Merkuur

Merkuur on Päikesele kõige lähemal paiknev ja kõige väiksem Päikesesüsteemi planeet. Ta asub Päikesele umbes 3 korda lähemal kui Maa ja teeb tiiru ümber Päikese 88 Maa ööpäevaga. Ta on nime saanud kaubandusjumal Mercuriuse järgi kes kaitses teekäijaid ja oli jumalate käskjalg.
Merkuur kuulub Maa-tüüpi planeetide hulka.
Merkuur liigub taevavõlvil kiirelt ja on nähtav kohe pärast päikeseloojangut või vahetult enne päikesetõusu.
Planeedil peaaegu puudub atmosfäär ning seetõttu varieeruvad pinnatemperatuurid 100 kelvinist öösel kuni 700 kelvinini päeval.
Planeedil ei ole teada kaaslasi.
Merkuuri on uurinud ainult kaks kosmosesondi: Mariner 10 sooritas aastatel 1971–1972 planeedist kolm möödalendu ja aastatel 2011–2015 tiirles Merkuuri orbiidil MESSENGER.
Nimi.
Merkuur on nime saanud vanarooma kaubanduse, reiside ja varguse jumalalt Mercuriuselt, kellele Vana-Kreekas vastas Hermes. Merkuur võlgneb nime nähtavasti kiirele liikumisele taevavõlvil (Mercurius on kergejalgne jumalate käskjalg).
Merkuuri orbiit.
Orbiidi pikem pooltelg sooritab aeglast pöörlemist – periheeli pöörlemist, mis osalt tuleneb relativistlikust efektist.
Merkuuri orbiit jääb Maa ja ka Veenuse orbiidi sisse. Merkuur on Päikesele kõige lähem planeet.
Merkuuri orbiidi ekstsentrilisus on 0,21. Merkuuri orbiit on kõigi teiste planeetide orbiidist ekstsentrilisem. Planeedi kaugus Päikesest varieerub 46 miljonist 70 miljoni kilomeetrini. Planeet teeb ühe tiiru 87,969 Maa ööpäevaga. Jooniselt on näha, kuidas orbiidi ekstsentrilisus Merkuuri liikumist mõjutab. Periheelile lähemal liigub planeet märgatavalt kiiremini. Planeedi läbimõõt on joonisel pöördvõrdeline kaugusega Päikesest.
Mõõtmed.
Merkuur on Päikesesüsteemi kõige väiksem planeet. Ta on Maa kaaslasest Kuust pisut suurem (läbimõõt on 40% võrra suurem). Ta on mõõtmetelt, kuid mitte massilt väiksem Jupiteri kaaslasest Ganymedesest ja Saturni kaaslasest Titanist. Merkuuri suurus on võrreldav ka Jupiteri kaaslase Callisto ja Neptuuni kaaslase Tritoni omaga.
Merkuuri läbimõõt ekvaatori tasandil on 4 879,4 km (38,252% Maa läbimõõdust). Lapikus puudub. Planeedi pindala on 75 miljonit ruutkilomeetrit.
Mass on 3,303 · 1023 kg (18 korda väiksem (5,5271%) Maa massist). Mass mõõdeti kosmoseaparaadi Mariner 10 trajektoori häirituse järgi lähedastel möödumistel planeedist 1974 ja 1975.
Raskusjõud Merkuuri ekvaatoril on 2,78 m/s² (2,57 korda väiksem kui Maa ekvaatoril). Et raskusjõud on palju suurem kui Kuul, siis väljapaisatud materjal jõuab 65%-ni sellest kaugusest mis Kuul. Raskuskiirendus on 3,71 m/s² (0,38 raskuskiirendusest Maal).
Esimene kosmiline kiirus on 3,0 km/s
Paokiirus (planeedi gravitatsiooniväljast lahkumiseks vajalik kiirus) on 4,25 km/s (0,38 paokiirusest Maal).
Pöörlemine.
Nagu näitasid kosmoseaparaadilt Mariner 10 edastatud fotod, on Merkuuri pöörlemisperiood 58 Maa ööpäeva ja 15,5088 tundi (58,6462 ööpäeva; 58 ööpäeva 15 tundi 36 minutit; 5 067 360 s), mis moodustab 2/3 tiirlemisperioodist. See vaatlus kinnitas teoreetilisi kaalutlusi, mille kohaselt Merkuuri pöörlemine ja tiirlemine on Päikese tekitatud loodetest põhjustatud resonantsis proportsiooniga 3:2.
