Все новости

К Меркурию наконец-то полетят зонды. Какие загадки они помогут разгадать?

© EPA/Johns Hopkins University/Carnegie Institute/HANDOUT
20 октября с космодрома во Французской Гвиане стартует миссия BepiColombo — два зонда к Меркурию. ТАСС — о том, что известно о самой малоизученной твердой планете Солнечной системы, а что — нет

Миссия Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований необычна хотя бы потому, что станет всего лишь третьей попыткой отправить зонд к ближайшей планете от нашей звезды. Это не идет ни в какое сравнение с удаленным от нас примерно на такое же расстояние Марсом, вокруг которого прямо сейчас кружит целая группировка спутников, а поверхность обследуют два вездехода.

На первый взгляд, изучать Меркурий удобнее, чем другие планеты. Меркурий делает оборот вокруг Солнца всего за 88 суток, поэтому они с Землей чаще "догоняют" друг друга на орбите, подобно бегунам на внутренних беговых дорожках стадиона. Но даже к далеким Юпитеру и Сатурну отправить космический аппарат намного проще. Дело в том, что Земля огибает Солнце на огромной скорости, которую приобретает и любой взлетевший с нее корабль. Как камень в праще, этот корабль тянет вовне.

Чтобы попасть на Меркурий, сначала нужно как-то погасить скорость, полученную из-за вращения Земли, потом снова разогнаться (добираться-то далеко), а в конце пути — снова затормозить. Как правило, торможение осуществляется за счет гравитации планеты, к которой подлетел аппарат. Но Меркурий сравнительно мал — даже спутники газовых гигантов Ганимед и Титан превосходят его размерами, — поэтому его гравитация составляет лишь немногим больше трети земной.

Скорость можно погасить и двигателями, но тогда зонд придется загрузить топливом, и разогнать его будет намного сложнее. До сих пор ни один аппарат не может достигнуть планеты напрямую — только через серию сложных гравитационных маневров с помощью других небесных тел. Концепцию таких маневров разработал математик Джузеппе Коломбо, это его имя носит нынешняя миссия к Меркурию.

Маршрут BepiColombo напоминает траекторию шарика в колесе для рулетки: аппарат будет ускоряться за счет гравитационных полей Земли и Венеры, а в перерывах между сближениями с планетами — нарезать огромные, но постепенно сужающиеся круги вокруг Солнца. Дорога займет целых семь лет, больше, чем до расположенного втрое дальше пояса астероидов между Марсом и Юпитером, но это самый простой путь.

Расчетов и телескопов недостаточно

Но усилия того стоят. Меркурий — загадочный и странный мир. У него нет атмосферы, на солнечной стороне температура доходит до 430°С, на теневой опускается до –190°С, но уже на глубине полутора метров почти одинакова везде и довольно близка к земной.

Зонд BepiColombo EPA/KOEN VAN WEEL
Зонд BepiColombo
© EPA/KOEN VAN WEEL

Один оборот вокруг оси Меркурий делает примерно за 59 суток, а вокруг Солнца — за 88 суток. Из-за соотношения этих циклов Солнце встает над одной и той же точкой поверхности не каждый день, а однажды за два местных года (раз в 176 земных суток). Из-за этого Солнце на горизонте идет то с востока на запад, то с запада на восток. Ничего похожего нет ни на одной другой планете нашей системы.

Многие характеристики Меркурия долго оставались загадкой. Автоматическая станция Mariner 10, пролетавшая мимо планеты в 1974–1975 годах, засекла слабое магнитное поле. Это натолкнуло ученых на мысль о твердом металлическом ядре. Но в первой половине 2010-х годов аппарат Messenger точно измерил параметры вращения Меркурия — выходило, что планета вращается как тело с жидким ядром, притом рекордно большим, в три четверти ее диаметра.

Структура Меркурия противоречит всем моделям формирования планет. Вначале ученые предположили, что тот столкнулся с другой планетой и мантию просто унесло в космос, поэтому-то ядро такое непропорционально большое. Но гамма-спектрометр на Messenger показал: на Меркурии много легких металлов, а при столкновении они бы просто испарились. Стало ясно, что расчетов и наблюдений в телескопы недостаточно — нужны исследования на месте.

Около 20 лет назад европейское, японское и российское космические агентства задумали совместную миссию. Один зонд (Mercury Planetary Orbiter) должен был изучать с орбиты саму планету. Второй (Mercury Magnetospheric Orbiter) — ее магнитосферу, а третий аппарат ("Меркурий-П") — впервые в истории сесть на поверхность. К сожалению, из-за посадочного модуля вся миссия стала слишком дорогой, и от него отказались. НПО им. Лавочкина отложило проект "Меркурий-П" на период после 2031 года. Как правило, такой длинный перенос значит, что проект вообще не осуществится.

Европейцы и японцы, несмотря на задержки, свои аппараты подготовили. Зонды полетят вместе, а у Меркурия разделятся и выйдут на разные орбиты. Mercury Planetary Orbiter — основная часть миссии. Масса зонда — 1230 кг, на нем установлены 11 приборов, включая камеры и оптические инструменты, работающие в разных диапазонах.

Инженерам нужно было придумать, как защитить технику от жара: на орбите Меркурия Солнце греет почти в семь раз сильнее, чем на орбите Земли. Зонд покрыли отражающими зеркалами, но этого мало, так что он будет постоянно вращаться — так лучше отводится тепло. Вдобавок Mercury Planetary Orbiter будет летать на орбите под прямым углом к экватору (на высоте от 480 до 1500 км) — это тоже снизит нагрев.

Mercury Magnetospheric Orbiter весит куда меньше (285 кг) и несет пять групп инструментов. Они будут анализировать заряженные частицы солнечного ветра, отклоняемые магнитосферой Меркурия, и таким образом определят ее параметры максимально точно. Чтобы четче прояснить границы магнитосферы, аппарат будет иметь вытянутую орбиту высотой от 590 до 11 640 км.

Загадки Меркурия

Полученные данные пригодятся для того, чтобы лучше понять свойства расплавленного ядра — по сути, гигантской динамо-машины — и создаваемого им магнитного поля, а также позволят определить состав пород на поверхности Меркурия. Если легких металлов окажется меньше, чем оценивал Messenger, это послужит аргументом в пользу той гипотезы о столкновении Меркурия с огромным небесным телом. Впрочем, относительно легкие элементы, вероятно, там все-таки есть, и не только обнаруженный ранее калий, но еще и другие.

Зонд BepiColombo PA/KOEN VAN WEEL
Зонд BepiColombo
© PA/KOEN VAN WEEL

Еще одна загадка — районы в высоких широтах планеты. Ось вращения Меркурия почти не наклонена, поэтому некоторые приполярные области никогда не освещают прямые лучи. Радар на станции Messenger нашел там что-то очень похожее на залежи водяного льда под тонким слоем пыли. Этого не ждешь на ближайшей к Солнцу планете. Лед предположительно есть и в глубоких кратерах. Но чтобы отличить его от минералов, хорошо бы направить туда спускаемый аппарат вроде того же "Меркурия-П". Увы, пока на это никто не дает деньги.

По химическому составу поверхности можно с большой точностью выяснить, какому нагреву подвергалась планета и часто ли ее бомбардировали кометы. Анализ поможет прояснить другую гипотезу насчет аномально большого ядра. Согласно этой гипотезе, Меркурий сформировался далеко от нынешней орбиты. Если это так, то в грунте могут быть следы не только водяного льда, но и других замерзших газов. Конечно, лед можно найти только в кратерах близ полюсов, куда никогда не заглядывает Солнце. Но орбита Mercury Planetary Orbiter рассчитана таким образом, чтобы ему было проще всего вести съемку именно приполярных областей.

Еще одна многообещающая область — хребты вокруг кратера Рахманинова. Он резко выделяется не только двойной цепью гор, но и гладкой равниной диаметром 290 км. Равнина стала такой из-за застывшей лавы. Но кратеру всего 1 млрд лет: к моменту его появления вулканическая активность на маленьком Меркурии уже должна была прекратиться. Тем не менее ее следы налицо, и в чем тут дело — непонятно. В этом же месте лежит и самая низкая точка Меркурия — на 5,38 км ниже среднего уровня поверхности. Детальное изучение спектрометрами позволит раскрыть тайны недр планеты или хотя бы подобраться к разгадке: состав покрывающей дно кратера лавы может много рассказать и о том, из чего состоит ее ядро.

Хотя вопросы о происхождении и устройстве Меркурия могут показаться оторванными от Земли, на самом деле это не так. Механизмы формирования твердых планет нашей системы похожи. Их ход предопределил то, что сегодня находится у нас под ногами. Человечество не может пробурить скважину до ядра Земли, чтобы лучше понять, где искать полезные ископаемые, а в теории — обнаруживать новые зоны сейсмической опасности и даже предсказывать извержения супервулканов. Но в этом может помочь Меркурий с его тонкими корой и мантией.

Весьма вероятно, что BepiColombo сможет существенно продвинуть земную науку в изучении Меркурия. Тогда его достижения станут в один ряд с результатами работы таких прорывных космических зондов, как New Horizons и Voyager, перевернувших наши представления о внешних планетах Солнечной системы.

Александр Березин, научно-популярный сайт "Чердак"