Атмосфера и гидросфера меркурия. Регенерация атмосферы на меркурии

> > Атмосфера Меркурия

Из чего состоит атмосфера Меркурия : описание первой планеты Солнечной системы, наличие атмосферы, состав, химические компоненты, характеристика магнитосферы.

Если просто рассматривать фото Меркурия, то кажется, что смотришь на холодную пустыню. Но первая планета от Солнца все же способна похвастаться атмосферой. Конечно, это не земное богатство, но MESSENGER уловил тонкий слой. Как же выглядит наличие атмосферы Меркурия?

Как выглядит атмосфера Меркурия

Можно сказать, что атмосфера планеты Меркурий рассеялась еще 4.6 миллиардов лет назад при планетарном формировании. Проблема в низкой гравитации и приближенности к звезде, что не позволило противостоять мощным солнечным ветрам.

Как выглядит атмосфера Меркурия сейчас? Это тонкий шар, химический состав которого представлен кислородом, гелием, водородом, натрием, калием, водяным паром и кальцием. Ученые полагают, что состав все время обогащается частичками звездного ветра, радиоактивным распадом поверхностных элементов, вулканической дегазацией, а также осколками и пылью с метеоритов. Если не это, то не осталось бы и такой слабой атмосферы.

Атмосферный состав Меркурия:

• 42% ­– кислород.
• 29% – натрий.
• 22% – водород.
• 6% – гелий.
• 0.5% – калий.

Также стоит отметить небольшие примеси аргона, двуокиси углерода, воды, криптона, кальция, ксенона, азота и магния.

В 2008 году аппарат MESSENGER уловил присутствие водяного пара, формирующегося при контакте атомов водорода и кислорода.

Эти химические элементы атмосферы планеты важны, так как способны намекать на жизнь в чужих мирах. Особое значение имеют вода и водяной лед. При детальном анализе удалось отыскать ледяные залежи в глубинах кратеров на полюсах, куда не попадают прямые солнечные лучи. Метан иногда выступает побочным продуктом деятельности живых организмов. Но на Меркурии он способен появляться из-за вулканической или гидротермальной активности. Эта разновидность газа не отличается устойчивостью, поэтому нуждается в стабильном пополнении. Скорее всего, производится из почвенных перхлоратов и пероксидов.

Несмотря на небольшое количество атмосферы, ее делят на 4 слоя. Нижняя – теплый участок (210 К), прогревающийся из-за пыли и поверхностного тепла. Средняя располагает реактивным потоком. Верхняя прогревается звездными ветрами. На высоте в 200 км начинается экзосфера, у которой не наблюдается четкой границы.

За удержание атмосферного слоя отвечает магнитосфера планета. Если гравитация сохраняет поверхностные газы, то магнитосфера отклоняет солнечный ветер.

Это одна из планет с наиболее слабой атмосферой в Солнечной системе. К тому же звездный ветер продолжает наносить удары, заставляя планетарные источники пополнять потери.

Меркурий — самая близкая к Солнцу планета (общие сведения о Меркурии и других планетах вы найдете в приложении 1) — среднее расстояние от Солнца 57 909 176 км. Однако расстояние от Солнца до Меркурия может меняться от 46,08 до 68,86 млн км. Расстояние Меркурия от Земли составляет от 82 до 217 млн км. Ось Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты.

Из-за незначительного наклонения оси вращения Меркурия к плоскости его орбиты заметных сезонных изменений на этой планете нет. Нет у Меркурия и спутников.

Меркурий — маленькая планета. Его масса составляет двадцатую часть массы Земли, а радиус в 2,5 раза меньше земного.

Ученые считают, что в центре планеты находится большое железное ядро — на его долю приходится 80 % массы планеты, а сверху — мантия из каменных пород.

Для наблюдений с Земли Меркурий — трудный объект, так как его приходится наблюдать всегда на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом, а кроме этого, в эту пору наблюдатель видит освещенной лишь половину его диска.

Первым исследовал Меркурий американский космический зонд «Маринер-10», который в 1974-1975 гг. трижды пролетел мимо планеты. Максимальное сближение этого космического зонда с Меркурием составляло 320 км.

Поверхность планеты похожа на сморщенную яблочную кожуру, она изрыта трещинами, впадинами, горными хребтами, наиболее высокие из которых достигают 2-4 км, отвесными уступами-эскарпами высотой 2-3 км и длиной в сотни километров. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. Средняя плотность грунта — 5,43 г/см 3 .

На изученном полушарии Меркурия имеется единственное ровное место — Равнина Жары. Предполагается, что это застывшая лава, излившаяся из недр после столкновения с гигантским астероидом около 4 млрд лет назад.

Атмосфера Меркурия имеет крайне низкую плотность. Она состоит из водорода, гелия, кислорода, паров кальция, натрия и калия (рис. 1). Водород и гелий планета, вероятно, получает от Солнца, а металлы испаряются с ее поверхности. «Атмосферой» эту тонкую оболочку можно назвать лишь с большой натяжкой. Давление у поверхности планеты в 500 млрд раз меньше, чем у поверхности Земли (это меньше, чем в современных вакуумных установках на Земле).

Общие характеристики планеты Меркурий

Максимальная температура поверхности Меркурия, зарегистрированная датчиками, +410 °С. Средняя температура ночного полушария равна -162 °С, а дневного +347 °С (этого достаточно, чтобы расплавить свинец или олово). Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100 °С. На глубине 1 м температура постоянна и равна +75 °С, ведь пористый грунт плохо проводит тепло.

Органическая жизнь на Меркурии исключается.

Рис. 1. Состав атмосферы Меркурия

Поверхность Меркурия, кратко говоря, напоминает Луну. Обширные равнины и множество кратеров говорят о том, что геологическая активность на планете прекратилась миллиарды лет назад.

Характер поверхности

Поверхность Меркурия (фото приведено далее в статье), снятая зондами «Маринер-10» и «Мессенджер», внешне была похожа на лунную. Планета в значительной мере усеяна кратерами разных размеров. Мельчайшие из видимых на самых детальных фотографиях «Маринера» измеряются несколькими сотнями метров в диаметре. Пространство между крупными кратерами относительно плоское и представляет собой равнины. Оно похоже на поверхность Луны, но занимает намного больше места. Подобные области окружают наиболее заметную ударную структуру Меркурия, образованную в результате столкновения, - бассейн равнины Жары (Caloris Planitia). При встрече с «Маринером-10» была освещена только ее половина, а полностью она была открыта «Мессенджером» во время его первого пролета мимо планеты в январе 2008 года.

Кратеры

Наиболее распространенными структурами рельефа планеты являются кратеры. Они в значительной мере покрывают поверхность (фото приведены далее) на первый взгляд похожа на Луну, но при более близком изучении у них выявляются интересные различия.

Гравитация на Меркурии более чем в два раза превышает лунную, отчасти из-за большой плотности его огромного ядра, состоящего из железа и серы. Большая сила тяжести стремится удержать вещество, выброшенное из кратера, вблизи места столкновения. По сравнению с Луной, оно падало на расстоянии, составляющем лишь 65% от лунного. Это может быть одним из факторов, которые способствовали возникновению на планете вторичных кратеров, образованных под воздействием выброшенного материала, в отличие от первичных, возникших непосредственно при столкновении с астероидом или кометой. Более высокая сила тяжести означает, что сложные формы и конструкции, характерные для крупных кратеров — центральные пики, крутые склоны и ровное основание, — на Меркурии наблюдаются у меньших кратеров (минимальный диаметр около 10 км), чем на Луне (около 19 км). Структуры меньше этих размеров имеют простые чашеподобные очертания. Кратеры Меркурия отличаются от марсианских, хотя эти две планеты имеют сопоставимую гравитацию. Свежие кратеры на первой, как правило, глубже, чем соразмерные образования на второй. Это может быть следствием низкого содержания летучих веществ в коре Меркурия или более высоких ударных скоростей (поскольку скорость объекта на солнечной орбите увеличивается при приближении к Солнцу).

Кратеры больше 100 км в диаметре начинают приближаться к овальной форме, характерной для подобных крупных образований. Эти структуры - полициклические бассейны - имеют размеры 300 км и более и являются результатом наиболее мощных столкновений. Несколько десятков их было обнаружено на сфотографированной части планеты. Изображения «Мессенджера» и лазерная альтиметрия внесли большой вклад в понимание этих остаточных шрамов от ранних астероидных бомбардировок Меркурия.

Равнина Жары

Эта ударная структура простирается на 1550 км. При первоначальном ее обнаружении «Маринером-10» считалось, что ее размеры значительно меньше. Внутреннее пространство объекта представляет собой гладкие равнины, укрытые складчатыми и изломанными концентрическими окружностями. Крупнейшие хребты простираются на несколько сотен километров в длину, около 3 км в ширину и менее 300 метров в высоту. Более 200 изломов, сопоставимых по размерам краями, исходят от центра равнины; многие из них являются впадинами, ограниченными бороздами (грабенами). Там, где грабены пересекаются с гребнями, они, как правило, проходят через них, что свидетельствует об их более позднем формировании.

Типы поверхности

Равнину Жары окружают два типа местности — ее кромка и рельеф, образованный выброшенной породой. Кромка представляет собой кольцо неправильных горных блоков, достигающих 3 км в высоту, которые являются самыми высокими горами, обнаруженными на планете, с относительно крутыми склонами в направлении к центру. Второе гораздо меньшее кольцо отстоит на 100-150 км от первого. За внешними склонами расположена зона линейных радиальных хребтов и долин, частично заполненных равнинами, некоторые из которых усеяны многочисленными буграми и холмами в несколько сотен метров. Происхождение образований, составляющих широкие кольца вокруг бассейна Жары, противоречиво. Некоторые равнины на Луне образовались в основном в результате взаимодействия выбросов с уже существующим рельефом поверхности, и это, возможно, также справедливо для Меркурия. Но результаты «Мессенджера» дают основание предположить, что значительную роль в их формировании сыграла вулканическая активность. Там не только мало кратеров, по сравнению с бассейном Жары, что указывает на затяжной период становления равнин, но они обладают другими чертами, более явно связанными с вулканизмом, чем можно было увидеть на изображениях, полученных «Маринером-10». Решающие доказательства вулканизма были получены с помощью снимков «Мессенджера», показывающих жерла вулканов, многие из которых расположены вдоль внешнего края равнины Жары.

Кратер Радитлади

Caloris является одной из самых молодых крупных полицикличных равнин, по крайней мере на исследованной часть Меркурия. Она, вероятно, образовалось тогда же, когда и последняя гигантская структура на Луне, - около 3,9 млрд лет назад. Изображения «Мессенджера» выявили еще один, гораздо меньший ударный кратер с видимым внутренним кольцом, который мог образоваться намного позже, названный бассейном Радитлади.

Странный антипод

На другой стороне планеты, в точности в 180° напротив равнины Жары, расположен участок странно искаженной местности. Ученые интерпретируют этот факт, говоря об их одновременном формировании путем фокусировки сейсмических волн от событий, которые затронули антиподальную поверхность Меркурия. Холмистая и испещренная линиями местность является обширной зоной возвышенностей, представляющих собой холмистые многоугольники шириной 5-10 км и высотой до 1,5 км. Существовавшие до этого кратеры были превращены в холмы и трещины сейсмическими процессами, в результате которых и сформировался данный рельеф. У некоторых из них дно было ровным, но затем его форма изменилась, что свидетельствует о более позднем их заполнении.

Равнины

Равнина - это относительно ровная или плавно волнистая поверхность Меркурия, Венеры, Земли и Марса, которая встречается повсеместно на этих планетах. Представляет собой «полотно», на котором развивался ландшафт. Равнины являются свидетельством процесса разрушения грубого рельефа и создания сглаженного пространства.

Существует как минимум три способа «шлифовки», благодаря которой, вероятно, выравнивалась поверхность Меркурия.

Один из способов - повышение температуры - снижает прочность коры и ее способность удерживать высокий рельеф. На протяжении миллионов лет горы «тонут», дно кратеров поднимется и поверхность Меркурия выравнивается.

Второй способ включает перемещение пород в сторону более низких участков местности под действием силы тяжести. С течением времени порода накапливается в низинах и заполняет более высокие уровни по мере увеличения ее объема. таким образом ведут себя потоки лавы из недр планеты.

Третий способ заключается в попадании фрагментов пород на поверхность Меркурия сверху, что в конечном итоге приводит к выравниванию грубого рельефа. Примером этого механизма могут служить выбросы породы при образовании кратеров и вулканический пепел.

Вулканическая активность

Некоторые доказательства, склоняющие к гипотезе о влиянии вулканической активности на формирование многих равнин, окружающих бассейн Жары, уже были приведены. Другие относительно молодые равнины на Меркурии, особенно заметные в регионах, освещенных под небольшим углом во время первого облета «Мессенджера», демонстрируют характерные особенности вулканизма. Например, несколько старых кратеров были заполнены до краев потоками лавы, подобно таким же образованиям на Луне и Марсе. Однако широко распространенные равнины на Меркурии оценить сложнее. Поскольку они старше, то очевидно, что вулканы и других вулканические образования могли подвергнуться эрозии или разрушиться иначе, затрудняя их объяснение. Понимание этих старых равнин имеет важное значение, поскольку они, вероятно, причастны к исчезновению большей части кратеров диаметром 10-30 км, по сравнению с Луной.

Эскарпы

Важнейшими формами рельефа Меркурия, которые позволяют получить представление о внутреннем строении планеты, являются сотни зубчатых уступов. Протяженность этих скал варьируется от десятков до более чем тысяч километров, а высота - от 100 м до 3 км. Если смотреть сверху, то края их кажутся округлыми или зубчатыми. Понятно, что это - результат трещинообразования, когда часть грунта поднялась и легла на прилегающую местность. На Земле такие структуры ограничены в объемах и возникают при местном горизонтальном сжатии в земной коре. Но вся исследованная поверхность Меркурия покрыта эскарпами, из чего следует, что кора планеты в прошлом уменьшилась. Из количества и геометрии эскарпов следует, что планета уменьшилась в диаметре на 3 км.

Кроме того, усадка, должно быть, продолжалась до сравнительно недавнего в геологической истории времени, так как некоторые эскарпы изменили форму хорошо сохранившихся (и, следовательно, относительно молодых) ударных кратеров. Замедление первоначально высокой скорости вращения планеты приливными силами произвело сжатие в экваториальных широтах Меркурия. Глобально распределенных эскарпы, однако, наводят на другое объяснение: позднее охлаждение мантии, возможно, в сочетании с затвердеванием части некогда полностью расплавленного ядра, привело к сжатию сердцевины и деформации холодной коры. Сокращение размеров Меркурия при охлаждении его мантии должно было привести к большему количеству продольных структур, чем можно увидеть, что говорит о незавершенности процесса сжатия.

Поверхность Меркурия: из чего состоит?

Ученые пытались выяснить состав планеты, исследуя солнечный свет, отраженный от разных ее участков. Одним из различий между Меркурием и Луной, помимо того, что первый немного темнее, является то, что спектр поверхностных яркостей его меньше. Например, моря спутника Земли — гладкие пространства, видимые невооруженным глазом как большие темные пятна — гораздо темнее, чем испещренные кратерами нагорья, а равнины Меркурия всего лишь немного темнее. Цветовые различия на планете менее выражены, хотя снимки «Мессенджера», сделанные с помощью набора цветных фильтров, показали небольшие очень красочные участки, связанные с жерлами вулканов. Эти особенности, а также относительно невыразительный видимый и ближний инфракрасный спектр отраженного солнечного света, предполагают, что поверхность Меркурия состоит из небогатых на железо и титан силикатных минералов более темного цвета, по сравнению с лунными морями. В частности, в породах планеты может быть низкое содержание окислов железа (FeO), и это приводит к предположению, что она была сформирована в гораздо более восстанавливающих условиях (т. е. при недостатке кислорода), чем другие представители земной группы.

Проблемы дистанционного исследования

Очень затруднено определение состава планеты путем дистанционного зондирования солнечного света и спектра теплового излучения, который отражает поверхность Меркурия. Планета сильно нагревается, что изменяет оптические свойства частиц минералов и осложняет прямую интерпретацию. Однако «Мессенджер» был оснащен несколькими инструментами, отсутствовавшими на борту «Маринера-10», измерявшими химический и минеральный состав напрямую. Этим приборам требовался длительный период наблюдения, пока корабль оставался вблизи Меркурия, поэтому конкретных результатов после трех первых кратких пролетов не было. Только во время орбитальной миссии «Мессенджера» появилось достаточно новой информации о составе поверхности планеты.

Когда вы смотрите на изображения Меркурия, он выглядит безвоздушным и безжизненным космическим телом. Но вы можете удивиться, узнав, что у него есть своя атмосфера.

Атмосфера планеты

Конечно, она не такая могучая как на Земле и даже меньше чем у Марса. Но она у планеты есть, и в настоящее время изучается астрономами и космическим кораблем MESSENGER.

Полноценной, газовая оболочка, если и была, то полностью рассеялась вскоре после того, как сформировались планеты около 4,6 миллиардов лет назад. Это могло произойти из-за низкой гравитации, а также из-за близкого расположения к Солнцу, которое своим солнечным ветром, ее «сдуло». В настоящее время, ее практически не заметно.

Из чего она состоит

Эта разреженная оболочка состоит из кислорода, водорода, гелия, натрия, калия и водяного пара.

Астрономы полагают, что она постоянно пополняется из различных источников: частиц солнечного ветра, вулканической дегазации, радиоактивного распада элементов на поверхности Меркурия и космической пыли с мусором, которые планета встречает на своем пути. Без этих источников пополнения, она улетучилась бы из-за солнечного ветра относительно быстро.

Состав атмосферы:

Кислород 42,0%
Натрий 29,0%
Водород 22,0%
Гелий 6%
Калий 0,5%
Остальные 0,5% (криптон, метан, водяной пар, окись азота и др.)

В 2008 году, космический корабль НАСА MESSENGER обнаружил в ней водяные пары. Считается, что эта вода образуется, когда атомы водорода и кислорода встречаются в атмосфере.

Присутствие паров воды указывает, что где-то на поверхности существует водяной лед. Залежи водяного льда были обнаружены на полюсах планеты, где дно кратеров никогда не освещается светом Солнца, подробнее можно почитать . Метан, как полагают, появляется из за вулканизма, геотермальных процессов и гидротермальной деятельности. Метан является неустойчивым газом и требует постоянного и очень активного источника, т.к. метан разрушается меньше чем за год.

Строение

Несмотря на небольшой размер, она была поделена на четыре слоя. Эти слои представляют собой нижнею, среднею, верхнюю и экзосферу. Нижние слои довольно теплая область (около 210 К). Нижние слои нагреваются от пыли в воздухе (1,5 мкм в диаметре) и теплового излучения от поверхности.

Пыль, придает ей коричневый оттенок.

В средней части атмосферы, существуют потоки воздуха, как на Земле. Верхние слои нагреваются от солнечного ветра и температура там гораздо выше, чем на поверхности. Экзосфера начинается примерно в 200 км от поверхности и не имеет четких границ, она просто плавно переходит в космос.

Магнитное поле Меркурия, помогает удерживать ее. В то время, как гравитация притягивает газы к поверхности, магнитное поле помогает сдерживать солнечные ветры вокруг планеты, так же, как на Земле. Магнитосфера позволяет сохранять ее форму.

Атмосфера является одной из наиболее слабых в Солнечной системе, давление составляет ~10*-15 бар.

Солнечный ветер постоянно выдувает ее, а источники на планете постоянно пополняют ее. Надеюсь, вышедший на орбиту планеты космический аппарат MESSENGER поможет найти источники пополнения и расширить наши знания о планете.

Ближе всех к Солнцу располагается планета Меркурий. Это самая маленькая, не имеющая спутников планета земной группы, расположенная в нашей солнечной системе. За 88 суток (около 3 месяцев), она делает 1 оборот вокруг нашего Солнца.

Лучшие фотографии, были получены с единственного космического зонда «Маринер-10», отправленного для исследования Меркурия еще в 1974 году. На этих снимках отчетливо видно, что почти вся поверхность Меркурия усыпана кратерами, поэтому довольно схожа с Лунной структурой. Большая их часть образовалась при столкновении с метеоритами. Там есть равнины, горы и плоскогорья. Встречаются так же и уступы, высота которых может доходить до 3х километров. Все эти неровности связаны с разломом коры, из-за резких перепадов температур, резкого охлаждения и последующего потепления. Скорее всего, это случилось еще при формировании планеты.

Наличие плотного металлического ядра у Меркурия, характеризуется высокой плотностью и сильным магнитным полем. Мантия и кора довольно тонкие, а значит, почти вся планета состоит из тяжелых элементов. По современным подсчетам, плотность в центре ядра планеты, достигает почти 10г/см3 , а радиус ядра составляет 75% радиуса планеты и равен 1800 км. Довольно сомнительно, что такое огромное и тяжелое железосодержащее ядро было у планеты с самого начала. Ученые полагают, что при сильном столкновении, с другим небесным телом, во время формирования солнечной системы, значительная часть мантии откололась.

Орбита Меркурия

Орбита Меркурия имеет форму эксцентрика и располагается приблизительно на расстоянии 58 000 000 км от Солнца. При движении по орбите, расстояние меняется до 24 000 000 км. Скорость вращения зависит от положения планеты к Солнцу. В афелии – наиболее удаленной от Солнца точки орбиты планеты или другого небесного тела –Меркурий движется со скоростью около 38 км/с, а перигелии – самой близкой к Солнцу точки орбиты – его скорость составляет 56 км/с. Таким образом, средняя скорость движения Меркурия составляет около 48 км/с. Так как и Луна и Меркурий, располагаются между Землей и Солнцем их фазы имеют много общих черт. В ближайшей точке к Земле он имеет форму тонкой фазы полумесяца. Но из-за очень близкого положения к Солнцу, полную его фазу увидеть очень проблематично.

День и ночь на Меркурии

Одно из полушарий Меркурия, в течение длительного срока обращено к Солнцу, из-за его медленного вращения. Поэтому смена дня и ночи там происходит значительно реже, чем на других планетах солнечной системы, да и вообще, практически не заметна. День и ночь на Меркурии равны году планеты, потому что продолжаются целых 88 суток! Так же, на Меркурии характерны значительные перепады температур: днем температура поднимается до +430 °С, а ночью, опускается до – 180 °С. Ось Меркурия практически перпендикулярна к плоскости орбиты, и составляет всего 7° , поэтому смены времен года здесь нет. Зато, рядом с полюсами, наблюдаются места, куда ни когда не проникает солнечный свет.

Характеристики Меркурия

Масса: 3,3*1023 кг (0,055 массы Земли)
Диаметр на экваторе: 4880 км
Наклон оси: 0,01°
Плотность: 5,43 г/см3
Средняя температура поверхности: –73 °С
Период обращения вокруг оси (сутки): 59 дней
Расстояние от Солнца (среднее): 0, 390 а. е. или 58 млн. км
Период обращения вокруг Солнца по орбите (год): 88 дней
Скорость вращения по орбите: 48 км/с
Эксцентриситет орбиты: e = 0,0206
Наклон орбиты к эклиптике: i = 7°
Ускорение свободного падения: 3,7 м/c2
Спутники: нет