Pöörlemistelg on orbiidi tasandiga peaaegu risti (ekvaatori kalle 2 kraadi). Seetõttu on ekvaatoril kaks teineteise vastas olevat punkti, kus periheelis on alati keskpäev, ja kaks 90 kraadi võrra nihutatud punkti, kus afeelis on alati keskpäev. Samuti tuleneb pöörlemistelje asendist, et Merkuuril ei ole aastaaegu nagu Maal.
Merkuuri ööpäev ühest päikesetõusust teiseni kestab 176 Maa ööpäeva (kaks tiirlemisperioodi pikkust). Pöörlemiskiirus on seega väga väike.
Kauges minevikus võis Merkuuri pöörlemine olla kiirem. Oletatakse, et pöörlemisperiood võis olla 8 tundi. Päikese poolt põhjustatud loodete tõttu on see aeglustunud.
Vaadeldavus.
Kuigi kauguse ja näiva suuruse poolest on Merkuur võrreldav Marsiga, on ta läheduse tõttu Päikesele Maalt palju raskemini vaadeldav, sest suurema osa ajast pole ta Päikese säras eristatav.
Merkuuri on võimalik vaadelda aastas kahel või kolmel perioodil lühikest aega heledas koidu- või ehataevas madalal silmapiiri kohal. Eestis on ta jälgitav ainult kevadise ja sügisese pööripäeva paiku, mil hämarik on lühike.
Ta on nähtav tavalise pikksilmaga ning ka palja silmaga. Ta paistab oranži värvi tähena tähesuurusega tavaliselt 1...–1. Pikksilmast on soodsatel tingimustel äratuntavad üksnes mõned tumedad pinnad, eeskätt varjupiiri lähedal. Teleskoobist on enamasti näha üksnes ähmane sirp. Ka kõige tugevamate teleskoopidega ei ole pinnavorme praktiliselt näha. Kuna Merkuur on hämarikus alati horisondi läheduses, peab valgus läbima pika teekonna läbi Maa atmosfääri ning kujutis moondub turbulentsi ning valguse murdumise ja neeldumise tõttu. Enne päikesetõusu või pärast päikeseloojangut paistab Merkuur nii madalal, et tema kiirgus peab läbima 10 korda paksema Maa atmosfääri kihi kui juhul, kui ta paistaks otse pea kohal. Hubble'i kosmoseteleskoobiga ei lubata Merkuuri üldse vaadelda, et vältida teleskoobi kahjustumist päikesevalguse toimel.
Merkuuril on faasid nagu Kuul (vaata Kuu faasid). Alumises ühenduses paistab ta õhukese sirbina. Ülemises ühenduses oleks nähtav kogu pind. Mõlemas ühenduses tõuseb ja loojub planeet koos Päikesega, mistõttu teda Maalt vaadelda ei saa. Esimeses ja viimases veerandis on Merkuur suurimal näival kaugusel Päikesest vastavalt ida ja lääne pool ning tema pind on poolvalgustatud. Sellist asendit nimetatakse elongatsiooniks ehk eemaldumuseks. Väiksem elongatsioon (18,5°) leiab aset, kui Merkuur on periheelis, suurim (kuni 28,3°) juhul, kui planeet asub afeelis. Läänepoolses elongatsioonis olles tõuseb Merkuur kõige rohkem aega enne Päikest ning idapoolses elongatsioonis tõuseb ta kõige rohkem aega pärast Päikest. Harva on Merkuur üle ühe tunni võrra Päikesest ees või järel. See vahe ei ületa kunagi 2 tundi.
Merkuuri ketta läbimõõt on 5...15 kaaresekundit. Alumises ühenduses on see umbes 10 sekundit (1/180 Kuu näivast suurusest), ülemises ühenduses umbes 4,5 sekundit (1/380 Kuu näivast suurusest).
Kui alumine ühendus toimub kahest orbiidisõlmest ühe lähedal (keskmiselt iga 7 aasta tagant, näiteks 7. mail 2003 ja 8. novembril 2006), saab teda tugeva päikesefiltriga varustatud teleskoobiga vaadelda musta kettakesena Päikese eest möödumas. Järgmine kord on 9. mail 2016.
Merkuur on alumises ühenduses keskmiselt 116 ööpäeva tagant, kuid see intervall varieerub planeedi orbiidi ekstsentrilisuse tõttu 111 ööpäevast 121 ööpäevani. Tema vastassuunaline liikumine Maalt vaadatuna kestab 8...15 ööpäeva. Ka retrograadilise liikumise kestuse muutlikkust põhjustab eeskätt Merkuuri orbiidi suur ekstsentrilisus.
Merkuur on sagedamini hõlpsasti nähtav lõunapoolkeralt kui põhjapoolkeralt, sest ta on suurimal võimalikul näival kaugusel Päikesest lääne pool alati siis, kui lõunapoolkeral on varasügis, ning ida pool siis, kui lõunapoolkeral on talve lõpp. Mõlemal ajal on Merkuur ekliptika suhtes maksimaalselt kaldu, nii et lõunapoolkera parasvöötmes, näiteks Argentinas ja Uus-Meremaal, tõuseb ta esimesel juhul mitu tundi enne päikesetõusu ning teisel juhul loojub alles mitu tundi pärast päikesetõusu. Põhjapoolkeral jääb ta sel ajal Päikesele liiga lähedale.
Merkuur on palja silmaga nähtav ka täieliku päikesevarjutuse ajal. See on ka ainuke aeg, mil teda saab vaadelda kõrgel taevas. 
Merkuuri minimaalne kaugus Maast on 82 Gm.
Merkuuri üleminek.
Merkuuri ja Maa orbiidi omaduste tõttu korduvad Merkuuri vaatlemise tingimused iga 13 aasta tagant. Selle aja jooksul leiab üldiselt aset ka kaks üleminekut, mille ajal Merkuur on Maalt vaadatuna nähtav musta kettakesena otse päikeseketta ees. Merkuuri üleminek on nähtav siis, kui ta alumise ühenduse ajal (sellal kui ta ümber Päikese tiireldes Maale "järele jõuab") asetseb oma orbiidi ühe "sõlme" lähedal, läbides Maa orbiidi tasandi. Selline sündmus on võimalik ainult 6. ja 11. mai vahel või 6. ja 15. novembri vahel, sest orbiidisõlmed asetsevad Maalt vaadatuna Päikese ees vastavalt 9. mail ja 11. novembril. Viimane Merkuuri üleminek leidis aset 8. novembril 2006, kuid oli jälgitav üksnes Vaikse ookeani piirkonnas; Euroopas oli sel ajal öö. Järgmine üleminek leiab aset 9. mail 2016. 
Heledus.
Merkuur on Päikesesüsteemi tumedaim planeet: ta peegeldab päikesevalgusest ainult 5–6%. Planeedi pind on tumedam isegi basaldist. Visuaalne geomeetriline albeedo on 0,10.
Tähesuurus on olenevalt asendist −1,9...5,5. Seega võib ta paista Siiriusest heledamana. Keskmises vastasseisus on näiv heledus 1,71m.
Merkuur paistab kõige heledamana siis, kui ta on veerand- ja täisfaasi vahel. Sel ajal on ta küll Maast kaugemal kui teistes faasides, kuid suurema kauguse kompenseerib valgustatud ala suurus. (Veenuse puhul on olukord vastupidine.)
Värvus.
Merkuur on kollast või tumehalli värvi.
Pinnavormid.
Merkuuri pinnavormide üle saab otsustada ainult optiliste, soojuskiirgus- ja raadiokiirgusvaatluste põhjal. Et samu meetodeid on rakendatud ka Kuu ja Maa puhul ning kombineeritud kivimi- ja pinnasenäidistega, on võimalik teha järeldusi Merkuuri kivimite ja pinnase kohta.
Kuigi teleskoobis ei paista Merkuuril mingeid pinnavorme (eristatavad on ainult heledad ja tumedad laigud), on kosmosest tehtud fotodelt selgunud, et Merkuuri pind sarnaneb Kuu pinnaga: seal leidub teravate piirjoontega kraatreid ja mäeahelikke. Pinda katab tolm. Merkuuri pind on tervikuna väga vana. Laamtektoonika puudub.
Kraatrid on erineva vanusega. Mõnel nooremal on teravad ääred, millest lähtuvad kiired nagu Kuul. Teised on meteoriitide poolt kulutatud äärtega. Merkuuri kraatrid on suuremad kui Kuu omad, sest Päikesele lähemal liiguvad taevakehad kiiremini.
