«Наука и жизнь» 1980, №3, с. 46-52, 6-7 с. вкл.


сканировал Игорь Степикин

МЕРКУРИЙ, УВИДЕННЫЙ ПО-НОВОМУ
Председатель Международной комиссии по геологическому исследованию планет
Г. КАТТЕРФЕЛЬД (г. Ленинград).

  • Всего пять-шесть лет назад о поверхности Меркурия астрономы знали крайне мало, а о его геологическом строении практически ничего не было известно. Телескопические наблюдения с Земли в лучшем случае давали возможность различить объекты диаметром более 300 км и свидетельствовали о неоднородности строения поверхности.
  • В результате исследований последних лет, и в частности снимков, сделанных космическим зондом (при минимальных расстояниях фотографирования 5500, 47981 и 327 километров), было получено множество телевизионных изображений полушария, лежащего между долготами 10 и 190°. Эти снимки дали возможность составить глобальную геолого-морфологическую карту Меркурия и сделать выводы об основных закономерностях строения и истории развития поверхности этой планеты.

    МЕРКУРИЙ ИЗДАЛИ

  • О том, насколько трудны наблюдения ближайшей к Солнцу и утопающей в его лучах планеты Меркурий, лучше всего говорит старое изречение: "Счастлив астроном, который хоть раз в жизни видел Меркурий!" Конечно, нельзя понимать это буквально. За последние сто лет в результате длительных наблюдений Меркурия в земные телескопы (наблюдения вели Дж. Скиапарелли, П. Лоуэлл, Бидо де л'Иль, Р. Жарри-Делож, Люсьен Рюдо, Е. М. Антониади, Генри Мак-Юэн, О. Дольфюс, Г. Вегнер и другие крупнейшие астрономы мира) было сделано много рисунков и составлено несколько карт поверхности планеты.


    Меркурий. Наименования на карте форм рельефа. Перевод латинских наименований на русский язык сделан автором.
    На карте обозначены названия морских бассейнов, гор, равнин, некоторых уступов. Многие горные цирки и кратеры на Меркурии названы именами наших соотечественников, и мы отметили здесь именно эти названия.
    Горные хребты: 1 — Скиапарелли, 2 — Антониади.
    Горные цирки и кратеры: 3 — Чайковский; 4 — Державин; 5 — Достоевский; 6 — Лермонтов; 7 — Мусоргский; 8 — Пушкин; 9 — Райнис; 10 — Репин; 11 — Рублев; 12 — Шевченко; 13 — Суриков; 14 — Феофан Грек; 15 — Толстой; 16 — Тургенев.
    Уступы: 17 — Адвенчур; 18 — Астролябия; 19 — Дискавери; 20 — Санта Мария.
  • Одна из первых карт Меркурия была составлена в 1889 году итальянским астрономом Дж. Скиапарелли. Наиболее заметные темные пятна он обозначил на карте латинскими буквами.
  • В 1934 году Е. М. Антониади — французский астроном, грек по происхождению, опубликовал более полную карту Меркурия. Он составил ее по телескопическим наблюдениям Меркурия, которые вел с 1924 по 1934 год с помощью 83-сантиметрового рефрактора Медонской обсерватории (близ Парижа). По богатству подробностей с ней могла соперничать только карта Мак-Юэна, изданная спустя два года.
  • На карте Антониади впервые появились собственные названия. Темным пятнам и светлым областям на поверхности Меркурия Антониади присвоил названия, заимствованные из греко-египетской мифологии. Для темных пятен он предложил термин "пустыня" (по-латыни "солитудо"). Этот термин, однако, не прижился, так как он не отражает характера различия между темными и светлыми областями, И те и другие области с одинаковым правом могут быть названы пустынями. Темные пятна — это пониженные пространства, слагающие их породы более плотны. Поэтому с точки зрения геологии Меркурия — гермесологии — правильнее было бы называть их не пустынями, а морями, по аналогии с впадинами Луны и Земли.
  • В течение многих лет астрономы считали, что Меркурий постоянно повернут к Солнцу одной и той же стороной (как Луна к Земле), то есть периоды его осевого вращения и орбитального обращения совпадают. Так думали потому, что при сближении с Землей Меркурий всегда повернут к ней одной и той же стороной. Когда в 1965 году американские астрономы Дж. Петтенгилл и Р. Б. Дайс провели серию точных радиолокационных измерений, они выяснили, что период вращения Меркурия вокруг своей оси равен не 88 суткам, как считали ранее, а составляет всего 58,65 суток (относительно звезд), что равно 2/3 периода его орбитального обращения вокруг Солнца. Для планетологов это открытие было сенсацией. Пришлось пересмотреть всю гермесографию (географию Меркурия), так как оказалось, что все выявленные детали поверхности Меркурия "лепили" на одно полушарие, на то, которое, как считали, постоянно обращено к Земле.
  • Чтобы составить новую карту, потребовалось зарегистрированные ранее объекты "растянуть" по долготе с учетом нового, истинного периода вращения Меркурия.


