Краткие факты
День
Около 59 земных дней (чтобы совершить один оборот вокруг своей оси)
Солнечные сутки Около 176 земных суток (один полный цикл дня и ночи)
Год 88 Земные дни
Радиус 1516 миль | 2439,7 км
Тип планеты Земной
Луны 0
Острожно! Впереди просто гигантская статья о планете Меркурий. В ней рассказывается:
Про планету Меркурий
Физические характеристики
Внутреннее строение
Геология
Ударные бассейны и кратеры
Равнины
Вулканы
Атмосфера Меркурия
Магнитное поле и магнитосфера
Орбита, вращение и долгота
Спин-орбитальный резонанс
Исследования с космическими зондами
Описание планеты Меркурий
Меркурий - первая планета от Солнца и самая маленькая в Солнечной системе, если не считать Плутона, статус которого постоянно меняется. Меркурий - планета земного типа, его поверхность изрыта кратерами. На планете полное отсутствие геологической активности, а также крайне разреженная атмосфера, которую называют экзосферой. Несмотря на то, что Меркурий пока что является самой маленькой планетой в Солнечной системе с средним диаметром 4,880 км, что составляет 38% от диаметра Земли, он достаточно плотный, чтобы иметь примерно такую же поверхностную гравитацию, как у Марса. Меркурий обладает динамичным магнитным полем с силой примерно 1% от магнитного поля Земли и не имеет естественных спутников.
Согласно текущим теориям, у Меркурия может быть твердая силикатная кора и мантия, лежащие на твердом внешнем ядре, более глубоком слое жидкого ядра и твердом внутреннем ядре. Из-за практически отсутствующей атмосферы, сохраняющей тепло, температуры на поверхности Меркурия сильно меняются в течение дня, варьируя от 100 К (−173 °C) ночью до 700 К (427 °C) днем в районах экватора. Однако у полюсов Меркурия находятся большие резервуары водяных льдов, которые никогда не подвергаются прямому солнечному свету, их масса оценивается примерно в 0.025–0.25% массы антарктического ледового покрова. Существует множество конкурирующих гипотез о происхождении и развитии Меркурия, некоторые из которых включают столкновения с планетезималью и испарение камней.
Меркурий находится очень близко к Солнцу, и интенсивность солнечного света на его поверхности составляет от 4,59 до 10,61 раза солнечной постоянной (количество энергии Солнца, получаемой на расстоянии 1 астрономической единицы, что примерно равно расстоянию между Землей и Солнцем). Меркурий вращается вокруг Солнца в резонансе "3:2" между его периодом вращения вокруг своей оси и периодом обращения вокруг Солнца, что означает, что относительно фиксированных звезд на небосводе, он делает три оборота вокруг своей оси за каждые два оборота вокруг Солнца. В силу медленного вращения Меркурия наблюдатель на планете увидел бы только один солнечный день Меркурия (176 земных дней) в течение двух меркурианских солнечных лет (по 88 земных дней каждый).
Ось Меркурия имеет наименьшее наклонение среди всех планет Солнечной системы (примерно 1⁄30 градуса), а его орбитальная эксцентриситет - самая большая среди всех известных планет Солнечной системы.
Подобно Венере, Меркурий обращается вокруг Солнца внутри орбиты Земли, поэтому его можно увидеть на небосводе Земли только как "утреннюю звезду" или "вечернюю звезду", находящуюся относительно близко к Солнцу. Он назван в честь римского бога Меркурия, бога торговли, коммуникации и посланника богов. Меркурий - самая труднодоступная планета для достижения с Земли, потому что требует наибольшего изменения скорости космического аппарата. К 2023 году Меркурий посетили только две космические миссии: "Маринер 10" пролетел мимо Меркурия в 1974 и 1975 годах, а "MESSENGER" был запущен в 2004 году и на протяжении четырех лет совершил более 4000 облетов Меркурия. Космический аппарат "BepiColombo" запланирован окончательно прибыть к Меркурию в 2025 году и впоследствии разместить два орбитальных аппарата.
Физические характеристики
Меркурий - одна из четырех планет земной группы Солнечной системы и имеет каменистую структуру, подобную Земле. Он является самой маленькой планетой в Солнечной системе с экваториальным радиусом 2 439,7 километров. Также Меркурий меньше, но более массивен, чем крупнейшие естественные спутники Солнечной системы - Ганимед и Титан. Состав Меркурия: примерно из 70% металлических и 30% силикатных материалов.
Внутреннее строение
Меркурий имеет твердую силикатную кору и мантию, лежащие на твердом внешнем ядре из железных сульфидов, более глубоком слое жидкого ядра и твердом внутреннем ядре. Плотность планеты является второй самой высокой в Солнечной системе и составляет 5,427 г/см3, что немного меньше плотности Земли (5,515 г/см3). Если учесть эффект гравитационного сжатия у обеих планет, то материалы, из которых состоит Меркурий, будут плотнее, чем материалы Земли, с несжатой плотностью 5,3 г/см3 по сравнению с 4,4 г/см3 у Земли. Плотность Меркурия позволяет делать выводы о его внутренней структуре. Несмотря на то, что высокая плотность Земли обусловлена в значительной степени гравитационным сжатием, особенно в области ядра, Меркурий намного меньше, и его внутренние области не так сильно сжаты. Поэтому для того чтобы иметь такую высокую плотность, его ядро должно быть большим и богатым железом.
Ядро Меркурия занимает около 57% его объема, в то время как на Земле эта пропорция составляет 17%. Исследования, опубликованные в 2007 году, подсказывают, что у Меркурия есть расплавленное ядро. Слой мантии и коры вместе имеет толщину 420 км. Оценка толщины коры Меркурия на основе данных миссий "Mariner 10" и "MESSENGER", а также наблюдений с Земли, составляет 35 км.
Одной из отличительных особенностей поверхности Меркурия является наличие многочисленных узких хребтов, простирающихся на несколько сотен километров в длину. Считается, что они образовались во времена охлаждения и сжатия ядра и мантии Меркурия, когда кора уже затвердела.
Ядро Меркурия содержит больше железа, чем ядра любой другой крупной планеты Солнечной системы, и существует несколько теорий, пытающихся это объяснить. Самая широко принимаемая теория заключается в том, что изначально Меркурий имел соотношение металл-силикат, сходное с обычными хондритами-метеоритами, которые считаются типичными для каменистого вещества Солнечной системы, и массу, приблизительно в 2.25 раза больше его текущей массы. Ранее, в истории Солнечной системы, Меркурий мог бы столкнуться с планетезималью примерно 1/6 его массы и несколькими тысячами километров в диаметре. Такое столкновение снесло бы большую часть исходной коры и мантии, оставив за собой только ядро в качестве сравнительно крупного компонента. Аналогичный процесс, известный как гипотеза о гигантском ударе, был предложен для объяснения формирования Луны.
Как альтернативу, Меркурий мог образоваться из солнечной туманности до того, как выход энергии Солнца стабилизировался. Изначально он мог иметь дважды большую массу, но по мере сжатия протосолнца температуры возле Меркурия могли достигать от 2 500 до 3 500 К и, возможно, даже 10 000 К. При таких температурах большая часть поверхностного камня Меркурия могла испариться, образуя атмосферу из "каменного пара", который мог унести солнечный ветер. Третья гипотеза предполагает, что солнечная туманность оказывала сопротивление на частицы, из которых аккумулировался Меркурий, что означало, что более легкие частицы были потеряны из аккумулирующегося материала и не собирались Меркурием.
Каждая из гипотез предсказывает различный состав поверхности, и две космические миссии были задачей сделать наблюдения этого состава. Первая миссия "MESSENGER", завершившаяся в 2015 году, обнаружила поверхность с более высоким уровнем калия и серы, чем ожидалось, что указывает на то, что гипотеза о гигантском ударе и испарение коры и мантии не произошли, потому что упомянутый калий и сера были бы выдуваемыми экстремальным теплом этих событий. Миссия "BepiColombo", которая прибудет на Меркурий в 2025 году, проведет наблюдения для проверки этих гипотез.