Kõige silmatorkavam teadaolev pinnavorm on suurim kraater Palavuse nõgu (ladina keeles "Caloris Planitia", inglise keeles "Caloris Basin", saksa keeles "Calorisbecken" või "Caloris-Becken") põhjapoolkeral, hiiglaslik kraater, mille läbimõõt on umbes 1 550 km. "Caloris" tähendab ladina keeles 'soojuse'. Nõgu on nime saanud sellest, et ta on Merkuuri afeeli ajal Päikesele kõige lähema Merkuuri punkti läheduses. See punkt on alati samas kohas. Oletatakse, et kraater sarnaneb Kuu suurtele "meredele". Palavuse nõol on selgesti eristatavad kolme kilomeetri kõrgused kontsentrilised rõngad ja radiaallineamendid. Nõo põhjas on vagude ja kurdudega siledad tasandikud. Kraater tekkis tõenäoliselt kokkupõrkel üle 100 km läbimõõduga taevakehaga. Väljapaiskunud aines jõudis 600 kuni 800 kilomeetri kaugusele. Kraater kattus osaliselt laavaga. Kokkupõrkest tingitud seismilised lained koondusid planeedi vastasküljel antipoodpunktis, moodustades lõhutud, kaootilise maastikuga nn veidra piirkonna, kus Merkuuri koor paiskus segi ning murdus tükkideks.
Merkuuril on tohutuid käänulisi, kaarekujulisi 20–500 km pikkusi ja kuni 3 km kõrgusi astanguid, mis nähtavasti moodustusid miljardite aastate eest, kui Merkuuri tuum jahtus ning tõmbus kokku, tekitades koorele kurrud. Need pinnavormid on tekkinud kokkusurumise tulemusena. Seda näitab asjaolu, et nad lõikavad läbi kraatreid ja teisi pinnavorme. Pinna vähenemise ulatust hinnatakse 0,1 protsendile (mis vastab 1 kilomeetrile planeedi raadiusest). Oletatavasti on niisuguseid astanguid kogu planeedil.
Suuremat osa Merkuuri pinnast katavad eri aegadest pärit tasandikud. Noorematel tasandikel on vähem kraatreid. Neid liigitatakse kraatritevahelisteks tasandikeks ja siledateks tasandikeks. Kraatritevahelistel tasandikel, mis katavad tohutu suuri alasid, on kraatreid suhteliselt vähe ning nende läbimõõt on alla 15–20 km. Mõned nendest on sama vanad kui kraatriterikkad alad, teised aga nooremad. Tõenäoliselt tekkisid nad varasemat maastikku katvate laavavoogude tagajärjel. Siledad tasandikud on veel nooremad ja neil on vähem kraatreid. Nad paiknevad Palavuse nõo ümbruses ning on võib-olla moodustunud ülespaisatud materjali allalangemisel pärast suurt kokkupõrget. Mõnes kohas täidab kraatreid sileda pinnaga hangunud laava. Nad meenutavad Kuu meresid.
Päritolu.
Merkuur on moodustunud umbes samamoodi nagu Maa. Planeedid moodustusid umbes 4,5 miljardit aastat tagasi. Sel ajal langes planeetidele palju hajusainet ja kivipuru, mis oli järele jäänud planeedid moodustanud udukogust. Tõenäoliselt eristusid päris alguses tihe metalliline tuum ja silikaatidest koor. Kui suurem kivirahe oli vaibumas, voolas laava planeedi pinnale, kattes vana koore. Sel ajal tekkisid kraatritevahelised tasandikud. Hiljem Merkuur jahtus. Tuum tõmbus kokku. See tõi kaasa koore pragunemise ning pikkade ja kõrgete kaljurünkade moodustumise. Pärast seda ujutas laava madalmikud üle ning moodustas siledad tasandikud. Seejärel tekkis mikrometeoriitide toimel tolmune pind, mida nimetatakse ka regoliidiks. Suuremad meteoriidid tekitasid kiirtega kraatreid. Merkuuri pind ei ole miljoneid aastaid enam muutunud, kui jätta kõrvale aeg-ajalt aset leidvad kokkupõrked meteoriitidega.
MESSENGERi andmete analüüs lubab oletada, et Merkuuri pinda katvate kivimite maapealsed analoogid on gabro, boniniit, andesiit ja noriit.
Vulkaaniline aktiivsus.
Kosmoseaparaadi Mariner 10 andmete uus analüüs lubab siiski oletada hiljutist vulkaanilist aktiivsust.
Atmosfäär.
Väikese paokiiruse ja kõrge pinnatemperatuuri tõttu on Merkuuri atmosfäär väga hõre ning koosneb põhiliselt vesinikust, heeliumist, kaaliumist, naatriumist, hapnikust, süsinikdioksiidist, neoonist ja argoonist. Jälgi on ka krüptoonist ja ksenoonist. Gaasimolekulid põrkuvad Merkuuri pinnaga sagedamini kui üksteisega. Võib öelda, et Merkuuril atmosfäär praktiliselt puudub. Nagu näitavad Mariner 10-l tehtud eksperimendid, on Merkuuri atmosfääri kogurõhk umbes 2 · 10−9 millibaari ehk Maa omast 500 miljardit korda väiksem, mis Maal tähendab laboris tekitatud vaakumi rõhku.
Atmosfääri molekulid eralduvad pidevalt kosmosesse. Näiteks kaaliumi- või naatriumi aatomite keskmine "eluiga" on Merkuuri päeva ajal umbes 3 tundi (ja periheelis pool sellest).
Haihtuvat atmosfääri täiendab pidevalt mitu mehhanismi: Merkuuri magnetväli hoiab kinni päikesetuult; suuremate kehade ja mikroosakeste kokkupõrked Merkuuri pinnaga tekitavad auru; auru eraldub ka temperatuurist tingitud aurumise tõttu. On ka võimalik, et gaasi eraldub sügavalt planeedi seest. Heelium võib tulla nii päikesetuulest kui ka radioaktiivsest uraanist ja tooriumist pinnasekivimites.
Merkuuril puuduvad tuule poolt tekitatud pinnavormid, nagu liivaluited ja liiva- või tolmujutid. Seetõttu arvatakse, et Merkuuril ei ole ka varem olnud märkimisväärset atmosfääri.
Temperatuur.
Atmosfääri hõreduse tõttu (hõre atmosfäär ei talleta soojust) kõigub temperatuur suuresti. Merkuuri keskmine pinnatemperatuur on 452 kelvinit (179 °C), minimaalne 90 K (−173 °C; enne koitu) ja maksimaalne 700 K (427 °C; sellel temperatuuril on võimalik tina sulatada). Päeval on keskmine pinnatemperatuur 623 K, öösel 193 K. Veenusel on küll pisut kuumem, kuid temperatuur on seal stabiilsem.
Merkuuri elliptilise orbiidi ning pöörlemis- ja tiirlemisperioodi vahekorra tõttu esinevad teatavatel pikkuskraadidel temperatuuri aastased ja ööpäevased perioodilised muutused.
Päikese ja planeetide paiste.
Päikese valgus on Merkuuri pinnal keskmiselt 6,3 korda intensiivsem kui Maal. Kogukiirgus on 3566 W/m². Päike paistab keskmiselt 2,5 korda suuremana kui Maalt. Päikese näiv suurus on afeelis 1,1 kraadi ja periheelis 1,7 kraadi (Maalt vaadates 0,5 kraadi), nii et saabuva päikeseenergia hulk on oluliselt erinev. Periheelis on päikesevalgus üle kahe korra intensiivsem kui afeelis. Need kaks pikkuskraadi, kus keskpäev on periheeli ajal, on seetõttu palju kuumemad kui need kaks pikkuskraadi, kus keskpäev on afeeli ajal.
Taevas on alati must, sest puudub tihe atmosfäär, mis valgust hajutaks. Koorekarva Veenus ja sinine Maa paistavad eredate tähtedena.
Magnetväli.
Merkuuril on Maa magnetväljast 100 korda nõrgem (ekvaatoril 0,24 A/m) dipolaarne magnetväli, mis avastati Mariner 10 möödalendudel saadud andmete põhjal. Magnetväli on pöörlemistelje suhtes 7 kraadi kaldu ning moodustab magnetosfääri. Magnetosfäär ulatub pisut üle 1 000 km võrra planeedi pinna kohale.
Varem arvati, et väiksuse tõttu on planeet üleni tahkestunud, mistõttu magnetvälja tekitavat dünamoefekti ei saa olla. On võimalik, et see magnetväli tekib nagu Maa omagi ringleva vedela tuumamaterjali poolt tekitatud dünamo tõttu. Praeguste hinnangute järgi ei ole Merkuuri tuum piisavalt kuum, et nikkel ja raud saaksid olla vedelas olekus. Võib-olla tekitavad magnetvälja madalama sulamistemperatuuriga ained, näiteks väävel. Dünamoteooriale on probleemiks ka Merkuuri pöörlemise aeglus. On ka võimalik, et Merkuuri magnetväli on jäänus varasemast dünamoefektist, mis on nüüdseks lakanud, kuid jätnud endast järele tahkestunud magnetilistest materjalidest koosneva püsimagneti.
Merkuuri magnetväli on mõistatuseks, sest ta sunnib oletama, et kas Merkuur on kunagi olnud palju suurem või Päike palju heledam, olles väljakutseks üldtunnustatud arusaamale Päikese ja planeetide tekkimisest.
Tihedus ja siseehitus.
