© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Вопросы, требующие решений

3. Какова́ природа магнитного поля Меркурия?

Магнитное поле и магнитосфера планеты, являющаяся результатом взаимодействия поля с солнечным ветром, во многом уникальны. Самым неожиданным является сам факт существования магнитного поля у столь малой планеты. Магнитное поле Меркурия напоминает по форме "дипольное" магнитное поле Земли. Его источник, возможно, находится в центре планеты. У Венеры, Марса и Луны, напротив, не существует свидетельств наличия внутренних дипольных магнитных полей. На Луне и Марсе обнаружены локальные магнитные поля, расположенные в различных горных месторождениях. Земное магнитное поле является весьма динамическим, непрерывно изменяющимся под воздействием активности Солнца, его вспышек и ветра. Мы наблюдаем такое влияние по воздействию на энергетические и радио-системы, системы связи и т.п. Изучение динамики изменения магнитного поля Меркурия, расположенного значительно ближе к Солнцу, а, следовательно, подверженного его большему влиянию, поможет нам глубже понять взаимодействие Солнца с магнитосферой планет в целом и, в частности, взаимодействие Солнца с земной магнитосферой.

Несмотря на то, что магнитное поле Меркурия представляет собой как бы магнитное поле Земли в миниатюре, Маринеру-10 не удалось произвести его достаточные измерения. До сих пор существует значительная неопределённость в вопросе о величине магнитного поля планеты. Неизвестна ни природа магнитного поля Меркурия, ни его источник. По теоретическим предположениям магнитное поле Меркурия, согласно одной теории, может представлять собой либо остаточное поле, не имеющее активного на данный момент источника, либо, согласно другой теории, для возбуждения магнитного поля у планеты необходимо наличие жидкого ядра, а возможность его существования сейчас оспаривается учёными, потому, что запасы тепла у такой небольшой планеты, как Меркурий, теоретически не могли сохраниться дольше четверти её возраста, т.е. дольше 1-1,5 млрд. лет, а медленное вращение планеты плохо согласуются с представлениями о необходимых для возбуждения поля условиях - считается недостаточным. Однако, согласно выводам обеих теорий, результирующая геометрическая форма магнитного поля планеты теоретически должна иметь незначительные отличия. Следовательно, точные измерения магнитного поля Меркурия позволят решить: какая теория верна, а какая нет.

Детальные измерения магнитного поля Меркурия будут производиться с помощью магнитометра Мессенджера с его орбиты в течение четырёх меркурианских лет (напомним, что меркурианский год равен 88-ми земным суткам). Будет измерена интенсивность магнитного поля и зависимость величины её изменения от географического положения и высоты. Воздействие Солнца на динамические изменения магнитного поля будет измеряться магнитометром в комплексе с измерениями плазменным спектрометром и спектрометром частиц высоких энергий. Данные высокоточные измерения будут проводиться в широком диапазоне орбитального охвата планеты космическим аппаратом. В итоге, учёные надеются придти к пониманию природы происхождения магнитного поля Меркурия и его взаимодействия с солнечным ветром.

4. Какова́ структура ядра планеты Меркурий?

Строение Меркурия:
1. Кора, толщина — 100-300 км.
2. Мантия, толщина — 600 км.
3. Ядро, радиус — 1800 км.

Как известно из исследований Маринера-10, Меркурий имеет массивное богатое железом ядро и магнитное поле. Радарные наблюдения планеты с Земли также позволяют сделать допущение, что, возможно, по крайней мере, какая-то часть ядра всё ещё находится в жидком состоянии, т.е. планета ещё не успела окончательно остыть внутри. Наличие жидкого ядра механически влияет на вращение планеты. Это происходит из-за отсутствия жесткой связи всех вращающихся частей планеты между собой - ядра и мантии. Если даже небольшая часть ядра Меркурия находится в расплавленном состоянии, это должно привести, хотя и к незначительным, но регистрируемым приборами неравномерностям во вращении планеты, так называемому пока́чиванию или либрации. Наличие того факта, что ядро планеты находится в расплавленном состоянии и не успело отверде́ть за миллиарды лет, прошедшие с момента образования планеты, может приоткрыть для ученых историю развития планеты в целом, её термическую историю и укажет на то, что в составе ядра находится железисто-никелевый сплав с серой, температура перехода в твёрдое состояние которого значительно ниже температуры перехода "чистого желе́за". Ведь, по расчётам ученых, если бы ядро планеты состояло из "чистого желе́за", оно уже успело бы затвердеть. При добавлении же, к примеру, в расплав желе́за всего нескольких процентов серы, которая также присутствует в составе ядра, его температура перехода в твёрдое состояние значительно понижается. Другими словами, данное исследование поможет оценить и химический состав ядра планеты.

5. Что находится на полюса́х планеты?

Ось вращения Меркурия расположена практически под прямым углом к орбите планеты, что способствует тому, что солнечные лучи практически не нагревают полюса́ планеты, "соска́льзывая" с них. Некоторые полярные кратеры, обнаруженные на Меркурии, постоянно находятся в тени в зоне "вечной мерзлоты́". Радарные наблюдения полярных областей Меркурия с Земли позволяют сделать вывод, что коэффициент отражения полярных кратеров существенно выше коэффициента отражения прилегающих областей (естественно, на длинах волн радарного диапазона), что указывает на возможное сходство с полярными шапками на Марсе и некоторых спутниках Юпитера. Можно предположить, что на полюса́х Меркурия находится лёд. Данная гипотеза является ещё более интригующей, если учесть то, что Меркурий - планета, расположенная близко к Солнцу. Считается, что температура постоянно расположенных в те́ни кратеров достаточно низка для того, чтобы обеспечить стабильность большинства наблюдаемых ледяных отложений. Откуда же на Меркурии могла взяться вода? Вероятнее всего, она была занесена́ туда с кометами и метеоритами, захваченными планетой за миллиарды лет своего существования, либо испарилась из недр планеты, замёрзнув затем на полюса́х. Также интересным является то, что известно несколько содержащих сильно отражающие при рада́рном обследовании поверхности кратеров на более "тёплых" широтах планеты (до 72° с.ш.), где, очевидно, не могли сохраниться ледяные отложения от коме́т столь длительное время, и, если они всё же существуют, то их возникновение относится, скорее всего к более близкой геологической эпохе - не более нескольких миллионов лет назад. Существует альтернативная точка зрения по данному вопросу. Согласно ей, яркие области на поверхности планеты являются не водяным льдом, а залежами серы. Сера могла быть занесена́ на планету метеоритами, либо просто являться составляющей поверхности Меркурия и надолго сохраниться в холодных областях планеты в первозданном виде. Есть также ещё одна точка зрения. Согласно ей, сильно отражающие элементы поверхности ландша́вта Меркурия образованы силикатами, находящимися при экстремально низких температурах.

Данные вопросы предполагается решить с помощью нейтронного спектрометра Ме́ссенджера, который будет осуществлять поиск водорода, анализируя полярные отложения на Меркурии, чтобы сделать вывод, содержат ли эти отложения воду. Ультрафиолетовый спектрометр и спектрометр частиц высоких энергий позволят обнаружить в незначительных испарениях отложений серу и ОН. Лазерный высотоме́тр исследует топографические характеристики участков поверхности планеты, находящихся в зоне постоянного затенения.

Исследование структуры отложений на полюсах Меркурия позволит внести ясность в вопросы наличия и классификации летучих веществ не только на Меркурии, но и внутри Солнечной системы в целом.

6. Из чего состоит атмосфера Меркурия?

На Меркурии нет атмосферы в привычном для нас понимании. Планета окружена экзосферой - тонкой оболочкой газовой смеси́, молекулы которой из-за сильного разрежения не взаимодействуют между собой, не сталкиваются друг с дру́гом, а лишь перемещаются с ме́ста на ме́сто по поверхности планеты, словно скачущие резиновые мячики. В экзосфере Меркурия открыто присутствие шести химических элементов: водорода, гелия, кислорода, натрия, калия, кальция. Очевидно, что экзосфера планеты не может быть стабильной и оставаться на планете, подобно нашей атмосфере, её существование обусловлено тем, что имеются некие источники её составляющих. Так, водород и гелий в избытке присутствуют в солнечном ветре, вероятно, что источником других элементов служит поверхность самого́ Меркурия, либо ударя́ющиеся о неё микрометеориты и кометы. Попасть в экзосферу планеты химические элементы могут в результате различных процессов, от того, с помощью какого процесса они попадут туда и зависит результирующая концентрация элементов в смеси́. Основными процессами, формирующими химический состав экзосферы Меркурия, могут являться: испарение горных пород под действием солнечных лучей, распространение элементов при ионизации солнечным ветром либо диффузия изнутри планеты. Проводимые с Земли наблюдения изменения состава экзосферы планеты в течение времени позволили учёным сделать вывод о том, что при её формировании необходимо учитывать сразу комплекс этих процессов.

Химический состав экзосферы Меркурия планируется уточнить с помощью спектроскопического анализа спектрометрами частиц высоких энергий и ультрафиолетового диапазона. Будет проведено сравнение результатов данного исследования с результатами исследования состава поверхностных пород, измерение состава которых будет проводиться с помощью спектрометрического анализа нейтронным, гамма и X-лучевым спектрометрами. Облетая планету, Ме́ссенджер проведёт наблюдения изменений состава экзосферы в зависимости от места и времени. Комплекс данных измерений позволит объяснить природу Меркуриа́нской экзосферы и процессов, способствующих её образованию.