| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Меркурий
| |||||
 Исследователи |
|||||
Страница:
История "Mariner-10",
КА "Messenger" NASA,
1-я встреча Messenger,
Итог 1-й встречи,
2-я встреча Messenger,
3-я встреча Messenger,
Выход на орбиту,
Полгода на Меркурии,
Год на орбите,
Быть или не быть?,
Завершение миссии,
Галерея Messenger;
|
|
Меркурий - планета ближайшая к Солнцу Космические исследователи Меркурия Первый пролет Меркурия
Аппарат Messenger был запущен 3 августа 2004 г. и ознаменовал собой - начало нового этапа в исследованиях самой близкой к Солнцу планеты. За всю историю космонавтики с Меркурием сближался только один земной аппарат: это был американский Mariner 10, запущенный 3 ноября 1973 г. Пройдя 5 февраля мимо Венеры, он направился к Меркурию и 29 марта 1974 г. совершил пролет на высоте 703 км, успешно выполнив его съемку и различные измерения. На этом собственно миссия должна была кончиться; уже в полете была просчитана траектория 'Маринера' после встреч с Меркурием, и вдруг выяснилось что он выходит на орбиту с периодом 176 суток, обеспечивающую повторное сближение с планетой через два ее года фактически в той же точке, вблизи афелия. Как следствие, удалось сделать два дополнительных пролета - 21 сентября 1974 г. (высота 48069 км) и 16 марта 1975 г. (327 км).
Приборы 'Маринера-10' по своим возможностям значительно уступали современной аппаратуре 'Мессенджера', а две его телекамеры на видиконовых трубках (размер кадра 832*700 точек) не могли идти ни в какое сравнение с усовершенствованными цифровыми камерами на ПЗС-матрицах. Но все же на основе снимков 1974-1975 гг. был составлен детальный портрет половины Меркурия. Почему половины? Дело в том, что за 176 суток Меркурий делает ровно два витка вокруг Солнца и три оборота вокруг оси, а следовательно возвращается в то же положение. Как следствие, в каждом из трех пролетов освещалась одна и та же половина Меркурии - западная, от 170њ до 350њ в.д. Заснять неосвещенную восточную сторону планеты Mariner 10 не мог при всем своем желании. За три пролета Mariner 10 передал на Землю около 3500 снимков, покрывающих 45% площади планеты с разрешением не хуже 1 км; наилучшее же разрешение в отдельных районах составило 50 м. Ученые увидели темную поверхность, испещренную кратерами ударного происхождения. В целом она очень напоминала поверхность Луны, хотя такие детали, как эскарпы высотой до 3 км и протяженностью в сотни километров, для Луны не характерны. Станция обнаружила одну кольцевую структуру, напоминающую лунные моря, но очень крупную - она была названа Калорис, или Равнина Жары. Правда, заснять удалось лишь меньшую ее половину - вторая оставалась в тени. Кратеры на Меркурии оказались менее глубокими, чем на Луне - по-видимому, это связано с более сильной гравитацией и более эффективным заполнением кратера материалом, образующимся при метеоритных бомбардировках.
Выяснилось, что поверхность Меркурия имеет меньшую отражающую способность (альбедо), хотя самые яркие кратеры Меркурия и Луны - Койпер и Аристарх - имеют почти одинаковую яркость. Кроме того, из-за отсутствия выраженных 'морей' Меркурий менее контрастен. По поляризационным свойствам два этих тела оказались очень схожи, и ученые предположили, что Меркурий, как и Луна, покрыт реголитом - раздробленными базальтовыми породами типа анортозитов и KREEP-норитов, но с большим, чем на Луне, содержанием железа и титана. Mariner 10 обнаружил у Меркурия слабое, но глобальное магнитное поле напряженностью 70 10^4 Гс у полюсов, существование которого связывают с наличием у планеты металлического ядра (предположительно, железо-никелевого), причем по крайней мере отчасти расплавленного. Судя по очень высокой средней плотности Меркурия (5.44 г/см^3), ядро занимает до 50% объема планеты и доходит до 75-80% ее радиуса. Первый разведчик землян обнаружил у планеты очень разреженную атмосферу с давлением порядка 0.2 нПа и уверенно выделил в ней гелий на уровне 0.02 нПа и водород. Другими возможными компонентами считались аргон, неон и ксенон, а впоследствии были также найдены натрий, кислород, кальций и калий. Впрочем, атомы этой атмосферы редко сталкиваются друг с другом, так что точнее ее было бы назвать экзосферой.