Merkuuri raudtuum on palju suurem kui Kuul ning seetõttu on ka Merkuuri tihedus palju suurem (keskmine tihedus on 5,43 g/cm³; Kuul 3,34 g/cm³). Tihedus on arvutatud, lähtudes raadiusest ja massist. Merkuur on Päikesesüsteemi suurtest taevakehadest tiheduse poolest Maa järel (5,52 g/cm³) teisel kohal. Tegelikult tuleneb Maa tihedus osaliselt kokkusurutusest gravitatsiooni toimel; kui seda ei oleks, siis oleks Merkuur tihedam kui Maa (ilma kokkusurumiseta oleks Merkuuri tihedus 5,5 g/cm³ ja Maa tihedus 4,0 g/cm³). Nähtavasti on Merkuuri tihe raudtuum (või mõnest muust tihedast materjalist tuum) suhteliselt suurem kui Maa oma, hõlmates suure osa planeedist (tuuma raadius 75% planeedi raadiusest ja tuuma ruumala 42% planeedi ruumalast). Raudtuuma raadius on 1 800–1 900 km ja ümbermõõt umbes 3 600 km. Silikaatidest koor (paksus umbes 100 km) ja vahevöö on see-eest väiksem. Võib ka olla, et Merkuuri koor on suhteliselt suurem kui maakoor ning sisaldab märkimisväärsel hulgal tihedamat ainet nagu maakoorgi.
Keemiline koostis.
Merkuur koosneb umbes 60–70% ulatuses metallidest ja 30% ulatuses silikaatidest.
Pinnastruktuuri sarnasuse tõttu arvatakse, et Merkuuri koore tihedus on umbes sama mis Kuu omal.
Merkuuri suure metallisisalduse seletamiseks on mitu teooriat. Ühe teooria järgi oli metallide ja silikaatide vahekord algselt samasugune nagu tavalistel kondriitmeteooridel ning tema mass oli praegusest umbes 2,25 korda suurem, kuid ta põrkas Päikesesüsteemi varases staadiumis kokku planetoidiga, mille mass moodustas 1/6 sellest massist. See kokkupõrge jättis planeedi ilma suurest osast koorest ja vahevööst, jättes järele põhiliselt metallirikka tuuma. Analoogiline seletus on antud Kuu moodustumisele (hiiglase mõju teooria). Teise teooria järgi moodustus Merkuur Päikesesüsteemi algstaadiumis enne Päikese energiatoodangu stabiliseerumist. Merkuur oli algselt praegusest umbes kaks korda suurema massiga. Algpäikese kokkutõmbumisel võis temperatuur Merkuuri lähedal olla 2500 ja 3500 kelvini vahel, võib-olla lühemat aega koguni 10 000 kelvinit. Suur osa Merkuuri pinnasekivimitest aurustus ning tekkis kivimiauruatmosfäär, mille nebulaartuul kaasa viis.
Huvitavad efektid Merkuuri taevas.
Teatavates punktides Merkuuri pinnal saaks vaatleja näha ühe ja sama Merkuuri päeva jooksul kahte päikesetõusu. Asi on selles, et umbes neli ööpäeva enne periheeli on Merkuuri orbitaalkiirus täpselt võrdne pöörlemiskiirusega, nii et Päike lakkab taevas liikumast, ning periheelis ületab orbitaalkiirus pöörlemiskiiruse, nii et Päike hakkab taevas tagurpidi liikuma. Neli ööpäeva pärast periheeli taastub Päikese normaalne ida-läänesuunaline liikumine. Õiges kohas asuv vaatleja näeks, kuidas Päike pooleldi tõuseb, seejärel loojub tagasi samal horisondil ning lõpuks tõuseb uuesti, et jätkata oma normaalset ringkäiku. Need efektid kutsub esile Merkuuri orbiidi suur ekstsentrilisus koos pöörlemis- ja tiirlemisperioodi resonantsiga suhtes 3:2.
Mõnel laiuskraadil saaks vaatleja jälgida, kuidas Päike tõuseb ning muutub seniidile lähenedes üha suuremaks. Seniidis Päike jääb seisma, liigub veidi aega vastassuunas ning jääb uuesti seisma. Lõpuks liigub Päike aina väiksemaks jäädes uuesti horisondi poole. Tähed aga liiguvad taevas kolm korda kiiremini kui Päike. Teistes kohtades on jälle teistsugused efektid.
Uurimislugu.
Merkuur on tuntud hiljemalt sumerite ajast (3. aastatuhat eKr). Sumerid nimetasid Merkuuri "Ubu-idim-gud-ud".
