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

Космические исследователи Меркурия

Лед и пламя Меркурия

     18 марта 2012 автоматическая исследовательская станция Messenger (США) успешно завершила первый год работы на орбите вокруг Меркурия. Впервые осуществляются длительные детальные исследования геохимии, геофизики, геологической истории, атмосферы, магнитосферы и плазменной среды самой близкой к Солнцу планеты.
     Messenger - второй после Mariner 10 земной аппарат, направленный к Меркурию, - стартовал 3 августа 2004 г, и после более чем шестилетнего перелета, включавшего шесть гравитационных маневров, был выведен на орбиту вокруг планеты назначения 18 марта 2011 г. За первый год работы на орбите аппарат сделал 88746 снимков поверхности Меркурия и получил множество данных, содержащих новую для науки информацию о топографии планеты, структуре ее коры и - самое интересное - о постоянно затененных околополярных участках поверхности.

Космический аппарат MESSENGER
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     «К настоящему моменту спутник успешно преодолел этап перелета протяженностью шесть с лишним лет и годовую научную стадию, осуществляемую в сверхэкстремальных условиях на расстоянии всего 0.3 а.е. от Солнца, - подвел первые итоги Эрик Финеган (Eric Finnegan), специалист Лаборатории прикладной физики (APL) Университета Джонса Хопкинса и технический руководитель полета КА. - Трудно поверить, но все это выполнено аппаратом массой всего лишь около тонны, спроектированным и построенным за четыре года, и при этом общие затраты не превысили 450 млн $. Успешный ход миссии является практическим подтверждением того, что ее осуществляли понастоящему талантливые и выдающиеся инженеры, техники и обслуживающий персонал, работающие как в APL, так и за ее пределами. При утверждении проекта многие специалисты считали, что в рамках тех ограничений, которые накладывает программа Discovery, создать аппарат, способный выйти на орбиту вокруг Меркурия и осуществлять детальное картографирование его поверхности и исследование окружающей среды, невозможно. Однако команда APL сделала это!»
     До выхода на орбиту аппарат трижды побывал в окрестностях Меркурия в ходе трех гравитационных маневров, состоявшихся 14 января и б октября 2008 г. и 29 сентября 2009 г., и уже тогда был получен ответ на давний волнующий ученых вопрос: есть ли на поверхности планеты вулканические отложения? Однако выявить детальный характер и глобальное распределение вулканических материалов стало возможно только в ходе наблюдений с орбиты. Полученные снимки поверхности показали наличие вулканических кратеров размером до 25 км, через которые когда-то извергались большие объемы перегретой лавы, создавшие впоследствии долины и каплевидные образования на подстилающей поверхности.
     «Последний год оказался для Messenger чрезвычайно насыщенным и полезным, - говорит руководитель проекта от APL Питер Бедини (Peter Bedim). - В то время как инженеры и операторы пристально исследовали реакцию аппарата на смену времен года на Меркурии*, ученые занимались анализом собранных данных, заполняя пробелы в наших знаниях о планете. Научные результаты первого года орбитальных операций уже повлияли на построение плана наблюдений следующего года, который, как мы ожидаем, будет столь же деятельным и не менее результативным».

* Надо полагать, речь идет о периодах приближения и удаления Меркурия от Солнца, поскольку в силу небольшого угла наклона оси вращения планеты к плоскости орбиты на Меркурии не происходит смены времен года в том смысле, который мы вкладываем в это понятие на Земле.

     По словам научного руководителя миссии Шона С. Соломона (Sean С. Solomon) из Института Карнеги в Вашингтоне, первый год на орбите выявил много сюрпризов - от чрезвычайно динамичной магнитосферы и экзосферы планеты до неожиданно богатого летучими компонентами состава ее поверхности. Словом, наши предшествующие представления о Меркурии могут существенно измениться.

Ровнее Луны и Марса

     Наблюдения, выполненные лазерным альтиметром MLA, позволили составить первую высокоточную топографическую модель северного полушария планеты, характеризующую рельеф поверхности в различных масштабах. С момента выхода аппарата на орбиту были произведены измерения в более чем 4.3 млн точек, каждая размером от 15 до 100 м, с шагом между линиями замеров всего в 400 м.

Космический аппарат MESSENGER
Топографическая модель северного полушария
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Полученные данные позволили сделать общий вывод: поверхность планеты в целом относительно ровная, и разброс высот по ней значительно меньше, чем на Луне или Марсе. По словам Марии Зубер (Maria Т. Zuber), автора одной из опубликованных научных статей и со-исследователя проекта Messenger, наиболее характерной особенностью рельефа являются обширные низменности в высоких северных широтах, которые интерпретируются как древние вулканические равнины. В пределах этого низменного региона имеется широкий подъем, сформировавшийся уже после вулканических равнин.
     В средних же широтах интересные результаты получились при изучении внутреннего строения гигантского ударного кратера Caloris (иногда его называют Caloris Planitia - Равнина Жары) диаметром 1550 км, одного из самых крупных образований такого рода в Солнечной системе. То, что дно бассейна содержит многочисленные грабены, гребни, впадины и другие тектонические образования, планетологов не удивило, но оказалось, часть его внутренней зоны лежит выше, чем гребни кратера! М. Зубер отмечает, что часть дна кратера является продолжением квазилинейного подъема, простирающегося в средних широтах примерно на половину окружности Меркурия.

Космический аппарат MESSENGER
Тектоническая карта бассейна Caloris. Центр находится в точке 31° с.ш., 163° в.д.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     В совокупности эти детали свидетельствуют о мощной тектонической активности на Меркурии, которая имела место уже после самых ранних этапов его геологической истории.

Космический апельсин

     Другим ценным итогом первого года работы является прецизионная карта меркурианского гравитационного поля, которая в сочетании с топографическими данными и более ранней информацией о вращении планеты проливает свет на ее внутреннее строение, толщину коры, состояние ядра, а также тектоническую и тепловую историю.
     В ходе измерений гравитационного поля Меркурия не только были обнаружены гравитационные аномалии, но и выяснилось, что планета в целом обладает неожиданно сложной внутренней структурой.
     Меркурианское ядро оказалось просто гигантским - оно простирается примерно до 85% радиуса планеты! Специалисты шутят, что Меркурий напоминает «апельсин с толстой кожурой». Раньше ученые полагали, что внутренности планеты успели охладиться до такой степени, что ее ядро может быть полностью твердым. Однако небольшие динамические движения, которые удалось уловить с помощью наземных радаров, некоторые параметры гравитационного поля и, наконец, обнаружение магнитного поля планеты свидетельствуют о том, что ядро Меркурия, по крайней мере частично, все еще находится в жидком состоянии.

Космический аппарат MESSENGER
Внутреннее строение Меркурия в сравнении с Землей
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Раскрыть загадку размера и состояния ядра Меркурия ученые рассчитывают в процессе изучения его влияния на длинноволновые вариации гравитационного поля планеты. Но даже первые результаты показывают, что внутреннее строение Меркурия существенно отличается от ожидаемого.
     «По-видимому, ядро Меркурия не похоже на ядро ни одной из планет земной группы, - говорит Стивен Хаук (Steven A. Hauck И) из Университета Кейз - Вестерн Резерв. - Его структура определенно отличается от структуры земного ядра, где металлическое внешнее жидкое ядро (предположительно состоящее из железо-никелевого сплава) окружает твердое внутреннее. Похоже, что Меркурий имеет твердую силикатную кору и мантию, лежащую на твердом внешнем слое ядра из сульфида железа. Еще глубже лежит жидкий слой, и, наконец, в самом центре, возможно, находится твердое внутреннее ядро».
     Эти данные особо важны для понимания процессов формирования магнитного поля Меркурия, а также его термической эволюции.

И здесь вода?

     Упорные поиски воды на поверхности Луны сегодня на слуху у всех имеющих отношение к космонавтике - и любителей, и профессионалов. Про меркурианскую воду пока говорят мало: допустить ее существование на планете, в окрестностях которой солнечная постоянная в семь раз больше, чем на орбите Земли, а дневная температура поверхности достигает 700 К, вообще говоря, сложно.
     Однако еще двадцать лет назад радиообсерватория Аресибо обнаружила, что небольшие участки поверхности Меркурия, расположенные в околополярных районах, обладают аномальной яркостью в радиодиапазоне. Изучение этих участков и прояснение их природы было одной из основных научных задач миссии Messenger.
     «До него у нас в распоряжении не было ни единого космического снимка поверхности планеты, где удалось бы зафиксировать эти образования, - признает Нэнси Чабот (Nancy L. Chabot), специалист по камере MDIS из APL. - Снимкй MDIS показывают, что все яркие в радиодиапазоне детали вблизи южного полюса находятся в зоне постоянной тени, и вблизи северного полюса Меркурия такие отложения также видны лишь в затененных областях. Эти результаты соответствуют гипотезе водяного льда».

Космический аппарат MESSENGER
Изображение южного полюса Меркурия по данным камеры MDIS
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     По мнению Нэнси Чабот, к таким перманентно затененным областям может быть отнесена примерно пятая часть района в радиусе 200 км от южного полюса Меркурия. Атмосфера на Меркурии практически отсутствует, а планетные грунты обычно обладают низкой теплопроводностью, так что условия в глубоких полярных кратерах должны мало зависеть от близости к Солнцу. Таким образом, объем запасов воды на планете может оказаться немалым.
     Но не все так просто! Исследование отражательной способности «ледяных» участков уже в оптическом диапазоне с помощью все того же лазерного альтиметра MLA дало прямо противоположные результаты: альбедо поверхности в интересующих точках не только не оказалось повышенным, что было бы еще одним хорошим доводом в пользу «ледяной» гипотезы, - напротив, оно аномально низкое! Кроме того, в некоторых кратерах, соответствующих ярким радиодеталям, температурное состояние поверхности не очень сочетается с образованием «холодной ловушки». В лучшем случае приходится допустить существование некоего изолирующего слоя толщиной порядка 10 см, который бы позволил льду иметь более низкую температуру, чем поверхность планеты.

Космический аппарат MESSENGER

Космический аппарат MESSENGER
Карта сев. полярной области Меркурия по результатам съемки камерой MDIS с наложением радиолокационных деталей обсерватории Аресибо (показаны желтым). Все радиояркие детали соответствуют затененным кратерам Меркурия. Параллели проведены через 5°.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     В связи с этим ученые выдвинули версию, что, кроме водяного льда, в полярных кратерах могут откладываться и другие вещества, в частности соединения серы и даже органика. Таким образом считать вопрос закрытым пока рано: более полное представление о характере этих отложений должны обеспечить новые снимки MDIS и данные нейтронного спектрометра NS, а в будущем - результаты измерений российского прибора MGNS с борта европейского КА BepiColombo.

Не уходя от поверхности

     Напомним, что год назад Messenger был выведен на вытянутую эллиптическую орбиту спутника Меркурия наклонением 82.5°, высотой 207x15261 км и периодом обращения 12.07 часа. Орбита эта не является устойчивой: ее перицентр самопроизвольно поднимается, а апоцентр опускается под действием возмущающих сил, обусловленных несферичностью Меркурия и действием солнечной гравитации. Кроме того, перицентр движется в плоскости орбиты, смещаясь от своего первоначального положения над 60°с.ш., что позволяет вести детальную съемку поверхности на разных широтах. А вот подъем перицентра таким наблюдениям вредит, и приходится регулярно проводить коррекции орбиты - как правило, дважды за меркурианский год, равный 88 земным суткам.
     Три первые коррекции, состоявшиеся 15 июня, 26 июля и 7 сентября 2011 г., уже были описаны (http://galspace.spb.ru/index247.html). Четвертая, с обозначением ОСМ-4, состоялась 24 октября 2011 г. и имела целью увеличение периода обращениях 11.76 до 12 часов ровно. Двигатели КА были включены в 22:12 UTC и проработали 2.7 мин; приращение скорости составило 4.16 м/с.

Космический аппарат MESSENGER
Первый снимок, сделанный 18 марта 2012 г. в рамках дополнительной программы Messenger с использованием узкоугольной камеры в составе MDIS. Область размером около 43 км снята с разрешением 42 м.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Пятая коррекция была выполнена 5 декабря 2011 в 16:08 UTC: двигатели были включены на 4.8 мин вблизи апоцентра орбиты и уменьшили скорость КА на 22.21 м/с. Как следствие, высота перицентра уменьшилась с 442 до 200 км, а период обращения - с 12.00 до 11.79 час.
     После этого по идее надо было бы скорректировать период, включив двигатели в перицентре, но руководители полета решили этого не делать. Поэтому шестая коррекция состоялась лишь 3 марта 2012 г., и вновь с целью снижения перицентра с 405 км до 200 км. Маневр начался в 01:44 UTC, длительность включения всех четырех монокомпонентных двигателей составила 171 сек, а скорость аппарата была изменена на 19.23 м/с. Подтверждение успеха этой операции специалисты APL получили лишь 492 сек спустя, когда первые радиосигналы достигли антенны дальней космической связи под Канберрой (Австралия).
     Период обращения КА после коррекции ОСМ-6 уменьшился до 11.60 час, что не очень удобно для организации связи и управления - специалисты предпочитают периоды, кратные земным суткам. Однако цель операторов и баллистиков сейчас состоит в том, чтобы довести период обращения до восьми часов, так что его текущее снижение весьма кстати. По сути ОСМ-6 стал первым из трех запланированных маневров для перехода к новой орбите, с которой будет осуществляться следующая, дополнительная стадия научной программы. Очередные две коррекции предполагается осуществить 16 и 20 апреля путем торможения КА в перицентре; они-то и уменьшат период до 8 часов.

Космический аппарат MESSENGER

Космический аппарат MESSENGER
Детальный черно-белый и обзорный цветной снимки кратера Ходжкине диаметром около 18 км, расположенного на 28.6° с.ш., 17.7° в.д. Кадры отсняты 13 и 15 марта соответственно; разрешение составляет 34 и 251 м
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     После окончания этапа глобального картографирования и выполнения основной научной программы высвобождаются многие из инструментов, а также появляется возможность выполнить новый пакет научных задач и ответить на многие возникшие вопросы. Восьмичасовая орбита увеличивает на 50% количество наблюдений с малых высот северной околополярной области Меркурия, в том числе и постоянно затененных кратеров. Кроме того, снижение высоты апоцентра по сравнению с 12-часовой орбитой позволит наблюдать с большим разрешением и южную полярную область.
     Официально дополнительная научная программа стартовала 18 марта. В этот же день были получены и первые снимки «нового этапа» с высоким разрешением, составляющим до 42 м на элемент изображения. Обеспечить покрытие с таким разрешением всей поверхности Меркурия невозможно, так что основное глобальное картографирование ведется с двухсотметровым разрешением. Более детальные съемки организуются только для особо интересных с научной точки зрения объектов.
     Работа на этом этапе во многом будет строиться на основе данных, полученных за первый год исследований, и возникших за это время новых вопросов. Исследователей интересует:

     - Каковы источники летучих компонентов, обнаруженных на поверхности Меркурия?
     - Как давно сохраняется вулканизм?
     - Как изменялась топография Меркурия во времени?
     - Каково происхождение локализованных областей повышенной плотности экзосферы на Меркурии?
     - Как солнечный цикл влияет на экзосферу Меркурия и перенос летучих элементов?
     - Каково происхождение энергичных электронов Меркурия?

Космический аппарат MESSENGER
7 марта Messenger подвергся удару солнечного шторма. Аппарат не пострадал, однако сделанные в тот день изображения были буквально испещрены полосами и пятнами - следами воздействия высокоэнергичных частиц на ПЗС-матрицу узконаправленной камеры NAC. Полученные снимки, конечно, во всей красе иллюстрируют величие космической стихии, но - увы - теперь эти районы поверхности Меркурия придется снимать повторно.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     В ходе дополнительной программы ученые рассчитывают провести более полные измерения магнитосферы и экзосферы планеты, причем в период более активного Солнца, в большей степени сконцентрироваться на наблюдениях поверхности Меркурия с малых высот и существенно разнообразить цели и задачи этих наблюдений.

С первым апреля!

     Международный день юмора команда миссии решила отметить весьма своеобразным способом. В ночь перед наступлением вожделенной даты на сайте проекта появилась сенсационная новость: Messenger обнаружил у Меркурия небольшую луну!
     Судя по снимку, сделанному широкоугольной камерой WAC, она имела сильно вытянутую форму с максимальным размером около 70 м и напоминала скорее захваченный астероид. Объекту дали имя Кадуцей (Caduceus) по названию жезла, который носил с собой мифологический Меркурий.
     В связи с этим команда миссии, осознавая уникальность момента и открывающиеся перед наукой перспективы, приняла экстренный новый план. Суть его заключалась в том, чтобы отказаться от выполнения второго этапа научной программы, да и вообще от продолжения миссии, ради возможности осуществления доставки на Землю образцов грунта из системы Меркурия. Баллистики немедленно просчитали новый маневр и выдали результат: если с использованием оставшегося топлива разогнать Messenger до максимальной скорости и обрушить его на Кадуцей, то последний получит импульс, достаточный для преодоления слабого тяготения Меркурия и выхода на траекторию полета к Земле.

Космический аппарат MESSENGER
С 1 апреля! Кадуцей
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Маневр планировалось осуществить с таким расчетом, чтобы избежать падения все же достаточно крупного объекта как на обитаемую сушу, так и в океаны. В качестве места посадки была выбрана Земля Уилкса в Антарктиде, где, по расчетам, удар не должен был привести ни к разрушениям, ни к образованию цунами. После этого к сбору уцелевших образцов должен был приступить персонал антарктической станции МакМёрдо.
     Ради интереса можно подсчитать количество несуразностей в таком плане - рекомендую заняться этим вместе с друзьями, интересующимися астрономией и космонавтикой, и посмотреть, кто их найдет больше! Ну, а если серьезно, то даже без столь интригующих перспектив сегодня уже понятно, что Messenger коренным образом изменил наши взгляды на Меркурий, и продолжение миссии обещает еще много новых открытий. Основные результаты первого года полета опубликованы в Science Express от 21 марта и представлены на 43-й Лунной и планетарной конференции, состоявшейся в середине марта в Вудланде (США, штат Техас).
Автор материала: И. СОБОЛЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ" 

Ты за несколько минут сможешь photoshop скачать из интернета в ноутбук
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru