Меркурий — ближайшая к Солнцу и самая маленькая планета Солнечной системы — остается одним из наименее изученных миров земной группы. Несмотря на относительную близость к Земле, отправить к нему космический аппарат значительно сложнее, чем может показаться. Именно поэтому за всю историю космонавтики Меркурий подробно исследовали лишь несколько межпланетных миссий.
Ситуацию должна существенно изменить европейско-японская миссия BepiColombo. После почти восьми лет путешествия ее космические аппараты вступили в заключительный этап прибытия к Меркурию. В дальнейшем вокруг планеты одновременно будут работать два специализированных орбитальных аппарата, предназначенных для исследования ее поверхности, внутреннего строения, магнитного поля и окружающего космического пространства.
Миссия должна помочь ученым разобраться в вопросах, которые остаются открытыми со времен предыдущих исследований Меркурия.
Почему до Меркурия так трудно добраться
На первый взгляд ближайшая к Солнцу планета должна быть удобной целью для межпланетной экспедиции. Однако в действительности полет к Меркурию представляет собой сложную задачу с точки зрения небесной механики.
Главная проблема заключается в огромном влиянии солнечной гравитации. Космический аппарат, отправляющийся с Земли во внутреннюю часть Солнечной системы, начинает ускоряться под действием притяжения Солнца. Чтобы выйти на орбиту вокруг Меркурия, недостаточно просто направить аппарат к планете. Необходимо значительно уменьшить его скорость относительно Солнца.
Именно торможение стало одной из главных причин необычайно долгого путешествия BepiColombo.
Почему нельзя просто лететь напрямую
Прямой полет к Меркурию потребовал бы огромных затрат топлива. Аппарату пришлось бы сначала приблизиться к Солнцу, набрав скорость, а затем практически избавиться от значительной ее части, чтобы быть захваченным сравнительно слабой гравитацией небольшой планеты.
Поэтому создатели миссии выбрали гораздо более экономичный маршрут. BepiColombo многократно менял свою траекторию с помощью гравитационных маневров у планет и длительной работы электрической двигательной установки.
За время путешествия аппарат совершил девять гравитационных маневров: один у Земли, два у Венеры и шесть у Меркурия. Каждый такой пролет постепенно изменял траекторию и помогал уменьшать скорость, необходимую для окончательного выхода на орбиту.
Восемь лет пути к одной планете
Миссия стартовала 20 октября 2018 года. За последующие годы космический аппарат преодолел миллиарды километров, хотя расстояние между Землей и Меркурием значительно меньше длины фактического маршрута.
Причина заключается в том, что BepiColombo не двигался к цели по прямой линии. Его траектория представляла собой сложную последовательность орбитальных маневров и сближений с планетами.
В июне 2026 года завершилась работа солнечной электрической двигательной системы, которая обеспечивала значительную часть длительного путешествия. После этого миссия перешла к заключительному этапу прибытия к Меркурию.
Как устроена миссия BepiColombo
BepiColombo — совместный проект Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований. Особенность миссии заключается в том, что к Меркурию отправлены сразу два научных орбитальных аппарата.
Они имеют разные задачи и будут изучать планету и окружающее ее пространство с разных точек зрения.
Европейский аппарат исследует сам Меркурий
Европейский Mercury Planetary Orbiter, или MPO, предназначен прежде всего для изучения самой планеты.
Его научные инструменты будут исследовать поверхность Меркурия, определять особенности ее химического и минералогического состава, изучать геологическое строение и получать подробные изображения различных участков планеты.
Особое значение имеет исследование внутреннего строения Меркурия. Планета обладает необычно крупным металлическим ядром, которое занимает значительную часть ее объема. Ученые рассчитывают получить новые данные о строении коры, мантии и ядра, а также лучше понять геологическую историю этого небольшого мира.
Аппарат также будет изучать чрезвычайно разреженную газовую оболочку Меркурия, которую называют экзосферой.
Японский аппарат будет изучать космическое окружение планеты
Второй аппарат миссии — Mio, ранее известный как Mercury Magnetospheric Orbiter. Его главная задача связана с исследованием магнитосферы Меркурия.
Магнитосфера — область пространства, в которой существенную роль играет магнитное поле планеты. У Меркурия оно существует, несмотря на небольшой размер планеты, однако его устройство и взаимодействие с солнечным ветром имеют ряд необычных особенностей.
Близость к Солнцу означает, что Меркурий постоянно находится под сильным воздействием потока заряженных частиц, исходящих от нашей звезды. Магнитное поле планеты взаимодействует с этим потоком, формируя чрезвычайно динамичную космическую среду.
Одновременная работа двух аппаратов позволит получать данные о различных процессах параллельно, что значительно расширит возможности исследования.
Что ученые хотят узнать о Меркурии
Несмотря на то что Меркурий является одной из планет земной группы, он заметно отличается от Земли, Венеры и Марса. Многие особенности этого мира до сих пор не получили окончательного объяснения.
Новые наблюдения должны помочь уточнить историю его формирования и последующей эволюции.
Загадка огромного металлического ядра
Одной из самых необычных особенностей Меркурия является чрезвычайно большое ядро. Оно занимает значительно большую долю объема планеты, чем можно было бы ожидать для небольшого каменистого мира.
Существуют различные научные модели, объясняющие происхождение этой особенности. Одни связывают ее с условиями формирования Меркурия в ранней Солнечной системе, другие рассматривают возможные последствия крупных столкновений или особенности химической эволюции вещества вблизи молодого Солнца.
Чтобы различать такие сценарии, необходимо лучше понимать внутреннее строение планеты. BepiColombo сможет собирать данные, связанные с гравитацией и другими физическими характеристиками Меркурия.
