Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Меркурий - планета ближайшая к Солнцу

Космические исследователи Меркурия

Второй пролет Меркурия

     6 октября 2008 в 08:40:21 UTC по бортовому времени американский КА Messenger совершил второй пролет Меркурия на минимальной высоте 199.4 км со скоростью 6.62 км/с. На Землю было передано 650 Мбайт данных, включая 64 навигационных и 1223 детальных снимка камеры MDIS. Ученые получили много новой информации об этой маленькой планете, которая до сих пор остается одной из самых малоизученных в Солнечной системе.

     Главной целью второго пролета Меркурия было уменьшение периода обращения станции вокруг Солнца и сближение ее орбиты с орбитой планеты. Три гравитационных маневра у Меркурия - 14 января и 6 октября 2008 г. и 30 сентября 2009 г. - создадут благоприятные условия для выхода аппарата на орбиту спутника Меркурия 18 марта 2011 г.

Космический аппарат MESSENGER
Покрытие поверхности Меркурия снимками КА Mariner 10 (зеленая зона) и Messenger (синяя – на подлете и на отлете 14 января; красная – соответственно 6 октября 2008 г.)
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Высокая точность исполнения первого пролета позволила отказаться от двух запланированных коррекций с номерами ТСМ-21 и ТСМ-22. Однако обойтись без «большой» коррекции ТСМ-23 (DSM-3), запланированной на 19 марта 2008 г., было нельзя - именно она обеспечивала возвращение к Меркурию б октября. 19 марта Messenger построил требуемую ориентацию продольной осью под углом 22.1° к направлению на Солнце и в 19:30:00 бортового времени включил на 150 сек двух-компонентный маршевый двигатель. Было израсходовано 21.229 кг компонентов топлива, осталось в баках - 360.039 кг. Приращение скорости составило 72.226 м/с (по плану - 72.24 м/с).
     Во время выдачи импульса отрабатывался программный разворот КА - эта операция потребуется во время выхода «Мессенджера» на орбиту вокруг Меркурия. В течение последних 110 сек работы двигателя аппарат успешно выполнил разворот почти на 4°; в 2011 г. угол поворота будет в 11 раз больше.
     Малая коррекция ТСМ-24, назначенная на 24 апреля для устранения погрешностей большого маневра, а затем и планировавшаяся на 28 августа первая подлетная коррекция ТСМ-25 были отменены. Быть может, навигаторы из фирмы KinetX и группа управления в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса знали какой-то секрет межпланетной навигации? Как оказалось - знали, и 4 сентября они его раскрыли.
     Для беспрецедентно точного ведения КА Messenger по траектории была применена технология «солнечного паруса»; впервые ее опробовали на подлете к Меркурию в декабре 2007 и январе 2008 г., а затем использовали для повторного выхода к планете.
     Давление солнечного света вблизи орбиты Меркурия в 11 раз больше, чем у Земли, и оно довольно заметно возмущает движение станции. Величина и направление возмущающей силы зависят от текущей ориентации КА и его солнечных батарей. Так вот, навигаторы «Мессенджера» превратили врага в союзника: аккуратными разворотами и выставлением панелей СБ на заранее рассчитанные углы они научились «гасить» отклонения от заданной траектории по любой причине.
     И ведь получилось! Без коррекций ТСМ-24 и ТСМ-25, без последующих подлетных маневров ТСМ-26 и ТСМ-27 аппарат сблизился с Меркурием во второй раз и прошел на высоте 199.4 км над ним, отклонившись от заданной всего на 600 метров!

Космический аппарат MESSENGER
В центре снимка – кратер Койпер, известный со времен «Маринера-10». Территория к востоку от него ни разу не снималась космическими аппаратами.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     В результате второго пролета Меркурия перигелий орбиты уменьшился с 0.316 а. е. (3 июня) до 0.302 а.е. (15 октября). Кстати, в этот день скорость КА относительно Солнца достигла 62.979 км/с. Правда, это еще не рекорд: в апреле 1976 г. германо-американский КА Helios 2 «разогнался» до скорости 70.220 км/с. Человеку представить себе это практически невозможно...
     Блестящее исполнение задания позволило отменить коррекцию ТСМ-28, запланированную на 28 октября для устранения погрешности траектории. Большая коррекция DSM-4 должна быть отработана двумя импульсами, 4 и 8 декабря. Ее цель - обеспечить третью встречу станции с планетой.
     А теперь расскажем о ходе пролета, о научных результатах, полученных 6 октября, и о том, насколько они соответствуют предыдущим данным «Мессенджера».