Varaseimad kirjapandud üksikasjalikud vaatlused kuuluvad babüloonlastele. Nendel oli Merkuuri nimetus "gu-ad" või "gu-utu".
Vana-Kreekas oli Merkuuril kaks nime: Apollon hommikutaevas nähtava Merkuuri kohta ja Hermes õhtuse Merkuuri kohta. Astronoomid siiski teadsid, et tegemist on ühe ja sama taevakehaga. Herakleitos uskus, et Merkuur ja Veenus tiirlevad ümber Päikese, mitte ümber Maa.
Merkuuri vaatlemine on läheduse tõttu Päikesele väga keeruline. Ta on Maalt nähtav üksnes päikesetõusu ja päikeseloojangu ajal.
Merkuuri orbiit on väga ekstsentriline, nii et selle raadius kõigub 46 ja 70 miljoni kilomeetri vahel. Orbiidi aeglast pretsessiooni (periheel tiirleb ümber Päikese kiirusega 527 nurgasekundit sajandis, millest 42 nurgasekundit ei olnud seletatav tuntud planeetide poolt põhjustatud häiretega) ümber Päikese ei suutnud Newtoni klassikaline mehaanika täielikult seletada. Seda efekti on teatud umbes 200 aastat. Mõnda aega arvati selle häirituse tõttu, et Merkuuri ja Päikese vahel on veel üks planeet nimega Vulkaan. Kuid Einsteini üldrelatiivsusteooria andis sellele vaatluste lahknevusele arvutustest teistsuguse seletuse. Merkuuri liikumist peeti tähtsaks vaatluslikuks tõendiks Einsteini teooriale.
Merkuuri on kasutatud ka relatiivsusteooria täiendavaks kontrollimiseks, sest Merkuuri pinnalt peegelduvad radarisignaalid peavad ülemise konjunktsiooni ajal Päikesest lähedalt mööduma. Üldrelatiivsusteooria järgi kõverdab Päikese gravitatsioon ruumi, mistõttu muutub pisut trajektoor ja teepikkus. Ka see eksperiment kinnitas üldrelatiivsusteooriat.
Merkuuri uurimine viimastel sajanditel.
1880. aastatel leidis Merkuuri pinda uurinud Giovanni Schiaparelli, et Merkuur peab pöörlemis- ja tiirlemisperioodi võrdsuse tõttu olema alati pööratud ühe küljega Päikese poole, nii nagu Kuu on alati pööratud ühe küljega Maa poole. 1962. aastal uuriti Merkuuri raadiokiirgust ning leiti, et Merkuuri pime pool on liiga soe selleks, et see nii saaks olla. Kui pime pool oleks alati Päikesest ära pööratud, peaks ta olema palju külmem. 1965 määrasid Gordon Pettengill ja Rolf B. Dyce radarvaatluste abil Merkuuri pöörlemisperioodiks 59 ± 5 Maa ööpäeva. Osutus, et pöörlemisperioodi ja tiirlemisperioodi suhe on 3:2. Orbiidi ekstsentrilisus hoiab seda suhet stabiilsena. Selles mängivad rolli Päikese poolt põhjustatud looded. Merkuur on ainus taevakeha Päikesesüsteemis, millel on tiirlemise ja pöörlemise resonants, mille proportsioon ei ole 1:1. Astronoomide esialgne arvamus tulenes asjaolust, et ajal, mil Merkuur oli kõige paremini vaadeldav, oli ta alati pööratud Maa poole ühe ja sama küljega. 1971 täpsustati radarvaatluste abil Merkuuri pöörlemisperioodiks 58,65 ± 0,25 Maa ööpäeva. Mariner 10 lähivaatluste põhjal määrati pöörlemisperioodiks 58,646 ± 0,005 Maa ööpäeva.
Võiks arvata, et Merkuuril ei saa olla vett ega jääd, sest atmosfäär on hõre ja Päike kütab planeedi pinna väga kuumaks. Ent 1991. aasta radarivaatlused annavad alust oletada, et Merkuuri põhjapoolusel (mida Mariner 10 ei kaardistanud) võib olla pinnal või pinna lähedal tolmu all pisut veejääd. Kui seal tõesti vett on, siis tõenäoliselt ta paikneb kraatripõhjades, mis jäävad alati päikesevarju, sest põhjapoolusel on Päike alati madalal horisondi kohal. Seal võib olla külmem kui −161 °C. Vett on sinna arvatavasti toonud komeedid. Võib ka olla, et vesi oli seal algusest peale olemas ning ei saanud madala temperatuuri tõttu ära aurata.