Геология
Поверхность Меркурия сходна по внешнему виду с поверхностью Луны: здесь обширные равнинные области, напоминающие мари, и многочисленные кратеры, свидетельствующие о его геологической неактивности на протяжении миллиардов лет. Однако поверхность Меркурия более гетерогенна, чем поверхности Марса или Луны, которые содержат значительные участки с похожей геологией, такие как моря и плато. Особенности альбедо - это области с значительно различной отражательной способностью, которые включают ударные кратеры, материалы выброшенные при ударах и системы лучей. Более крупные альбедо характеризуются более высокой отражательной способностью равнин. На поверхности Меркурия можно наблюдать дорсы (также называемые "складчатыми хребтами"), высокогорные области, горные хребты, равнины, обрывы и долины, напоминающие лунные ландшафты.
Мантия планеты химически неоднородна, что указывает на то, что планета пережила фазу магматического океана в ранней истории своего развития. Кристаллизация минералов и конвективные процессы привели к формированию слоистой и химически неоднородной коры с крупномасштабными изменениями химического состава на поверхности. Кора содержит мало железа, но много серы, что обусловлено более сильными химически редуцирующими условиями в ранний период, чем у других террестриальных планет. Поверхность планеты преимущественно состоит из бедных железом пироксена и оливина, представленных соответственно энстатитом и форстеритом, а также натрий-богатыми плагиоклазами и минералами смешанного содержания магния, кальция и железосульфида. Менее отражательные области коры богаты углеродом, скорее всего в форме графита.
Названия объектов на поверхности Меркурия происходят из различных источников. Названия, связанные с людьми, ограничиваются умершими личностями. Кратеры носят имена художников, музыкантов, живописцев и авторов, которые внесли выдающийся или фундаментальный вклад в свою область. Гребни, или дорсы, названы в честь ученых, внесших вклад в изучение Меркурия. Впадины или фоссы получили названия по произведениям архитектуры. Горы, или монтес, получили имена, отражающие слово "горячий" на различных языках. Равнины, или планитии, названы в честь Меркурия на разных языках. Отвесные обрывы, или рупес, получили имена по названиям судов научных экспедиций. Долины, или валлес, названы в честь заброшенных городов, поселений или поселков древности.
Ударные бассейны и кратеры
Меркурий подвергался сильному бомбардированию кометами и астероидами во время своего формирования 4,6 миллиарда лет назад, а также во время, возможно, отдельного последующего периода, называемого Поздним тяжелым бомбардированием, которое завершилось 3,8 миллиарда лет назад. В течение этого периода интенсивного формирования кратеров Меркурий получал удары по всей своей поверхности, что облегчалось отсутствием атмосферы, замедляющей космические объекты. В это время на Меркурии происходила вулканическая активность; кратеры были заполнены магмой, образуя гладкие равнины, подобные мариям на Луне. Один из самых необычных кратеров - Аполлодор, или "Паук", от которого исходит серия лучей, расходящихся от места удара.
Кратеры на Меркурии имеют диаметр от небольших воронкообразных полостей до многообручных ударных бассейнов, простирающихся на сотни километров. Они представлены во всех стадиях разрушения, от относительно свежих кратеров с лучами до высоко разрушенных остатков кратеров. Кратеры на Меркурии отличаются незначительно от лунных кратеров, в том смысле, что область, покрытая их обломками, гораздо меньше из-за более сильной поверхностной гравитации Меркурия. Согласно правилам Международного астрономического союза, каждому новому кратеру должно быть присвоено имя художника, известного более чем на протяжении пятидесяти лет и умершего более чем три года до даты названия кратера.
Наибольшим известным кратером является Калис Планития, или Калисский бассейн, диаметром 1550 км. Удар, который образовал Калисский бассейн, был настолько мощным, что вызвал извержение лавы и образование концентрического кольцевого гористого образования высотой около 2 км вокруг ударного кратера. Дно Калисского бассейна заполняется геологически различной плоской равниной, нарушенной гребнями и трещинами в приближенно многоугольном узоре. Неясно, являются ли они вулканическими лавовыми потоками, вызванными ударом, или большим листом расплавленного материала, образовавшегося в результате удара.
