Z Wikipedii

Merkury

Zdjęcie wykonane przez sondę Mariner 10.
Historia odkrycia
Odkrywca	Babilończycy
Data odkrycia	znana w starożytności
Średnia odległość od Słońca	57 909 176 km 0,38709893 j.a.
Obwód orbity	0,360×1012m 2,406 j.a.
Mimośród	0,20563069
Peryhelium	46 001 272 km 0,30749951 j.a.
Aphelium	69 817 079 km 0,46669835 j.a.
Rok gwiazdowy	87,96935 dni (0,240847 lat)
Obieg synodyczny	115,88 d[1]
Średnia prędkość orbitalna	47,87 km/s[1]
Maksymalna prędkość	58,98 km/s
Minimalna prędkość	38,86 km/s
Nachylenie orbity względem ekliptyki	7,00487° (3,38° względem równika słonecznego)
Satelity naturalne	brak
Charakterystyka fizyczna
Średnica na równiku	4879,4 km (0,383 Ziem)
Powierzchnia	7,5×107 km² (0,147 Ziem)
Objętość	6,1×1010 km³ (0,056 Ziem)
Masa	3,3302×1023 kg
Gęstość	5,427 g/cm³
Przyspieszenie grawitacyjne na równiku	3,701 m/s² (0,376 g)
Prędkość ucieczki	4,3 km/s
Prędkość wynikająca z rotacji	10,892 km/h (na równiku)
Okres rotacji	58 d 15 h 26 m
Deklinacja	61,45°
Nachylenie równika względem płaszczyzny orbity	0,027°[2]
Albedo	0,10 - 0,12
Średnia temp.: Dzień	350 °C
Średnia temp.: Noc	- 200°C
Temperatura powierzchni	min. śred. maks. 100 K 442,5 K 700 K
Skład atmosfery[1]
Ciśnienie atmosferyczne	10-12 h Pa
Tlen	42,0%
Sód	29,0%
Wodór	22,0%
Hel	6,0%
Potas	0,5%
Pozostałe: argon, dwutlenek węgla, woda, azot, ksenon, krypton, neon	0,5%

Merkury – najmniejsza i najbliższa Słońcu planeta Układu Słonecznego. Jako planeta wewnętrzna znajduje się dla ziemskiego obserwatora zawsze bardzo blisko Słońca, dlatego jest trudna do obserwacji. Mimo to należy do planet widocznych gołym okiem i była znana już w starożytności. Merkurego dojrzeć można jedynie tuż przed wschodem lub tuż po zachodzie Słońca.

Fakturą powierzchni Merkury przypomina Księżyc: są na nim liczne kratery uderzeniowe i praktycznie pozbawiony jest atmosfery.Temperatura powierzchni waha się od −183°C do 427°C. W przeciwieństwie do Księżyca, planeta ma jednak duże żelazne jądro generujące pole magnetyczne o natężeniu stukrotnie mniejszym od natężenia ziemskiego pola magnetycznego^[3]. Wielkość jądra powoduje, że Merkury ma jedną z największych gęstości spośród planet Układu Słonecznego^[4] (nieznacznie większą ma Ziemia). Merkury nie posiada naturalnych satelitów.

Pierwsze udokumentowane obserwacje Merkurego sięgają pierwszego tysiąclecia p.n.e. Do IV wieku p.n.e. greccy astronomowie uważali, że istnieją dwa ciała niebieskie: pierwsze widzialne tylko przed wschodem Słońca (nazywali je Apollo), drugie widzialne tylko po zachodzie Słońca (nazywali je Hermesem)^[5]. Za sprawą szybkiego ruchu planety, powodowanego jej krótką orbitą, Rzymianie nadali planecie nazwę na cześć posłańca bogów i patrona handlarzy - Merkurego. Symbol astronomiczny planety to stylizowana wersja kaduceusza Hermesa^[6].

W porównaniu z innymi planetami Układu Słonecznego, o Merkurym wiadomo stosunkowo niewiele; ze względu na problemy natury technicznej, zbadały go dotychczas tylko dwie sondy. Pierwsza z nich - Mariner 10 - wykonała w latach 1974-75 mapy 45% powierzchni. Następnie, sonda MESSENGER podczas pierwszego przelotu 14 stycznia 2008 zobrazowała kolejne 30% powierzchni planety. MESSENGER zbliży się do Merkurego ponownie w 2009, a w 2011 wejdzie na orbitę w celu zbadania i wykonania mapy całego globu.

Spis treści 1 Struktura wewnętrzna 2 Powierzchnia 2.1 Kratery 3 Warunki i atmosfera 4 Magnetosfera 5 Orbita i rotacja 5.1 Ruch peryhelium 6 Obserwacja 7 Badania Merkurego 7.1 Starożytność 7.2 Badania z użyciem teleskopu 7.3 Badania bezpośrednie 7.3.1 Mariner 10 7.3.2 MESSENGER 7.3.3 BepiColombo 8 Merkury w fikcji 9 Przypisy 10 Zobacz też 11 Linki zewnętrzne

[edytuj] Struktura wewnętrzna

Merkury jest jedną z czterech planet skalistych Układu Słonecznego. Jego średnica wynosi 4879 km, i pod względem wielkości jest to najmniejsza planeta Układu^[1]. Merkury jest mniejszy (choć ma większą masę) niż największe naturalne satelity planet gazowych, Ganimedes i Tytan. Składa się on w 70% z metalu a w 30% z krzemianów^[7]. Gęstość Merkurego, która wynosi 5,427 g/cm³ jest drugą co do wielkości w Układzie Słonecznym i jest ona nieznacznie mniejsza od gęstości Ziemi wynoszącej 5,515 g/cm³^[1]. Nie uwzględniając efektu kompresji przez grawitację, gęstość planety wynosiłaby 5,3 g/cm³, a Ziemi - 4,4 g/cm³^[8].

Dane o gęstości planety pozwalają dowiedzieć się więcej o jej strukturze wewnętrznej. Podczas gdy gęstość Ziemi wynika w dużej mierze z kompresji jej masy poprzez grawitację (szczególnie w jądrze), warstwy wewnętrzne Merkurego, ze względu na jego znacznie mniejszą masę, są znacznie mniej skompresowane. Z powodu małej wielkości planety w stosunku do wysokiej gęstości, musi ona mieć duże, bogate w żelazo jądro^[9]. Geolodzy oszacowali, że jądro Merkurego zajmuje około 42% jego objętości, dla Ziemi jest to 17%. Bieżące badania sugerują, że Merkury ma płynne jądro^[10][11].

Jądro otacza płaszcz o grubości 600 km, składający się z krzemianów^[12]. Symulacje sugerują, że we wczesnej historii planety kolizja z innym ciałem niebieskim o średnicy kilkuset kilometrów pozbawiła Merkurego większości materiału, z którego powstawał płaszcz. Wyjaśniałoby to zagadkę relatywnie cienkiego płaszcza w stosunku do dużego jądra^[13].

Według danych uzyskanych z Marinera 10 i obserwacji z użyciem teleskopu, skorupa Merkurego ma grubość 100-300 km^[14]. Jedną z wyróżniających cech powierzchni Merkurego jest występowanie licznych wąskich i długich grzbietów górskich, czasami rozciągających się na kilkaset kilometrów. Uważa się że powstały w wyniku kontrakcji jądra i płaszcza po uformowaniu się skorupy^[15].

Merkuriańskie jądro zawiera więcej żelaza niż jakakolwiek planeta Układu Słonecznego. Powstało kilka hipotez wyjaśniających to zjawisko. Dominująca z nich stwierdza, że Merkury powstał z takiej samej materii jak inne planety, dlatego stosunek zawartości metalu do krzemianów był podobny jak w chondrytach (czyli typowy dla materii skalistej Układu Słonecznego), a początkowa masa Merkurego była 2,25 razy większa niż obecnie^[13]. Następnie w planetę uderzył planetozymal o masie 1/6 masy Merkurego^[13]. Kolizja pozbawiła planetę większości pierwotnego płaszcza i skorupy, pozostawiając nienaruszone jądro^[13]. W podobny sposób miał uformować się ziemski Księżyc (Teoria wielkiego zderzenia)^[13].

Wersja alternatywna głosi, że Merkury powstał z mgławicy słonecznej zanim zakończyły się procesy gwiazdotwórcze Słońca i ustabilizowała się energia przez nie emitowana. Zasugerowano że planeta miała masę dwa razy większą niż obecnie, lecz podczas kontrakcji proto-Słońca, temperatura Merkurego wynosiła od 2500K do 3500K, być może nawet 10 000K^[16]. Większość skalistej powierzchni musiała w takich warunkach zamienić się w parę, formując atmosferę "skalistych oparów", którą rozwiał wiatr słoneczny^[16].

Inna sugeruje wersję zdarzeń, w której przed utworzeniem się Merkurego gaz mgławicy słonecznej powodował opór aerodynamiczny hamując ruch pyłu, co spowodowało, że część lżejszego pyłu (zawierającego krzemiany) została usunięta z dysku, z którego utworzył się Merkury^[17]. Z każdej hipotezy wynika inny skład chemiczny powierzchni. Najbliższe misje MESSENGER i BepiColombo mają za zadanie poczynienie obserwacji w celu weryfikacji tych hipotez^[18][19].

[edytuj] Powierzchnia

Powierzchnia Merkurego niezwykle przypomina powierzchnię ziemskiego Księżyca. Dominują na nim równiny podobne do mórz księżycowych oraz kratery uderzeniowe, oznaczające brak aktywności geologicznej przez miliardy lat. Ponieważ wiedza o geologii Merkurego pochodziła do niedawna tylko z ziemskich obserwacji i z danych przekazanych przez sondę Mariner 10, jest to najmniej zbadana planeta skalista^[11]. Dane pochodzące z przelotów MESSENGERa pozwalają odkryć nie poznane dotąd zakątki Merkurego. Przykładem jest zaobserwowanie nietypowego 40-kilometrowego krateru "Pająk", składającego się z ponad 100 wąskich koryt^[20][21].

Na podstawie różnic w albedo - zdolności odbijania przez daną powierzchnię padającego na nią światła - możliwe było poznanie ukształtowania Merkurego z użyciem teleskopu. Na planecie znajdują się dorsa, typowe dla Księżyca wyżyny, góry, równiny, skarpy oraz doliny^[22][23].

Merkury był intensywnie bombardowany przez komety i asteroidy podczas jego powstawania 4,6 miliarda lat temu, wkrótce po powstaniu oraz w okresie Wielkiego Bombardowania, tj. od 4,1 do 3,8 mld. lat temu^[24]. Efekty kolizji na powierzchni^[23] zostały dodatkowo zintensyfikowane brakiem atmosfery, która mogła by spowolnić uderzające w planetę ciała niebieskie^[25]. W ich wyniku powstały na Merkurym różnej wielkości kratery uderzeniowe. Ponadto, planeta była początkowo aktywna wulkanicznie, a kratery uderzeniowe takie jak Caloris Planitia wypełnione zostały magmą, co doprowadziło do powstania gładkich równin podobnych do mórz księżycowych^[26][27].

[edytuj] Kratery

Kratery merkuriańskie różnią się wielkością: od małych okrągłych otworów do wielopierścieniowych basenów uderzeniowych, rozciągających się na setki kilometrów. Uważa się, że tereny o większej ilości kraterów są pod względem geologicznym starsze, tam zaś, gdzie jest ich mniej, powierzchnia jest młodsza, nosi też ślady aktywności tektonicznej, która spowodowała zatarcie starszych kraterów zderzeniowych. Jednak bez względu na czas powstania, wszystkie wykazują na Merkurym oznaki degradacji^[28].

Najbardziej charakterystyczny jest krater na półkuli północnej o średnicy 1550 km, zwany Równiną Żaru (łac. Caloris Planitia)^[29]. Uczeni przypuszczają, że jest on pozostałością po uderzeniu wielkiego meteorytu ok. 3,8 miliarda lat temu. Uderzenie to było na tyle silne, że wywołało erupcje wulkaniczne, a dookoła krateru wypiętrzył się pierścień o wysokości 2 km. Na antypodach Caloris Basen znajduje się duży, nietypowy, pagórkowaty rejon przezywany "dziwnym terenem". Jedna z hipotez sugeruje, że fale sejsmiczne z kolizji meteorytu rozprzestrzeniały się w warstwie powierzchniowej planety aż do ich skupienia na antypodach. Naprężenie wynikłe ze skupienia fal sejsmicznych spowodowało zniekształcenia powierzchni^[30]. Alternatywna teoria głosi, że teren uformował się wskutek akumulacji na antypodach wyrzutów z erupcji wulkanicznych^[31].

Zidentyfikowano co najmniej 15 basenów uderzeniowych. Inne znane kratery to m.in. Basen Shinakas o średnicy 2300 km^[32][33], 400-kilometrowy Basen Tołstoja z pokrywą wyrzutową sięgającą 500 km od pierścienia krateru oraz 625-kilometrowy Basen Beethovena^[28]. Skutki wietrzenia kosmicznego powierzchni Merkurego, w wyniku procesów takich jak wiatr słoneczny i upadek mikrometeorytów, porównywalne są do efektów obserwowanych na powierzchni Księżyca^[34]. Jednak w przeciwieństwie do kraterów na Księżycu, merkuriańskie kratery mają mniejsze pokrywy wyrzutowe, wskutek silniejszej grawitacji na powierzchni planety^[28].

[edytuj] Warunki i atmosfera

Średnia temperatura powierzchni Merkurego wynosi 442,5K^[1] i waha się od 100K do 700K^[35], ze względu na brak atmosfery. Z racji bliskości Słońca, temperatura nasłonecznionej półkuli może przekraczać znacznie 400°C. Po stronie nieoświetlonej, średnia temperatura wynosi -163°C^[36]. Na żadnej innej planecie Układu Słonecznego nie ma tak dużych różnic temperatur. Intensywność promieniowania słonecznego na powierzchnię Merkurego wynosi od 4,59 do 10,61 stałej słonecznej dla Ziemi (1370Wm⁻²)^[37]

Pomimo ogólnej wysokiej temperatury powierzchni, pomiary radarowe silnie sugerują, że na planecie znajduje się lód. Do dolnych części niektórych kraterów w strefie okołobiegunowej nigdy nie dociera światło słoneczne, a temperatury są tam znacznie niższe od średniej globalnej. Woda z lodem dobrze odbija fale wysyłane przez radar, a obserwacje z użyciem teleskopów Goldstone i Very Large Array na początku lat 90. wykazały bardzo duży współczynnik odbicia w niektórych rejonach w pobliżu biegunów^[38]. Według astronomów, lód to najbardziej prawdopodobna, choć nie jedyna możliwa, przyczyna tego efektu^[39].

Przypuszczalnie, grubość pokrywy lodowej wynosi kilka metrów, a jej całkowita masa 10¹⁴–10¹⁵ kg^[40]. Dla porównania, masa lodu na Antarktydzie wynosi 4×10¹⁸  kg, a czapa lodowa bieguna południowego Marsa zawiera 10¹⁶ kg wody^[40]. Nie jest znane źródło pochodzenia lodu^[40].

Ciśnienie atmosfery Merkurego stanowi nikły ułamek ciśnienia atmosfery ziemskiej – zaledwie 10^-12 hPa – jest to niemal próżnia laboratoryjna. Grawitacja planety jest zbyt słaba dla utrzymania stabilnej atmosfery przez dłuższy czas; planeta ma jednak bardzo rozrzedzoną egzosferę^[41], w której skład wchodzi przede wszystkim tlen i sód. W mniejszych ilościach występują w niej wodór, hel, wapń oraz potas. Wykryto także śladowe ilości argonu, dwutlenku węgla, wody, azotu, ksenonu, Kryptonu i neonu. Merkuriańska egzosfera nie jest stabilna - atomy nieustannie ulatują w przestrzeń międzyplanetarną, a pozyskiwane są na nowo z różnorodnych źródeł. Wodór i hel pochodzą prawdopodobnie z wiatru słonecznego. Atomy te dyfundują z magnetosfery, by później ulecieć w przestrzeń kosmiczną. Rozpad radioaktywny pierwiastków w skorupie Merkurego to kolejne źródło helu, a także sodu i potasu.

Na planecie znajduje się para wodna, wskutek procesów takich jak: upadek komet na powierzchnię, rozpylania jonowego tworzącego wodę z wodoru i tlenu (pochodzących z wiatru słonecznego i skał merkuriańskich), a także ze zbiorników lodu w rejonach okołobiegunowych, gdzie lokalna topografia tworzy miejsca w kraterach do których nigdy nie dociera światło słoneczne, miejsca te są zdolne "uwięzić" wodę na cały czas istnienia Układu Słonecznego.

MESSENGER wykrył w atmosferze Merkurego duże ilości wapnia, helu, wodorotlenków, magnezu, tlenu, potasu, krzemu, sodu i wody. Zaskoczeniem dla astronomów było odkrycie dużej proporcji jonów związanych z wodą, takich jak O⁺, OH^- oraz H₂O^+[42][43]. Zakłada się, że zostały one przeniesione z powierzchni planety lub egzosfery przez wiatr słoneczny^[44].

Niektóre teorie ewolucji układów planetarnych przewidują, że planety leżące w niezbyt dużej odległości od gwiazdy migrują do centrum układu planetarnego. Jeżeli znajdą się bliżej niż 0,1 j.a. od swojej gwiazdy, to powoli tracą atmosferę, aż pozostanie z nich tylko skaliste jądro^[45]. Atmosfera Merkurego mogła w przeszłości podlegać podobnym procesom.

[edytuj] Magnetosfera

Pomimo małej średnicy i wolnej, 59-dniowej rotacji, Merkury ma ma dość silne i wyraźnie globalne, pole magnetyczne. Według danych z Marinera 10, jego natężenie w magnetosferze planety stanowi 1,1% natężenia magnetosfery ziemskiej. Indukcja magnetyczna na merkuriańskim równiku wynosi ok. 300 nT^[46][47]. Podobnie jak ziemskie, jest ono dipolowe^[48]. Jednak w przeciwieństwie do biegunów ziemskich, merkuriańskie znajdują się niemal na osi obrotu planety^[49]. Pomiary Marinera 10 i MESSENGERA wykazały, że siła i kształt pola magnetycznego są stabilne^[49].

Istnienie pola magnetycznego wokół Merkurego wiąże się z cyrkulacją wewnątrz globu dużego płynnego żelaznego jądra, które generuje je na zasadzie efektu dynama. W podobny sposób wytwarzane jest ziemskie pole magnetyczne^[50][51]. Oddziaływanie sił pływowych wskutek dużej ekscentryczności orbity utrzymuje jądro w stanie ciekłym, co wymagane jest do wywołania tego efektu^[52].

Pole magnetyczne jest zdolne do odchylenia wiatru słonecznego tak by omijał planetę, co tworzy magnetosferę. Magnetosfera Merkurego choć mała jest wystarczająco silna aby uwięzić plazmę wiatru słonecznego^[48]. Przyczynia się to do wietrzenia kosmicznego powierzchni planety^[49].

[edytuj] Orbita i rotacja

Okres rotacji Merkurego wokół własnej osi jest dość nietypowy w porównaniu z pozostałymi planetami – jeden obrót trwa aż 58 dni, 15 godzin i 26 minut. Zatem dzień merkuriański stanowi dwie trzecie merkuriańskiego roku. Tak powolny ruch obrotowy jest wynikiem silnego oddziaływania grawitacyjnego Słońca^[53].

Merkury porusza się po orbicie o dość dużym mimośrodzie, równym 0,2056 - co powoduje, że w peryhelium przybliża się on na 46 mln km do Słońca, a w aphelium oddala od niego na 69,8 mln km. Zmienia się przez to widoczna z jego powierzchni średnica kątowa Słońca – od 1°09’ do 1°44’. Również wyjątkowym jest fakt, że orbita tej planety nachylona jest o nieco ponad 7° do płaszczyzny ekliptyki. Nachylenie orbity sprawia, że przejście Merkurego przed tarczą słoneczną (Tranzyt) może być obserwowane z Ziemi tylko gdy Merkury jest blisko ekliptyki, a zdarza się to średnio co 7 lat.

Kąt nachylenia równika Merkurego do płaszczyzny orbity wynoszący 0,027°^[2] jest zaniedbywalnie mały^[54][55]. Oznacza to, że obserwator znajdujący się na równiku Merkurego podczas lokalnego południa nigdy nie dostrzeże Słońca na więcej niż 1/30 stopnia na północ lub południe od zenitu. Z kolei na biegunach Słońce cały czas jest na linii horyzontu lub tuż przy niej i nigdy nie wzejdzie wyżej niż 2,1' ponad horyzont^[2].

