытию присутствия водяной пары в ее составе. Предполагается, что водяная пара образуется из ледников, скрытых в затененных полярных кратерах планеты. При низкой температуре вода непосредственно переходит из твердого состояния в газообразное, образуя молекулы водяного пара.
Уникальное свойство водяного пара на Меркурии заключается в том, что его возникновение не связано с процессами эвапорации и конденсации, как на Земле. Вместо этого, водяной пар образуется путем взаимодействия ионизированных частиц с атомами водорода и кислорода, присутствующими в атмосфере планеты.
Интересно отметить, что возраст ледяных запасов на Меркурии значительно меньше возраста самой планеты. Ученые предполагают, что эти ледники возникли позднее формирования самой Меркурия.
Происхождение водяного льда на планете до сих пор остается загадкой для исследователей, и его наличие в атмосфере представляет интересную аномалию в контексте планет, находящихся близко к Солнцу.
Пыль
Атмосфера Меркурия привлекает внимание своим характерным коричневым оттенком, который обусловлен присутствием пыли. Пыль образуется из-за особых условий планеты и пористого грунта.
Ее состав включает мелкие частицы минерального происхождения, примерно 1,5 мкм в диаметре. Эти частицы попадают в атмосферу различными путями, включая поступление из космического пространства, метеоритные падения и вулканическую активность.
Из-за низкой гравитации на Меркурии минеральные частицы поднимаются на высоту 1-2 км и остаются в атмосфере на протяжении длительного времени. Эти микроскопические частицы, плавающие в атмосфере, способствуют более эффективной передаче тепла от поверхности планеты в нижние слои атмосферы.
Таким образом, пыль играет важную роль в климатических процессах Меркурия, воздействуя на тепловой баланс и динамику атмосферы этой загадочной планеты.
Атмосферное давление на Меркурии
Атмосферное давление на Меркурии характеризуется своей низкой плотностью, составляющей 5.427 г/см³. Оно изменяется в зависимости от времени года, причем зимой атмосфера становится более разреженной из-за скапливания углекислого газа в полярных областях, а летом плотность возрастает с исчезновением этого скопления.
Однако эти изменения плотности не компенсируют значительные температурные колебания, которые наблюдаются на планете.
Магнитное поле
Меркурий, хотя и является одной из самых маленьких планет Солнечной системы, обладает уникальным и необычным магнитным полем. Это поле значительно слабее и менее симметрично, чем магнитные поля других планет, таких как Земля.
Магнитное поле Меркурия было впервые обнаружено и изучено космическим аппаратом “Маринер-10” в 1970-х годах и более подробно исследовано во время миссии “Мессенджер” в 2011 году. Оказалось, что магнитное поле Меркурия слабое, примерно 100 раз слабее, чем магнитное поле Земли.
Одна из особенностей магнитного поля Меркурия заключается в его асимметрии. Обнаружено, что магнитное поле несимметрично относительно полюсов планеты. Северный и южный полюса Меркурия испытывают различное количество частиц солнечного ветра, что приводит к неравномерному распределению магнитного поля.
Ученые предполагают, что несимметричность магнитного поля Меркурия может быть связана с внутренней структурой планеты.
Вероятно, существует жидкое вращающееся внутреннее ядро из железа, которое создает магнитное поле. Однако точные механизмы, определяющие формирование и поддержание магнитного поля Меркурия, до сих пор не полностью поняты.
История изучения
Отправка космического аппарата на Меркурий представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Перед достижением планеты необходимо осуществить несколько сложных маневров, включая затормаживание для выхода на орбиту Меркурия.
Учитывая большую скорость, накопленную за время полета, и слабую гравитацию планеты, требуется значительное количество топлива для выполнения последующих маневров. Именно поэтому атмосфера Меркурия была исследована всего двумя космическими аппаратами.
Первым из них был аппарат “Маринер-10” от НАСА, который в 1974-1975 годах трижды пролетел мимо Меркурия. В результате этих миссий было получено несколько тысяч снимков, покрывающих примерно 45% поверхности планеты. Дополнительные исследования с Земли показали возможность наличия водяного льда в полярных кратерах.
Вторым значимым миссией стала миссия “Мессенджер” от НАСА, запущенная в 2004 году. Она совершила облет Меркурия в январе 2008 года и вошла на орбиту планеты после серии гравитационных маневров. “Мессенджер” осуществил детальное исследование ландшафта, атмосферы и поверхности Меркурия, а также провел измерения энергичных частиц и плазмы.
В ходе первых исследований было обнаружено, что магнитное поле планеты несимметрично относительно полюсов, а также был проведен анализ распространенности химических элементов на поверхности планеты. В 2015 году “Мессенджер” завершил свою миссию, упав на Меркурий и образовав кратер.
Будущей миссией на Меркурий является “Бепи Коломбо” (BepiColombo), разработанная Европейским космическим агентством (ЕКА) совместно с японским агентством JAXA.
Миссия состоит из двух аппаратов – Mercury Planetary Orbiter (MPO) и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), которые будут исследовать поверхность, глубины и магнитное поле Меркурия. Ожидается, что “Бепи Коломбо” выйдет на орбиту Меркурия в декабре 2025 года, где аппараты разделятся и продолжат свои исследования.
Интересные факты
- Температурные колебания: Из-за отсутствия значительного атмосферного слоя, температура на Меркурии может сильно колебаться. На солнечной стороне планеты поверхность нагревается до более чем +400 °C, в то время как на тёмной стороне она охлаждается до -170 °C.
- Кометный хвост: В связи с воздействием солнечного ветра и внешних факторов, экзосфера Меркурия образует кометный хвост длиной около 2,5 миллиона километров.
- Пополнение атмосферы: Несмотря на разреженность и небольшие размеры атмосферы, она пополняется за счёт различных факторов, таких как вулканическая деятельность, испарение металлов и водяных ледников, радиоактивный распад, гидротермальные процессы и солнечный ветер.
Заключение
Несмотря на свою слабую гравитацию и разреженность, атмосфера Меркурия является уникальным исследовательским объектом, который представляет большой научный интерес.
Будущие миссии и исследования позволят расширить наши знания о составе, структуре и динамике атмосферы Меркурия, что проложит путь к новым открытиям и пониманию процессов, происходящих на этой загадочной планете.