Поверхность, сохранившая историю ранней Солнечной системы
Меркурий покрыт многочисленными кратерами, равнинами и другими геологическими структурами. Его поверхность хранит следы процессов, происходивших на протяжении миллиардов лет.
Из-за отсутствия плотной атмосферы и активных процессов, подобных земным, многие древние структуры могут сохраняться чрезвычайно долго. Поэтому изучение поверхности Меркурия позволяет получать информацию о ранней истории внутренних областей Солнечной системы.
Высокоточные изображения и спектральные наблюдения должны помочь уточнить происхождение различных геологических образований и определить состав поверхностных материалов.
Необычные впадины на поверхности
Одной из интересных особенностей Меркурия являются так называемые hollows — необычные яркие углубления, обнаруженные предыдущими космическими аппаратами.
Эти структуры не похожи на обычные ударные кратеры. Они выглядят как относительно неглубокие впадины и встречаются в различных районах поверхности.
Их происхождение связывают с потерей летучих веществ из поверхностных пород, однако многие детали этого процесса остаются предметом исследований. Новые наблюдения с орбиты могут дать более подробную информацию об этих образованиях.
Магнитное поле Меркурия и влияние Солнца
Меркурий обладает собственным глобальным магнитным полем. Этот факт сам по себе представляет большой научный интерес, поскольку небольшая планета значительно отличается от Земли и имеет совершенно иные условия существования.
Магнитное поле формирует вокруг планеты магнитосферу, однако из-за близости Меркурия к Солнцу она постоянно подвергается сильному воздействию солнечного ветра.
Планета находится в экстремальной космической среде
Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц, непрерывно исходящих от Солнца. На расстоянии орбиты Меркурия его воздействие значительно сильнее, чем возле Земли.
В результате магнитосфера планеты может быстро изменяться под влиянием активности Солнца. Это делает Меркурий своеобразной природной лабораторией для изучения взаимодействия магнитных полей с потоками заряженных частиц.
Аппарат Mio будет специально исследовать эту среду, измеряя характеристики магнитного поля и частиц в окрестностях планеты.
Два аппарата позволят увидеть процессы с разных сторон
Одновременные наблюдения особенно важны для исследования быстро меняющихся явлений.
Если один аппарат фиксирует изменения вблизи поверхности или в одной части магнитосферы, данные второго могут показать, что в этот момент происходит в другом регионе окружающего пространства.
Такой подход позволяет отделить локальные процессы от более масштабных изменений, связанных с воздействием солнечного ветра.
Что известно о Меркурии благодаря предыдущим миссиям
До BepiColombo Меркурий подробно исследовали две основные космические миссии.
Первой стала американская Mariner 10, которая совершила три пролета планеты в 1974 и 1975 годах. Аппарат впервые передал детальные изображения поверхности Меркурия и подтвердил существование у него магнитного поля.
Однако пролеты позволили наблюдать только часть планеты и не дали возможности проводить длительные исследования с орбиты.
MESSENGER впервые вышел на орбиту Меркурия
Следующим крупным шагом стала миссия NASA MESSENGER. Аппарат вышел на орбиту вокруг Меркурия в 2011 году и работал там более четырех лет.
MESSENGER позволил получить значительно более полную картину поверхности планеты, исследовать ее химический состав и геологическую историю, а также подробно изучить магнитное поле.
Одним из важных результатов миссии стало подтверждение наличия водяного льда в постоянно затененных областях вблизи полюсов. Несмотря на экстремально высокие температуры на освещенной поверхности, существуют районы, куда солнечный свет практически никогда не попадает.
В таких холодных ловушках могут сохраняться летучие вещества.
Почему новые исследования все равно необходимы
MESSENGER значительно расширил знания о Меркурии, однако многие вопросы остались открытыми.
BepiColombo оснащен новым поколением научных инструментов и впервые обеспечит одновременную работу двух специализированных орбитальных аппаратов. Это позволит объединить исследования поверхности и внутреннего строения с подробным изучением магнитосферы.
Именно сочетание этих данных может дать более целостное представление о планете.
Заключительный этап прибытия к Меркурию
3 сентября 2026 года от комплекса BepiColombo был отделен транспортный модуль, который обеспечивал длительное путешествие к Меркурию. После этого два научных аппарата продолжили путь к окончательному выходу на орбиту.
21 ноября 2026 года комплекс должен выполнить маневр выхода на орбиту вокруг Меркурия. После этого начнется сложная последовательность дальнейших маневров.
Два аппарата будут разделены уже возле Меркурия
После выхода на орбиту MPO и Mio продолжат подготовку к самостоятельной работе.
Их разделение запланировано на декабрь 2026 года. Затем аппараты будут постепенно переведены на рабочие орбиты, соответствующие их научным задачам.
Европейский MPO должен достичь своей целевой орбиты позже, после дополнительной серии маневров. Полноценная научная программа миссии должна начаться в апреле 2027 года.
Почему изучение Меркурия важно для понимания Солнечной системы
Меркурий интересен ученым не только как отдельная планета. Он может хранить важную информацию о ранней истории всей внутренней части Солнечной системы.
Планеты земной группы формировались из вещества протопланетного диска, однако условия на разных расстояниях от молодого Солнца существенно различались. Меркурий образовался в наиболее близкой к Солнцу области среди современных планет.
Его необычный состав, большое металлическое ядро, древняя поверхность и активное взаимодействие с солнечным ветром делают его важным объектом для изучения процессов формирования каменистых миров.
Предстоящая научная программа BepiColombo станет первым исследованием Меркурия, в котором два специализированных аппарата будут одновременно работать на орбите вокруг планеты. После почти восьмилетнего путешествия миссия переходит от сложного межпланетного перелета к главной цели — длительному и комплексному изучению самого загадочного мира внутренней части Солнечной системы.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