    Карта Меркурия по наблюдениям Дж. Скиапарелли (1889 год). Север внизу.



    Карта Меркурия по наблюдениям Е. Антониади (1934 год). Север внизу.



    В верхней части фотографии видны три разновеликих и разновозрастных кратера, наложенных один на другой в порядке убывания их размеров и возраста. Диаметр меньшего и самого молодого из них — около 15 километров. Еще более молодые кратеры (два из них хорошо заметны внизу, и в правой части фото) окружены венцами светлых выбросов, их диаметры — около одного километра. Изображение получено с расстояния 67 тысяч километров.



    Этот снимок поверхности Меркурия сделан с расстояния 20,7 тысячи километров, размер сфотографированной области 130 Х 170 километров. Молодой кратер почти в центре снимка, расположенный на дне более древнего цирка, имеет диаметр около 12 километров. Маленький кратерочек приблизительно 1,5 километра в диаметре (к ЮЮВ от него) получил название Хун Кал (что на языке древних майя означает "двадцать"), так как через центр этого кратера на широте около 0,4° ю. ш. проходит 20° меридиан. Хун Кал в определении долгот на Меркурии играет такую же роль, как на Земле Гринвич.



    Уступ Санта Мария (этот и все другие уступы на поверхности Меркурия получили свои названия в честь прославленных научно-исследовательских кораблей) пересекает равнины и древние кратеры. На фото участка размером 180x270 километров показана лишь центральная часть уступа.
  • Такую работу проделали американские астрономы Ч. Р. Чепмэн и Д. П. Крукшэнк. На их карте, которая появилась в 1967 году, видны округлые темные пятна, подобные лунным морям, и темные линейные образования большой протяженности, похожие на марсианские "каналы".
  • Годом позже появилась еще одна карта поверхности Меркурия, составленная французскими астрономами по фотографическим наблюдениям и по визуальным наблюдениям, выполненным в 1942-1966 годах на высокогорной обсерватории Пик дю Миди в Верхних Пиренеях.
  • Эти две карты вышли без каких-либо названий. Поэтому дальнейшим шагом в истории картирования планеты были сравнение и идентификация поверхностных образований на Меркурии, показанных на этих новых картах, с теми, которые отмечены и названы на карте Антониади.
  • Остановимся на характеристике и истории открытия некоторых из наиболее крупных образований но поверхности Меркурия.
  • Море Юпитера — самое темное и наиболее резко очерченное из всех темных пятен на Меркурии. Южная граница проходит по 30° южной широты. По площади его можно сравнить с земными Черным, Азовским и Аральским морями, вместе взятыми. Открыто Дж. Скиапарелли и отмечено на его карте буквой q.
  • Море Марса — имеет отчетливые очертания, южная граница проходит вдоль 30° южной широты. По площади сравнимо с Белым морем на Земле. На карте Скиапарелли обозначено буквой е.
  • Море Пана — располагается к югу от Моря Юпитера. Впервые замечено Антониади в 1927 году. На карте Камишеля-Дольфюса имеет отчётливо круглую форму.
  • Лигурия — светлая область в северном полушарии Меркурия. Античное имя Лигурия ей дал Антониади в память о великом итальянском астрономе Джиованни Скиапарелли, который родился на севере Италии, в Лигурии.
  • Плеяда — яркая светлая полоса к востоку от Лигурии, идущая на Севере вдоль меридиана, а потом почти вдоль экватора.
  • Солнечный камин — область, расположенная близ центра "подсолнечного" полушария Меркурия.
  • Солнечный мыс — выдается к югу между Морями Юпитера и Майи, расположен на начальном меридиане планеты.
  • На картах, о которых здесь идет речь, зафиксированы лишь образования размером не менее 150 км в поперечнике.
  • Породы поверхности Меркурия, по мнению Антоннади, высказанному еще в 1933 году, имеют вулканическое происхождение. Автор данной статьи 12 лет назад выступил с предположением, что морские области Меркурия, по аналогии с Луной, должны представлять собой малократерные равнины или бассейны, заполненные темноцветными базальтовыми лавами, а более возвышенные области должны быть покрыты множеством кратеров и цирков различных типов и размеров, в 1974 году, когда впервые были получены снимки Меркурия с близкого расстояния, эти прогнозы подтвердились.