Что же касается температуры на поверхности Меркурия, то в полуденной точке она достигает 560 К (+290њC) в афелии и 690 К (+420њС) в перигелии - при этом, кстати, Солнце стоит точно над Равниной Жары или над противоположной ей точкой. На ночной же стороне планеты она опускается до 110 К (-160њС). От таких перепадов должны крошиться самые твердые породы... Полушарие, остававшееся в тени для 'Маринера', в течение 30 лет было объектом радиолокационной и оптической съемки с Земли, несмотря на всю сложность этого процесса. Оптические наблюдения давали разрешение порядка 160 км, достаточное только для выявления самых крупных деталей. Радиолокатор Аресибо обеспечивал разрешение до 5 км, но 'по определению' не мог выяснить, находятся ли наблюдаемые детали севернее или южнее экватора. Радиолокационные наблюдения дали другой поразительный результат: в полярных областях, в постоянно затененных кратерах, возможно, имеются залежи льда! Эту возможность еще предстоит исследовать 'Мессенджеру'. Таким образом, Меркурий по-прежнему оставался самой неизвестной планетой в Солнечной системе. Что скрывается на 55% его поверхности? Какова внутренняя структура планеты? Какие на нем происходят процессы и как он взаимодействует с окружающей космической средой? На эти и многие другие вопросы ответов не было... Достижение цели После второго пролета Венеры 5 июня 2007 г. Messenger стал приближаться к Солнцу и 1 сентября прошел перигелий на расстоянии всего 0.33 а.е. от светила. Чтобы сбалансировать температуру солнечных батарей с приходом электроэнергии от них, операторы постепенно увеличивали угол отклонения батарей от направления на Солнце: до 50њ на расстоянии 0.50 а.е. и даже 70њ на 0.33 а.е. В этот период калибровалась бортовая радиосистема, необходимая для точного определения положения и скорости КА. 17 октября станция провела большую двухимпульсную коррекцию DSM-2 (ТСМ-18), направившую ее в заданный район встречи с Меркурием. Первый импульс был выдан двухкомпонентным маршевым двигателем КА, израсходовавшим около 70 кг топлива при тяге 660 Н, второй - четырьмя двигателями малой тяги. Помимо точной отработки заданного приращения скорости, второй импульс заставил перераспределиться топливо в основном баке и привел центр тяжести КА в устойчивое положение.
Вскоре после большой коррекции, 26 октября, станция начала прохождение за Солнцем. Соединение продолжалось 47 суток, так что аппарату была задана программа работ сразу на 54 дня. Сигналы со станции не принимались с 13 по 30 ноября, когда она была ближе 1њ от Солнца. Точные условия пролета Меркурия были заданы 19 декабря 2007 г. коррекцией ТСМ-19. Погрешность ее была незначительна, и намеченную на 10 января 2008 г. 'резервную' коррекцию ТСМ-20 посчитали излишней и отменили. Наблюдения Меркурия начались 9 января, когда камера MDIS сделала первую серию из девяти навигационных снимков. Цель такой съемки - удостовериться, что КА идет по намеченной траектории. Технология следующая: входящая в состав MDIS широкоугольная камера WAC делает снимок участка звездного неба, в котором находится Меркурий, с экспозицией до 10 сек, чтобы сформировались изображения звезд; затем производится переключение на соосную ей узкоугольную камеру NAC, которая получает снимок лимба планеты. Поскольку промежуток времени между получением кадров очень мал, а положение планеты на фоне звезд прогнозируется с высокой точностью, по снятым изображениям можно определить погрешность траектории КА относительно заданной.
Messenger шел штатно. 13 января в 13:00 UTC, за 30 часов до максимального сближения, он отвернул свои антенны от Земли и приступил к выполнению заложенной на борт программы из примерно 5000 команд. Все приборы были уже в работе, кроме гамма-cпектрометра, который был полностью задействован за 60 мин до пролета, и лазерного высотомера, включенного за 2 мин 42 сек до минимальной высоты. 14 января в 19:04:39 UTC Messenger пронесся над Меркурием на высоте 200.6 км. В это время он находился в тени (с 18:54:12 до 19:07:29) и в радиотени (с 18:22:24 до 19:30:30). Сигнал радиомаяка при выходе из-за планеты достиг Земли почти через 10 минут... 15 января в 19:14 запланированные измерения были завершены, но еще до этого, в 16:30, в Лабораторию прикладной физики APL Университета Джонса Хопкинса поступила первая телеметрия с борта. Выяснилось, что аппарат и его приборы находятся в нормальном состоянии, программа пролета отработана успешно.