Jeden obieg Merkurego wokół Słońca trwa ok. 88 ziemskich dni. Okres obrotu jest w rezonansie 3:2 z czasem obiegu, tzn. planeta obraca się trzykrotnie na każde dwa obiegi wokół Słońca. Rezonans ten sprawia, że w peryhelium, gdy siły pływowe są największe, Merkury jest zwrócony w stronę Słońca wzdłuż tej samej osi, w wyniku czego (podobnie jak Księżyc) wydłużył się w tej osi. W rezonansie tym efekty wywołane siłami pływowymi są minimalne, zapewniając utrzymanie rezonansu zwane zablokowaniem pływowym^[56]. Nie rozstrzygnięto w sposób zadowalający w jaki sposób Merkury uzyskał rezonans. Uważa się, że rezonans ten powstał w wyniku działania sił pływowych na silnie wydłużonej orbicie, jednak przyjęcie obecnych parametrów orbity i planety wymaga nienaturalnie dużych sił tarcia wywołanych pływami by doszło do zablokowania w rezonansie. Hipoteza postawiona przez Alexandre C. M. Correia i Jacques'a Laskara zakłada, że orbita Merkurego zmieniała się w chaotyczny sposób, a jej mimośród mógł w historii planety dochodzić nawet do 0,325, przy tej wartości mimośrodu schwytanie na rezonansie 3/2 jest najbardziej prawdopodobne, co wykazano przez symulacje komputerowe^[57].

Na około cztery dni ziemskie przed peryhelium, kątowa prędkość orbitalna Merkurego jest równa prędkości prędkości obrotowej, następnie przez 8 dni przekracza prędkość orbitalną, tak więc pozorny ruch Słońca ustaje i przez ten czas odbywa się w przeciwną stronę, Słońce wydaje się wykonywać ruch wsteczny. Cztery dni po peryhelium Słońce powraca do normalnego pozornego kierunku ruchu. W wyniku tych procesów, na pewnej długości geograficznej na Merkurym można zaobserwować nietypowe zjawisko. Polega ono na tym, że Słońce wschodzi tylko częściowo, następnie zachodzi (cofając się) i ponownie wschodzi w tym samym dniu merkuriańskim^[7].

[edytuj] Ruch peryhelium

W XIX wieku francuski matematyk Urbain Le Verrier zauważył, że mechanika klasyczna oraz perturbacje znanych planet nie mogą całkowicie wyjaśnić wolnej precesji orbity Merkurego wokół Słońca. Zaproponował więc istnienie innej planety na orbicie jeszcze bliżej Słońca jako wytłumaczenie tej perturbacji (inne hipotezy zakładały niewielkie spłaszczenie Słońca). Zakończone sukcesem poszukiwania Neptuna jako przyczyna perturbacji orbity Uranu sprawiły, że środowisko astronomiczne skłoniło się ku wersji Le Verrier, a hipotetyczna planeta została nawet nazwana Wulkanem. Jednakże, nigdy jej nie odnaleziono^[58].

Ostatecznego wyjaśnienia - przemieszczania się peryhelium - dokonano na początku XX wieku za pomocą ogólnej teorii względności Albert Einsteina; był to też jeden z pierwszych faktów przemawiających za prawdziwością teorii. Perturbacje merkuriańskiego peryhelium są nieznaczne i wynoszą 42,98 sekund kątowych na stulecie, czyli potrzeba ponad 12 milionów orbit dla pełnego obrotu elipsy. Podobny, choć mniejszy efekt występuje na innych ciałach niebieskich, np. 8,62"/wiek dla Wenus, 3,84"/wiek dla Ziemi i 10,05"/wiek dla planetoidy 1566 Ikar^[59][60].

[edytuj] Obserwacja

Jasność obserwowana Merkurego waha się od -2,0^m do 5,5^m[61]. Jego obserwacja jest utrudniona ze względu na bliski dystans do Słońca, ponieważ Merkury ginie w jego blasku przez większość dnia. Można go więc dostrzec jedynie tuż przed zmierzchem lub tuż po świcie. Kosmiczny Teleskop Hubble'a nie może obserwować go nigdy, ze względu na przedsięwzięte środki ostrożności, uniemożliwiające zbytnie zwracanie się teleskopu w stronę Słońca^[62].

Oglądany z Ziemi, Merkury objawia się w fazach, podobnie jak Księżyc. Kiedy planeta znajduje się po przeciwnej stronie Słońca niż Ziemia (koniunkcja górna), jest ona w pełni; podczas koniunkcji dolnej (między Słońcem a Ziemią), jest w nowiu. W obu przypadkach, planeta wschodzi i zachodzi wówczas równorzędnie ze Słońcem i jest dla ziemskiego obserwatora niewidoczna. Podczas pierwszej i ostatniej kwarty, elongacja na wschód lub zachód osiąga swoją maksymalną wartość - odległość Merkurego od Słońca wynosi od 17,9° w peryhelium do 27,8° w aphelium^[63][64]. Przy maksymalnej wartości elongacji zachodniej, Merkury wschodzi przed Słońcem najwcześniej, w okresie maksymalnej elongacji wschodniej, zachodzi po Słońcu najpóźniej^[65].

Merkury osiąga koniunkcję dolną średnio raz 116 dni^[1], wahając się od 111 dni do 121 dni z powodu ekscentryczności orbity. Jego minimalny dystans od Ziemi może wynieść 77,3 milionów km^[1], jednak co najmniej do 2153 roku, nie spadnie on poniżej 82 millionów km^[64]. Czas trwania ruchu wstecznego z punktu widzenia ziemskiego obserwatora waha się od 8 do 15 dni, co również jest wynikiem dużej ekscentryczności orbity^[7].

Merkury jest zazwyczaj lepiej widoczny na półkuli południowej niż północnej^[65].

Merkury jest najjaśniejszy w fazie garbatej, pomiędzy ostatnią kwadrą a pełnią. Mimo że w tym okresie dzieli go większy dystans od Ziemi niż w fazie sierpa, jest on wtedy znacznie lepiej oświetlony^[61]. Jest tu więc inaczej niż w przypadku Wenus, która jest najlepiej widoczna w fazie sierpa, ponieważ znajduje się wówczas o wiele bliżej Ziemi niż w fazie garbatej^[66].

[edytuj] Badania Merkurego

[edytuj] Starożytność

Najstarsze znane udokumentowane obserwacje Merkurego pochodzą z tablic Mul Apin. Zostały one najprawdopodobniej przeprowadzone przez asyryjskich astronomów ok. XIV wieku p.n.e.^[67]. Nazwa oznaczająca Merkurego została wygrawerowana pismem klinowym jako UDU.IDIM.GU₄.UD ("skacząca planeta")^[68]. Zapiski z Babilonu sięgają pierwszego tysiąclecia p.n.e. Babilończycy nazywali planetę Nabu, na cześć boga mądrości i pisarzy w swojej mitologii^[69].

Starożytni Grecy w czasach Hezjoda nazywali planetę Στίλβων (Stilbon), co oznaczało "migotanie", oraz Ἑρμάων (Hermaon)^[70]. Później wprowadzili nazwę Apollo na określenie Merkurego o poranku i Hermes na część widzialną wieczorem. Około IV wieku p.n.e. greccy astronomowie zrozumieli, że obie nazwy odnoszą się do tego samego ciała. Rzymianie nazwali planetę imieniem boskiego posłańca - Merkurego, odpowiednika greckiego Hermesa^[5][71].

W starożytnych Chinach Merkury znany był jako Ch'en-Hsing, "Gwiazda Godzinna". Utożsamiany był z kierunkiem północnym i żywiołem Wody w filozofii Wu Xing^[72]. Mitologia hinduistyczna używa imienia Budha dla Merkurego, na cześć boga handlarzy i opiekuna środy^[73]. Bóg Odyn (lub Woden) z mitologii germańskiej, od którego wywodzi się angielska nazwa środy (Wednesday, od Woden's day), również utożsamiany był z Merkurym^[74]. Majowie wyobrażali sobie Merkurego jako sowę lub cztery sowy (dwie o poranku i dwie wieczorem), bedące posłańcami zaświatów^[75].

[edytuj] Badania z użyciem teleskopu

Pierwszych obserwacji Merkurego z użyciem teleskopu dokonał na początku XVII wieku Galileusz. Jednak mimo zakończonych powodzeniem prób obserwacji faz Wenus, teleskop nie był dość silny by zaobserwować fazy Merkurego. W 1631 Pierre Gassendi jako pierwszy zaobserwował przewidywany przez Jana Keplera tranzyt planety wzdłuż Słońca, dzięki obserwacjom tranzytu Merkurego. W 1639 Giovanni Zupi za pomocą teleskopu odkrył, że fazy orbitalne planety są podobne do faz Księżyca i Wenus. Obserwacja ta udowodniła, że Merkury orbituje wokół Słońca^[7].

Niezwykle rzadkim zjawiskiem widzianym z Ziemi jest przejście pobliskiej planety przed inną planetą (okultacja). Merkury i Wenus zakrywają się raz na kilkaset lat, a ich jedyna zaobserwowana okultacja z 28 maja 1737 jest efektem obserwacji Johna Bevisa z Królewskiego Obserwatorium Astronomicznego w Greenwich^[76]. Kolejne zakrycie Merkurego przez Wenus nastąpi 31 grudnia 2133^[77].

Naturalne trudności związane z obserwacją Merkurego powodowały, że był badany mniej intensywnie niż inne planety. W 1800 Johann Hieronymus Schröter poczynił obserwacje powierzchni, stwierdzając istnienie na Merkurym gór o wysokości 20 km. Friedrich Wilhelm Bessel po użyciu szkiców Schrötera nieprawidłowo oszacował okres rotacji jako 24-godzinny, z 70° kątem nachylenia równika względem płaszczyzny orbity^[78]. W latach 80. XIX wieku Giovanni Schiaparelli wykonał poprawniejsze mapy i zasugerował, że okres rotacyjny Merkurego wynosi 88 dni, czyli tyle samo co okres orbitalny. Efekt ten miał wynikać z oddziaływania sił pływowych (niejednorodności pola grawitacyjnego Słońca oddziałującego na różne części planety)^[79]. Zjawisko to nazywa się rotacją synchroniczną i występuje m.in w przypadku ziemskiego Księżyca. Próby wykonania map powierzchni Merkurego kontynuował Eugenios Antoniadi, który opublikował w 1934 książkę zawierającą mapy planety na podstawie własnych obserwacji^[48]. Wiele z elementów charakterystycznych powierzchni planety, m.in. tych identyfikowanych na postawie różnic w albedo, zostało nazwanych po raz pierwszy na mapach Antoniadiego^[80].

W czerwcu 1962 radzieccy naukowcy z Instytutu Rosyjskiej Akademii Nauk pod przewodnictwem Władimira Kotelnikowa jako pierwsi dokonali odbicia sygnału radarowego od Merkurego^[81][82][83]. Trzy lata później, obserwacje radarowe amerykańskich astronomów Gordona Pettengilla i R. Dyce, z użyciem 300-metrowego radioteleskopu w Obserwatorium Arecibo na Portoryko dowiodły niezbicie, że okres rotacyjny planety wynosi 59 dni^[84]. Pogląd, że Merkury jest w rotacji synchronicznej z orbitą był szeroko rozpowszechniony, było więc to dla środowiska astronomicznego zaskoczeniem. Gdyby istniało sprzężenie okresu obiegu z okresem obrotu w stosunku 1:1, ciemna strona planety byłaby ekstremalnie zimna, tymczasem badania emisji radiowych ujawniły temperatury wyższe niż oczekiwane. Jednak nie wszyscy zdecydowali się odrzucić hipotezę rotacji synchronicznej; zaproponowano m.in. silne wiatry zdolne rozprowadzać ciepło jako wyjaśnienie obserwacji^[85].

