Поверхность Меркурия, кратко говоря, напоминает Луну. Обширные равнины и множество кратеров говорят о том, что геологическая активность на планете прекратилась миллиарды лет назад.
Характер поверхности
Поверхность Меркурия (фото приведено далее в статье), снятая зондами «Маринер-10» и «Мессенджер», внешне была похожа на лунную. Планета в значительной мере усеяна кратерами разных размеров. Мельчайшие из видимых на самых детальных фотографиях «Маринера» измеряются несколькими сотнями метров в диаметре. Пространство между крупными кратерами относительно плоское и представляет собой равнины. Оно похоже на поверхность Луны, но занимает намного больше места. Подобные области окружают наиболее заметную ударную структуру Меркурия, образованную в результате столкновения, – бассейн равнины Жары (Caloris Planitia). При встрече с «Маринером-10» была освещена только ее половина, а полностью она была открыта «Мессенджером» во время его первого пролета мимо планеты в январе 2008 года.
Кратеры
Наиболее распространенными структурами рельефа планеты являются кратеры. Они в значительной мере покрывают поверхность Меркурия. Планета (фото приведены далее) на первый взгляд похожа на Луну, но при более близком изучении у них выявляются интересные различия.
Гравитация на Меркурии более чем в два раза превышает лунную, отчасти из-за большой плотности его огромного ядра, состоящего из железа и серы. Большая сила тяжести стремится удержать вещество, выброшенное из кратера, вблизи места столкновения. По сравнению с Луной, оно падало на расстоянии, составляющем лишь 65% от лунного. Это может быть одним из факторов, которые способствовали возникновению на планете вторичных кратеров, образованных под воздействием выброшенного материала, в отличие от первичных, возникших непосредственно при столкновении с астероидом или кометой. Более высокая сила тяжести означает, что сложные формы и конструкции, характерные для крупных кратеров — центральные пики, крутые склоны и ровное основание, — на Меркурии наблюдаются у меньших кратеров (минимальный диаметр около 10 км), чем на Луне (около 19 км). Структуры меньше этих размеров имеют простые чашеподобные очертания. Кратеры Меркурия отличаются от марсианских, хотя эти две планеты имеют сопоставимую гравитацию. Свежие кратеры на первой, как правило, глубже, чем соразмерные образования на второй. Это может быть следствием низкого содержания летучих веществ в коре Меркурия или более высоких ударных скоростей (поскольку скорость объекта на солнечной орбите увеличивается при приближении к Солнцу).
Кратеры больше 100 км в диаметре начинают приближаться к овальной форме, характерной для подобных крупных образований. Эти структуры - полициклические бассейны - имеют размеры 300 км и более и являются результатом наиболее мощных столкновений. Несколько десятков их было обнаружено на сфотографированной части планеты. Изображения «Мессенджера» и лазерная альтиметрия внесли большой вклад в понимание этих остаточных шрамов от ранних астероидных бомбардировок Меркурия.
Равнина Жары
Эта ударная структура простирается на 1550 км. При первоначальном ее обнаружении «Маринером-10» считалось, что ее размеры значительно меньше. Внутреннее пространство объекта представляет собой гладкие равнины, укрытые складчатыми и изломанными концентрическими окружностями. Крупнейшие хребты простираются на несколько сотен километров в длину, около 3 км в ширину и менее 300 метров в высоту. Более 200 изломов, сопоставимых по размерам краями, исходят от центра равнины; многие из них являются впадинами, ограниченными бороздами (грабенами). Там, где грабены пересекаются с гребнями, они, как правило, проходят через них, что свидетельствует об их более позднем формировании.
Типы поверхности
Равнину Жары окружают два типа местности — ее кромка и рельеф, образованный выброшенной породой. Кромка представляет собой кольцо неправильных горных блоков, достигающих 3 км в высоту, которые являются самыми высокими горами, обнаруженными на планете, с относительно крутыми склонами в направлении к центру. Второе гораздо меньшее кольцо отстоит на 100-150 км от первого. За внешними склонами расположена зона линейных радиальных хребтов и долин, частично заполненных равнинами, некоторые из которых усеяны многочисленными буграми и холмами в несколько сотен метров. Происхождение образований, составляющих широкие кольца вокруг бассейна Жары, противоречиво. Некоторые равнины на Луне образовались в основном в результате взаимодействия выбросов с уже существующим рельефом поверхности, и это, возможно, также справедливо для Меркурия. Но результаты «Мессенджера» дают основание предположить, что значительную роль в их формировании сыграла вулканическая активность. Там не только мало кратеров, по сравнению с бассейном Жары, что указывает на затяжной период становления равнин, но они обладают другими чертами, более явно связанными с вулканизмом, чем можно было увидеть на изображениях, полученных «Маринером-10». Решающие доказательства вулканизма были получены с помощью снимков «Мессенджера», показывающих жерла вулканов, многие из которых расположены вдоль внешнего края равнины Жары.
Кратер Радитлади
Caloris является одной из самых молодых крупных полицикличных равнин, по крайней мере на исследованной часть Меркурия. Она, вероятно, образовалось тогда же, когда и последняя гигантская структура на Луне, – около 3,9 млрд лет назад. Изображения «Мессенджера» выявили еще один, гораздо меньший ударный кратер с видимым внутренним кольцом, который мог образоваться намного позже, названный бассейном Радитлади.