Передача данных на Землю планировалась сразу после этого, но случилось так, что сначала операторы АМС Ulysses попали в серьезную нештатную ситуацию, а затем ушли в защитный режим Mars Express и Dawn, и ресурсы Сети дальней связи были отданы им. Тем не менее уже в ночь на 16 января был опубликован первый детальный снимок, сделанный через 80 мин после максимального сближения с расстояния 27000 км. К 18 января антенны Сети дальней связи приняли более 500 Мбайт данных, включая 1213 снимков камеры MDIS. Как заявили руководители проекта, никаких сбоев при приеме данных не произошло. Обработка навигационных данных показала, что станция прошла по заданной траектории с исключительной точностью: точка перицентра лежала всего в 8.25 км от расчетной, а высота оказалась всего на 1.43 км больше ожидаемой. Браво, навигаторы! Американцы не могли не предложить подходящее сравнение: это все равно что долететь из Майами до Вашингтона с ошибкой в 6.4 см. Действительно, впечатляет... В результате пролета Меркурия гелиоцентрическая скорость станции уменьшилась примерно на 2.2 км/с, а период обращения - на 11 суток. 23 января 2008 г. аппарат прошел очередной перигелий на рекордно малом расстояний от Солнца (0.313 а.е., или 46.87 млн км) и с максимальной за время полета скоростью (62.5 км/с). Что 'увидел' Messenger? В первом пролете камерам станции была доступна территория от 95њ до 275њ в.д., половину которой отснял 34 года назад Mariner 10, а половина была новой, неведомой территорией. На подлете Messenger сумел 'закрыть' некоторые пробелы в съемке 'Маринера', а неизвестную часть планеты снимал на отлете. Кстати, второй пролет б октября 2008 г. состоится через 266 суток после первого, и освещена будет противоположная часть планеты - от 273њ до 93њ в.д. А это значит, что 'черновую' съемку Меркурия можно будет закончить.
Итак, что же 'увидел' Messenger? Общее представление об этом дают снимки диска Меркурия, сделанные широкоугольной камерой NAC прибора MDIS на подлете и на отлете и опубликованные 18 и 15 января 2008 соответственно. Лучше всего, естественно, рельеф 'расшифровывался' вдоль терминатора. Обширная правая часть 'отлетного' диска с бассейном Калорис 'читалась' хуже. Предварительные результаты пролета 'Мессенджера' были представлены на пресс-конференции, которая состоялась в APL 30 января. Член научной группы Messenger Роберт Стром (Robert G. Strom), единственный из тех, кто треть века назад работал по проекту Mariner 10, не сдерживал радости: 'Я думал, что увижу детали, похожие на те, что показал Mariner 10. Но я был просто потрясен качеством этих изображений... и понял, что мы смотрим на совершенно новую планету. Каждая ее часть - и 'виденная', и 'невиданная' - новая!'
Особое внимание при пролете было уделено кольцевой структуре Калорис. Messenger впервые увидел ее целиком, и она оказалась значительно больше, чем считалось после 'Маринера': не 1300, а почти 1550 км! По количеству вторичных кратеров Стром и его коллеги вычислили возраст бассейна Калорис - этой древней структуре около 3.8-3.9 млрд лет. При этом оказалось, что в западной части бассейна их меньше, чем в восточной. Так как Калорис, несомненно, образовался в одной грандиозной катастрофе, последующие изменения можно объяснить лишь сглаживанием его западной половины в более позднее время. Очевидно, уже после образования Калорис на Меркурии имела место значительная вулканическая активность. В нескольких десятках километров от географического центра Калорис аппарат заснял в деталях радиальную сеть из 50 с лишним борозд (трогов) и практически в центре ее - кратер диаметром 40 км. Эта загадочная структура, известная ранее по радиолокационным изображениям низкого разрешения, получила условное наименование 'Паук'. Ничего подобного не было известно на Луне и не найдено в других районах Меркурия, хотя прямоугольные системы трогов есть и вдоль внутренней границы Калорис. Имеют ли эти радиальные линии и центральный кратер общее происхождение? Как ни поразительно столь точное попадание, но ученые склоняются к мысли, что система трогов все-таки существовала до удара, образовавшего центральный кратер. В частности, из-за этого могли появиться прямолинейные участки его стен. Луиза Проктер (Louise Prockter), член научной группы по съемке Меркурия, предполагает, что появление трогов в бассейне Калорис могло быть одним из последствий грандиозной катастрофы, которая оставила эту самую отметину на поверхности Меркурия. Возможно, после нее произошел изостатический подъем поверхности бассейна, или же она была 'взломана' изнутри давлением вулканического очага. Впрочем, специалисты допускают, что некоторые из борозд могли сформироваться и вместе с кратером. Еще одно образование, которое привлекло внимание ученых, - это двойной ударный кратер диаметром около 260 км к западу от. Прилегающая к нему зона выброса вещества имеет 80 км в ширину - существенно меньше, чем у кратеров с аналогичными размерами на Луне. Как уже говорилось, это может быть связано с большей силой тяжести на Меркурии. За границей сплошного выброса видны цепочки вторичных кратеров. Здесь обнаружены и признаки геологической активности: внутренняя поверхность кратера довольно гладкая, так как после образования он был заполнен вулканической лавой; однако неравномерно: в западной части внутреннее кольцо кратера полностью перекрыто лавой, в северной из-под нее торчат лишь отдельные пики, а вот в южной внутреннее кольцо прослеживается в виде аккуратной горной цепи.