Włoski astronom Giuseppe Colombo zauważył, że wartość rotacji wynosi ok. 2/3 okresu orbitalnego. Zasugerował więc, że musi istnieć inna forma sprzężenia okresu obiegu z okresem obrotu, w którym rezonans wynosi 3:2^[86]. Późniejsze dane z Marinera 10 potwierdziły tą tezę^[87]. Rezonans 3:2 wynika z ekscentryczności merkuriańskiej orbity, która w połączeniu z dużą prędkością planety, sprawia, że Merkury obraca się szybciej. Nie oznacza to jednak, że mapy Schiaparelliego i Antoniadiego, za wyjątkiem współrzędnych, były nieprawidłowe^[80]. Badacze oglądali te same cechy powierzchni w co drugim obrocie i je zapisywali, nie zwracając uwagi na drugą stronę planety.

Ziemskie obserwacje teleskopowe w ciągu kolejnych kilku dekad nie dostarczyły już istotnych danych, a poznanie podstawowych właściwości Merkurego stało się możliwe dopiero dzięki wyprawom sond kosmicznych. Jakkolwiek, niedawne postępy technologiczne pozwoliły na dokładniejsze obserwacje z Ziemi. W 2000, 1,5-metrowy teleskop Hale z Mount Wilson Observatory wykonał wysokiej rozdzielczości zdjęcia z wykorzystaniem tzw. "lucky imaging". Niektóre z nich przedstawiały nie zobrazowane przez Marinera 10 cechy powierzchni planety^[88]. Kolejne obserwacje spowodowały odkrycie olbrzymiego dwupierścieniowego krateru uderzeniowego, nazwanego nieformalnie "Basenem Shinakas"^[32]. Radioteleskop Arecibo wykonał mapy większości planety, wliczając w to lokacje na biegunach, które przypuszczalnie zawierają wodę i lód^[89].

[edytuj] Badania bezpośrednie

Dotarcie na Merkurego stwarza kilka poważnych problemów natury technicznej, gdyż planeta orbituje znacznie bliżej Słońca niż Ziemia. Statek kosmiczny wystrzelony z Ziemi musi przebyć 91 milionów kilometrów w głąb grawitacyjnej studni potencjału Słońca. Zmiana prędkości (delta-v), wymagana aby statek mógł wejść na orbitę transferową z orbity Ziemi (gdzie prędkość orbitalna wynosi 30 km/s) na orbitę Merkurego, jest znaczna w porównaniu ze zmianą potrzebną do wejścia na orbity innych planet^[90].

Energia potencjalna uwolniona przy przemieszczaniu się w dół studni potencjału Słońca zmienia się w energię kinetyczną; potrzebna jest więc kolejna duża zmiana prędkości rakiety, by na dłużej pozostać w pobliżu Merkurego. Aby wylądować bezpiecznie lub wejść na stabilną orbitę, statek kosmiczny musi polegać wyłącznie na napędzie rakietowym (hamowanie aerodynamiczne jest wykluczone ze względu na brak atmosfery). Podróż na Merkurego wymaga więcej paliwa rakietowego niż do całkowitego opuszczenia Układu Słonecznego. W związku z tym, na planetę dotarły do tej pory jedynie dwie sondy kosmiczne^[91]. Proponowaną metodą alternatywną jest użycie żagla słonecznego, który umożliwiłby dotarcie na synchroniczną z Merkurym orbitę wokół Słońca^[92].

[edytuj] Mariner 10

Pierwszym statkiem kosmicznym, który dotarł do Merkurego był Mariner 10 wysłany przez NASA. Sonda ta wykonała kilka tysięcy zdjęć powierzchni planety w latach 1974-1975^[5]. Mariner 10 użył asysty grawitacyjnej Wenus by zbliżyć się do Merkurego 29 marca 1974. Był to pierwszy przypadek wykorzystania przyciągania jednego obiektu by osiągnąć inny cel. Równocześnie Mariner 10 był pierwszym pojazdem kosmicznym, który w ciągu jednej misji odwiedził dwie planety^[90]. Mariner 10 dostarczył pierwszych bliskich ujęć powierzchni planety, które ujawniły, że jest ona zdominowana przez kratery oraz inne cechy geologiczne, np. gigantyczne skarpy, które później przypisywano skutkom nieznacznego kurczenia się planety ze względu na stygnięcie żelaznego jądra^[93]. Jednak ze względu na długość okresu orbitalnego sondy, przy obu jej przelotach nad Merkurym oświetlona była tylko jedna strona planety. Uczyniło to obserwację całego ciała niebieskiego niemożliwą^[94], a Mariner wykonał mapy jedynie 40-45% powierzchni^[95].

Na dwa dni przed rozpoczęciem przelotu nad Merkurym wskaźniki Marinera zaczęły nieoczekiwanie rejestrować duże ilości promieniowania ultrafioletowego. Jako przyczynę wstępnie wymieniono merkuriański księżyc. Wkrótce okazało się, że promieniowanie pochodzi z gwiazdy 31 Crateris, a hipoteza jakoby Merkury miał księżyc została sfalsyfikowana.

