Планетологи вчера представили новое объяснение загадочного вращения самой близкой к Солнцу планеты Солнечной системы – Меркурия. Отчёт о проделанной научно-исследовательской работе представил доктор Benoit Noyelles из бельгийского университета University of Namur на собрании исследователей Отдела планетарных наук (Division for Planetary Sciences) Американского астрономического сообщества (American Astronomical Society), проходившем в Денвере (штат Колорадо).
Исследование было проведено в сотрудничестве с доктором Julien Frouard из University of São Paulo (Бразилия), Valeri Makarov и Michael Efroimsky из US Naval Observatory.Научно-исследовательская работа объясняет, почему период вращения Меркурия вокруг своей оси относительно звёзд равен 2/3 орбитального вращения. Следует отметить, что такое соотношение осевого и орбитального вращения является уникальным для Солнечной системы явлением. Представленный отчет проливает свет на вероятное состояние Меркурия во время ранних стадий его динамичной эволюции.
Меркурий – самая внутренняя планета Солнечной системы, находящаяся на орбите 1/3 расстоянии Земли от Солнца. Уникальность этой планеты и в том, что она имеет чрезвычайно вытянутую эллиптическую орбиту вокруг Солнца. Период вращения планеты по отношению к далёким звёздам составляет 58 дней, то есть 2/3 меркурианского года, равного 88 земным суткам. Такое явление не имеет аналогов в Солнечной системе – это особый случай динамического резонанса, который впервые был обсуждён учёными в 60-е годы ХХ столетия. У Меркурия, как полагают, на ранних этапах эволюции была более высокая скорость вращения, которая постепенно уменьшилась до сегодняшних показателей. Не исключается, что на этот процесс потребовалось порядка нескольких миллионов десятилетий. Проблема заключается в том, чтобы найти объяснение, почему Меркурий стал замедляться и соотношение осевое/орбитальное вращение остановилось на отметки 2:3 вместо достижения синхронизации, такой же как, например, у Луны и прочих естественных спутников.
Основная загвоздка этой проблемы в адекватном моделировании приливных моментов, вызывающих замедление вращения. В случае Меркурия – вращающий момент напрямую связан с солнечными приливами. Гравитационное притяжение со стороны Солнца поднимает поверхностные потоки на Меркурии – сложный процесс, зависящий от продолжительности приливных напряжений и последующих приливных воздействий на планету. Приливная деформация планеты не согласуется с её окружностью, в результате чего возникают относительно небольшие по амплитуде, но массивные сдвиги твердого материала. Внутреннее трение рассеивает кинетическую энергию вращения Меркурия. Воздействие гравитационной силы Солнца и периодическая деформация планеты удлиняет форму Меркурия, что приводит к дополнительному вращающему моменту, ответственному за замедление. Приливной момент как бы накладывается на большой вращающийся момент. Для моделирования замедления необходимо учитывать эти факторы.
Приливная диссипация планеты и последующее замедление её вращения неизбежно приводит к резонансу орбитального вращения. Возникает вопрос, в каком из резонансов в конечном итоге планета попадает в «ловушку»? Интенсивность приливной диссипации (рассеивания) чрезвычайно сильно зависит от свойств материала, из которого состоит Меркурий. Классические модели, предложенные несколько десятилетий назад планетологами весьма туманно объясняли дисбаланс орбитального и осевого вращения планеты.
Не так давно Michael Efroimsky и Valeri Makarov US Naval Observatory разработали принципиально новую модель физических потоков, основанную на законах физики твердого тела и на современных геодезических, сейсмологических и лабораторных измерениях. Используя эту модель приливных сил, международная команда учёных повторно детально изучила проблему приливной эволюции Меркурия и пришла к выводу, что резонанс 3:2 – вероятнее всего является конечным состоянием. Эффективность «ловушки» зависит от эксцентриситета орбиты, а также от температуры и вязкости мантии Меркурия.
Учёные считают, что на ранних этапах существования Меркурия быстрое замедление его вращения было обусловлено приливами и отливами в относительно холодном его состоянии. Вероятнее всего это привело к тому, что внутренняя сегрегация и формирование массивного жидкого ядра произошли уже после того, как Меркурий подвергся влиянию резонансного воздействия.
Исследования также показали, что резонанс орбитального и осевого вращения, вероятнее всего, происходит и в экзопланетарных системах. Подобные вращению Меркурия явления вероятнее всего присущи многим из обнаруженных экзопланет, в частности и для потенциально пригодных для жизни миров.
В настоящее время Меркурий – это цель миссии NASA MESSENGER и космического аппарата «Bepi-Colombo», разрабатываемого ESA при сотрудничестве с JAXA. Данные, собранные этими двумя космическими аппаратами, запуск которых запланирован на ближайшее десятилетие, помогут исследователям доработать модель вращения Меркурия.
