Химический состав меркурия кратко

Обновлено: 05.07.2024

Меркурий — планета, первая от Солнца. Она самая маленькая в Солнечной системе, немного больше Луны и в 2,5 раза меньше Земли.

Общие сведения о Меркурии

Планета относится к земной группе, у нее нет естественных спутников. Имеет крупное железно-никелевое ядро, составляющее почти 3⁄4 ее диаметра. Циркуляция расплавленного металла в ядре создает условия для образования магнитного поля. Оно слабее, чем у Земли, примерно в 100 раз.

Меркурий совершает полный оборот вокруг Солнца за 88 земных суток, а день на нем продолжается 2 меркурианских года. Такое соотношение нетипично для Солнечной системы.

Со средней скоростью 48 км/с планета движется по необычно вытянутой эллиптической орбите со смещенным центром.

Поверхность Меркурия на первый взгляд похожа на лунную: тоже испещрена кратерами от ударов комет и метеоритов. Видны также следы вулканической активности, которая была характерна для ранних этапов образования небесного тела.

Гипотезы образования

Главной гипотезой о появлении этого небесного тела стала небулярная: Солнце возникло из гравитационно неустойчивого газопылевого облака после взрыва сверхновой звезды около 4,6 млрд лет назад, крупные сгущения газов вокруг нового светила привели к появлению планет, в том числе Меркурия.

В XIX в. возникла версия, что эта планета сформировалась как спутник Венеры и впоследствии была потеряна ею. Эта гипотеза объясняет необычную эллиптическую форму ее орбиты.

Согласно еще одной гипотезе, на заре образования Солнечной системы произошло столкновение Меркурия с Венерой по касательной. В результате этого события Меркурий потерял часть мантии и коры, которые были частично собраны Венерой, а остатки рассеяны в пространстве.

Еще одна версия рассказывает о столкновении Протомеркурия с планетезималью, в 5 раз меньшей его по массе, что привело к потере части верхнего слоя будущей планеты. Эта гипотеза объясняет непропорционально крупный размер ее ядра.

Структура планеты

В центре Меркурия — ядро, покрытое мантией и слоем коры. Если внутреннее строение Земли включает твердый центр и жидкую часть, то сплав, наполняющий центр Меркурия, постоянно находится в жидком агрегатном состоянии. Радиус расплавленного центра планеты — 1800 км. Сверху ядро покрывает силикатная мантия, ее толщина около 500 км.

Высокий эксцентриситет орбиты, а также близкое расположение к Солнцу создают мощный приливный эффект, который заставляет вещество в центре циркулировать.

Ранее считалось, что тело такой величины не может обладать жидким ядром, но в ходе радарных наблюдений были отмечены вариации вращения, не свойственные планетам с твердым центром.

Необычны непропорционально крупные размеры ядра этого небесного тела. Центр Земли, например, составляет 16% от объема небесного тела, тогда как центр Меркурия занимает 70%.

Толщина твердого слоя коры планеты по разным данным составляет от 100 до 300 км.

Химический состав

Основные химические элементы, которые формируют планету, — железо и никель. Они находятся в расплавленном состоянии и наполняют крупное ядро. Установлено, что доля железа в сплаве ядра выше, чем у остальных планет Солнечной системы.

В верхнем слое грунта железа не так много: преобладают кальций, магний и сера. В небольших количествах встречается алюминий.

Состав поверхности этой планеты можно сравнить с базальтовыми породами, встречающимися на Земле, и с составом распространенных метеоритов — хондритов.

При похожем содержании элементов средняя плотность верхнего слоя поверхности Меркурия выше, чем у метеоритов.

Поверхность Меркурия

По многочисленным фотографиям можно сказать, что поверхность планеты напоминает лунную: тоже испещрена кратерами от ударов менее массивных небесных тел. Углубления окружены ореолом от выброса вещества при столкновении с метеоритами. Сила тяжести на Меркурии больше, чем на Луне, поэтому размеры этих ореолов на поверхности Меркурия меньше.

По возрасту следы от ударов метеоритами на Меркурии отличаются друг от друга, некоторые из них уже сильно разрушены, другие сохранили форму.

Отличием поверхности от лунной можно назвать эскарпы — зубчатые уступы горных откосов. Происхождение такого ландшафта объясняется сжатием поверхности коры при сокращении ядра.