Sonda zbliżyła się do planety trzykrotnie, a najmniejszy dystans jaki dzielił ją od powierzchni wyniósł 327 km^[96]. Przy pierwszym przelocie magnetometr Marinera wykrył pole magnetyczne, ku zaskoczeniu geologów planetarnych - rotacja Merkurego wydawała się być zbyt wolna do wygenerowania efektu dynama. Drugie zbliżenie poświęcono głównie na obrazowanie, natomiast przy ostatnim przelocie uzyskano szczegółowe dane magnetyczne. Okazało się, że pole magnetyczne planety działa podobnie jak ziemskie, które odpycha wiatr słoneczny wokół planety. Na temat źródła merkuriańskiego pola magnetycznego powstało kilka teorii^[97].

Kilka dni po ostatnim zbliżeniu do planety, sonda wykorzystała całkowicie zapas paliwa w silnikach manewrowych, co uniemożliwiało kontrolowanie orbity sondy. 24 marca 1975 przerwano łączność z sondą^[98]. Możliwe że Mariner 10 wciąż orbituje wokół Słońca i przelatuje w pobliżu Merkurego raz na kilka miesięcy^[99].

[edytuj] MESSENGER

3 sierpnia 2004 z Cape Canaveral Air Force Station z użyciem rakiety nośnej Delta II zainicjowano misję kolejnej sondy kosmicznej NASA - MESSENGER ku pierwszej planecie Układu Słonecznego. Jej głównym celem jest wykonanie zdjęć półkuli, której nie zdołał zobrazować Mariner 10. W drodze do celu próbnik przeleciał w sierpniu 2005 koło Ziemi, a w październiku 2006 i czerwcu 2007 obok Wenus^[100]. Pierwszy przelot MESSENGERA nad Merkurym miał miejsce 14 stycznia, a drugi 6 października 2008^[101]. Kolejne zbliżenie zaplanowano na 29 września 2009. Następnie sonda wejdzie w marcu 2011 na niską orbitę wokół Merkurego, stając się jego sztucznym satelitą^[101]. Przez minimum rok sonda będzie przesyłać dane naukowe i już podczas zbliżeń do planety wykona zdjęcia niedostępnej dla Marinera 10 półkuli planety.

Celem misji jest pogłębienie wiedzy na temat dużej gęstości planety, jej geologicznej historii, pola magnetycznego, struktury jądra, znalezienia przyczyny braku atmosfery oraz rozstrzygnięcia, czy na biegunach znajduje się lód. Sonda zaopatrzona jest w przyrządy obrazujące o dużo wyższej rozdzielczości niż te, których używał Mariner. Dołączone do niej spektrometry mają ustalić skład chemiczny skorupy planety, natomiast magnetometry zmierzą prędkości naładowanych cząsteczek. Precyzyjne pomiary zmian prędkości sondy podczas orbitowania pomogą w poznaniu szczegółów wewnętrznej struktury Merkurego^[18].

[edytuj] BepiColombo

Europejska Agencja Kosmiczna planuje wraz z JAXA wspólną misję kosmiczną pod nazwą BepiColombo. Mają być w niej wykorzystane dwie sondy: jedna do wykonywania map planety, druga do badania jej magnetosfery^[102]. Zostaną one wystrzelone w kosmos w 2013 z Gujańskiego Centrum Kosmicznego za pomocą rosyjskiej rakiety Sojuz^[102]. Podobnie jak w przypadku MESSENGERA, BepiColombo będzie musiał dokonać przelotów w pobliżu innych ciał niebieskich przed dotarciem do Merkurego, w celu wykonania manewru asysty grawitacyjnej. Sondy zbliżą się do Księżyca, Wenus i kilkukrotnie do Merkurego przed wejściem na orbitę^[102]. Statek napędzany będzie silnikiem jonowym zasilanym energią słoneczną, zdolnym do utrzymywania ciągu przez dłuższy czas^[103][102]. BepiColombo dotrze na Merkurego w 2019^[103]. Obie sondy będą badać planetę przez co najmniej rok^[102].

[edytuj] Merkury w fikcji

Merkurego przedstawiano jako miejsce wydarzeń w literaturze i filmach z gatunku fantastyki naukowej. Powtarzające się motywy to niebezpieczeństwo wynikające z narażenia się na promieniowanie słoneczne, możliwość uniknięcia szkodliwej dawki promieniowania przez znalezienie się na terminatorze Merkurego oraz autokratyczne rządy na planecie. Do 1965 uważano, że Merkury był w rotacji synchronicznej ze Słońcem - jedna strona planety (oświetlona) miała być ekstremalnie gorąca, a druga (nieoświetlona) - ekstremalnie zimna. Literatura fikcyjna do 1965 odzwierciedla ówczesny pogląd naukowy na ten temat.

W Ta Ohydna Siła C.S. Lewisa z 1945, Merkury opisywany jest jako miejsce narodzin języka we wszechświecie. W Wyspy na Niebie Arthura C. Clarke z 1952, przytaczana jest opowieść o "Merkuriańczykach", żyjących na ciemnych, pozbawionych Słońca, regionach planety. Z kolei w cyklu Spotkanie z Ramą, rząd Merkurego usiłuje zniszczyć statek kosmiczny Rama. W nowelach Isaaca Asimova - Runaround (1952), The Dying Night (1956) i Lucky Starr and The Big Sun of Mercury (1956), jedna strona Merkurego jest stale oświetlona, a druga stale ciemna.

Przypisy