MERKURY (PLANETA): ODKRYCIE, CHARAKTERYSTYKA, SKŁAD, ORBITA, RUCH - ARTE - 2025

Merkury to najbliższa Słońcu planeta, a także najmniejsza z 8 głównych planet Układu Słonecznego. Można go zobaczyć gołym okiem, chociaż nie jest łatwo go znaleźć. Mimo to ta mała planeta znana jest od czasów starożytnych.

Sumeryjscy astronomowie odnotowali swoje istnienie około XIV wieku pne w Mul-Apin, traktacie o astronomii. Tam nadali jej nazwę Udu-Idim-Gu, czyli „planeta skoku”, podczas gdy Babilończycy nazywali ją Nabu, posłaniec bogów, tak samo jak nazwa Merkurego dla starożytnych Rzymian.

Rysunek 1. Planeta Merkury. Źródło: Pixabay.

Ponieważ Merkury jest widoczny (z trudem) o świcie lub o zmierzchu, starożytni Grecy powoli zdawali sobie sprawę, że jest to ten sam niebiański obiekt, dlatego nazwali Merkurego o świcie Apollo, a o zmierzchu Hermes, pocztą bogów.

Wielki matematyk Pitagoras był pewien, że jest to ta sama gwiazda i zaproponował, że Merkury może przejść przed tarczą słoneczną widzianą z Ziemi, tak jak to robi.

Zjawisko to znane jest jako tranzyt i występuje średnio 13 razy w każdym wieku. Ostatni tranzyt Merkurego miał miejsce w listopadzie 2019 r., A następny w listopadzie 2032 r.

Inni astronomowie starożytnych kultur, tacy jak Majowie, Chińczycy i Hindusi, również zebrali obrazy Merkurego i innych świetlistych punktów, które poruszały się po niebie szybciej niż gwiazdy w tle: planety.

Wynalezienie teleskopu skłoniło do zbadania nieuchwytnego obiektu. Galileo był pierwszym, który zobaczył Merkurego z instrumentami optycznymi, chociaż niebiański posłaniec ukrywał wiele swoich sekretów aż do nadejścia ery kosmicznej.

Charakterystyka ogólna

Wewnętrzna planeta

Merkury jest jedną z 8 głównych planet w Układzie Słonecznym i razem z Ziemią, Wenus i Marsem tworzą 4 planety wewnętrzne, najbliższe Słońcu i charakteryzujące się tym, że są skaliste. Jest najmniejsza ze wszystkich i ma najniższą masę, ale z drugiej strony jest najgęstsza po Ziemi.

Uzyskane dane

Wiele danych dotyczących Merkurego pochodzi z sondy Mariner 10, wystrzelonej przez NASA w 1973 roku, której celem było zebranie danych z sąsiedniej Wenus i Merkurego. Do tego czasu wiele cech tej małej planety było nieznanych.

Należy zauważyć, że nie jest możliwe skierowanie teleskopów takich jak Hubble w stronę Merkurego, biorąc pod uwagę czułość sprzętu na promieniowanie słoneczne. Z tego powodu, oprócz sond, spora część danych na temat planety pochodzi z obserwacji wykonanych za pomocą radaru.

Atmosfera

Atmosfera merkuriańska jest bardzo rzadka, a ciśnienie atmosferyczne wynosi jedną bilionową ciśnienia ziemskiego. Cienka warstwa gazowa składa się z wodoru, helu, tlenu i sodu.

Merkury ma również własne pole magnetyczne, prawie tak stare jak sama planeta, podobne kształtem do pola magnetycznego Ziemi, ale znacznie mniej intensywne: zaledwie 1%.

Temperatury

Jeśli chodzi o temperatury na Merkurym, to są one najbardziej ekstremalne ze wszystkich planet: w ciągu dnia osiągają w niektórych miejscach palące temperatury 430ºC, które wystarczają do stopienia ołowiu. Ale w nocy temperatury spadają do -180 ºC.

Jednak dzień i noc Merkurego znacznie różnią się od tego, czego doświadczamy na Ziemi, więc później zostanie wyjaśnione, jak hipotetyczny podróżnik, który dotrze na powierzchnię, mógłby je zobaczyć.

Podsumowanie głównych cech fizycznych planety

-Masa: 3,3 × 10 ²³ kg

-Promień równikowy: 2440 km lub 0,38 razy większy od promienia Ziemi.

-Kształt: planeta Merkury jest prawie idealną kulą.

-Średnia odległość do Słońca: 58 000 000 km

-Temperatura: średnio 167 ºC

-Grawitacja: 3,70 m / s ²

-Własne pole magnetyczne: tak, intensywność około 220 nT.

-Atmosfera: przyciemniona

-Gęstość: 5430 kg / m ³

-Satelity: 0

-Pierścienie: nie ma.

Ruch tłumaczeniowy

Merkury wykonuje ruch translacyjny wokół Słońca zgodnie z prawami Keplera, co wskazuje, że orbity planet są eliptyczne. Merkury porusza się po najbardziej eliptycznej - lub wydłużonej - orbicie ze wszystkich planet i dlatego ma najwyższą mimośrodowość: 0,2056.

Maksymalna odległość Merkurego-Słońca wynosi 70 milionów kilometrów, a minimalna 46 milionów. Planeta potrzebuje około 88 dni, aby zakończyć jeden obrót wokół Słońca, ze średnią prędkością 48 km / s.

To sprawia, że ​​jest to najszybsza z planet okrążających Słońce, zgodnie z nazwą skrzydlatego posłańca, jednak prędkość obrotu wokół własnej osi jest znacznie mniejsza.

Rysunek 2. Animacja orbity Merkurego wokół Słońca (żółta), obok orbity Ziemi (niebieska). Źródło: Wikimedia Commons.

Ale zabawne jest to, że Merkury nie porusza się po tej samej trajektorii, co poprzednia orbita, innymi słowy, nie wraca do tego samego punktu początkowego, co poprzednio, ale przechodzi niewielkie przemieszczenie, zwane precesją.

Dlatego przez pewien czas uważano, że istnieje chmura asteroidy lub być może nieznana planeta, która zakłóciła orbitę, którą nazwano Vulcan.

Jednak teoria ogólnej teorii względności może w zadowalający sposób wyjaśnić zmierzone dane, ponieważ krzywizna czasoprzestrzenna jest w stanie przesunąć orbitę.

W przypadku Merkurego orbita ulega przemieszczeniu wynoszącemu 43 sekundy łukowe na stulecie, wartość, którą można dokładnie obliczyć na podstawie teorii względności Einsteina. Pozostałe planety mają własne bardzo małe przemieszczenia, które do tej pory nie były mierzone.

Dane dotyczące ruchu rtęci

Oto liczby, które są znane na temat ruchu Merkurego:

-Średni promień orbity: 58 000 000 km.

- Nachylenie orbity : 7º w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi.

-Ekcentryczność: 0,2056.

- Średnia prędkość orbitalna : 48 km / h

- Okres transferu: 88 dni

- Okres rotacji: 58 dni

- Dzień słoneczny : 176 dni ziemskich

Kiedy i jak obserwować Merkurego

Spośród pięciu planet widocznych gołym okiem, Merkury jest najtrudniejszy do wykrycia, ponieważ zawsze pojawia się bardzo blisko horyzontu, przesłonięty światłem słonecznym i znika po krótkim czasie. Poza tym jego orbita jest najbardziej ekscentryczna (owalna) ze wszystkich.

Ale są bardziej odpowiednie pory roku, aby przeskanować niebo podczas wyszukiwania:

- Na półkuli północnej : od marca do kwietnia o zmierzchu i od września do października przed świtem.

-W tropikach : przez cały rok, przy sprzyjających warunkach: bezchmurne niebo i z dala od sztucznego światła.

- Na półkuli południowej : we wrześniu i październiku przed wschodem słońca oraz od marca do kwietnia po zachodzie słońca. Ogólnie rzecz biorąc, łatwiej jest zobaczyć z tych szerokości geograficznych, ponieważ planeta pozostaje dłużej nad horyzontem.

Rysunek 3. Rtęć jest widoczna bardzo nisko na horyzoncie. Źródło: Pixabay.

Merkury wygląda jak lekko żółtawo-biały punkt światła, który nie migocze, w przeciwieństwie do gwiazd. Najlepiej mieć lornetkę lub teleskop, przy pomocy którego można zobaczyć jego fazy.

Merkury czasami pozostaje widoczny na horyzoncie przez dłuższy czas, w zależności od tego, gdzie znajduje się na swojej orbicie. I choć w pełnej fazie jest jaśniejszy, to paradoksalnie lepiej wygląda w przybieraniu lub zanikaniu. Aby poznać fazy Merkurego, warto odwiedzić strony internetowe specjalizujące się w astronomii.

W każdym razie najlepsze możliwości są wtedy, gdy jest w maksymalnym wydłużeniu: jak najdalej od Słońca, więc najciemniejsze niebo ułatwia jego obserwację.

Innym dobrym momentem na obserwację tej i innych planet jest całkowite zaćmienie Słońca z tego samego powodu: niebo jest ciemniejsze.

Ruch obrotowy

W przeciwieństwie do szybkiego ruchu orbitalnego Merkury obraca się powoli: wykonanie jednego obrotu wokół własnej osi zajmuje prawie 59 ziemskich dni, co jest znane jako dzień gwiazdowy. Dlatego dzień gwiazdowy na Merkurym trwa prawie tak długo, jak rok: w rzeczywistości na każde 2 "lata" mijają 3 "dni".

Siły pływowe, które powstają między dwoma ciałami pod wpływem przyciągania grawitacyjnego, są odpowiedzialne za spowolnienie prędkości obrotowej jednego z nich lub obu. Kiedy tak się dzieje, mówi się, że istnieje sprzężenie pływowe.

Sprzężenie pływowe jest bardzo częste między planetami i ich satelitami, chociaż może zachodzić między innymi ciałami niebieskimi.

Rysunek 4. Sprzężenie pływowe między Ziemią a Księżycem. Przypadek Merkurego i Słońca jest bardziej złożony. Źródło: Wikimedia Commons. Stigmatella aurantiaca

Szczególny przypadek sprzężenia występuje, gdy okres obrotu jednego z nich jest równy okresowi translacji, podobnie jak Księżyc. Pokazuje nam zawsze tę samą twarz, dlatego obraca się synchronicznie.

Jednak w przypadku Merkurego i Słońca nie dzieje się to dokładnie w ten sposób, ponieważ okresy obrotu i przesunięcia planety nie są równe, ale w stosunku 3: 2. Zjawisko to znane jest jako rezonans spinowo-orbitalny i jest również powszechne w Układzie Słonecznym.

Dzięki temu na Merkurym mogą się dziać dziwne rzeczy, zobaczmy:

Dzień i noc na Merkurym

Jeśli dzień słoneczny jest czasem, w którym Słońce pojawia się w jednym punkcie, a następnie pojawia się ponownie w tym samym miejscu, to na Merkurym Słońce wschodzi dwa razy tego samego dnia (słonecznego), co zajmuje tam 176 ziemskich dni (patrz rysunek 5)

Okazuje się, że są chwile, kiedy prędkość orbitalna i prędkość obrotowa są równe, więc wydaje się, że Słońce cofa się na niebie i wraca do tego samego punktu, z którego wyszło, a następnie ponownie się posuwa.

Gdyby czerwony pasek na figurze był górą, początek na pozycji 1 oznaczałby południe na szczycie. Na pozycjach 2 i 3 Słońce oświetla część góry, aż zachodzi na zachodzie, na pozycji 4. Do tego czasu przebyło już połowę orbity i upłynęły 44 ziemskie dni.

Na pozycjach 5, 6, 7, 8 i 9 w górach panuje noc. Zajmując 5, wykonał już pełny obrót wokół własnej osi, wykonując ¾ obrotu na swojej orbicie wokół Słońca. O godzinie 7 jest północ i minęło 88 ziemskich dni.

Aby powrócić do południa, potrzebna jest kolejna orbita, która musi przejść przez pozycje od 8 do 12, co zajmuje kolejne 88 dni, w sumie 176 ziemskich dni.

Włoski astronom Giuseppe Colombo (1920-1984) był pierwszym, który zbadał i wyjaśnił rezonans 3: 2 ruchu Merkurego.

Rysunek 5. Dzień i noc na Merkurym: rezonans orbity, po ½ orbicie planeta obróciła się o ¾ obrotu wokół własnej osi. Źródło: Wikimedia Commons.

Kompozycja

Średnia gęstość Merkurego wynosi 5430 kg / m ³ , nieco mniej niż na Ziemi. Ta wartość, znana dzięki sondzie Mariner 10, wciąż jest zaskakująca, biorąc pod uwagę, że Merkury jest mniejszy od Ziemi.

Rysunek 6. Porównanie Merkurego i Ziemi. Źródło: Wikimedia Commons. Zdjęcie NASA Mercury: NASA / APL (z MESSENGER)

Wewnątrz Ziemi ciśnienie jest wyższe, więc występuje dodatkowa kompresja materii, która zmniejsza objętość i zwiększa gęstość. Bez uwzględnienia tego efektu Merkury okazuje się planetą o największej znanej gęstości.

Naukowcy uważają, że jest to spowodowane dużą zawartością ciężkich pierwiastków. A żelazo jest najpowszechniejszym ciężkim pierwiastkiem w Układzie Słonecznym.

Ogólnie szacuje się, że rtęć zawiera 70% metalu i 30% krzemianów. W jego objętości są:

-Sód

-Magnez

-Potas

-Wapń

-Żelazo

A wśród gazów są:

-Tlen

-Wodór

-Hel

-Ślady innych gazów.

Żelazo obecne w Merkurym znajduje się w jego jądrze, w ilości znacznie przekraczającej szacunki na innych planetach. Ponadto rdzeń Merkurego jest stosunkowo największy ze wszystkich w Układzie Słonecznym.

Kolejną niespodzianką jest istnienie lodu na biegunach, który jest również pokryty ciemną materią organiczną. Jest to zaskakujące, ponieważ średnia temperatura planety jest bardzo wysoka.

Jednym z wyjaśnień jest to, że bieguny Merkurego są zawsze w wiecznej ciemności, chronione przez wysokie klify, które uniemożliwiają nadejście światła słonecznego, a także dlatego, że nachylenie osi obrotu wynosi zero.

Jeśli chodzi o jego pochodzenie, spekuluje się, że woda mogła dotrzeć do Merkurego przyniesionego przez komety.

Struktura wewnętrzna

Podobnie jak wszystkie planety ziemskie, na Merkurym znajdują się trzy charakterystyczne struktury:

-Metalowy rdzeń w środku, solidny wewnątrz, stopiony na zewnątrz

-Warstwa pośrednia zwana płaszczem

-Warstwa zewnętrzna lub skórka.

Jest to ta sama struktura, co Ziemia, z tą różnicą, że jądro Merkurego jest znacznie większe, mówiąc proporcjonalnie: około 42% objętości planety zajmuje ta struktura. Z drugiej strony na Ziemi jądro zajmuje tylko 16%.

Rysunek 7. Wewnętrzna budowa Merkurego jest podobna do Ziemi. Źródło: NASA.

Jak można wyciągnąć taki wniosek z Ziemi?

Było to poprzez obserwacje radiowe wykonane przez sondę MESSENGER, która wykryła anomalie grawitacyjne na Merkurym. Ponieważ grawitacja zależy od masy, anomalie dostarczają wskazówek dotyczących gęstości.

Grawitacja Merkurego również znacząco zmieniła orbitę sondy. Ponadto dane radarowe ujawniły precesyjne ruchy planety: oś obrotu planety ma swój własny obrót, co jest kolejną oznaką obecności żeliwnego jądra.

Zreasumowanie:

-Anomalia grawitacyjna

-Ruch precesyjny

-Alteracje na orbicie MESSENGERA.

Ten zestaw danych, plus wszystko, co udało się zebrać sondzie, zgadza się z obecnością metalowego rdzenia, dużego i solidnego wewnątrz i żeliwnego na zewnątrz.

Rdzeń Merkurego

Istnieje kilka teorii wyjaśniających to dziwne zjawisko. Jeden z nich utrzymuje, że Merkury w młodości doznał kolosalnego uderzenia, które zniszczyło skorupę i część płaszcza nowo powstałej planety.

Rysunek 8. Porównawczy przekrój Ziemi i Merkurego, pokazujący względny rozmiar warstw. Źródło: NASA.

Materiał, lżejszy od rdzenia, został wyrzucony w kosmos. Później grawitacyjne przyciąganie planety odciągnęło część gruzu i stworzyło nowy płaszcz i cienką skorupę.

Gdyby przyczyną uderzenia była ogromna asteroida, jej materiał mógłby łączyć się z materiałem oryginalnego rdzenia Merkurego, zapewniając wysoką zawartość żelaza, jaką ma obecnie.

Inną możliwością jest to, że od samego początku na planecie brakowało tlenu, w ten sposób żelazo jest konserwowane jako żelazo metaliczne zamiast tworzyć tlenki. W tym przypadku pogrubienie jądra jest procesem stopniowym.

geologia

Merkury jest kamienisty i pustynny, z szerokimi równinami pokrytymi kraterami uderzeniowymi. Ogólnie rzecz biorąc, jego powierzchnia jest dość podobna do powierzchni Księżyca.

Liczba uderzeń wskazuje na wiek, ponieważ im więcej kraterów, tym starsza powierzchnia.

Rycina 9. Krater Dominici (najjaśniejszy powyżej) i krater Homera po lewej stronie. Źródło: NASA.

Większość z tych kraterów pochodzi z czasu późnego ciężkiego bombardowania, okresu, kiedy asteroidy i komety często uderzały w planety i księżyce Układu Słonecznego. Dlatego planeta była nieaktywna geologicznie przez długi czas.

Największym z kraterów jest dorzecze Caloris o średnicy 1550 km. To zagłębienie jest otoczone murem o wysokości od 2 do 3 km, powstałym w wyniku kolosalnego uderzenia, które utworzyło basen.

Na antypodach basenu Caloris, czyli po przeciwnej stronie planety, powierzchnia jest pęknięta w wyniku fal uderzeniowych wytwarzanych podczas uderzenia poruszającego się wewnątrz planety.

Obrazy pokazują, że obszary między kraterami są płaskie lub delikatnie pofalowane. W pewnym momencie swojego istnienia Merkury wykazywał aktywność wulkaniczną, ponieważ te równiny zostały prawdopodobnie utworzone przez strumienie lawy.

Inną charakterystyczną cechą powierzchni Merkurego są liczne długie, strome klify, zwane skarpami. Te urwiska musiały powstać podczas ochładzania się płaszcza, co w trakcie kurczenia się powodowało pojawienie się w skorupie licznych pęknięć.

Merkury się kurczy

Najmniejsza z planet Układu Słonecznego traci rozmiar, a naukowcy uważają, że dzieje się tak, ponieważ nie ma tektoniki płyt, w przeciwieństwie do Ziemi.

Płyty tektoniczne to duże odcinki skorupy i płaszcza, które unoszą się nad astenosferą, bardziej płynną warstwą należącą do płaszcza. Taka mobilność daje Ziemi elastyczność, której nie mają planety bez tektonizmu.

Na początku Merkury był znacznie gorętszy niż obecnie, ale w miarę ochładzania się stopniowo kurczy. Gdy ustanie chłodzenie, zwłaszcza w jądrze, planeta przestanie się kurczyć.

Ale to, co uderza na tej planecie, to to, jak szybko się to dzieje, na co wciąż nie ma spójnego wyjaśnienia.

Misje na Merkurego

Była najmniej zbadana z planet wewnętrznych aż do lat 70-tych, ale od tego czasu odbyło się kilka misji bezzałogowych, dzięki którym o tej zaskakującej małej planecie wiadomo znacznie więcej:

Mariner 10

Rysunek 10. Mariner 10. Źródło: Wikimedia Commons. GARNEK

Ostatnia z sond NASA Mariner przeleciała nad Merkurym trzy razy, od 1973 do 1975 roku. Udało jej się zmapować nieco poniżej połowy powierzchni, tylko po stronie oświetlonej przez Słońce.

Po wyczerpaniu paliwa Mariner 10 dryfuje, ale dostarczył nieocenionych informacji o Wenus i Merkurym: obrazy, dane o polu magnetycznym, spektroskopia i nie tylko.

MESSENGER (MErcury, Surface, Space ENvironment, GEochemistry

Sonda ta została wystrzelona w 2004 roku i jako pierwsza weszła na orbitę Merkurego w 2011 roku, ponieważ Mariner 10 mógł latać tylko nad planetą.

Wśród jego wkładu są:

-Wysokiej jakości obrazy powierzchni, w tym strony nieoświetlonej, która była podobna do strony znanej już dzięki Mariner 10.

-Pomiary geochemiczne różnymi technikami spektrometrycznymi: neutronami, promieniami gamma i rentgenami.

-Magnetometria.

-Spektrometria z użyciem światła ultrafioletowego, widzialnego i podczerwonego do charakteryzowania atmosfery i wykonywania mineralogicznego mapowania powierzchni.

Dane zebrane przez MESSENGER pokazują, że aktywne pole magnetyczne Merkurego, podobnie jak Ziemi, jest wytwarzane przez efekt dynama wytwarzany przez płynny obszar jądra.

Określił również skład egzosfery, bardzo cienkiej zewnętrznej warstwy atmosfery Merkuru, która ma specyficzny kształt ogona o długości 2 milionów kilometrów, spowodowany działaniem wiatru słonecznego.

Sonda MESSENGER zakończyła swoją misję w 2015 roku, uderzając w powierzchnię planety.

BepiColombo

Rysunek 11. Włoski astronom Giuseppe (Bepi) Colombo. Źródło: Wikimedia Commons.

Sonda ta została wystrzelona w 2018 roku przez Europejską Agencję Kosmiczną i Japońską Agencję Badań Kosmicznych. Został nazwany na cześć Giuseppe Colombo, włoskiego astronoma, który badał orbitę Merkurego.

Składa się z dwóch satelitów: MPO: Mercury Planetary Orbiter i MIO: Mercury Magnetospheric Orbiter. Ma dotrzeć w okolice Merkurego w 2025 roku, a jego celem jest zbadanie głównych cech planety.

Niektóre cele to dla BepiColombo dostarczenie nowych informacji o niezwykłym polu magnetycznym Merkurego, środku masy planety, relatywistycznym wpływie grawitacji słonecznej na planetę i szczególnej strukturze jej wnętrza.

Bibliografia

1. Colligan, L. 2010. Przestrzeń! Rtęć. Marshall Cavendish Benchmark.
2. Elkins-Tanton, L. 2006. Układ Słoneczny: Słońce, Merkury i Wenus. Chelsea House.
3. Esteban, E. Mercury nieuchwytny. Odzyskany z: aavbae.net.
4. Hollar, S. Układ Słoneczny. Planety wewnętrzne. Britannica Educational Publishing.
5. Laboratorium Fizyki Stosowanej Johna Hopkinsa. Posłaniec. Odzyskany z: messenger.jhuapl.edu.
6. Rtęć. Odzyskane z: astrofisicayfisica.com.
7. GARNEK. Ogień i lód: podsumowanie tego, co odkrył statek kosmiczny posłańca. Odzyskany z: science.nasa.gov.
8. Nasiona, M. 2011, Układ Słoneczny. Wydanie siódme. Cengage Learning.
9. Thaller, M. Ostrzeżenie o odkryciu NASA: Bliższe spojrzenie na rotację i grawitację Merkurego ujawnia wewnętrzny stały rdzeń planety. Odzyskany z: solarsystem.nasa.gov.
10. Wikipedia. Planeta Merkury). Odzyskane z: es.wikipedia.org.
11. Wikipedia. Planeta Merkury). Odzyskane z: en.wikipedia.org.
12. Williams, M. Orbita Merkurego. Jak długo trwa rok na Merkurym? Odzyskany z: universetoday.com.