Поверхность Меркурия однородна в двух полушариях, общая ее площадь — около 75 млн кв. км.

В формировании рельефа участвовали многочисленные вулканы, об их активности свидетельствуют обнаруженные горные массивы и равнины, некогда залитые лавой.

Атмосфера Меркурия

Основой непостоянной атмосферы Меркурия стали кислород, натрий и водород. Гравитационные силы здесь намного меньше, чем на Земле, их не хватает, чтобы удерживать плотную атмосферу. Слабое магнитное поле тоже не может сохранить атмосферу.

Солнечный ветер приносит пыль от метеоритов и частицы газа вместе с продуктами радиоактивного распада, над поверхностью образуется тонкий слой непостоянной экзосферы. Кроме атомов кислорода и водорода, в ней обнаружены гелий, натрий, летучий элемент калия, некоторые инертные газы. Все они не удерживаются планетой: давление солнечного излучения уносит и рассеивает их в космосе.

Сорванная атмосферная оболочка образует экзосферный след, который тянется за планетой на протяжении 2 млн км и похож на хвост кометы.

Природные условия

Особенность Меркурия — большой перепад температур.

Отсутствие постоянной атмосферы, невысокая скорость вращения и плотность верхнего слоя коры не дают удерживать солнечное тепло. Поэтому одной из особенностей Меркурия является большой перепад температур на обращенной к Солнцу и теневой сторонах. На освещенной части поверхность нагревается до +430°С, ночью может быть около 173°С ниже нуля. Разница почти в 600 градусов по шкале Цельсия в сутки наблюдается только на поверхности планеты.

Планета имеет незначительный наклон оси вращения, что делает полюсы практически недостижимыми для Солнца. Радарные исследования этих областей показали, что на поверхности может находиться лед. Предположительно он покрыт пылью, а толщина слоя льда — около 2 м.

Есть гипотеза, что эти залежи льда образовались во время многочисленных ударов комет. Испарившись при этом, вода переместилась по планете в область полюсов, где заняла углубления в породе и застыла. Присутствие льда может означать, что жизнь на Меркурии возможна.

Орбита и вращение Меркурия

Меркурий делает один полный оборот вокруг своей оси (относительно центра Солнца) за 176 земных суток. Это единственное место в Солнечной системе, где год короче суток. Период полного обращения вокруг Солнца занимает половину меркурианских суток. Синодический период Меркурия составляет 116 суток.

Его орбита необычна вытянутой эллиптической формой, она сильно отличается от траектории движения других планет, больше похожих на круг.

Средняя орбитальная скорость Меркурия 48 км/с.

Он движется быстрее при прохождении перигелия, ускоряясь до 56 км/с, в афелии Меркурий замедляется до 38,7 км/с. Соотношение осевого вращения и орбитального движения вблизи перигелия позволило бы наблюдать с поверхности Меркурия необычное для Земли явление: Солнце постепенно останавливается и вскоре начинает двигаться в обратном направлении.

Магнитное поле

Магнитное поле на Меркурии образуется благодаря эффекту динамо из-за циркуляции расплавленного металла в жидком ядре планеты. Таким же способом образует магнитное поле и Земля, но земная магнитосфера в 100 раз сильнее меркурианской. Магнитное поле здесь образует магнитосферу, которая может повлиять на движение солнечного ветра, но недостаточно сильна, чтобы удержать стабильную плотную атмосферу. Магнитное поле Меркурия неравномерно, в нем обнаружены обширные зоны с низкой напряженностью.

Исследование Меркурия

Меркурий появляется в трудах по астрономии начиная с Древнего Вавилона, описывается в Древнем Китае и Древней Греции как утренняя или вечерняя звезда.

Планета привлекала внимание ученых, но была изучена хуже других из-за сложности его наблюдения с Земли. Космическая эра дала необходимые средства для исследования этой планеты.

Последние исследования Меркурия:

Роскосмос планирует отправку аппарата для совершения первой посадки на поверхность Меркурия, старт готовится к 2030 г.

Общие сведения о Меркурии

Меркурий – самая близкая к Солнцу планета. От Меркурия до звезды – 58 млн. км. Кроме этого, Меркурий является рекордсменом среди планет по размерам. Он самый маленький в земной группе. Радиус составляет 2440 км, меньше чем аналогичный у Титана и Ганимеда — спутников Сатурна и Юпитера. Несмотря на это, масса планеты довольно большая – 3,3*10 23 кг, что обусловлено наличием массивного ядра.

Планета имеет среднюю плотность, немного меньшую в сравнении с земной и составляющую 5,43 г/см 3 . С учетом того, что размеры Земли значительно больше, это указывает на высокую концентрацию металлов в структуре.

Ускорение свободного падения примерно в два раза меньше земного и равняется 3,70 м/с 2 .

Как и у Венеры, у Меркурия отсутствуют естественные спутники.

Как выглядит Меркурий

Планета имеет ряд отличительных особенностей в строении.

Кратеры, из-за которых поверхность планеты во многом похожа на лунную.

Как предполагают ученые, они образовались после столкновения с осколками, оставшимися со времен формирования Солнечной системы.

Форма и размеры кратеров различны. Одни кратеры очень глубокие и многокольцевые, другие – представляют собой небольшие впадины. Крупных кратеров на Меркурии не так много, как на земном спутнике. Самым большим считается бассейн равнины Жара, высота которого составляет 1315 км, а диаметр 1550 км. Наличие больших кратеров указывает на то, что в коре в течение последних 4 млрд. лет не происходило какого-либо тектонического движения.

Кратеры на планете постепенно разрушаются. На хорошо сохранившихся можно разглядеть лучи горных пород, смещенных при столкновении с космическим объектом.

На поверхности планеты есть участки с более плотным расположением кратеров, являющиеся вместе с тем более древними, и зоны с менее плотным, более молодые, образованные в результате затопления лавой.

По предположениям ученых, они образованы в результате движения лавы.

Эти две особенности противоречат друг другу. Присутствие равнин, или лавовых полей, указывает на вулканическую активность планеты в прошлом. Но количество и возраст кратеров свидетельствуют о долгом отсутствии геологической активности Меркурия.

Многочисленные зубчатые хребты, простирающиеся на сотни километров и достигающие двух километров в высоту.

В вопросе их происхождения среди ученых нет единого мнения. Согласно первой точке зрения хребты образованы в результате выпучиваний коры, связанных с ядерной активностью. Если на Земле такие выпучивания появляются при движении тектонических плит, то на Меркурии выдавливание коры происходит из-за постепенного сжатия ядра.

Существует вторая точка зрения относительно теории образования хребтов. Некоторые исследователи предполагают, что хребты возникли в результате падения астероидов.

Отличительной чертой Меркурия является тот факт, что большая часть его поверхности обладает однородной структурой, согласно полученным в ходе миссии Мессенджер данным. У схожих с ним по внешнему строению Луны и Марса левое и правое полушария имеют разное строение.

Химический состав

Первые данные, характеризующие химический состав Меркурия, были получены в ходе миссии аппарата messenger в 2011 году. Методом спектрометрии были изучены верхние слои грунта на площади 5 млн. кв. м. В этой области были обнаружены высокие концентрации соотношений Ca/Si, Mg/Si, S/Si и низкая концентрация Al/Si. Иными словами, в верхнем слое грунта Меркурия преобладает магний, кальций и сера, и в наименьшем количестве содержится алюминий.

Внутреннее строение

Внутреннее строение Меркурия представлено трехслойной структурой, состоящей из ядра, мантии и коры.

По данным, полученным аппаратом Мессенджер, толщина коры — 26±11 км.

Толщина мантии, образованной преимущественно силикатами, — 500 км.

Достаточно массивное ядро составляет примерно 83% от общей массы планеты. По химическому состоянию оно жидкое и представляет собой расплавленную смесь железа и никеля. При этом концентрация железа выше, чем в ядре любой другой планеты.

Атмосфера

Атмосфера Меркурия предельно разряжена. Ее давление составляет 10 -15 бар, что в 5*10 23 раз меньше земного. В атмосфере планеты присутствуют:

Кислород 42%;
Натрий 29%;
Водород 22%;
Гелий 6%;
Калий 0,5%;
Остальные вещества 0,5% (углекислый газ, вода, кальций, магний, азот, ксенон, аргон, неон, криптон).

Появление многих веществ обусловлено действием солнечного ветра, представляющего собой ионы гелиево-водородной плазмы. Ударяясь с большой скоростью, эти частицы выбивают из поверхности в атмосферу атомы натрия, калия, кальция, магния, разрыхляя верхний слой грунта. Часть ионов плазмы улетают обратно в космос, часть – захватываются магнитосферой Меркурия. Аргон попадает в атмосферу в результате радиоактивного распада калия, вызванного действием низкоплазменного потока. Водяные пары образуются в реакции взаимодействия оксидов грунта и водорода солнечного ветра, а также появляются в процессе таяния льда в кратерах.

Атом в атмосфере Меркурия живет примерно 200 суток. Несмотря на гравитацию и наличие магнитного поля, газы легко рассеиваются в космическое пространство.

Орбита Меркурия

Вращение Меркурия вокруг звезды происходит по орбите в форме сильно вытянутого эллипса. В афелии планета удалена от Солнца на 70 млн. км, а перигелии – на 46 млн. км. Соответственно, в фазе афелия она 1,5 раза дальше от звезды, чем в фазе перигелия.

Период обращения равняется 88 земным суткам. Долгое время исследователи считали, что у Меркурия нет осевого вращения. В результате проведенной в 1960-х годов радиолокации установили, что он совершает 1,5 оборота вокруг оси за один оборот вокруг Солнца. Ни у одной из планет Солнечной системы нет данного соотношения периодов вращения. Ввиду этого солнечные меркурианские сутки длятся 2 года.

Меркурий вращается на орбите со скоростью 48 км/с. Осевое вращение Меркурия происходит с постоянной скоростью, тогда как при вращении вокруг Солнца скорость меняется. В течение 8 суток на участке перигелия угловая скорость орбитального движения превышает таковую для осевого — 56,6 км/с в перигелии, 38,7 км/с в афелии. Солнце будто останавливается, а затем начинает двигаться не на запад, а на восток. Астрономы назвали это явление эффектом Иисуса Навина, персонажа в Библии, который предсказал остановку Солнца.

Смена времен года, аналогичная земной, на Меркурии не происходит. Это объясняется расположением оси собственного вращения под углом в 90° к плоскости орбиты. Поэтому в области полюсов есть зоны, на которые солнечные лучи падают горизонтально. В этих областях наблюдается вечная зима.

Природные условия

На Меркурии наблюдаются крайне резкие в сравнении с другими планетами Солнечной системы перепады температур. Это обусловлено следующими факторами:

Медленным вращением планеты вокруг оси.
Непосредственной близостью к Солнцу.
Разреженной атмосферой.
Эродированной поверхностью, плохо проводящей тепло внутрь планеты.

На Меркурии присутствуют гигантские запасы воды в виде льда, расположенные на дне кратеров. Этот лед никогда не тает из-за недостатка солнечного тепла. Его происхождение очень интересует ученых. Если на планете когда-либо была вода, это означает, что здесь могла бы существовать жизнь.

Магнитное поле

В основе магнитного поля Меркурия лежат динамические эффекты, возникающие в ядре при циркуляции расплавленного железа. Как и на нашей планете, магнитное поле дипольное – есть южный и северный полюса. Но по силе оно примерно в 100 раз меньше земного. Под воздействием низкоплазменного ветра магнитное поле отклоняется на 480 км к северу. В результате этого южный полюс больше подвержен воздействию космической радиации, чем северный.

Достаточно сильное магнитное поле планеты взаимодействует с солнечным ветром, захватывая потоки низкоэнергетической плазмы и образуя большое количество вихрей. В 2008 году приборы Мессенджера зафиксировали вихри, представляющие собой сплетенные узлы магнитного поля, соединявшие космический аппарат с планетным магнитным полем. Частота их возникновения на Меркурии выше в 10 раз таковой на земле.

Гипотезы образования

Небулярная гипотеза происхождения Меркурия является основной. Согласно ей планета-карлик сформировалась из космической туманности.

Существует и вторая гипотеза. Ученые предполагают, что Меркурий был спутником Венеры, а со временем отделился от нее, став планетой. Том Ван Фландер и К.Р.Харрингтон в 70- хх годах XX века провели математические расчеты и показали, что эта теория вполне правдоподобна, так как объясняет резонансный характер вращения вокруг Солнца, вытянутость орбиты и потерю момента вращения.

