Prindi

Planeet Merkuur

Põhiandmed

Orbiit
Suur pooltelg 57,9 mln km (0,39 AU)
Ekstsentrilisus 0,21
Nurk ekliptikaga 70
Tiirlemisperiood 88 päeva

Füüsilised parameetrid
Raadius 2440 km (0,38 Maa raadiust)
Mass 3,3•1023 kg (0,055 Maa massist)
Keskmine tihedus 5430 kg/m3
Normaalkiirendus 3,7 m/s2 (0,38 Maa väärtusest)
Telje kalle ~00
Pöörlemisperiood 58,6 päeva tähtede suhtes
Päeva pikkus 176 päeva
Pinnatemperatuur 430 0C maksimaalne (ekvaatoril)
-180 0C minimaale (poolustel)

Atmosfäär
Hõrendatud eksosfäär

2014-11-30-Merkuur-1
Foto: astronomy.com 2014. Planeet Merkuur

Teadaolevalt Päikesesüsteemis on 8 planeeti. Päikesele lähedamad neli sisemist planeeti on nn Maa-tüüpi planeedid: Merkuur, Veenus, Maa ja Marss. Neli välist planeeti – Jupiter, Saturn, Uraan, Neptuun – on gaasihiiud.
19ndast sajandist eksisteerib hüpotees, et Merkuur moodustus Veenuse kaaslasena ja lahkus hiljem iseseisvale päikeseorbiidile. See hüpotees lubaks seletada nii kui ka Veenuse aeglast pöörlemist. Vastavalt teisele hüpoteesile, Päikesesüsteemi moodustamise varasel etapil Merkuur põrkus Veenusega (seejuures vaid puutudes Veenuse ülemisi kihte). Selle hüpoteesi abil saaks seletada Merkuuri rauaküllust.

2014-11-30-Merkuur-2-Maatyypi-planeedid.jpg
Maa-tüüpi planeedid: Merkuur, Veenus, Maa, Marss

Maa-tüüpi planeetidest on Merkuur Päikesele lähim ja kõige väiksem. Ta asub Päikesele 2,5 korda lähedamal kui Maa ja tema raadius on 2,5 korda väiksem kui Maa raadius. Tema mass on vaid 5,6 % Maa massist. Merkuuri raadius on väiksem kui Jupiteri kaaslase Ganymedese ja Saturni kaaslase Titani omad; tema mass on aga nende kaaslaste massist suurem seoses Merkuuri suurema tihedusega. Merkuuril ei ole kaaslasi ega pidevat atmosfääri, kuid planeedil esineb nõrk globaalne magnetväli.

2014-11-30-Merkuur-3-ekliptika
Illustratsioon: University of Virginia 2003. Merkuuri ekliptika Päikese suhtes.

Merkuuri saab näha vaid koidu või eha paistel madalal horisondi kohal
Planeet avastati juba muinasajal. Ta on piisavalt hele maa taevas, mille näiv tähesuurus on kuni -2,6m aga Päikesele läheduse tõttu seda saab näha vaid lühikestel ajavahemikel vahetult enne päikese tõusu ja peatselt peale päikese loojangut, vastavalt koidu ja eha paistel. Seetõttu saab seda erinevalt teistest planeetidest suhteliselt harva näha, kuna teisi planeete saab näha suurtel nurkkaugustel Päikeselt.

Merkuuri orbiidil on kõikidest planeetidest kõige suurem ekstsentrilisus. See tähendab, et orbiit on märgatavalt elliptiline: periheelis asub Merkuur Päikesele 1,5 korda lähedam, kui afeelis. Maa puhul see kauguste erinevus on vaid 3,4 %. Teiste planeetide häirete tõttu võib planeedi ekstsentrilisus kasvada 0,45-ni, kuid miljonite aastate ajaskaalas. Kaua aega arvati, et Merkuuri tiirlemisperiood on resonantsis 1:1 tema pöörlemisperioodiga. See tähendab, et planeedi pöörlemisperioodiga ümber oma telje olevat võrdne tiirlemisperiood ümber Päikese ja planeet olevat alati pööratud ühe küljega Päikese poole nagu Kuu on alati pööratud ühe ja sama küljega Maa poole. 1960ndatel aastatel selgus, et planeedi pöörlemisperiood on täpselt 1,5 korda väiksem, kui tema aasta pikkus, eht tegelik resonants on 3:2. Seetõttu päev Merkuuril, ehk ajavahemik sama kohaliku meridiaani läbimise järel Päikese poolt on aastast kaks korda pikem. Seoses suure ekstsentrilisusega mõningatel laiuskraadidel Päike liigub Merkuuri taevas mitteühtlaselt: lühikeseks ajaks muutub tema liikumissuund isegi vastupidiseks - läänest itta. See tähendaks, et mõningate mõtteliste vaatlejate jaoks saaks Päike Merkuuri pinnal tõusta kaks korda ühe päeva jooksul: Päike tõuseb pooleni, loojub kohe uuesti ja seejärel tõuseb lõplikult.