На антиподе Калисского бассейна расположен большой участок необычной холмистой местности, известный как "Странная местность". Одна из гипотез о его происхождении заключается в том, что ударные волны, возникшие в результате удара Калиса, прошли вокруг Меркурия, сходясь на антиподе бассейна (на 180 градусов от удара). В результате высокие напряжения привели к образованию трещин на поверхности. Кроме того, было предположено, что такой рельеф формировался в результате столкновения выброшенных материалов.
Всего было обнаружено 46 ударных бассейнов на поверхности Меркурия. Один из заметных бассейнов - Толстой, имеет диаметр около 400 км и множественные концентрические кольца. Его облако выбросов простирается до 500 км от края ударного кратера, а его дно заполнено материалами гладких равнин. Бассейн Бетховена имеет схожее облако выбросов и диаметр края в 625 км. Как и на Луне, поверхность Меркурия, вероятно, подвергается воздействию процессов космической выветривания, включая воздействие солнечного ветра и удары микрометеоритов.
Равнины
На поверхности Меркурия можно выделить две геологически различные равнинные области. Первая - это плавно волнистые, холмистые равнины между кратерами, которые являются самыми древними видимыми поверхностями Меркурия, предшествующими областям с большим количеством кратеров. Эти межкратерные равнины кажется, что затмевают многие более ранние кратеры и, как правило, имеют мало мелких кратеров диаметром около 30 км.
Гладкие равнины - это обширные плоские области, заполняющие впадины различных размеров и сильно напоминающие лунные моря. В отличие от лунных морей, гладкие равнины Меркурия имеют такой же альбедо, что и старые межкратерные равнины. Несмотря на отсутствие однозначных вулканических характеристик, местоположение и закругленная, лопастная форма этих равнин сильно подтверждают их вулканическое происхождение. Все гладкие равнины Меркурия образовались значительно позже Калисского бассейна, что подтверждается гораздо меньшей плотностью кратеров, чем на облаке выбросов Калиса.
Вулканы
На Меркурии обнаружены доказательства наличия пирокластических потоков, связанных с низкопрофильными щитовыми вулканами. Идентифицированы 51 пирокластический отложение, причем 90% из них находятся в пределах ударных кратеров. Исследование состояния деградации ударных кратеров, в которых обнаружены пирокластические отложения, указывает на то, что пирокластическая активность на Меркурии происходила в течение продолжительного периода времени.
В юго-западной части края Калисского бассейна находится "безободковая впадина", состоящая из как минимум девяти перекрывающихся вулканических кратеров, каждый из которых имеет диаметр до 8 км. Таким образом, это "сложный вулкан". Днища кратеров находятся на глубине не менее 1 км от их краев, и они сильно похожи на вулканические кратеры, сформированные в результате взрывных извержений или изменений, вызванных обрушением в пустоты, образованные из-за оттока магмы обратно в магматический желоб. Ученые не смогли точно определить возраст этой вулканической системы, но сообщили, что он может составлять порядка миллиарда лет.
Атмосфера Меркурия
Поверхностная температура Меркурия варьирует от 100 до 700 К (от −173 до 427 °C) в самых экстремальных местах: на экваторе при 0° северной или 0° западной долготе, а также на 180° западной долготе. На полярных областях температура никогда не поднимается выше 180 К из-за отсутствия атмосферы и резкого градиента температур между экватором и полюсами. Точка максимальной солнечной освещенности (подсолнечная точка) достигает около 700 К в перигелии (при 0° западной или 180° западной долготе), но только 550 К в афелии (при 90° или 270° западной долготе). На темной стороне планеты средняя температура составляет 110 К. Интенсивность солнечного света на поверхности Меркурия варьируется от 4.59 до 10.61 раза солнечной постоянной (1,370 Вт/м²)
Несмотря на то, что дневная температура на поверхности Меркурия обычно чрезвычайно высокая, наблюдения подтверждают наличие льда на Меркурии. Днища глубоких кратеров на полюсах никогда не подвергаются прямому солнечному свету, и температуры там остаются ниже 102 К, значительно ниже среднего значения для всей планеты. Это создает холодную ловушку, где может накапливаться лед.