История формирования необычно большого ядра беспокоит ученых не меньше, чем развитие собственно планеты. Для объяснения этого факта была разработана версия, по которой она подверглась столкновению с космическим объектом. В прошлом планета была в 2,25 раза тяжелее, содержание силикатов было более высоким. Затем Меркурий на скорости 20 км/с столкнулся с малым небесным телом, масса которого была в шесть раз меньше меркурианской. Тяжелое металлическое ядро не претерпело изменений, а мантия и кора потеряли значительную долю веществ, которые улетели и рассеялись в космическом пространстве.

По другой гипотезе Меркурий сформировался из протопланетного небесного тела, в частности из внутренней его части. Эта часть была подвержена влиянию солнечного ветра и излучения, поэтому из нее постепенно вымывались легкие химические элементы. Это, возможно, и является причиной столь низкого соотношения в структуре легких элементов к тяжелым.

Исследования Меркурия продолжаются

К Меркурию в октябре этого года был запущен космический корабль Bepicolombo – совместная миссия космических агентств двух стран — Японии и Европы. Миссия будет проводиться на разных орбитах двумя аппаратами:

Японским Mercury Magnetospheric Orbiter;
Европейским Mercury Planetary Orbiter (MPO).

Оба аппарата оснащены многочисленными приборами для исследования, предоставленными различными странами-участницами проекта, среди которых значится и Россия. Как ожидается, в ходе проекта Bepicolombo будут изучены внутренняя структура Меркурия и состав поверхности, его геологическая история развития, исследовано взаимодействие магнитного поля с солнечным ветром, картированы полярные области на предмет распространения водяного льда и водородсодержащих соединений.

Прибытие аппаратов к месту назначения, по ожиданиям ученых, произойдет в декабре 2025 года. Таким образом, менее чем через 10 лет ученые, возможно, опровергнут или подтвердят свои предположения о происхождении огромных запасов льда на планете, кратеров и скал и многие другие.

Он образован на 70% металлами и 30% силикатными материалами. Cостав Меркурия немного менее плотный, чем Земной с ее плотностью 5,43 г/см3.

Так как планеты гораздо меньше Земли, то его гравитация не так сильно сжимает планету, так что на самом деле планета содержит тяжелые элементы в ядре.

Астрономы считают, что ядро является очень большим и состоит в основном из железа.

Оно занимает до 42% от общего объема планеты, в то время, как у Земли всего 17%.

Само ядро составляет около 3600 км в поперечнике. Окружающая его мантия имеет толщину 600 км. Вокруг мантии находится кора, размером 100-200 км.

Кора, как известно, содержит много горных хребтов, которые простираются на сотни километров.

Планетарные геологи считают, что часть хребтов сформировалась, когда планета начала охлаждаться, а другая часть образовалась из-за деформаций от падения больших астероидов.

Что же эта за причина, которая может объяснить почему Меркурий имеет такое большое ядро, и что повлияло на зарождающуюся планетезималь в самом начале ее истории? Возможно, что он сформировался до того, как вспыхнуло наше Солнце. После начала термоядерного синтеза в ядре звезды, Солнце испарило часть поверхности планеты, мощным солнечным ветром.

Все планеты земной группы (а Меркурий относится к ним) имеют схожее строение, а потому их химические составы близки. Но у Меркурия есть несколько отличительных черт.

Ядро планеты состоит из двух металлов – железа и никеля, причем концентрация железа аномальна высока. Существует теория, что подобная аномалия является следствием столкновения Меркурия с огромным небесным телом радиусом в сотни километров во время формирования Солнечной системы . Особенность планеты заключается в том, что ее ядро является жидким.

В мантии Меркурия преобладают силикаты – вещества, содержащие в своем составе кремний. В основном это различные формы перидотитов – оливин и пироксен. Помимо кремния в мантии высока концентрация железа, магния, марганца, кальция и кислорода.

Кора состоит из базальтов и иных химических соединений. В базальте содержится около 42-53% оксида кремния (кремнезема), ещё 15% приходится на оксид алюминия. Велика доля ультраосновных горных пород, содержащих 30-45% кремнезема. Большое распространение имеют кимберлиты, ильмениты, дуниты. В целом Меркурий по своему составу близок к Луне. Алюминий, кальций, титан и железо находятся в дефиците, а магний и сера – в избытке.

Отдельно стоит отметить, что на Меркурии есть и вода. Водяной пар присутствует на дне некоторых кратеров, куда никогда не заглядывает Солнце , расположены льды. Однако воды в жидком состоянии на Меркурии нет.

Читайте также: