Ранним утром 18 марта межпланетный зонд "Мессенджер" вышел на орбиту вокруг Меркурия и стал первым аппаратом, который на некоторое время превратится в искусственный спутник первой планеты Солнечной системы - до сих пор посланные с Земли зонды всегда пролетали мимо. Несмотря на то что Меркурий находится относительно недалеко от Земли, ученые огорчительно мало знают об этой планете, и очень рассчитывают, что "Мессенджер" позволит им существенно расширить нынешние представления.
Неудобная планета
Меркурий удален от Солнца, в среднем, на 59 миллионов километров - обращаясь вокруг звезды, планета то отбегает от нее на 69 миллионов километров, то приближается на расстояние всего в 49 миллионов километров. Для сравнения, среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. По размеру Меркурий уступает не только Земле и всем остальным планетам земной группы, но даже крупнейшим спутникам Солнечной системы - Ганимеду и Титану. Диаметр ближайшей к Солнцу планеты составляет около 4,8 тысячи километров.
Помимо скромных для планеты размеров Меркурий отличается редкой неторопливостью - один оборот вокруг своей оси планета совершает за 176 земных дней. При этом вокруг Солнца Меркурий обращается намного быстрее - на прохождение полного круга он тратит 88 дней. То есть одни сутки на Меркурии длятся два меркурианских года. Но определить без календаря, какое стоит время года, гипотетические жители Меркурия вряд ли смогли бы - на этой планете практически не выражена сезонность.
Отсутствие четко отличающихся зимы, весны, лета и осени объясняется тем, что ось вращения Меркурия почти не наклонена по отношению к орбитальной плоскости. Зато смена дня и ночи на планете заметна очень хорошо - днем температура достигает 700 кельвинов (426,85 градусов Цельсия), а ночью падает до 90 кельвинов (минус 183,15 градусов Цельсия). Причина такого контраста кроется в меркурианской атмосфере, точнее, в почти полном ее отсутствии. Газовая оболочка других планет, например Земли, выступает своеобразным буфером, который препятствует резким перепадам температур.
Из-за того, что Меркурий находится близко к Солнцу, его очень трудно изучать - с Земли планета видна только на закате или на рассвете, когда наблюдениям не мешает чрезвычайно яркий блеск звезды. Кроме того, проведение наземных наблюдений осложняется наличием атмосферы - она приводит к существенным искажениям получаемых изображений. Телескопы "общего назначения", работающие в космосе, также не подходят для детального изучения Меркурия, так как при прицельном "рассматривании" планеты их оптика попросту "ослепнет". Единственный приемлемый на сегодня способ исследовать Меркурий - это отправить к нему специальную межпланетную станцию.
Мимо
И такая станция была отправлена - 3 ноября 1973 года ракета-носитель "Атлас-Центавр" вывела в космос аппарат "Маринер-10". Помимо Меркурия этот зонд должен был заодно изучить Венеру, но ни с одной из этих планет "Маринер-10" не сближался надолго: мимо Венеры аппарат пролетел один раз на расстоянии 5,7 тысячи километров. Пролетов мимо Меркурия было три, а минимальное расстояние между "Маринером-10" и ближайшей к Солнцу планетой составило 327 километров - достаточно, чтобы рассмотреть поверхность и провести некоторые измерения химического состава атмосферы.
Казалось бы, что мешало "Маринеру-10" задержаться рядом с Меркурием на более длительный срок? Ответ на этот вопрос - скорость. Для того чтобы выйти на орбиту какой-либо планеты - то есть превратиться в ее искусственный спутник - аппарат должен лететь достаточно медленно, иначе гравитационное притяжение не успеет "схватить" его. В 1970-е годы еще не существовало технологий, которые позволили бы аппарату, приближающемуся к Меркурию со скоростью более двух сотен тысяч километров в час, быстро затормозить.
Инженеры придумали, как можно эффективно снизить скорость зонда, только в 1980-е годы - стратегия включает в себя торможение двигателем и хитрые пространственные маневры с многочисленными облетами Меркурия и Венеры. Кружа вокруг планет с их гравитационным притяжением, зонд постепенно замедляется (изменив траекторию облетов, можно точно таким же образом разгонять зонды). После изобретения технологии замедления космических аппаратов NASA начало активно работать над проектом меркурианской миссии, однако в 1986 году спустя 73 секунды после старта взорвался шаттл "Челленджер", и после этой катастрофы США на несколько лет приостановили работу над новыми миссиями.
Постоянный спутник
Зонд "Мессенджер" стартовал к Меркурию 3 августа 2004 года. Название аппарата переводится с английского как "посланник" и одновременно является аббревиатурой, которая расшифровывается следующим образом: MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging - [аппарат для] исследования поверхности, окружающей среды, геохимии Меркурия и его зондирования.
Путешествие практически к Солнцу длилось 6,5 лет – за это время "Мессенджер" один раз пролетел мимо Земли, дважды - мимо Венеры и три раза облетел Меркурий. В общей сложности аппарат преодолел 7,9 миллиарда километров. 17 марта 2011 года в 03:45 утра по московскому времени "Мессенджер", находясь на расстоянии около 155 миллионов километров от Земли, на 15 минут включил двигатели и начал замедляться: в общей сложности его скорость упала на 862 метра в секунду, или 3,1 тысячи километров в час. Сейчас "Мессенджер" движется со скоростью около 208 тысяч километров в час - на главной странице сайта "Мессенджера" размещен счетчик расстояния, показания на котором очень эффектно меняются в режиме реального времени.
За четверть часа меркурианский зонд заметно "похудел" - на торможение "Мессенджер" потратил почти треть всех запасов топлива, масса которого при старте составляла больше половины от общей массы аппарата. На момент запуска в "Мессенджере" было 1100 килограммов, 600 из которых приходилось на топливо. Одна тонна - это очень небольшая масса для космического аппарата, да и размеры "Мессенджера" тоже невелики. Зонд, на который ученые возлагают огромное количество надежд, по длине и ширине и высоте (1,42 х 1,85 х 1,27 метра) не сильно отличается от крупного офисного стола.
По обеим сторонам аппарата расположены солнечные панели размером 1,5 на 1,65 метра. Именно они обеспечивают приборы "Мессенджера" энергией для работы, при том что "в дело" идет только 30 процентов попадающего на них солнечного излучения, а оставшиеся лучи отражаются. Если бы панели поглощали все излучение, то они очень быстро вышли бы из строя. Чтобы защитить от нагрева чувствительную "начинку" зонда, инженеры покрыли его теплоизолирующим керамическим "панцирем".
"Мессенджер" будет исследовать Меркурий при помощи семи основных научных приборов. Фотографировать поверхность планеты будет камера, способная делать цветные, монохромные и стереоснимки. Дополнительно ученые будут анализировать рельеф поверхности при помощи лазерных альтиметров. Химический состав атмосферы и скальных пород Меркурия должны исследовать нейтронный, гамма- и рентгеновский спектрометры. Отдельный спектрометр предназначен для более детального изучения атмосферы и определения состава меркурианских минералов. Характеристики магнитного поля Меркурия будет определять магнитометр "Мессенджера", а еще один спектрометр займется анализом заряженных частиц, движущихся внутри и вокруг меркурианской магнитосферы.
Аппарат проработает на орбите Меркурия один год - за это время двигатели "Мессенджера" будут включаться еще несколько раз для того, чтобы корректировать орбиту аппарата. Специалисты не исключают, что "Мессенджер" продержится и дольше, но рано или поздно топливо у зонда закончится, и он начнет постепенно снижаться, пока не врежется в поверхность Меркурия.
Ученые рассчитывают, что собранная "Мессенджером" информация поможет им прояснить целый ряд вопросов, касающихся особенностей Меркурия. Кроме того, эти данные позволят астрофизикам лучше понять, как эволюционировала Солнечная система в целом. Например, на сегодняшний день остается непонятным, почему четыре планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс - настолько непохожи друг на друга.
Взять Меркурий - эта планета отличается аномальной плотностью. Плотность Земли больше плотности Меркурия только по причине значительно большей массы нашей планеты - гравитация дополнительно сжимает земное вещество. Кроме того, у Меркурия и Земли есть магнитное поле, а у Марса и Венеры - нет. Марс при вдвое меньших по сравнению с Землей размерах имеет практически такую же продолжительность суток, а сутки на Венере, имеющей практически такой же диаметр, длятся 146 земных. Все эти факты пока не нашли аргументированного объяснения.
Начать отвечать на все эти вопросы ученые смогут уже в ближайшее время - научные приборы "Мессенджера" заработают 24 марта, а первые снимки поверхности Меркурия аппарат сделает 29 числа.