По примерным оценкам, ледяные регионы Меркурия содержат около 10^14–10^15 кг льда, возможно, покрытого слоем реголита, который препятствует сублимации. Для сравнения, антарктический ледяной шар на Земле имеет массу около 4×10^18 кг, а южный полярный колпак Марса содержит около 10^16 кг воды. Происхождение льда на Меркурии до сих пор неизвестно, но два наиболее вероятных источника - это выгазивание воды из внутренней части планеты или осаждение при столкновениях с кометами.
Меркурий слишком мал и горяч, чтобы его гравитация могла удерживать значительную атмосферу на протяжении длительных периодов времени; у него есть слабая поверхностно-ограниченная экзосфера, содержащая водород, гелий, кислород, натрий, кальций, калий и другие элементы при давлении на поверхности менее 0.5 нПа (0.005 пикобар). Экзосфера нестабильна - атомы непрерывно теряются и восполняются из различных источников. Атомы водорода и атомы гелия, вероятно, приходят из солнечного ветра, проникая в магнитосферу Меркурия, прежде чем позднее уходить в космос. Радиоактивный распад элементов в коре Меркурия является еще одним источником гелия, а также натрия и калия. Миссия MESSENGER обнаружила высокие пропорции кальция, гелия, гидроксида, магния, кислорода, калия, кремния и натрия. Водяной пар присутствует, высвобождаясь благодаря кометам, сталкивающимся с поверхностью, выбиванию воды из водорода солнечного ветра и кислорода из горной породы, а также сублимации из резервуаров водяного льда в постоянно затененных полярных кратерах. Обнаружение высокого содержания ионов, связанных с водой, таких как O+, OH− и H3O+, было неожиданностью. В связи с количеством этих ионов, обнаруженных в окружающей среде Меркурия, ученые предполагают, что эти молекулы были выброшены с поверхности или экзосферы под воздействием солнечного ветра
Натрий, калий и кальций были обнаружены в атмосфере в период с 1980 по 1990-е годы и предположительно образуются преимущественно из испарения поверхностной породы под воздействием ударов микрометеоритов, в том числе от кометы Энке. В 2008 году миссия MESSENGER обнаружила магний. Исследования показывают, что натриевые выбросы локализуются в точках, соответствующих магнитным полюсам планеты. Это указывает на взаимодействие между магнитосферой и поверхностью Меркурия.
The New York Times цитирует главного исследователя MESSENGER Шона Соломона , который оценивает объем льда как достаточно большой, чтобы «заключить Вашингтон, округ Колумбия, в ледяную глыбу глубиной две с половиной мили».
Магнитное поле и магнитосфера
Несмотря на свой маленький размер и медленную вращение с периодом 59 дней, Меркурий обладает значительным, и, кажется, глобальным магнитным полем. Согласно измерениям, сделанным зондом "Mariner 10", его сила составляет около 1,1% от силы магнитного поля Земли. Сила магнитного поля на экваторе Меркурия составляет около 300 нТ. Подобно земному, магнитное поле Меркурия имеет дипольную структуру. В отличие от земного, магнитные поля Меркурия практически совпадают с его осью вращения. Измерения, полученные от зондов "Mariner 10" и "MESSENGER", свидетельствуют о стабильности силы и формы магнитного поля.
Вероятно, что магнитное поле образуется в результате динамо-эффекта, подобно магнитному полю Земли. Этот динамо-эффект возникает из-за циркуляции жидкого ядра, богатого железом, планеты. Особенно сильные приливные нагревы, вызванные высокой эксцентриситетом орбиты планеты, помогают поддерживать часть ядра в жидком состоянии, необходимом для этого динамо-эффекта.
Магнитное поле Меркурия достаточно сильно, чтобы отклонять солнечный ветер вокруг планеты, образуя магнитосферу. Магнитосфера планеты, хотя и достаточно мала, чтобы поместиться внутри Земли, сильна, чтобы запирать плазму солнечного ветра. Это способствует обработке поверхности планеты в условиях космической среды. Наблюдения, сделанные зондом "Mariner 10", обнаружили эту низкоэнергетическую плазму в магнитосфере на ночной стороне планеты. Всплески энергичных частиц в магнитном хвосте планеты указывают на динамичность магнитосферы планеты.
Во время своего второго пролета мимо планеты 6 октября 2008 года, зонд "MESSENGER" обнаружил, что магнитное поле Меркурия может быть крайне "протекающим". Зонд столкнулся с магнитными "торнадо" - перекрученными пучками магнитных полей, соединяющими магнитное поле планеты с межпланетным пространством - которые были шириной до 800 км или третью часть радиуса планеты. Эти перекрученные магнитные потоки, технически известные как события передачи потока, образуют открытые окна в магнитном щите планеты, через которые солнечный ветер может проникать и прямо воздействовать на поверхность Меркурия через магнитное переключение. Это также происходит в магнитном поле Земли. Наблюдения "MESSENGER" показали, что скорость переключения в 10 раз выше на Меркурии, но только треть этой скорости объясняется близостью к Солнцу, как было обнаружено "MESSENGER".
Орбита, вращение и долгота
Меркурий имеет самую эксцентричную орбиту среди всех планет Солнечной системы; его эксцентриситет составляет 0,21, а расстояние от Солнца варьируется от 46 000 000 до 70 000 000 км (от 29 000 000 до 43 000 000 миль). Он выполняет один оборот вокруг Солнца за 87,969 земных суток. На диаграмме показаны эффекты эксцентриситета, наложенные на орбиту Меркурия с круговой орбитой, имеющей такую же полуось. Высокая скорость Меркурия, когда он находится близко к перигелию, явно видна из большего расстояния, которое он преодолевает за каждый интервал в 5 дней. На диаграмме меняющееся расстояние от Меркурия до Солнца представлено размером планеты, который обратно пропорционален расстоянию Меркурия от Солнца. Это изменяющееся расстояние до Солнца приводит к деформации поверхности Меркурия приливными выпуклостями, вызванными Солнцем, которые примерно в 17 раз сильнее, чем на Земле у Луны. В сочетании с 3:2 резонансом между вращением планеты вокруг своей оси, это также приводит к сложным изменениям температуры поверхности. Резонанс делает солнечный день (промежуток между двумя прохождениями меридиана Солнца) на Меркурии точно равным двум годам Меркурия, или около 176 земных дней.
Орбита Меркурия наклонена на 7 градусов к плоскости орбиты Земли (эклиптике), что является наибольшим наклоном среди всех восьми известных планет Солнечной системы. В результате транзиты Меркурия через диск Солнца могут происходить только тогда, когда планета пересекает плоскость эклиптики в момент, когда она находится между Землей и Солнцем, что происходит в мае или ноябре. Это происходит примерно раз в семь лет в среднем.
На определенных участках поверхности Меркурия наблюдатель смог бы увидеть, как Солнце немного поднимается чуть более чем на две трети над горизонтом, затем меняет направление и заходит, прежде чем вновь восходить, все это происходит в пределах одного меркурианского дня.
Это происходит потому, что примерно за четыре земных дня до перигелия угловая орбитальная скорость Меркурия становится равной его угловой вращательной скорости, так что видимое движение Солнца прекращается; ближе к перигелию угловая орбитальная скорость Меркурия превышает угловую вращательную скорость. Таким образом, для гипотетического наблюдателя на Меркурии Солнце кажется движущимся в обратном направлении. Четыре земных дня после перигелия нормальное видимое движение Солнца возобновляется. Аналогичный эффект произошел бы, если бы Меркурий находился в синхронном вращении: чередование прироста и потери вращения относительно обращения вызывало бы либрацию в долготе в 23,65°.
Спин-орбитальный резонанс
Долгое время считалось, что Меркурий синхронно прилично связан с Солнцем, то есть вращается один раз за каждую орбиту и всегда обращает одну и ту же сторону к Солнцу, так же, как одна сторона Луны всегда обращена к Земле. Радарные наблюдения в 1965 году доказали, что планета находится в резонансе 3:2 между вращением и обращением вокруг Солнца, то есть производит три оборота вокруг своей оси за каждые два оборота вокруг Солнца. Эксцентриситет орбиты Меркурия делает этот резонанс стабильным — в перигелии, когда солнечное приливное воздействие наибольшее, Солнце почти неподвижно на небе Меркурия.
Моделирование показывает, что эксцентриситет орбиты Меркурия хаотически изменяется от практически нулевого (кругового) до более чем 0.45 в течение миллионов лет из-за возмущений от других планет. Считалось, что это объясняет 3:2 резонанс Меркурия (вместо более обычного 1:1), потому что этот режим более вероятно возникает в периоды высокого эксцентриситета. Однако точное моделирование на основе реалистичной модели приливного воздействия показало, что Меркурий был пойман в резонанс 3:2 на очень ранней стадии своей истории, в пределах 20 (скорее, 10) миллионов лет после своего образования.
Численные симуляции показывают, что в будущем взаимодействие перигелия Меркурия с Юпитером в резонансной орбите может привести к увеличению эксцентриситета орбиты до такой степени, что существует 1% вероятность потери стабильности орбиты в течение следующих пяти миллиардов лет. Если это произойдет, Меркурий может упасть на Солнце, столкнуться с Венерой, быть выброшенным из Солнечной системы или даже нарушить остальную часть внутренней Солнечной системы.
Исследования с космическими зондами
Достичь Меркурия из Земли представляет существенные технические сложности, потому что он орбитально находится гораздо ближе к Солнцу, чем Земля. Космический аппарат, направляющийся к Меркурию с Земли, должен преодолеть более 91 миллиона километров (57 миллионов миль) притяжения гравитационной ямы Солнца. Орбитальная скорость Меркурия составляет 47,4 км/с, орбитальная скорость Земли - 29,8 км/с . Поэтому космический аппарат должен совершить значительное изменение скорости (дельта-скорость) для достижения Меркурия и затем войти в орбиту, по сравнению с дельта-скоростью, необходимой для миссий к планете, например, к Марсу.
Потенциальная энергия, высвобождаемая при спуске по потенциальной яме Солнца, превращается в кинетическую энергию, требующую изменения дельта-скорости для выполнения любых маневров, кроме пролета мимо Меркурия. Некоторая часть этого бюджета дельта-скорости может быть обеспечена за счет гравитационного ускорения при одном или нескольких пролетах мимо Венеры. Чтобы приземлиться безопасно или войти в стабильную орбиту, космический аппарат полностью полагается на ракетные двигатели. Аэробрейкинг исключен, так как у Меркурия практически отсутствует атмосфера. Для поездки на Меркурий требуется больше ракетного топлива, чем для покидания Солнечной системы в целом. В результате этого на данный момент туда побывали только три космических зонда. Предложенный альтернативный подход предполагает использование солнечного паруса для достижения синхронной орбиты вокруг Солнца.
Маринер 10
Первым космическим аппаратом, который посетил Меркурий, был Mariner 10 НАСА (1974–1975 гг.) Космический аппарат использовал гравитацию Венеры для коррекции своей орбитальной скорости и приближения к Меркурию, став первым космическим зондом, использующим этот гравитационный "переброс", а также первой миссией НАСА, посетившей несколько планет. Mariner 10 предоставил первые крупные изображения поверхности Меркурия, которые выявили много геологических особенностей, таких как гигантские скарпы, которые позднее были объяснены эффектом уменьшения планеты из-за охлаждения ее железного ядра. К сожалению, каждый раз при близких подходах Mariner 10 освещалась одна и та же сторона планеты. Это сделало невозможным близкое наблюдение за обеими сторонами планеты и привело к картографированию менее 45% ее поверхности.
Космический аппарат совершил три близких подхода к Меркурию, самый близкий из которых привел его на расстояние 327 км от поверхности. На первом близком подходе приборы обнаружили магнитное поле, что было большим сюрпризом для планетологов — ожидалось, что вращение Меркурия будет слишком медленным для образования значительного динамо-эффекта. Второй близкий подход в основном использовался для изображения, но на третьем подходе были получены обширные магнитные данные. Эти данные показали, что магнитное поле планеты очень похоже на магнитное поле Земли, которое отклоняет солнечный ветер вокруг планеты. В течение многих лет после встреч Mariner 10, происхождение магнитного поля Меркурия оставалось предметом нескольких конкурирующих теорий.