Merkuuri orbiidi nurk Maa orbitaaltasandiga on 7 kraadi. Seega Merkuuri transiidid, ehk planeedi nähtavad läbimised Päikese ketta ees toimuvad suhteliselt harva – vaid 13–14 korda sajandi jooksul. Transiidid toimuvad ainult mais ja novembris, järgmist Merkuuri transiiti on oodata 9. mail 2016. a.

Merkuuri pöörlemistelg on peaaegu risti tema orbitaaltasandiga, seetõttu aastaaegade vaheldumist planeedil ei toimu: päikese maksimaalne kõrgus antud laiuskraadil on sama. Ekvaatoril läbib päike seniiti keskpäeval, poolustel on aga päike alati horisondi tasemel ning päev ja öö ei vaheldu.

2014-11-30-Merkuur-4-periheeli-pretsessioon
Merkuuri periheeli pretsessioon (liialdatud) 

Ajalooliselt on teada nn Merkuuri periheeli anomaalse pretsessiooni nähtus, millele õnnestus lõpuks edukas selgitus leida 20-nda sajandi alguses tänu A. Einsteini üldrelatiivsusteooria tõestusele. Probleemi sisu on järgmine. Vastavalt taevamehaanikale, mis põhineb Newtoni klassikalisel mehaanikal, peavad planeetide orbiidid pöörlema oma orbitaaltasandites teiste planeetide poolt esilekutsutud gravitatsiooniliste häirete mõjul. Seda efekti nimetatakse periheeli pretsessiooniks, kuna periheeli punkt pöörleb ruumis. Klassikalise taevamehaanika abil saadud teoreetiline väärtus Merkuuri puhul aga ületab vaatlustest tuleneva väärtuse ca 43“ võrra sajandis. Mittevastavuse avastas Le Verrier, kes enne teoreetiliselt oletas Neptuuni olemasolu ja arvutas selle eeldatava koha 1859. aastal suure täpsusega. Poole sajandi jooksul pakuti erinevaid hüpoteese vastuolu seletamiseks, k.a teadmata planeedi olemasolu Päike ja Merkuuri vahel ja Newtoni gravitatsiooniseaduse ebatäpsust. Nendest seletustest mitte ükski ei osutunud rahuldavaks. Üldrelatiivsusteooria kasutamine Merkuuri liikumisvõrrandi arvutamisel 20nda sajandi alguses näitas, et anomaalne pretsessioon on täielikult seletatav üldrelatiivsusteooria efektidega. Nende efektide arvestamine tagab täieliku kooskõla vaatluste ja teooria vahel.

Praeguseks ajaks oli Merkuuri uuritud lähedastest kaugustest kahe kosmosesondi abil. Esimeseks sondiks sai NASA Mariner-10, mis lendas Merkuuri orbiidilt läbi kolm korda 1974 ja 75 aastal. Minimaalne läbilennu kaugus pinnalt oli ca 300 km. Kolm järjestiku läbilendu said võimalikuks tänu sondi ja planeedi orbitaalse resonantsile. Mariner-10 pildistas ca 40 % Merkuuri pinnast. Piltidest selgus, et Merkuuri pind sarnaneb oma välimusest Kuu pinnaga. Sondi abil avastati, et planeedil pole atmosfääri, aga on nõrk üldine magnetväli. Mõõdeti ka pinnatemperatuuri. Teiseks sondiks sai 2004. a. NASA poolt lastud MESSENGER uurimisjaam. 2011. a. märtsis jõudis ta Merkuuri polaarorbiidile ja töötab seal tänaseni. MESSENGERi abil sai võimalikuks koostada kogu planeedi kohta kõrgeresolutsiooniline kaart. Sondi instrumendid võimaldasid uurida Merkuuri pinnase keemilist koostist, selle geoloogilist ajaloo, sisemist ehitust, magnetvälja ja eksosfääri.

2014-11-30-Merkuur-5-eeldatav-siestruktuur
Merkuuri eeldatav sisemine struktuur

Merkuuri sisemine struktuur vastab üldjoontes Maa-sarnaste planeetide ehitusele. Planeedi keskel on suur metallidest koosnev tuum, mille peamiseks koostisaineks on raud. Selle raadiuse maksimaalne hinnang on ca 1800 km, ehk ca 75 % planeedi raadiusest. Tuum on eeldatavasti sulanud olekus. Merkuuri tuuma suhteline mass ja seega ka raskete elementide suhteline sisaldus on teistest Päikesesüsteemi planeetidest kõige suurem. Näiteks Maa tuuma raadius on vaid ~55 % Merkuuri tuuma raadiusest. See omapära on seotud Päikese süsteemi formeerimise tingimustega. Tuuma peal asub vahevöö, mille paksust hinnatakse ca 600 km. Vahevöö koosneb sulatatud silikaatidest, ehk räniühenditest. Vahevöö peal on koor paksusega ca 200 km, mis on Maa koorest paksem. Koor koosneb samuti silikaatidest.

2014-11-30-Merkuur-6-pilt-Messengeri-poolt
Foto: NASA 2014. Merkuuri pind pildistatuna kosmosesondi Messenger poolt

Merkuuri pind on sarnane Kuu pinnaga. See on kaetud kraatritega, mille läbimõõdud ulatuvad kuni 1550 km-ni – nt Caloris bassein, ehk Palavuse nõgu, mis on tekkinud suurte asteroididega kokkupõrgete tulemusena Päikesesüsteemi moodustamise varasematel etappidel. Planeedi pinnal on kõrgustikud, mäed ja tasandikud. On ka geoloogilisi elemente, mida ei kohta nt Kuu pinnal. Nende vahel on astangud – mitusada km pikad nõlvad kõrgusega kuni mitu kilomeetrit. Eeldatakse, et nad on moodustunud esialgselt kuuma planeedi jahutamisel ja kokkusurumisel, mille tõttu koore pindala vähenes.

Merkuuri pinnatemperatuur sõltub laiuskraadist ja ajast. Kuna planeedil puudub atmosfäär, mis saaks temperatuure ühtlustada, iseloomustab Merkuuri väga suur temperatuurikontrast. Keskpäeval ekvaatoril kui päike on seniidis, võib temperatuur tõusta kuni 430 0C-ni; öösel aga võib see langeda kuni -180 0C. Seoses orbiidi suure ekstsentrilisusega, on perigees pinna valgustatus ca 2 korda suurem kui afeelis; seega temperatuurid on kõrgeimad periheeli läbimisel. Kõrgetel laiuskraadidel on päike alati madal ja päevased temperatuurid on samuti väikesed. Eeldatakse, et poolustele lähedal kraatrite põhjas, mis on seinte poolt alati päikese eest varjatud ja kus temperatuurid on alati väga madalad, võib peenikese pinnasekihi all eksisteerida veejää.

Tänu planeedi väikesele massile ja kõrgele pinnatemperatuurile, ei suuda Merkuur säilitada atmosfääri: gaaside molekulid „põgenevad“ kiiresti kosmosesse. Vaatamata sellele eksisteerib planeedil väga hõre eksosfäär, ehk gaaside kiht, kus molekulid peaaegu ei põrku üksteisega seoses väga väikese kontsentratsiooniga. Gaasimolekulid tulevad kas päikesetuulest või moodustuvad mineraalidest aeglastes radioaktiivse lagunemise protsessides. Eksosfääri gaaside hulgas on vesinik, heelium, hapnik, argoon, naatrium jms. On leitud ka veega seotud ioone, nt OH-. Keskmiselt jäävad aatomid ja molekulid eksosfääri mitmesajaks päevaks, mille järel põgenevad need planeedi gravitatsiooniväljast.

2014-11-30-Merkuur-7-Merkuuri-magneetosfäär
Illustratsioon: nasa.gov 2014. Merkuuri magnetosfääri üldkuju.

Merkuuril on nõrk dipoolse struktuuriga magnetväli, tema tugevus on ca 100 Maa magnetväljast väiksem. Seda genereeritakse planeedi aine tsirkulatsiooni tõttu vedelas tuumas. Tänu magnetvälja olemasolule planeedil on väike magnetosfäär. Erinevalt Maa magnetosfäärist, ei kaitse Merkuuri magnetosfäär pinda nii efektiivselt Päikeselt tulevate laetud osakeste voost. Planeedi magnetosfäär on tundlik Päikese magnetvälja muudatustele, selles tekivad regulaarselt „aknad“, mille kaudu tungib päikesetuul planeedini.

Allikad ja lisainfo Merkuuri kohta:
http://www.nasa.gov/images/content/592141main_Telecon20110929_image4_4by3_946-710.jpg 
http://www.trbimg.com/img-53271abc/turbine/la-sci-sn-mercury-shrinking-planet-smallest-wrinkles-scarps-nasa-messenger-20140317 
http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net/wp-content/uploads/2008/04/mercuryinterior.jpg 
https://messierthanacomet.files.wordpress.com/2014/07/mercury-perihelion-precession.jpg 
http://www.astro.virginia.edu/class/oconnell/astr1210/im/merc-ven-sunset-horiz-BC.jpg 
http://www.wpclipart.com/space/solar_system/solar_system_2/planets_and_more/terrestial_planets_Mercury_Venus_Earth_and_Mars.png 
http://www.astronomy.com/-/media/Images/News%20and%20Observing/News/2012/03/Mercury.jpg