Геологи Келси Крейн и Крисчен Климкзак из Университета Джорджии (США) оценили темпы охлаждения Меркурия и время, за которое самая маленькая и ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы приобрела современные размеры. Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters, кратко о нем соoбщается в блогах Американского геофизического общества.
Меркурий легче и меньше Земли примерно в 20 раз, средняя плотность — примерно такая же. Год на Меркурии продолжается 88 дней.
От других планет Солнечной системы Меркурий отличается крупным металлическим ядром — на него приходится 85 процентов радиуса этого небесного тела. Для сравнения, ядро Земли — это только половина ее радиуса. В отличие от Венеры и Марса, Меркурий, как и Земля, обладает собственной, а не наведенной магнитосферой.
Космическая станция MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry) обнаружила на поверхности Меркурия многочисленные складки, изгибы и разломы, что позволяет сделать однозначный вывод о тектонической активности планеты, как минимум в прошлом. Строение внешней коры, по мнению ученых, определяется происходящими в недрах планеты физическими процессами, в частности, термодиффузией мантии и, вероятно, генерацией магнитного поля.
Составленное из снимков станции Mariner 10 изображение Меркурия
Изображение: NASA
Первые данные о том, что размеры Меркурия менялись, получила космическая станция Mariner 10. На поверхности планеты были обнаружены эскарпы — высокие и протяженные обрывы. Ученые предположили, что они возникли из-за остывания Меркурия, в результате чего кора небольшой планеты, сокращающейся в размерах, деформировалась. Однако только сейчас геологам удалось оценить, когда и с какой скоростью эти процессы происходили.
Помогли данные о кратерах, полученные станцией MESSENGER. Геологи полагают, что глобальное сжатие планеты началось более 3,85 миллиарда лет назад. С тех пор поверхность Меркурия приближалась к его центру со скоростью 0,1-0,4 миллиметра в год.
Сокращение планеты постепенно замедляется и сейчас практически незаметно. Всего радиус Меркурия уменьшился более чем на пять километров.
Как полагают исследователи, Меркурий начал сжиматься после метеоритной бомбардировки, завершившейся 3,8 миллиарда лет назад и длившейся 400 миллионов лет. За это время на Меркурии, Венере, Земле, Луне и Марсе возникло множество ударных кратеров. Причины катаклизма неясны. Вероятно, к нему привело изменение орбит газовыми гигантами или некое гравитационное возмущение на окраинах Солнечной системы, в результате чего к ее центру устремилось множество комет и астероидов. Их удары и разогревали Меркурий.
Возраст кратеров на Меркурии оценивался при помощи метода, применявшегося для определения времени формирования геологических образований на Луне. Чем сильнее деградация кратера, а также чем он темнее из-за покрывшей его пыли, тем он старше. Этот визуальный метод оправдал себя при датировке кратеров на Луне, подтвержденной результатами радиоизотопного анализа образцов грунта, которые были доставлены на Землю в рамках американской пилотируемой лунной программы Apollo.
Кратеры Меркурия, изученные специалистами, превышают в диаметре 20 километров. Всего проанализировали более шести тысяч особенностей геологических образований, на многие из которых ранее не обращали внимания. Большинство особенностей, хотя и не все, оказались связанными с глобальным сжатием Меркурия. Старые кратеры, как правило, пересекают разломы — значит, эти кратеры возникли еще до начала сжатия планеты. Молодые кратеры чаще всего не затронуты разломами.
Ученые сходятся в том, что Меркурий до сих пор представляет собой отличную площадку для проверки моделей образования и эволюции планет земной группы. Небесное тело по-прежнему изменяется, хотя тектоническая активность там почти прекратилась и все сильнее ослабевает магнитное поле. У Венеры и Марса собственного магнитного поля давно нет, тектоническая активность на Венере еще не успела возникнуть, а у Марса, вероятно, уже закончилась.
Кратер Аполлодор и борозды Пантеон
Изображение: NASA
Более того, одно из последних моделирований образования из протопланетного диска вокруг Солнца небесных тел земной группы показало, что Меркурий вообще не должен был возникнуть. Астрономы 110 раз запускали модель в рамках задачи N тел, для чего использовалось более ста крупных зародышей планет и около шести тысяч планетезималей. В большинстве запусков удалось воспроизвести рождение Венеры и Земли, тогда как Меркурий и Марс образовались только в девяти случаях.
Как правило, ближайшая к светилу планета формировалась на расстоянии 0,27-0,34 астрономической единицы от звезды, с малым эксцентриситетом (описывающий вытянутость орбиты параметр), и была легче Земли примерно в пять раз. Планета формировалась в основном из материи зародышей, и на это уходило десять миллионов лет.
Подробно Меркурий исследовали всего две станции — Mariner 10 и MESSENGER. В 2018 году к Меркурию Япония и ЕС планируют отправить третью миссию — BepiColombo, из двух станций. Первая, MPO (Mercury Planet Orbiter) составит мультиволновую карту поверхности небесного тела. Вторая, MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) займется исследованием магнитосферы. Ждать первых результатов миссии придется долго — даже если старт состоится в 2018-м, Меркурия станция достигнет только в 2025 году.