Цветовую гамму поверхности Меркурия ученые пока не готовы комментировать, хотя Л. Проктер и представила 'отлетный' глобальный снимок вида планеты. Его составили из трех снимков в диапазонах 1000, 700 и 430 нм, искусственно усилив контрастность. Внутренняя часть Калорис выглядят оранжевой, а вторичные кратеры в ее пределах - пурпурными. Свежие же кратеры и их лучи представляются ярко-голубыми. Все это определенно указывает на различие в химическом составе пород, но какое именно - пока неизвестно. Неожиданностью стало то, что кольцевые структуры Калорис и Толстой (в южном полушарии) имеют светлое дно и более темные участки вокруг них. 'На Луне, например, все наоборот, - говорит Л. Проктер, - там были обнаружены темные впадины со светлыми кольцами'. Конечно, не только поверхность Меркурия интересовала ученых. Очень большие надежды возлагались на то, что 'Мессенджеру' удастся получить новую информацию о магнитосфере и атмосфере планеты. Благодаря магнитометру на борту 'Мессенджера' удалось подтвердить, что найденное 'Маринером' магнитное поле Меркурия является дипольным, и определить ориентацию оси магнитного диполя - она наклонена к оси вращения планеты примерно на 10њ. Величина напряженности магнитного поля с середины 1970-х годов не изменилась: она по-прежнему на два порядка меньше, чем на Земле. Вдоль трассы пролета Messenger не обнаружил региональных вариаций магнитного поля, которые были выявлены, например, на Марсе. Но на этом сюрпризы не заканчиваются. Два инструмента станции независимо определили, что крохотная магнитосфера Меркурия, которая сильно прижата к планете, наполнена горячей плазмой - либо она попадает туда от Солнца, либо ее источником является сложное взаимодействие между поверхностью Меркурия и его атмосферой. И при этом спектрометр энергичных частиц не зафиксировал ни одной частицы, хотя Mariner 10 в свое время их встретил.
'Это говорит о том, что магнитосфера Меркурия очень динамична, - говорит научный руководитель проекта Шон Соломон (Sean С. Solomon) из Института Карнеги в Вашингтоне. - Она зависит от атмосферы Солнца. Мы пролетели в относительно спокойный период солнечной активности, но все может измениться за несколько минут или часов. Чтобы это доказать, нам нужно дождаться следующих наблюдений'. Ш. Соломон также представил результаты исследований так называемого меркурианского 'хвоста', в который атмосфера и магнитосфера планеты вытягиваются под воздействием солнечного ветра. Установлено, что атмосфера Меркурия состоит в основном из нейтральных атомов натрия с примесью кальция, а также водорода, причем над северным полушарием она заметна гораздо сильнее, чем над южным. Водород в основном должен поступать с солнечным ветром, так что асимметрия может быть связана с механизмом взаимодействия его с магнитосферой. Асимметрия натрия может быть связана с его неравномерным уносом. Важные данные принес и лазерный высотомер MLA. Геометрия сближения 'Мессенджера' с Меркурием была таковой, что высотомер смог за 11 минут 'отснять' полосу длиной около 3200 км на ночной стороне планеты, известную лишь по радиолокационным съемкам Аресибо. Топографические вариации в этой полосе находятся в пределах 5 км - от самого высокого пика до дна самого глубокого кратера. Высотомер блестяще отработал в ходе пролета, и это вселяет надежду, что в результате выполнения орбитальной научной программы 'Мессенджера' будет составлена самая детальная топографическая карта поверхности Меркурия. Автор материала: П. ШАРОВ,
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|