Тайны Вселенной - Валерий Демин

МЕРКУРИЙ

Самая приближенная к Солнцу планета внешне похожа на Луну: вся ее поверхность испещрена кратерами — следами-оспинами, оставленными от ударов метеоров.[46] Меркурий полностью оправдывает свое наименование — в честь пронырливого и вездесущего античного Бога — покровителя не одних только путешественников, торговцев, ученых-интеллектуалов, магов и алхимиков, но также воров и мошенников. Нрав у него — выходящий за пределы общепринятых норм небесной механики. Как известно, все планеты вращаются вокруг своей звезды-пастуха по эллиптическим орбитам, расположенным примерно в одной плоскости. И только орбита Меркурия отклоняется от заданных математических канонов. Впоследствии эта загадка стала одним из стимулов разработки общей теории относительности.

Меркурий обращается вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, наклоненной к плоскости орбиты Земли (эклиптике) на 7°. Его среднее расстояние от Солнца составляет 58 млн. км, или 0,39 а. е. Орбита Меркурия такова, что его расстояние от Солнца меняется от 0,31 до 0,47 а. е. Среди планет Меркурий рекордсмен-спринтер: он движется по орбите со скоростью, достигающей 54 км/с, что почти вдвое больше скорости Земли. На один оборот вокруг Солнца он затрачивает 88 земных суток.

Еще совсем недавно (до полета автоматических межпланетных станций) считалось, что вращение Меркурия синхронно с его движением вокруг Солнца, что он всегда обращен к Солнцу одним полушарием, подобно тому как Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Действительность оказалась куда интереснее. И как это ни странно, чтобы узнать истину, не понадобилось космических ракет. Более того, космический аппарат был бы мало полезен в этом деле. Решение было получено с помощью сравнительно нового средства исследования планет, которым можно пользоваться, «не выходя из дома». Это — радиолокация планет, которая отпочковалась от военной радиолокации сразу же после Второй мировой войны. Сейчас с ее помощью удается получить результаты, которые трудно не назвать чудом. Хотя непосредственная зоркость радаров намного уступает оптике, изображение больших участков поверхности Венеры, например, впервые было получено именно с помощью радиолокации. А измеренный радиус Меркурия оказался лишь на 5 км меньше действительной величины (2440 км).

При локации Меркурия радиоимпульс сначала отражается небольшим «пятачком» в центральной части планеты и со скоростью света устремляется во все стороны, в том числе и к антенне пославшего его радиолокатора. Возвратившаяся часть импульса так слаба, что необходимо все могущество современной радиотехники, чтобы, как говорят радиоинженеры, «выделить» его. Вслед за первой частью импульса придет вторая, отраженная примыкающим к «пятачку» бесконечно узким кольцом, удовлетворяющим единственному условию: расстояния от любой его точки до антенны радиолокатора равны. А там на очереди третье, четвертое, пятое кольца и так до последнего, ограничивающего диск планеты. (Конечно, в действительности отдельных колец не существует — процесс отражения непрерывен.) Дальняя от нас сторона планеты окажется в радиотени и ничего не отразит.

Таким образом, изучая отраженные с разным запаздыванием импульсы, можно, например, найти, как меняются радиоотражательные свойства планеты по кольцам на данной длине волны. Но главное — впереди. Так как планета вращается, часть импульса, отраженного каждым кольцом, не совсем однородна.

Северная и южная полярные области отразят его одинаково, однако частота, на которой будет принят отраженный ими сигнал, не окажется в точности равной частоте посланного импульса. В силу того, что в своем движении вокруг Солнца планеты либо удаляются друг от друга, либо сближаются, возникает эффект Доплера и частота смещается. Намного ли? Для Меркурия наибольшее смещение сигнала радиолокатора, который работает на длине волны 10 см, составит 500 кГц — огромная величина по радиотехническим

меркам. Однако этим дело не ограничивается. Меркурий вращается, поэтому западная (левая) его сторона движется навстречу импульсу, вызывая дополнительный положительный доплеровский сдвиг, а восточная (правая) — удаляется и дает отрицательный доплеровский сдвиг (рис. 84). Эти сдвиги (их называют остаточными разностями), конечно, намного меньше основного сдвига, но для Меркурия составляют 32 Гц — вполне измеримую величину.

В 1965 году самый большой радиотелескоп мира, находящийся в Аресибо (Пуэрто-Рико), был использован для локации Меркурия. После анализа остаточных разностей возвратившегося сигнала можно было определить скорость вращения планеты. Однако полученные таким путем данные никак не согласовывались с уже заранее записанным в конце задачи ответом, основанным на оптических наблюдениях. И тогда ученые поступили так же, как поступает школьник, у которого не сходится ответ, — они сказали, что в задачнике ошибка! И были правы.

Прежний ответ был получен из наблюдений трудноразличимых пятен на планете. Астрономы сходились в том, что при сближении с Землей Меркурий всегда повернут к ней одной стороной. И это было верно, но и только! Ведь из этого был сделан вывод о синхронном движении Меркурия. Конечно, можно было допустить, что между противостояниями Меркурий делает целое число оборотов вокруг своей оси, но это представлялось маловероятным. И тем не менее вращение планеты вокруг оси таково, что, проходя перигелий (ближайшую к Солнцу точку орбиты, когда их разделяет только 0,31 а. е.), Меркурий поочередно обращен к Солнцу то одной, то другой стороной. За две трети года он завершает полный оборот вокруг своей оси. Засвидетельствовав, таким образом, свое уважение к владыке — Солнцу, Меркурий к тому моменту, когда он окажется на линии Солнце — Земля, успевает повернуться к последней всегда одной и той же стороной.

Во всем Меркурий поражает своей непохожестью на всех остальных братьев и сестер общей солнечной семьи. Несмотря на близость к центральному светилу, отчего Солнце предстает там как огромный огненный шар, несравнимый с привычной земной картиной, — меркурианские сутки необычайно продолжительные: они равны 176 земным суткам, то есть длятся по земным меркам более полугода. В результате движение Солнца по меркурианскому небу не похоже на привычный нам «механизм» солнечных часов.

Благодаря сложению неравномерного движения планеты по вытянутой орбите с медленным вращением, Солнце останавливается в своем видимом движении по небу Меркурия и даже возвращается назад. В некоторых зонах планеты восходы и заходы Солнца наблюдаются дважды за одни сутки, причем и восходы и заходы наблюдаются как на востоке, так и на западе. Все это светопреставление (иначе не скажешь) длится регулярно по две недели «утром» и «вечером», если здесь годятся эти привычные нам понятия. Очень долгие день и ночь, по-видимому, почти не подвержены сезонным изменениям — полярная ось планеты практически перпендикулярна плоскости орбиты. Плоскость экватора наклонена к ней менее чем на 1°.

В итоге поверхность, обращенная к Солнцу, раскаляется до температуры плавления олова, свинца и цинка (+ 430 °C). Напротив, ночная сторона планеты превращается в это время в естественный суперхолодильник (-173 °C). Однако очень высокие температуры только у поверхностного слоя. А он сильно измельчен, имеет поэтому низкую теплопроводность и служит прекрасной теплоизоляцией. Данные радиоастрономии показывают, что уже на глубине нескольких десятков сантиметров температура постоянная, 70–90 °C выше нуля. Низкая теплопроводность приводит к тому, что после захода Солнца поверхность Меркурия очень быстро остывает. Уже через 2 часа температура падает до -140 °C, а ночью может достичь -180 °C.

Измерения температуры вдоль трассы полета космического аппарата позволяют исследовать физические свойства пород, из которых сложена поверхность планеты. Делается это так. Измерения ведутся дистанционно с помощью радиометра, прибора, измеряющего тепловой поток, излучаемый поверхностью. Если днем на фоне нагретого окружающего района будет обнаружен участок более холодный и обладающий такими же отражательными свойствами (что определяется путем фотометрии), то это может означать только, что тепло куда-то уходит. Куда? Если поверхность сухая, как у Меркурия и Луны, то при постоянстве ее излучательных свойств происходит отток тепла в глубину. Про подобный участок говорят, что он обладает повышенной «тепловой инерцией», которая определяется плотностью и коэффициентами теплоемкости и теплопроводности. Например, холодным будет скальный массив, окруженный тем же материалом, но в сильно раздробленном состоянии. Ночью раздробленный материал быстро остынет, излучив свои небольшие запасы тепла, скала же будет ярко светиться в инфракрасных лучах. Их немного, что говорит об однородности поверхности планеты.[47]