Et ükski kosmoseaparaat ei ole teinud tiiru ümber Merkuuri ega laskunud planeedi pinnale, on meie teadmised Merkuurist umbes samasugused nagu teadmised Kuust 1950. aasta paiku.
Mariner 10.
Merkuur on Päikesesüsteemi planeetidest kõige vähem uuritute seas. Selle läheduses on viibinud ainult kaks kosmoseaparaati, millest esimene, Mariner 10, startis 3. novembril 1973. Ta lendas Merkuurist aastatel 1974 ja 1975 3 korda mööda. Neist esimene möödalend toimus 29. märtsil 1974, kui ta jõudis planeedi pinnast 705 km kaugusele. Teine möödalend oli 21. septembril 1974 ja kolmas 16. märtsil 1975. Üle 2 700 fotoga kaardistati 45% planeedi pinnast. Ei olnud võimalik jätkata tema kaardistamist praeguste teleskoopide (Hubble'i teleskoop) abil Maalt, kuna Merkuur on Päikesele liiga lähedal: Päike kahjustaks teleskoopi.
Kuni Mariner 10 möödalendudeni ei teatud, et Merkuuril on magnetväli.
MESSENGER.
3. augustil 2004 startis Canaverali neemelt Cape Canaverali õhujõudude baasist raketiga Delta II NASA kosmoseaparaat MESSENGER ("MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging"). Selle eesmärgiks oli uurida Merkuuri pinna keemilist koostist, planeedi geoloogilist ajalugu, tema magnetvälja allikat, Merkuuri tuuma mõõtmeid ja olekut, Merkuuri pooluste lenduvat ainet ning planeedi eksosfääri ja magnetosfääri loomust orbiidilt.
MESSENGER-i trajektoor oli väga keeruline; seda mööda pidi ta lõpuks jõudma Merkuuri-lähedasele orbiidile. Augustis 2005 tegi ta möödalennu Maast ning oktoobris 2006 ja juunis 2007 möödalennu Veenusest. 14. jaanuaril 2008 tegi ta esimese möödalennu Merkuurist lähenedes planeedile kuni 200 km kaugusele. Esmane missioon lõppes 17. märtsil 2012. Seejuures oli kosmoseaparaat teinud ligi 100 000 fotot planeedi pinnast.
Kuna tehiskaaslane oli endiselt heas korras, siis pikendati missiooni kestust. 6. märtsiks 2013 sai kaardistatud 100% Merkuuri pinnast. Samuti õnnestus aparaadil saata täpset infot Merkuuri magnetvälja kohta. Avastati ka, et Merkuuri põhjapoolusel leidub jääd.
Aparaat hävis kokkupuutes planeedi pinnaga 30. aprillil 2015.
BepiColombo.
Euroopa Kosmoseagentuur (ESA) ja Jaapani kosmoseagentuur (JAXA) plaanivad ühismissiooni BepiColombo, mille käigus peaks Merkuuri uurima kaks sondi, millest üks kaardistaks planeedi pinda ja teine uuriks planeedi magnetosfääri.
Algul oli plaanis aparaate Merkuurile maandada, kuid see kava on esialgu kõrvale jäetud.
Sondid peaksid plaanide järgi startima Vene Sojuz-tüüpi raketiga Guajaana kosmosekeskusest 2013. aastal ja jõudma Merkuurini 2019. aastaks. Trajektoori kujundamiseks teeb BepiColombo möödalennu Kuust ja Veenusest ning lõpuks Merkuurist ja jõuab lõpuks 2019 Merkuuri juurde. Kasutatakse nii keemilisi kui ka ioonmootoreid. Magnetomeetersond lastakse Merkuuri-lähedasele elliptilisele orbiidile. Seejärel lastakse keemiliste rakettide abil kaardistaja-sond ringorbiidile. Kumbki sond töötab Merkuuri-lähedasel orbiidil ühe aasta.
Kaardistaja-sondil on MESSENGER-i omadega sarnased spektromeetrid ning ta uurib planeete paljudel lainepikkustel, sealhulgas infrapuna-, ultraviolett-, röntgen- ja gammakiirguse sagedusel. Peale selle loodetakse üldrelatiivsusteooria ennustusi täpsemalt kontrollida.
Missioon on nime saanud Giuseppe (Bepi) Colombo järgi, kes esimesena tegi kindlaks Merkuuri orbiidi/pöörlemise resonantsi ning osales Mariner 10 trajektoori kavandamisel.