Merkurs (planēta)

Uzbūve

Merkurs ir mazākā Zemes grupas planēta. Merkura ekvatoriālais diametrs ir aptuveni 4 879,4 km, tas ir 0,38 Zemes diametri. 70% Merkura sastāva ir metāliski materiāli, un atlikušie 30% — silikātieži. Merkurs ir otra blīvākā planēta Saules sistēmā — 5,43 g/cm³ (mazliet mazāk par vidējo Zemes blīvumu). Merkura lielais blīvums sniedz ziņas par tā iekšējo uzbūvi, un blīvums tiek izskaidrots ar samērā masīvu kodolu, kas varētu veidot līdz pat 42% no visa planētas tilpuma (Zemes kodols sastāda tikai 17% no visas planētas tilpuma). 30 gadus tika uzskatīts, ka Merkura kodols ir cietā formā, jo tik mazai planētai tas nevarētu būt šķidrs. 2007. gada maijā iznākušajā žurnālā Science publicēts raksts, kurā ziņots, ka NASA zinātnieki, izmantojot precīzus radarus, noteikuši, ka planētai ir šķidrs kodols. Šķidrā kodola eksistenci pierādījuši arī Kornela Universitātes pētnieki.
Kodola izmēri sasniedz gandrīz 2000 kilometrus rādiusā, to sedz apmēram 600 kilometrus biezs mantijas slānis. Pastāv vispāratzīts uzskats, ka Merkura pirmsākumos tas bijis vismaz 2 reizes masīvāks, taču tad saskrējies ar masīvu objektu, kura masa bijusi vismaz 1/6 Merkura masas, un trieciena rezultātā zaudējis lielu daļu sava materiāla (tas varētu izskaidrot nesamērīgi lielo kodola izmēru — kādreiz planēta bijusi lielāka). Mantiju sedz apmēram 200 kilometrus bieza garozas kārta, kas ir diezgan rievota, ar daudziem kritumiem un ģeoloģiskiem formējumiem. Tas tiek izskaidrots ar to, ka pēc tam, kad garoza jau bija sacietējusi, Merkura mantija un kodols turpināja atdzist un to izmēri samazinājās, līdz ar to "saraustot" garozu.
Merkurs satur daudz dzelzs (relatīvi pat vairāk par visām citām Saules sistēmas planētām), tas tiek izskaidrots ar iepriekš pieminēto sadursmes iespēju, kad akmeņainā virskārta tika triecienā zaudēta. 
 Pastāv arī otra teorija, kas lielo dzelzs daudzumu izskaidro ar to, ka Saule savos pirmsākumos izstaroja daudz lielāku enerģiju un karstums iztvaicēja nosacīti vieglāko akmens garozu, iespējams, veidojot gāzu atmosfēru, kas vēlāk izgaroja Saules vēja ietekmē, atstājot tikai smagāko metālu kodolu. Vēl pastāv arī trešā teorija, ka Saules sistēmas pirmsākumos Saule no apkārt esošā akrēcijas diska sevī absorbējusi vieglākos materiālus un no atlikušajiem smagajiem elementiem izveidojies Merkurs. Lai noteiktu, kura teorija ir precīzāka, nepieciešami rūpīgi Merkura virsmas pētījumi, kas būs iespējami gan ar MESSENGER, gan ar plānoto BepiColombo kosmisko aparātu.

Virsma un atmosfēra

Merkura virsmu klāj daudzi krāteri, un Merkura virsmas attēlus var viegli noturēt par Mēness virsmas attēliem — tie ir ļoti līdzīgi. Daudzie krāteri liecina, ka planēta jau miljardiem gadu ir ģeoloģiski neaktīva. Merkura virsmā ietriekušies neskaitāmi asteoroīdi un komētas, zemākajos apvidos lava, kas izplūdusi virspusē, aizpilda krāterus, veidojot nosacītus līdzenumus — "jūras". Starp Zemes tipa planētām par Merkura ģeoloģiju zināms vismazāk, jo pētījumi balstīti uz Mariner 10 pārlidojuma rezultātiem, kā arī novērojumiem no Zemes. Virsmu klāj dažādu izmēru krāteri - sākot ar sekliem un maziem krāteriem, līdz pat vairākus simtus kilometrus lielām triecienu veidotām sistēmām. Lielākie krāteri uz Merkura virsmas ir 1550 kilometrus lielais Caloris Basin un 1600 kilometrus lielais Skinakas Basin, kura ārējais trieciena radītais gredzens sasniedz pat 2300 kilometrus.
Trieciens, kas radījis Caloris Basin, ir bijis tik spēcīgs, ka triecienvilnis apskrējis visu planētu un tās pretējā pusē radījis diezgan jocīgus pacēlumus, kas tieši tā arī nosaukti par "Jocīgo virsmu". Merkura virsmas apgabalus var iedalīt divās vecuma grupās — vecākās daļas ir klātas ar daudziem krāteriem, bet jaunākās ir līdzenākas, ar lavu pārplūdušas virsmas kurās krāteru ir ievērojami mazāk. Merkura virsmu ietekmē arī Saules radītie paisuma spēki — uz Merkura tie ir par 17% spēcīgāki par Mēness paisumiem uz Zemes. Merkura virsmas vidējā temperatūra ir 440 kelvini, un tā mainās 610 grādu robežās, jo uz Merkura nav atmosfēras, līdz ar to naktīs temperatūra nokrīt līdz 90 grādiem pēc Kelvina (–183 grādi pēc Celsija). Dienā virsma sakarst līdz pat 700 grādiem pēc Kelvina (+427 pēc Celsija).

Lai gan Merkurs atrodas tuvu Saulei, pastāv diezgan nopietni pierādījumi tam, ka Merkura polos, krāteru dziļumā, eksistē ledus. Tā kā Merkura rotācijas ass nobīde ir tikai 0,01 grāds (Zemes rotācijas nobīde sasniedz gandrīz 24 grādus), tad polos esošo krāteru dziļumā nekad neiespīd Saule.
 Ledus uz planētas varētu būt radies pēc komētu triecieniem. Merkuram praktiski nav atmosfēras, lai gan ir reģistrēti ūdeņraža, hēlija un skābekļa atomi, kas varētu būt atnesti ar Saules vēju. Hēlijs varētu arī būt radies, sabrūkot Merkura garozā esošajiem radioaktīvajiem materiāliem.

Magnētiskais lauks

Merkuram ir relatīvi spēcīgs, globāls magnētiskais lauks, ko rada planētas dzelzs kodols. Ņemot vērā atklājumus, ka Merkura kodols ir šķidrs, uzskata, ka magnētiskais lauks rodas, darbojoties dinamo principam . Ievērojamās orbītas ekscentritātes dēļ Saules radīto paisuma spēku iedarbības izmaiņas uz Merkuru varētu dot enerģiju Merkura kodolam un uzturēt to šķidru. Magnētiskais lauks ir nosacīti vājš (pēc Mariner 10 datiem - tikai 1,1% salīdzinājumā ar Zemes magnētisko lauku). Visspēcīgākais tas ir Merkura ekvatoriālajos reģionos. Merkura magnētiskais lauks ir bipolārs, un gan Mariner 10, gan MESENGER iegūtie dati apliecina, ka tas ir stabils.  Merkura magnētiskais lauks ir pietiekoši spēcīgs, lai novirzītu Saules vēju apkārt planētai, tā veidojot magnetosfēru. Daļa Saules vēja daļiņu tiek notvertas magnetosfērā un izraisa magnētiskā lauka svārstības, kuras reģistrēja Mariner 10. 2008. gada 6. oktobrī MESSENGER aparātam otro reizi pārlidojot Merkuru, magnētiskajā laukā tika novēroti virpuļi, apmēram 800 kilometrus plati magnētiskā lauka veidojumi, kas veidojas, savienojoties Saules vēja deformācijām ar Merkura magnētisko lauku, tā veidojot nosacītos lauka kropļojumus. Merkura magnētiskajā laukā veidojoties virpuļiem, tas tiek deformēts, un Saules starojums var tieši sasniegt Merkura virsmu.

Orbīta un rotācija

Merkura orbīta ir ļoti ekscentriska (lielākā ekscentritāte Saules sistēmas planētai) - Merkura attālums līdz Saulei mainās robežās no 46 līdz pat 70 miljoniem kilometru. Merkurs Sauli apriņķo 88 dienās. Merkura orbīta attiecībā pret Zemes orbītu ir nobīdīta par 7 grādiem, un šī iemesla dēļ no Zemes ir iespējams novērot Merkura pāriešanu pāri Saules diskam, kad Merkurs ir redzams kā mazs melns punkts uz Saules diska. Parasti tas notiek reizi septiņos gados. Diezgan ilgu laiku pastāvēja uzskats, ka Merkurs ir saistīts ar Saules paisuma spēkiem un pret Sauli vienmēr ir pagriezis vienu puslodi (līdzīgi kā Mēness pret Zemi), taču 1965. gadā veiktie radarnovērojumi atklāja, ka Merkurs, divreiz apriņķojot Sauli, trīs reizes apgriežas ap savu asi - savā ziņā Merkura diena (rotācija ap savu asi) ir garāka par Merkura gadu (rotācija ap Sauli).
 Merkura rotācijas ass slīpums ir tikai 0,01 grāds - mazākais rotācijas ass slīpums Saules sistēmā. Tas nozīmē, ka novērotājam uz Merkura ekvatora Saule pusdienas laikā vienmēr būtu tieši virs galvas, bet, novērotājam atrodoties Merkura polos, Saule nekad nepaceltos virs horizonta augstāk par 0,01 grādu. Sādos apstākļos ir iespējama ledus veidošanās krāteru dziļumā.

Novērojumi

Merkura novērojumus veikt ir diezgan sarežģīti, jo tas atrodas tuvu Saulei. No Zemes Merkurs redzams tikai īsi pirms saullēkta un īsi pēc saulrieta zemu pie horizonta (tādēļ pilsētās novērot Merkuru ir praktiski neiespējami). Drošības iemeslu dēļ Merkura novērojumos netiek izmantots Habla kosmiskais teleskops — Saules spēcīgā gaisma var sabojāt zinātnisko aparatūru. Tāpat kā Mēnesim, arī Merkuram ir novērojamas fāžu maiņas. Orbītas īpatnību dēļ Merkuru vieglāk novērot Zemes dienvidu puslodē, nekā ziemeļu puslodē. Piemēram, Jaunzēlandē Merkurs ir redzams pat vairākas stundas pirms saullēkta (un attiecīgi arī vairākas stundas pēc saulrieta), Merkuru iespējams redzēt arī gadījumos, kad notiek pilni Saules aptumsumi.

Novērojumi senatnē

Pirmās ziņas par Merkura novērojumiem datētas ap 14. gadsimtu pirms mūsu ēras, kad to novēroja asīrieši, kas to dēvēja par Ubu-idim-gud-ud ("lēkājošā planēta"). Babilonieši Merkuru dēvēja mitoloģiskā vēstneša Nabu vārdā. Senie grieķu astronomi uzskatīja, ka patiesībā eksistē divas planētas - viena, kas redzama no rīta un otra, kas redzama vakarā, tādēļ Merkurs tika saukts divos vārdos — Stilbon (grieķu: Στίλβων) - "zaigojošais" un Hermaon (grieķu: Ἑρμάων). Romieši planētu sauca dieva Merkura (grieķu mitoloģijā - Hermejs) vārdā. Senajā Ķīnā Merkuru dēvēja par Ch'en-Hsing (Stundas zvaigzne) Ebreji Merkuru sauca par kokhav hamah (ivritā: כוכב חמה) - "zvaigzne pie karstā (Saules)". Maiji apzīmēja Merkuru ar divām pūcēm (dažkārt arī ar četrām) un tās uzskatīja par pazemes (pēcnāves) vēstnešiem. Merkura astronomiskais simbols ir . Tas attēlo stilizētu dieva Merkura galvu ar spārnotu cepuri.

Novērojumi no Zemes

Pirmos Merkura novērojumus, izmantojot teleskopu, 17. gadsimtā veica Galileo Galilejs. 1631. gadā Pjērs Gasendi, balstoties uz Johanesa Keplera aprēķiniem, novēroja Merkura pāriešanu pāri Saules diskam. 1639. gadā Džovanni Zupi atklāja, ka Merkuram, tāpat kā Venerai, ir novērojamas fāzes, kas mainās atkarībā no Merkura atrašanās orbītā ap Sauli. Šis atklājums norādīja uz to, ka Merkurs riņķo ap Sauli. 1737. gada 28. maijā Džons Beviss Griničas observatorijā novēroja ļoti reto parādību, kad Venera aizsedz Merkuru (šāds notikumi atkārtojas reizi vairākos gadsimtos — nākamoreiz tas notiks 2133. gadā). 19. gadsimta astronomi sāka novērot dažas virsmas detaļas, un 1880. gadā Džovanni Skaparelli noteica Merkura apriņķošanas periodu - apmēram 88 dienas. Līdz pat 1962. gadā sāktajiem Merkura radarnovērojumiem pastāvēja uzskats, ka Merkurs pret Sauli visu laiku pagriezis vienu puslodi. 1962. gadā PSRS Zinātņu akadēmijas Radioinženierijas un elektronikas institūta darbinieki Vladimira Koteļņikova vadībā pirmo reizi noraidīja uz Merkuru radiosignālu un pēc tam uztvēra atstaroto signālu - tā sākās Merkura novērojumi ar radioteleskopiem. Trīs gadus vēlāk ASV zinātnieki Gordons Petengils un R. Daiss, izmantojot Aresibo radioteleskopu, noteica ka Merkurs apriņķo ap savu asi 59 dienās.

Novērojumi ar kosmiskajiem aparātiem

Merkura tuvā atrašanās Saulei sarežģīja arī novērojumus ar kosmiskajiem aparātiem, jo ceļš līdz Merkuram un ieiešana orbītā ap planētu prasa vairāk enerģijas, nekā būtu jāpatērē, lai pamestu Saules sistēmu. Līdz šim Merkuru pētījis tikai viens kosmiskais aparāts — Mariner 10.
 Zonde trīs reizes pārlidoja Merkuru, taču orbītas īpatnību dēļ katrā pārlidojumā tā novēroja vienu un to pašu puslodi. Aparāts kartografēja apmēram 45% Merkura virsmas.
2004. gada 3. augustā startēja NASA zonde MESSENGER, kam Merkuru sasniegt bija paredzēts 2011. gadā un, atšķirībā no Mariner 10, bija paredzēts, ka tā ieies orbītā ap planētu un strādās apmēram gadu, novērojot arī līdz šim nepētītos planētas rajonus. MESSENGER izmantošanas plānos ietilpa planētas magnetosfēras un atmosfēras izpēte, kā arī detalizētāku Merkura virsmas attēlu iegūšana.
Eiropas Kosmiskā aģentūra sadarbībā ar Japānu plānoja 2013. gadā palaist divas zondes BepiColombo, kuras Merkuru sasniegtu 2019. gadā un  pētītu planētas magnetosfēru un atmosfēru.

Merkura izpēte

Merkura izpēte ar kosmiskajiem aparātiem ir sarežgīta.
Izpēti sarežģī Merkura tuvums Saulei, kā dēļ ir nepieciešams liels enerģijas daudzums, lai sasniegtu un ieietu orbītā ap Merkuru. Līdz šim Merkuru pētījuši tikai divi aparāti, no kuriem viens izpēti vēl turpina.

Merkura kolonizācija

Zinātnieki uzskata, ka Merkuru, tāpat kā Marsu, Veneru, Menesi un asteroīdu joslas objektus varētu kolonizēt. Patstāvīgas kolonijas būtu iespējams izveidot polārajos reģionos, jo tur ir daudz zemākas temperatūras nekā citos planētas reģionos, taču būtu iespējams veikt arī tālākas ekspedīcijas, sekojot Merkura naktij, kad planētas virsma atdziest. Merkura līdzība ar Mēnesi padarītu planētas kolonizāciju nosacīti vieglāku, jo kolonizatoriem nebūtu jāpielāgojas īpaši atšķirīgiem apstākļiem. Polārajos krāteros atrodamas ledus ļautu to izmantot koloniju vajadzībām un ietaupīt kravu sūtīšanu uz Saules sistēmas iekšieni. Planētas tuvums Saulei atvieglotu arī enerģijas ieguvi ar Saules baterijām. Kolonizatori varētu izmantot polāro reģionu kalnu virsotnes kā "mūžīgās Saules" apspīdētus rajonus un tur izvietot bateriju paneļus. Pastāv uzskats, ka Merkura ieži ir bagāti ar hēliju-3, ko varētu izmantot kā kodoldegvielu. Lielais Merkura blīvums varētu arī liecināt arī par citiem vērtīgiem izrakteņiem, kas būtu atrodami Merkura gruntī, tādā veidā padarot Merkura kolonizāciju par ekonomiski izdevīgu pasākumu.