    МЕРКУРИЙ ВБЛИЗИ

  • Интересные новые данные о лике Меркурия были получены с помощью американского космического зонда "Маринер-10", который трижды пролетал вблизи Меркурия — в марте и сентябре 1974 и в марте 1975 года — и сфотографировал более половины поверхности планеты.
  • При первом приближении к Меркурию "Маринер-10" начал фотографировать с расстояния 5,7 миллиона километров. Обидно, что в то время, когда аппарат пролетал на минимальном расстоянии от поверхности планеты (703 километра), он находился над ночной стороной Меркурия, и поэтому производилась только инфракрасная съемка. Самое близкое расстояние, с какого удалось фотографировать в этот раз планету, — 5500 километров. Всего было сделано более двух тысяч фотографий, из них 800 очень четких. Снимки, полученные короткофокусным объективом, имеют максимальное разрешение до 1,5 километра (то есть на них можно рассмотреть объекты такого размера), а с помощью телеобъектива — 120 метров. Было заснято почти все освещенное полушарие планеты между долготами 10 и 190°.
  • Для передачи на Землю каждое изображение разбивают на сотни тысяч отдельных точек, элементов, которым в соответствии с их отражательной способностью приписывают условное числовое значение, например, от О (черный) до 255 (самый светлый). На Земле полученная информация обрабатывается с помощью ЭВМ и превращается в фотографию с усиленной контрастностью деталей.
  • Когда "Марннер-10" во второй раз приблизился к Меркурию, Солнце освещало то же полушарие, что и при первом приближении. Но точка наибольшего приближения находилась на освещенной стороне Меркурия. Так что в этот раз смогли сфотографировать те районы поверхности (в частности, смежные с Южным полюсом), которые раньше сфотографировать не удалось.
  • Во время третьего приближения "Маринер-10" пролетел над северным полушарием на минимальном расстоянии от поверхности около 327 километров. Точка наибольшего приближения находилась вблизи 70° северной широты не неосвещенной стороне планеты. Было получено и передано на Землю 300 телевизионных изображений с максимальным разрешением около 100 метров.
  • Во время третьего пролета "Маринера-10" была определена напряженность магнитного поля планеты. Она оказалась в 100 раз слабее, чем у Земли. При этом магнитное поле Меркурия имеет совсем иную форму, чем у Земли, наклон магнитной оси к оси вращения составляет 7°.
  • Таким образом, сфотографировано уже около половины поверхности Меркурия. На фотокарты нанесли координатные сетки. Получилась хорошая картографическая основа для дальнейшего исследования Меркурия — систематического геологического картирования его поверхности.
  • При определении долгот хорошим ориентиром служит кратер Хун Кал, имеющий около 1,5 километра в диаметре. 20° меридиан проходит как раз через его центр, на 0,4 южной широты. 20° меридиан на Меркурии играет ту же роль, что и 0° — Гринвичский меридиан на Земле.
  • Для поверхности Меркурия характерны огромные уступы, тянущиеся на десятки и сотни километров (от 20 до 500 и более километров). Таких структур нет ни на Луне, ни на Марсе. Высота уступов — от нескольких сотен метров до 3 километров, очертания дугообразные, и извилистые. Встречаются они почти всюду, пересекают кратеры самого различного возраста и пространства между, кратерами. Бровки уступов на Меркурии округлены, между тем как на Луне и Марсе они остроугольны.
  • Более 80 процентов всех обнаруженных на Меркурии уступов можно отнести к тектоническим, и только около 20 процентов— это фронты лавовых потоков.
  • Один из наиболее крупных и заметных уступов — уступ Дискавери. Его длина около 550 километров, высота — 3 километра. Уступ пересекает два больших кратера 55 и 35 километров в диаметре. На дне 55-километрового кратера высота уступа около 1 километра. Южнее на гребне уступа можно рассмотреть мелкий древний кратер (18 километров в диаметре). Он сохранился, хотя глубина кратера значительно меньше высоты самого уступа.
  • По морфологической характеристике уступы, подобные Дискавери (изогнутые очертания, асимметричная форма, нависающие фестончатые уступы и округлая форма гребней), существенно отличаются от трещин растяжения, которые встречаются в других частях Меркурия, например, на дне Моря Жары, а также от разрывов растяжения — мы их видим на Луне, на Марсе. Извилистые уступы Меркурия могут быть надвигами и взбросами. А тот факт, что они распространены очень широко, указывает на то, что поверхность Меркурия длительное время находилась, возможно и сейчас находится, в сильном сжатии. Это роднит Меркурий с Землей. Как известно, в ходе своей истории Земля также испытывала сжатие, на фоне которого происходили частные фазы расширения планеты и ее литосферы. (Подробнее об этом см. в книге Г. Н. Каттерфельда "Лик Земли и его происхождение", М, 1969 г.)

    ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА МЕРКУРИЯ

  • Чтобы составить такую карту, пришлось использовать метод фотогеологического картирования, применяемый на Земле. Этот же метод был детально разработан многими советскими и американскими учеными применительно к Луне. В последние годы он же используется при составлении карт Марса. Как это ни парадоксально, фотогеологическое картирование Луны, Марса или Меркурия менее сложно, чем Земли. Там нет атмосферы, нет подвижных вод, эродирующих и сильно изменяющих земную поверхность. Кроме того, на Земле ярко выражена климатическая зональность, благодаря чему одинаковые по возрасту и составу комплексы пород в разных климатических зонах имеют различное морфологическое выражение. На Луне, на Меркурии основной эродирующий фактор -метеоритная бомбардировка. А изменения эти единообразны. По формам рельефа и структуре таких небесных тел можно судить об их возрасте, строении, составе, генезисе и условиях образования. Поэтому на других планетах проще, чем на Земле, распознавать различные типы и комплексы пород по их поверхностным, морфологическим характеристикам. Определение относительного возраста структур и комплексов пород для фото геологического картирования планеты строится на таких принципах: при нормальном залегании слоев более молодые образования наложены на более древние; более молодые структуры имеют лучшую морфологическую сохранность; чем больше плотность кратеров на данной поверхности, тем древнее эта поверхность и слагающие ее комплексы пород; чем светлее поверхность (чем выше ее отражательная способность — альбедо), тем она древнее; альбедо служит также носителем информации о петрохимическом составе. Эти критерии мало применимы или вообще неприменимы в земных условиях.
  • Публикуемые здесь фотогеологические карты Меркурия составлены автором в 1974-1977 годах в масштабах 1:4000000 и 1:2000000 в основном по снимкам с разрешением 1-1,5 километра и частично — до 200 метров. (См. 6-7 стр. цветной вкладом.)