Странный антипод
На другой стороне планеты, в точности в 180° напротив равнины Жары, расположен участок странно искаженной местности. Ученые интерпретируют этот факт, говоря об их одновременном формировании путем фокусировки сейсмических волн от событий, которые затронули антиподальную поверхность Меркурия. Холмистая и испещренная линиями местность является обширной зоной возвышенностей, представляющих собой холмистые многоугольники шириной 5-10 км и высотой до 1,5 км. Существовавшие до этого кратеры были превращены в холмы и трещины сейсмическими процессами, в результате которых и сформировался данный рельеф. У некоторых из них дно было ровным, но затем его форма изменилась, что свидетельствует о более позднем их заполнении.
Равнины
Равнина – это относительно ровная или плавно волнистая поверхность Меркурия, Венеры, Земли и Марса, которая встречается повсеместно на этих планетах. Представляет собой «полотно», на котором развивался ландшафт. Равнины являются свидетельством процесса разрушения грубого рельефа и создания сглаженного пространства.
Существует как минимум три способа «шлифовки», благодаря которой, вероятно, выравнивалась поверхность Меркурия.
Один из способов - повышение температуры - снижает прочность коры и ее способность удерживать высокий рельеф. На протяжении миллионов лет горы «тонут», дно кратеров поднимется и поверхность Меркурия выравнивается.
Второй способ включает перемещение пород в сторону более низких участков местности под действием силы тяжести. С течением времени порода накапливается в низинах и заполняет более высокие уровни по мере увеличения ее объема. таким образом ведут себя потоки лавы из недр планеты.
Третий способ заключается в попадании фрагментов пород на поверхность Меркурия сверху, что в конечном итоге приводит к выравниванию грубого рельефа. Примером этого механизма могут служить выбросы породы при образовании кратеров и вулканический пепел.
Вулканическая активность
Некоторые доказательства, склоняющие к гипотезе о влиянии вулканической активности на формирование многих равнин, окружающих бассейн Жары, уже были приведены. Другие относительно молодые равнины на Меркурии, особенно заметные в регионах, освещенных под небольшим углом во время первого облета «Мессенджера», демонстрируют характерные особенности вулканизма. Например, несколько старых кратеров были заполнены до краев потоками лавы, подобно таким же образованиям на Луне и Марсе. Однако широко распространенные равнины на Меркурии оценить сложнее. Поскольку они старше, то очевидно, что вулканы и других вулканические образования могли подвергнуться эрозии или разрушиться иначе, затрудняя их объяснение. Понимание этих старых равнин имеет важное значение, поскольку они, вероятно, причастны к исчезновению большей части кратеров диаметром 10–30 км, по сравнению с Луной.
Эскарпы
Важнейшими формами рельефа Меркурия, которые позволяют получить представление о внутреннем строении планеты, являются сотни зубчатых уступов. Протяженность этих скал варьируется от десятков до более чем тысяч километров, а высота – от 100 м до 3 км. Если смотреть сверху, то края их кажутся округлыми или зубчатыми. Понятно, что это – результат трещинообразования, когда часть грунта поднялась и легла на прилегающую местность. На Земле такие структуры ограничены в объемах и возникают при местном горизонтальном сжатии в земной коре. Но вся исследованная поверхность Меркурия покрыта эскарпами, из чего следует, что кора планеты в прошлом уменьшилась. Из количества и геометрии эскарпов следует, что планета уменьшилась в диаметре на 3 км.
Кроме того, усадка, должно быть, продолжалась до сравнительно недавнего в геологической истории времени, так как некоторые эскарпы изменили форму хорошо сохранившихся (и, следовательно, относительно молодых) ударных кратеров. Замедление первоначально высокой скорости вращения планеты приливными силами произвело сжатие в экваториальных широтах Меркурия. Глобально распределенных эскарпы, однако, наводят на другое объяснение: позднее охлаждение мантии, возможно, в сочетании с затвердеванием части некогда полностью расплавленного ядра, привело к сжатию сердцевины и деформации холодной коры. Сокращение размеров Меркурия при охлаждении его мантии должно было привести к большему количеству продольных структур, чем можно увидеть, что говорит о незавершенности процесса сжатия.
Поверхность Меркурия: из чего состоит?
Ученые пытались выяснить состав планеты, исследуя солнечный свет, отраженный от разных ее участков. Одним из различий между Меркурием и Луной, помимо того, что первый немного темнее, является то, что спектр поверхностных яркостей его меньше. Например, моря спутника Земли — гладкие пространства, видимые невооруженным глазом как большие темные пятна — гораздо темнее, чем испещренные кратерами нагорья, а равнины Меркурия всего лишь немного темнее. Цветовые различия на планете менее выражены, хотя снимки «Мессенджера», сделанные с помощью набора цветных фильтров, показали небольшие очень красочные участки, связанные с жерлами вулканов. Эти особенности, а также относительно невыразительный видимый и ближний инфракрасный спектр отраженного солнечного света, предполагают, что поверхность Меркурия состоит из небогатых на железо и титан силикатных минералов более темного цвета, по сравнению с лунными морями. В частности, в породах планеты может быть низкое содержание окислов железа (FeO), и это приводит к предположению, что она была сформирована в гораздо более восстанавливающих условиях (т. е. при недостатке кислорода), чем другие представители земной группы.
Проблемы дистанционного исследования
Очень затруднено определение состава планеты путем дистанционного зондирования солнечного света и спектра теплового излучения, который отражает поверхность Меркурия. Планета сильно нагревается, что изменяет оптические свойства частиц минералов и осложняет прямую интерпретацию. Однако «Мессенджер» был оснащен несколькими инструментами, отсутствовавшими на борту «Маринера-10», измерявшими химический и минеральный состав напрямую. Этим приборам требовался длительный период наблюдения, пока корабль оставался вблизи Меркурия, поэтому конкретных результатов после трех первых кратких пролетов не было. Только во время орбитальной миссии «Мессенджера» появилось достаточно новой информации о составе поверхности планеты.
