Почему меркурианский год длится всего 1.5 меркурианских дня, в то время как солнечные дни на Меркурии длятся целых два года? Как Солнце следует необычному движению в небе Меркурия и как можно оставаться на конечной линии Солнца? Давайте раскроем странные узоры неба Меркурия.
Год Меркурия длится всего 1.5 меркурианских дня
Движение Солнца по небу Меркурия очень странное. Во-первых, вращение Меркурия действительно медленное. Или, по-другому, день Меркурия действительно длинный. Это потому, что, когда планета находится так близко, гравитация Солнца оказывает сильное приливное воздействие на ближнюю и дальнюю стороны планеты, что значительно замедляет вращение Меркурия. Меркурию требуется около 59 земных дней, чтобы совершить всего один оборот вокруг своей оси. Время одного оборота лишь немногим быстрее, чем год Меркурия, который составляет 88 земных дней. Таким образом, это означает, что меркурианский год длится всего 1 1/2 меркурианских дня.
Один солнечный день на Меркурии длится целых два меркурианских года
Во-вторых, Солнце встает не каждый день. Оно даже встает не каждый год. На Земле мы привыкли к тому, что наше время суток четко определяется положением Солнца на нашем небе, но на Меркурии этого не происходит. Солнечные часы на Меркурии не работали бы должным образом. В конечном счете, это потому, что продолжительность дня так близка к продолжительности года.
Давайте немного распакуем это. Начнем с рассмотрения ситуации, которую мы считаем само собой разумеющейся на Земле. Если я стою на одном месте и засекаю, сколько времени проходит между восходами солнца, у меня получается 24 часа. Мы называем это солнечным днем. И если я стою на том же месте и выбираю далекую звезду, то я могу определить, сколько времени пройдет, прежде чем я снова увижу эту звезду в том же месте неба. И я получаю почти тот же результат: это время составило бы 23 часа 56 минут. Астрономы называют это ‘днем со звездами’ — звездным днем.
Звезды служат хорошей фиксированной системой отсчета, поскольку они находятся так далеко. Это хороший способ не обращать внимания на Солнце и посмотреть, сколько времени потребовалось Земле, чтобы совершить полный оборот на 360 градусов. Эта разница в 4 минуты между звездными и солнечными сутками происходит потому, что, когда Земля вращается, она также движется в том же направлении по своей орбите. Таким образом, даже несмотря на то, что он совершит оборот на 360°, ему все равно придется еще немного повернуться, чтобы снова оказаться лицом к Солнцу.
Сейчас на Земле период обращения в течение суток намного короче периода обращения в течение года, поэтому звездные и солнечные дни довольно похожи — разница составляет всего 4 минуты. Но на Меркурии разница между солнечным днем и «звездным днем» намного больше.
Давайте посмотрим, что происходит на Меркурии: вы стоите в одном месте Меркурия, выбираете далекую звезду и ждете, пока эта звезда снова не появится в том же месте. Это занимает 59 земных дней. Это продолжительность звездного дня Меркурия. Но после одного звездного дня Меркурия Меркурий проделал примерно половину пути по своей орбите. Это означает, что потребуется много дополнительных оборотов, чтобы достичь точки, в которой Солнце снова появится в том же месте неба. Более того, Меркурий вращается очень медленно, так что для завершения этого догоняющего вращения потребуется много времени.
Фактически, один солнечный день на Меркурии длится целых 2 меркурианских года! Солнечный день Меркурия длится 176 земных дней, в то время как год Меркурия длится 88 земных дней. Идея о том, что солнечный день длиннее года, кажется нам довольно странной, но у нашей планеты очень разные периоды обращения по орбите.
Странное ретроградное движение Солнца в небе Меркурия
Есть третья странная особенность движения Солнца по небу Меркурия: Движение Солнца по небу может менять направление. Если бы вы стояли на Меркурии и смотрели на Солнце, оно бы взошло, переместилось на запад через горизонт, но через определенные промежутки времени вдоль орбиты Меркурия оно останавливалось, меняло направление и некоторое время двигалось на восток. Затем он останавливался, снова менял направление и продолжал свое обычное движение на запад по небу.
Почему это происходит? Это связано с тем, что очень эллиптическая орбита Меркурия сочетается с тем фактом, что Меркурий вращается очень медленно. Планеты на эллиптических орбитах меняют свою орбитальную скорость, когда они удаляются от Солнца. Когда Меркурий находится дальше от Солнца, он движется по своей орбите медленнее, а когда Меркурий ближе к Солнцу, он движется быстрее. Более того, для Меркурия, хотя скорость его вращения обычно больше орбитальной, это не всегда верно.
Иногда Меркурий движется по орбите быстрее, чем вращается. Это изменение в том, какой тип движения быстрее — орбитальный или вращательный, — это то, что заставляет Солнце менять направление в небе Меркурия.
Давайте посмотрим на точку перехода: примерно за 4 земных дня до того, как Меркурий достигнет своей ближайшей точки к Солнцу, которая называется перигелием. Здесь орбитальное движение Меркурия ускорилось до такой степени, что оно соответствует скорости его вращения. Вот где все становится жутким: в этот момент Солнце перестает двигаться по небу. Затем, поскольку Меркурий продолжает вращаться еще ближе к Солнцу, его орбитальная скорость становится выше скорости вращения. Теперь, поскольку медленное вращение Меркурия не может угнаться за более быстрым орбитальным движением, Солнце, кажется, движется по небу назад.
Мы называем это ретроградным движением, и оно продолжается еще 4 земных дня после того, как Меркурий достиг перигелия. К этому моменту орбитальное движение снова замедлилось, достаточно, чтобы вращательное движение снова стало быстрее орбитального. Итак, теперь Солнце возобновляет движение по небу в нормальном западном направлении.
Пребывание внутри линии Солнечного терминатора или Сумеречной зоны
Писателям-фантастам нравилось исследовать, на что была бы похожа жизнь на Меркурии. Например, в романе Кима Стэнли Робинсона «2312» изображен город, построенный на рельсах, которые перемещаются по планете, оставаясь рядом с терминатором, границей между днем и ночью.
С какой скоростью должен был бы двигаться этот движущийся город, чтобы сохранить тот же рисунок неба Меркурия? Окружность Меркурия составляет около 15 000 километров. Чтобы город остался на терминаторе, он должен преодолеть это расстояние за один меркурианский солнечный день, который, как мы видели, составляет 176 земных суток, то есть 4224 часа. Это означает, что в среднем городу на экваторе Меркурия потребовалось бы преодолевать около 31,2 километра в час. Это скорость ходьбы — чуть более 2 миль в час.
На экваторе Земли, напротив, линия Солнечного терминатора движется примерно со скоростью 1000 миль в час.