    На фото вверху видна северо-западная часть Моря Юпитера (его диаметр 440 километров). Равнинные породы, заполняющие внутренний бассейн моря, выглядят более светлыми, чем окружающая местность. Обращает на себя внимание тот факт, что местность вне бассейна значительно больше насыщена кратерами, чем его дно. Эти данные говорят о том, что равнинные породы, заполняющие дно бассейна, имеют вулканическое происхождение и более молодой возраст.
    Нижнее фото. Кратер типа лунного Коперника, его диаметр — 120 километров. Сплошной покров выбросов от вала кратера простирается на меньшее расстояние, чем у лунных кратеров аналогичного диаметра. Объясняется это тем, что сила тяжести на Меркурии в 2,3 раза больше, чем на Луне.



    Море Жары — крупнейшее структурное образование на Меркурии. Этот круговой бассейн имеет диаметр 1300 километров и окружен Знойными горами (Калорисской Кордильерой) высотой до 2 километров. Внутри бассейна хорошо видна концентрическая система разломов и гребней. По размерам и внешнему виду это образование похоже на лунное Море Дождей. Мозаика составлена из 18 фотографий. (См. цветную вкладку.)
  • Геологическая карта планеты показывает распределение различных структурных образований и их относительный возраст, а это дает уже возможность прочитать историю, восстановить последовательность развития поверхности Меркурия.

    ИЗ ИСТОРИИ ПЛАНЕТЫ

  • Наиболее многочисленные формы рельефа Меркурия (так же, как Луны и Марса) — кратеры, цирки и другие, еще более крупные кольцевые структуры. Например, Море Жары, его диаметр — 1300 километров. У крупных кольцевых структур (с диаметрами более 130 километров) отчетливо видны террасы внутренних склонов и сложное построение центральных пиков. У сравнительно молодых горных цирков обычно есть внутреннее горное кольцо, а внутри него — базальтовое море.
  • На поверхности Меркурия широко распространены базальтовые морские равнины. Нередко они бывают круглыми. Например, Море Жары (его диаметр — 1300 километров), Море Юпитера (440 километров), Северное море (350 километров).
  • Историю формирования и развития поверхности Меркурия можно подразделить на три крупнейшие фазы или эры:
  • I — Доморская эра (AM, от латинского Ante-Mare) — эра возникновения древнейшей материковой коры с многочисленными кольцовыми структурами и горными цирками;
  • II — Морская эра (М, от Mare) — время образования морских бассейнов, заполненных базальтовыми лавами;
  • III — Послеморская эpa (PM, от Post-Mare) — образование цирков и кратеров. Эта эра, так же как и на Луне, наиболее длительная.
  • Эры можно подразделить на периоды. Таким образом, в истории развития поверхности Меркурия мы выделяем 9 периодов: 1 — Ранний доморской (AM1), 2 — Средний доморской (АМ2), 3 — Поздний доморской (АМ3) 4 — Ранний морской (M1), 5 — Средний морской (М2), 6 — Поздний морской (M3), 7 — Ранний послеморской (РМ1), 8 — Средний послеморской (PM2), 9 — Поздний послеморской (РМ3).
  • Кратко охарактеризуем эти периоды.
  • AM1. Древнейший период, от него сохранились "материковые" пространства и очень старые, теперь уже почти не распознаваемые кольцевые структуры. Сюда относятся сравнительно ровные поверхности между крупными цирками и морскими бассейнами периодов AM2, AM3, M1. Для этих древнейших поверхностей характерно обилие малых кратеров (размерами 5-10 километров), расположенных рядами, цепочками и целыми гроздьями, весьма прихотливо разбросанными. Встречаются многочисленные мелкие холмы со сглаженными очертаниями, небольшие трещинки, борозды. Иногда можно различить фрагменты древнейших кольцевых структур и другие реликтовые образования.
  • АМ2. К этому периоду относятся сильно измененные, но уже более уверенно распознаваемые горные цирки, валы которых разрушены не до самого основания и большей частью еще сохранили свою кольцевую форму. Днища многих из них затоплены более молодыми вулканическими лавовыми покровами.
  • АМ3. В это время образовались многочисленные перекрывающие друг друга и изолированные, кратеры и цирки размером от 30 до нескольких сотен километров в диаметре. Многие из них в последующем периоде были полностью или частично затоплены вулканической лавой. На валах цирков этого периода много еще не стертых топографических деталей и гораздо меньшее количество, чем на цирках периода AM, мелких наложенных кратеров.
  • M1. Комплексы пород, образовавшиеся в этот период, имеют холмистую, или линейчатую морфологию. Это округлые, низкие и тесно друг к другу прижатые холмы размером от 1 до 3 километров в диаметре, высотой 100-200 метров. Они встречаются сравнительно небольшими участками в восточной части заснятого полушария планеты, например, в Море Нептуна.
  • Для линейчатой поверхности характерны холмы и долины протяженностью в 200-300 километров. Иногда это цепочки почти полностью слившихся друг с другом кратеров. Этот тип рельефа встречается преимущественно в южном полушарии Меркурия.
  • М2. К этому периоду относятся многочисленные кратеры, а также отдельные участки холмистых равнин в широкой полосе к востоку от Моря Жары.
  • М3. Это типичный морской период, он очень похож на морской процелляриев период на Луне. Вероятно, они близки и по возрасту. Комплексы пород этого периода сложены базальтовыми лавами. Характерный пример — дно Моря Жары и обширные пространства холмистых равнин к востоку от него. Рельеф здесь слегка холмистый. Холмы размером 0,3 — 1 километр в диаметре и высотою от десятков до нескольких сотен метров. Вблизи от Калорисской Кордильеры (эта горная страна вздымается на 2-3 километра над центральной частью бассейна) поверхность равнин приобретает сморщенный, гофрированный характер. Приблизительно одинаковая плотность кратеров на всех этих вулканических покровах указывает, что они имеют почти одинаковый возраст.
  • PM1, PM2 и РМ3.
  • Для кратеров, образовавшихся в самые поздние периоды РМ2 и РМ3, характерна светлая лучистость, которой уже нет у кратеров периода PM1.
  • Новейшие лучистые кратеры характеризуются четко очерченными валами и склонами и хорошо развитыми вокруг них ореолами и гроздьями вторичных кратерочков. Скорее всего это взрывные образования и вулканического и метеоритного происхождения.
  • Если эти кратеры сравнить с коперниканскими кратерами Луны, то видно, что на Меркурии вследствие более сильного гравитационного поля светлые лучистые выбросы имеют меньшую дальность разлета.
  • •
  • Новые данные о строении и истории развития поверхности Меркурия говорят о том, что эта планета развивалась почти по там же законам, как наша Луна. Меркурий показывает нам ряд особенностей и черт поверхности, которые в какой-то степени свойственны Марсу и даже Земле. Это позволяет планетологам и геологам заглянуть в те глубинные страницы истории Земли, которые на нашей планете давно уже стерты эрозией и другими активными геологическими процессами.


    ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА МЕРКУРИЯ.
    Составил Г. Каттерфельд.


    Структурно-морфологическая карта Моря Жары и его восточного обрамления: 1 — линеаменты, радиальные или концентрические к гребню бассейна; 2 — гребни; 3 — уступы; 4 — гребень и внешний уступ Калорисской Кордильеры; 5 — трещины шириною не менее 3,5 км; 6 — поздние послеморские кратеры; 7 — ранние послеморские кратеры; 8 — поздние доморские кратеры; 9 — ранние доморские кратеры; 10 — провальные воронки.

    Геолого-морфологическая карта Моря Юпитера на Меркурии.

    Геолого-морфологическая карта Моря Марса на Меркурии. В центре Моря Марса находится крупнейший вулкан Меркурия — Мауна Лоа. Диаметр его основания равен 110 км, диаметр вершинной кальдеры — 60 км.