24 марта 1975 года, всего через восемь дней после последнего близкого подхода, у Mariner 10 иссякло топливо. Поскольку его орбиту больше нельзя было точно контролировать, контроллеры миссии предписали зонду выключиться. Предполагается, что Mariner 10 до сих пор находится в орбите вокруг Солнца, приближаясь к Меркурию каждые несколько месяцев.
MESSENGER
Вторая космическая миссия НАСА на Меркурий, названная MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging), была запущена 3 августа 2004 года. Она совершила пролет у Земли в августе 2005 года, а также у Венеры в октябре 2006 года и июне 2007 года, чтобы поместить ее на правильную траекторию для достижения орбиты вокруг Меркурия. Первый пролет мимо Меркурия состоялся 14 января 2008 года, второй - 6 октября 2008 года, а третий - 29 сентября 2009 года. Большая часть полушария, которое не было сфотографировано Mariner 10, была отображена во время этих пролетов. Зонд успешно вошел в орбиту вокруг планеты 18 марта 2011 года. Первое орбитальное изображение Меркурия было получено 29 марта 2011 года. Зонд завершил однолетнюю миссию картографирования, а затем начал продленную миссию на один год до 2013 года. В дополнение к наблюдениям и картографированию Меркурия, MESSENGER изучал солнечный максимум 2012 года.
Миссия была разработана для разрешения шести ключевых вопросов: высокой плотности Меркурия, его геологической истории, природы его магнитного поля, структуры его ядра, наличия льда на его полюсах и происхождения его слабой атмосферы. Для этого зонд был оснащен устройствами для съемки изображений с гораздо более высоким разрешением большей части поверхности Меркурия, чем Mariner 10, а также различными спектрометрами для определения содержания элементов в коре и магнетометрами и устройствами для измерения скорости заряженных частиц. Измерения изменений орбитальной скорости зонда предполагалось использовать для выводов о структуре внутренней части планеты.
Последнее маневрирование MESSENGER состоялось 24 апреля 2015 года, и он столкнулся с поверхностью Меркурия 30 апреля 2015 года. Столкновение космического аппарата с Меркурием произошло около 15:26 по восточному времени 30 апреля 2015 года, оставив кратер, оцененный в 16 м в диаметре.
BepiColombo
Европейское космическое агентство и Японское космическое агентство разработали и запустили совместную миссию под названием BepiColombo, которая будет летать вокруг Меркурия с помощью двух зондов: один для картографирования планеты, а другой для изучения ее магнитосферы.
Запущенная 20 октября 2018 года, BepiColombo ожидается достигнуть Меркурия в 2025 году. Зонд выпустит магнитометрический зонд на эллиптическую орбиту, а затем химические ракеты запустят маппер-зонд на круговую орбиту. Оба зонда будут работать в течение одного земного года. Маппер-зонд оснащен набором спектрометров, аналогичных тем, которые были на борту зонда MESSENGER, и будет исследовать планету на разных длинах волн, включая инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. BepiColombo провел первое из шести запланированных пролетов мимо Меркурия 1 октября 2021 года.
В 2019 году Роскосмос планировал запустить российский аппарат «Меркурий-П», однако теперь этот запуск перенесён на более поздний срок - не раньше 2030-х годов. Главной целью этого зонда станет мягкая посадка на поверхность Меркурия, что сделает его первым в истории космическим аппаратом с такой уникальной задачей.
Специалисты Роскосмоса уже провели предварительную проработку проекта, разработали концепцию посадочного аппарата и определили состав научной аппаратуры для успешной миссии. Однако на данный момент проект «Меркурий-П» не входит в «Стратегию развития космической деятельности России до 2030 года и на дальнейшую перспективу», что означает, что отправка посадочной станции к Меркурию пока не планируется.