ВТОРОЙ ПРОЛЕТ

     29 сентября на борт заложили тщательно подготовленный и проверенный план исследования Меркурия. Вся научная аппаратура была включена, и 2 октября в 21:47 UTC бортового времени начались наблюдения по программе. Полностью автономный ее участок начался 5 октября в 22:03 и продолжался до 7 октября в 04:50, когда аппарат развернулся антенной в сторону Земли и начал передачу записанных данных.

Космический аппарат MESSENGER
Этот наиболее детальный цветной снимок Меркурия в истории был сделан через 9 мин 14 сек после пролета и имеет разрешение 350 м на пиксель. Крупные кратеры Полигнот (вверху) и Боэций (слева) имеют ровную поверхность – вероятно, это вулканическая лава. Внутри Боэция виден эскарп.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Геометрия пролета позволяла отснять примерно 30% площади планеты, ранее не охваченной детальными съемками, с разрешением не хуже 500 м на пиксель, а наилучшее разрешение составило 100 м. Еще 21% неизвестной половины Меркурия удалось сфотографировать в январе. Собственно, за дни пролета Messenger снял около 80% поверхности, но для привязки новых данных и проверки старых было предусмотрено значительное перекрытие с теми 45% Меркурия, которые сняла станция Mariner 10 в 1974-1975 гг. Таким образом, уже засняты с хорошим разрешением (1 км и лучше) около 95% планеты.
     Разумеется, работали и другие приборы: магнитометр и плазменный спектрометр вели измерения в магнитосфере в близи экватора планеты, УФ спектрометр регистрировал химический состав экзосферы и ее хвоста, ИК спектрометр вел спектральные измерения поверхности, нейтронный спектрометр использовался для оценки содержания вдоль трассы полета железа и таллия, рентгеновский и гамма-спектрометр изучали элементный состав поверхности, а альтиметр строил высотный профиль поверхности в той области, что была отснята в январе. Но начнем с новых снимков MDIS.
     Сюрприз принес один из первых полученных снимков, сделанный широкоугольной камерой в составе MDIS примерно через 90 мин после пролета. На нем впервые была выявлена система светлых лучей, исходящих из района северного полюса и уходящих в южное полушарие.

Космический аппарат MESSENGER
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Основной вывод по результатам съемки 80% площади Меркурия выглядит так: в отличие от Луны и Марса, на нем нет двух разных по рельефу полушарий: гористого и равнинного. Судя по количеству кратеров, поверхность Меркурия более однородна по возрасту, причем более молодые вулканические равнины встречаются внутри и между крупными ударными бассейнами.
     В то же время, говорит Марк Робинсон (Mark Robinson) из Университета штата Аризона, цветовые различия указывают на значительную неоднородность состава как по поверхности планеты, так и с глубиной: «Кора Меркурия больше похожа на мраморный торт, нежели на слоеный». В частности, обнаружены кратеры, окруженные не светлыми, а темными лучами и выбросами.
     Детальное исследование различий в составе разных областей будет выполнено уже с орбиты. Пока же удалось выявить области, где минеральный состав по спектру близок к ильмениту (FeTi03, титанистый железняк) - соединению, которое в большом количестве встречается на Луне.

