Двойной визит к загадочному Меркурию: миссия BepiColombo готовится раскрыть тайны самой маленькой планеты

Меркурий — самая крошечная и наименее исследованная планета внутренней Солнечной системы — хранит тайны гораздо более масштабные, чем он сам. И наконец ученые вскоре получат не один, а два космических аппарата, предназначенных для расшифровки этого странного мира.

Это стало возможным благодаря миссии BepiColombo — совместному проекту Европейского космического агентства (ESA) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), запущенному в октябре 2018 года. После изнурительного путешествия через внутреннюю Солнечную систему миссия в четверг (3 сентября) выполняет важнейший маневр: отделяет научное оборудование от транспортировочного модуля, который нес его весь этот путь. К апрелю 2027 года ученые надеются, что два богатых приборами зонда начнут собирать множество наблюдений, которые помогут разгадать загадки Меркурия — и, возможно, Солнечной системы, которую мы называем домом.

«Думаю, увидеть новые данные о Меркурии будет просто фантастически», — сказала Рэйчел Клима, планетарный геолог из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Планета, по ее словам, «просто такая странная, красивая и интересная».

Загадочная планета

Пока Меркурий носит сомнительный титул наименее исследованной планеты внутренней Солнечной системы: на сегодняшний день его посетили лишь две миссии. Космический аппарат NASA Mariner 10 совершил серию из трех быстрых пролетов в 1974 и 1975 годах, дав ученым первые проблески растрескавшейся и кратерированной поверхности планеты, а также подтвердив, что у этого мира есть и очень разреженная атмосфера, и магнитное поле.

«Это действительно дало нам первый близкий взгляд на Меркурий, — сказал Шон Соломон, планетолог из Колумбийского университета. — Но осталось много пустых страниц».

И на десятилетия это было все. Ученые не возвращались к Меркурию до 2011 года, когда аппарат NASA MESSENGER с Соломоном в качестве главного исследователя прибыл к крошечному миру. (Радиус Меркурия — 1516 миль, или 2440 километров, то есть его ширина чуть больше трети земной.) Аппарат был набит инструментами, созданными специально для этой задачи: спектрометры, настроенные на гамма-, рентгеновское и нейтронное излучение, приборы для анализа атмосферы и измерения магнитного поля. Четыре года наблюдений MESSENGER впервые показали ученым всю поверхность Меркурия, а к концу миссии аппарат проходил всего в 15,5 мили (24,9 километра) над поверхностью планеты.

Но даже MESSENGER оказался недостаточно совершенным, чтобы разгадать загадки Меркурия или раскрыть происхождение странной планеты. «Думаю, вопрос о том, как именно собрался Меркурий, все еще открыт», — сказал Соломон.

MESSENGER открыл и несколько меньших загадок. Он обнаружил яркие крутостенные впадины, которые ученые назвали «дуплами». Он нашел набор элементов, которые планетологи называют «летучими» за их склонность легко высвобождаться из породы и которые почему-то оказались более распространены на поверхности Меркурия, чем на Земле. Он рассчитал, что центр магнитного поля планеты сильно смещен относительно ее ядра. Кроме того, из-за сложной орбиты MESSENGER аппарат никогда не видел южную половину планеты так же четко, как северную, оставив одну сторону в тени сомнений.

Прибытие BepiColombo

Именно эти загадки надеется решить амбициозная миссия BepiColombo. К апрелю, если все пойдет по плану, миссия будет состоять из двух отдельных космических аппаратов, собирающих независимые, но скоординированные данные о Меркурии.

Европейский Mercury Planetary Orbiter, или MPO, сосредоточится на самой планете. Он оснащен 11 научными инструментами, которые будут картировать рельеф, минералы в коре и гравитационное поле, исследовать дупла и вулканические отложения, а также наблюдать, как поток заряженных частиц от Солнца воздействует на эту ближайшую к светилу планету.

Японский Mercury Magnetospheric Orbiter, или Mio, тем временем сосредоточится на окружении планеты — ее магнитосфере и разреженной атмосфере, а также пыли, заполняющей ее окрестности.

Оба аппарата также несут инструменты для измерения магнитного поля планеты, предоставляя одновременные наблюдения разных частей поля ученым, которые обычно довольствуются данными, собранными лишь в одной точке.

Некоторые из этих инструментов уже могли собирать наблюдения во время долгого пути BepiColombo к Меркурию и его шести быстрых пролетов мимо планеты. Но из-за конфигурации аппаратов для перелета большинство приборов не могли — и не смогут — работать до тех пор, пока MPO и Mio не разделятся. Ожидается, что это произойдет в декабре.

Таким образом, наука миссии началась лишь по крупицам, а основная часть ее обещаний еще впереди. «Растет литература с новыми результатами, полученными от пролетов BepiColombo, но я ожидаю, что она взорвется после выхода на орбиту», — сказал Соломон.

Он особенно ждет четких снимков южного полушария и, в частности, обнаружения скрытых залежей водяного льда в этом районе. Эти залежи могли бы существовать в глубоких кратерах, которые никогда не чувствуют солнечного тепла. Исследуя этот регион планеты, ученые смогут уменьшить северный перекос данных MESSENGER и лучше увидеть полную картину Меркурия.

Клима, в свою очередь, больше всего ждет работы MPO по картированию элементов и минералов на поверхности планеты. Эта задача оказалась не по силам MESSENGER, использовавшему технику, которая опиралась на богатство пород железом и подобными материалами, — но, как выяснилось, эти элементы отсутствовали, поставив ученых в тупик. MPO несет другую технологию, которая сможет читать породы на планете даже без железа. По словам Климы, это может помочь раскрыть, как сформировался Меркурий — и, по сути, вся наша Солнечная система.

Клима говорит, что надеется: BepiColombo сможет пробудить интерес людей к Меркурию, недооцененной планете земной группы Солнечной системы. «Он определенно не получает той любви и внимания, которые получают Марс, Венера и все остальные».

Недооцененный мир: почему Меркурий важен для понимания Солнечной системы

Меркурий — планета-парадокс. Он ближе всех к Солнцу, но на его полюсах есть кратеры, куда солнечный свет не попадал миллиарды лет, — и именно там может скрываться водяной лед. У него слабая атмосфера, но магнитное поле, которого нет у Венеры. Его ядро непропорционально велико относительно размера планеты, а поверхность усеяна летучими элементами, которым там не место.

Эти противоречия делают Меркурий ключом к пониманию процессов, сформировавших все планеты земной группы. Как планета, пережившая экстремальные температуры и непрерывную бомбардировку солнечным ветром, могла сохранить такие запасы летучих? Что произошло с ее внешними слоями, оставившими столь крупное ядро? Ответы на эти вопросы прольют свет на раннюю историю Земли, Марса и Венеры.

Особую ценность представляют одновременные измерения магнитного поля двумя аппаратами. Магнитосфера Меркурия — миниатюрная версия земной, но ее центр сильно смещен. Поняв, как ведет себя такое асимметричное поле, ученые смогут лучше моделировать и защитные оболочки других планет.

Для миссии, начавшейся в 2018 году, самое сложное только начинается. Разделение аппаратов, выход на орбиту и включение всех инструментов — этапы, от которых зависит успех семилетнего путешествия. Но если все пройдет по плану, человечество впервые получит по-настоящему полную картину самой загадочной из ближайших планет.

Источники: ESA, JAXA, комментарии Рэйчел Климы и Шона Соломона для Space.com, материалы миссий Mariner 10 и MESSENGER.