Меркурий , будучи ближайшим к Солнцу, со слабым магнитным полем и наименьшей массой из признанных планет земной группы, имеет очень разреженную и сильно изменчивую атмосферу (связанную с поверхностью экзосферу ), содержащую водород , гелий , кислород , натрий , кальций , калий. и водяной пар с общим уровнем давления около 10–14 бар ( 1 нПа ). [2] Экзосферные виды происходят либо от Солнечного ветра , либо от планетарной коры. Солнечный свет отталкивает атмосферные газы от Солнца, создавая за планетой кометный хвост.
Существование атмосферы Меркурия было спорным до 1974 года, хотя к тому времени сформировался консенсус, что Меркурий, как и Луна , не имеет какой-либо существенной атмосферы. Этот вывод был подтвержден в 1974 году, когда беспилотный космический зонд «Маринер-10» обнаружил лишь разреженную экзосферу. Позже, в 2008 году, улучшенные измерения были получены космическим кораблем MESSENGER , который обнаружил магний в экзосфере Меркурия.
Меркурианская экзосфера состоит из множества видов, происходящих либо из Солнечного ветра , либо из планетарной коры . [3] Первыми обнаруженными компонентами были атомарный водород (H), гелий (He) и атомарный кислород (O), которые наблюдались с помощью фотометра ультрафиолетового излучения космического зонда Mariner 10 в 1974 году. Приповерхностные концентрации этих элементов составляли по оценкам, варьируется от 230 см -3 для водорода до 44 000 см -3 для кислорода с промежуточной концентрацией гелия. [3] В 2008 году зонд MESSENGER подтвердил наличие атомарного водорода, хотя его концентрация оказалась выше, чем оценка 1974 года. [4] Считается, что экзосферный водород и гелий Меркурия поступают из солнечного ветра, тогда как кислород, вероятно, имеет коровое происхождение. [3]
Четвертым видом, обнаруженным в экзосфере Меркурия, был натрий (Na). Он был открыт в 1985 году Дрю Поттером и Томом Морганом, которые наблюдали его эмиссионные линии Фраунгофера на длинах волн 589 и 589,6 нм. [5] Средняя столбчатая плотность этого элемента составляет около 1 × 10 11 см -2 . Наблюдается, что натрий концентрируется вблизи полюсов, образуя яркие пятна. [6] Его численность также увеличивается вблизи терминатора рассвета по сравнению с терминатором сумерек. [7] Некоторые исследования утверждают, что содержание натрия связано с определенными особенностями поверхности, такими как Калорис или яркие радиопятна; [5] однако эти результаты остаются спорными. Через год после открытия натрия Поттер и Морган сообщили, что калий (К) также присутствует в экзосфере Меркурия, хотя его столбцовая плотность на два порядка ниже, чем у натрия. В остальном свойства и пространственное распределение этих двух элементов очень похожи. [8] В 1998 году другой элемент, кальций (Ca), был обнаружен с плотностью колонки на три порядка ниже плотности натрия. [9] Наблюдения зонда MESSENGER в 2009 году показали, что кальций концентрируется в основном вблизи экватора — в отличие от того, что наблюдается для натрия и калия. [10] Дальнейшие наблюдения Messenger, опубликованные в 2014 году, показывают, что атмосфера дополнена материалами, испаряемыми с поверхности метеорами, как спорадическими, так и в метеорном дожде , связанном с кометой Энке . [11]
В 2008 году плазменный спектрометр быстрого изображения зонда MESSENGER (FIPS) обнаружил несколько молекулярных и различных ионов в окрестностях Меркурия, включая H 2 O + (ионизированный водяной пар ) и H 2 S + (ионизированный сероводород ). [12] Их содержание относительно натрия составляет около 0,2 и 0,7 соответственно. Также присутствуют и другие ионы, такие как H 3 O + ( гидроксоний ), OH ( гидроксил ), O 2 + и Si + . [13] Во время пролета в 2009 году канал ультрафиолетового и видимого спектрометра (UVVS) Спектрометра состава атмосферы и поверхности Меркурия (MASCS) на борту космического корабля MESSENGER впервые обнаружил присутствие магния в экзосфере Меркурия. Приповерхностное содержание этого недавно обнаруженного компонента примерно сопоставимо с содержанием натрия. [10]
Ультрафиолетовые наблюдения «Маринера-10 » установили верхнюю границу поверхностной плотности экзосферы на уровне около 10 5 частиц на кубический сантиметр. Это соответствует поверхностному давлению менее 10–14 бар ( 1 нПа ). [14]
Температура экзосферы Меркурия зависит от вида, а также от географического положения. Для экзосферного атомарного водорода температура составляет около 420 К — значение, полученное как Mariner 10 , так и MESSENGER . [4] Температура натрия значительно выше, достигая 750–1500 К на экваторе и 1500–3500 К на полюсах. [15] Некоторые наблюдения показывают, что Меркурий окружен горячей короной из атомов кальция с температурой от 12 000 до 20 000 К. [9] В начале 2000-х годов было проведено моделирование экзосферы Na Меркурия и ее временных изменений для определения источника процесса. которые поставляли виды земной коры в экзосферу. Такие процессы, как; Испытывались испарение, диффузия изнутри, распыление фотонами и энергичными ионами, химическое распыление фотонами и метеоритное испарение. Однако испарение обеспечивает наиболее сильное совпадение при сравнении изменений в экзосфере натрия в зависимости от расстояния до Солнца и времени суток с наблюдениями натриевого хвоста Меркурия в 2001 году. [16]
Из-за близости Меркурия к Солнцу давление солнечного света гораздо сильнее, чем у Земли. Солнечное излучение отталкивает нейтральные атомы от Меркурия, создавая за ним кометный хвост. [17] Основным компонентом хвоста является натрий, который был обнаружен за пределами 24 миллионов километров (1000 RM ) от планеты. [18] Этот натриевый хвост быстро расширяется до диаметра около 20 000 км на расстоянии 17 500 км. [19] В 2009 году MESSENGER также обнаружил в хвосте кальций и магний, хотя эти элементы наблюдались только на расстояниях менее 8 RM . [17]
Меркурий — наименее изученная планета внутренней части Солнечной системы из-за множества трудностей наблюдения. Положение Меркурия, если смотреть с Земли, всегда очень близко к Солнцу, что вызывает трудности при попытке его наблюдения. Космический телескоп «Хаббл» и другие наземные системы космической съемки оснащены высокочувствительными датчиками, позволяющими наблюдать объекты в глубоком космосе. Их нельзя направлять на Солнце, чтобы его мощное излучение не разрушило датчики. [16]
Вместо этого облеты и орбитальные миссии к Меркурию могут изучить планету и получить точные данные. Хотя Меркурий ближе к Земле, чем Плутон, переходная орбита от Земли к Меркурию требует больше энергии. Меркурий находится так близко к Солнцу, что приближающиеся к нему космические зонды ускоряются из-за гравитационного притяжения Солнца. Это требует использования ретроракет , которые используют топливо, которое должен нести зонд, вместо более совершенных инструментов. [20]