Ядро и магнитное поле

     В ходе первого пролета Меркурия 14 января 2008 г. Messenger подтвердил наличие у него глобального магнитного поля, открытого еще «Маринером-10». Геометрия второго пролета существенно отличалась - вместо восточного полушария аппарат прошел над западным. Отличалась и полярность внешнего магнитного поля, задаваемого солнечным ветром: в январе оно было направлено на север, а в октябре - на юг. В первом случае линии внешнего поля «утыкаются» в северную полярную область планеты и «выходят» из южной, а во втором внешнее поле «обтекает» магнитосферу Меркурия, и они мало взаимодействуют между собой.
     При всех этих различиях напряженность магнитного поля планеты вблизи экватора в январе и октябре различалась всего на 2%, а магнитопауза и ударная волна были обнаружены практически на одних и тех же расстояниях. Следовательно, глобальное магнитное поле Меркурия очень симметрично: магнитный момент практически сонаправлен с осью вращения планеты.
     О вулканизме на Меркурии:
     Тем временем ученые продолжают обработку наблюдений, выполненных 14 января. Именно тогда был впервые полностью сфотографирован бассейн Калорис (Море Жары) – самая крупная на Меркурии кольцевая структура диаметром 1550 км, внешне похожая на лунное Море Дождей. Кольцо гор ограничивает огромную круглую впадину, образовавшуюся на ранней стадии истории Меркурия; впоследствии впадина и соседние участки были затоплены вулканической лавой. Теперь об этом уже можно говорить с уверенностью.
     «Гладкие» участки, обнаруженные здесь еще «Маринером-10», одни исследователи сразу сочли излияниями лавы, но другие, указывая на результаты Apollo 16, утверждали, что эти равнины, как и некоторые «гладкие» территории на Луне, могли образоваться путем заполнения ударным материалом.

Космический аппарат MESSENGER
Депрессию в виде почки группа Хеда считает вулканом, а яркие отложения вокруг – результатом извержения.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Ситуацию осложняло то обстоятельство, что лунные моря значительно темнее горных районов, а Калорис и его окрестности были достаточно светлыми. А разрешения «Маринера» не хватило, чтобы выявить характерные вулканические детали, уже известные для лунных морей: щитовые вулканы и извилистые борозды. Поэтому классический спор «вулканистов» и «метеоритчиков» захватил и Меркурий - на 30 с лишним лет.
     И вот после нескольких месяцев изучения снимков «Мессенджера» специалисты выявили вдоль южного вала Равнины Жары ярко-оранжевые пятна. При детальном рассмотрении выяснилось, что они имеют много общего с земными щитовыми вулканами: неправильная форма, отсутствие вала, очень гладкие отложения вокруг, частично перекрывающие выброшенный материал и «затекающие» в соседние кратеры... У геолога Джеймса Хеда (James Head) сомнений нет: может быть, в других районах Меркурия и есть «бассейны» с ударным материалом, но на окраинах Калорис работали вулканы!
     Ученые полагают, что формы рельефа Меркурия определили три одновременных, а возможно, и взаимосвязанных процесса: метеоритная бомбардировка, вулканизм и сжатие и растрескивание коры планеты в ходе остывания и затвердевания железного ядра.

Космический аппарат MESSENGER
Это яркое пятно, оказавшееся выбросом из 30-километрового кратера в северной полярной области Меркурия, видно в телескоп даже с Земли.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Представляется, что за 4 млрд лет в ходе остывания ядра диаметр Меркурия уменьшился примерно на 4 км, причем создававшиеся при этом напряжения были по крайней мере на треть больше, чем было определено по данным «Маринера». В итоге в некоторых областях лаве было проще пробиться к поверхности, а в тех местах, где происходило сжатие, ее выход был затруднен.
     Кстати, очень интересные эксперименты провела группа исследователей из Университета Иллинойса и Университета Case - Western Reserve в Кливленде во главе с Цзе Ли (Jie Li). Предполагая, что в ядре Меркурия есть примесь серы, которая снижает температуру плавления железа, они промоделировали поведение этой пары в лаборатории при высоком давлении и температуре. Образцы, быстро охлажденные погружением в воду, затем разрезали и исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа и электронного микроанализатора.
     Оказалось, что когда внешние слои ядра остывают, атомы железа конденсируются в кубические «снежинки» и «падают» к центру планеты. Этот железный «снег» идет постоянно, а навстречу ему поднимается жидкое железо, обогащенное серой. При этом создаются конвективные потоки, которые и могут создавать гидромагнитное динамо, ответственное за магнитное поле Меркурия.
     Что же касается экзосферы планеты, то Messenger провел измерения на дневной и ночной стороне и в хвосте. Были впервые обнаружены атомы магния и определено, что пространственные распределения натрия, кальция и магния различаются, причем структура натриевого «хвоста» оказалась не совсем такой, как в январском пролете.
Автор материала: П. ШАРОВ, "Новости Космонавтики" 

Подготовительные работы гидроиспытания.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru