Из всех планет Солнечной системы эта расположена ближе всех к Солнцу. Люди наблюдают за ней в мощные телескопы и изучают при помощи космических аппаратов. Слетать туда мы не можем: очень далеко, да и условия там для жизни непригодны. А вот научиться тому, как нарисовать Меркурий в наших силах.
Тёмные области на планете
Чтобы нарисовать планету Меркурий, будем использовать цветные карандаши или фломастеры. Изобразить это небесное тело шарообразной формы совсем просто. Шар всегда можно показать при помощи обычного круга. На снимках планеты из космоса видны тёмные и светлые области, покажем их на рисунке.
Итак, наш рисунок будет готов всего за три простых шага. На первом мы изображаем круг. Чтобы он получился ровный, надо взять какой-нибудь цилиндрический предмет и аккуратно обвести его. А можно провести окружность циркулем или линейкой с отверстием.
Поверхность планеты не идеально ровная. На ней есть тёмные и более светлые места. Покажем их на нашем рисунке. Выделим на круге области разной формы и размеров. Для этого проведём несколько извилистых замкнутых линий, как подскажет фантазия.
На последнем этапе делаем изображение цветным. Выделенные области планеты раскрасим в серый цвет. Эта поверхность меньше отражает солнечный свет и выглядит темнее. Остальную площадь покроем жёлтым или тёмно-желтым цветом. Рисунок готов!
Весёлый рисунок планеты
Можно нарисовать далёкий Меркурий карандашом с глазами и руками. Получится очень смешная картинка. Для создания весёлой атмосферы нарисуем ему ещё очки, рот, а вокруг, в космическом пространстве звёзды. Попробуем сделать рисунок за несколько простых этапов.
Сначала рукой нарисуем круг, но без всяких дополнительных приспособлений. Постараемся, чтобы он получился как можно ровнее. Если где-то будет кривой — не важно. Поверхность небесного тела не совсем ровная, да и рисунок наш юмористический.
На втором этапе изобразим на планете круглые глаза и зрачки в них. Дальше добавим квадратные очки с дужками. Ниже глаз покажем чёрточкой рот с двумя зубчиками в виде прямоугольников. Справа и слева дугообразными линиями рисуем руки с пальцами.
Теперь думаем, как раскрасить нашего героя. В этом примере выбран бирюзовый цвет, но можно использовать и другой. Каждый автор имеет право на творчество. Итак, берёте нужный карандаш и раскрашиваете планету, как вам подсказывает фантазия.
На последнем этапе нужно нанести последние штрихи на портрете. Для придания объёма сделаем чуть темнее края шарика, центр оставим светлым. Планета летит в космосе, поэтому изобразим вокруг неё несколько звёздочек пересекающимися чёрточками.
Рисунок планеты акварелью
А давайте попробуем нарисовать Меркурий поэтапно акварельными красками. Получится немного размытое изображение. Кажется, что мы смотрим на него через толстый слой воздуха или через плотные облака. Хотя в действительности атмосферы там почти нет. Итак, приступим!
Сначала изобразим карандашом саму планету, которая имеет форму шара. С какой бы точки мы ни смотрели на шар, всегда увидим одну и ту же фигуру — круг. Приёмы его рисования нам уже знакомы. Всё можно сделать так, как при выполнении первого рисунка.
На втором этапе наносим краски. Перед этим надо слегка смочить бумагу водой и немного подождать. После этого берём влажной кисточкой немного синей краски и наносим наклонными штрихами. Должны получиться тёмные и светлые области. Рисунок готов.
Около 5 миллиардов лет назад из пылевого протозвёздного вещества образовалось Солнце, а вслед за ним планеты. В результате получилась планетная система, размерами до 150 000 астрономических единиц.
Все планеты расположены с определённой последовательностью. Расстояния между их орбитами возрастают по мере удаления планет от Солнца. Существует деление их на две группы по своим физическим свойствам.
Общая структура Солнечной системы была раскрыта в середине 16 в. Н. Коперником, который обосновал представление о движении планет вокруг Солнца. Такая модель Солнечной системы получила название гелиоцентрической. В 17 в. И. Кеплер открыл законы движения планет, а И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Изучение физических характеристик космических тел, входящих в состав Солнечной системы, стало возможным только после изобретения Г. Галилеем в 1609 году телескопа. Так, наблюдая солнечные пятна, Галилей впервые обнаружил вращение Солнца вокруг своей оси.
Валерия Сирота
«Квантик» №1, 2017
Путешествие по планетам Солнечной системы начнём с самой близкой к Солнцу планеты — Меркурия. Расстояние от него до Солнца в 2,5 раза меньше, чем от Земли. Из-за этого изучать его довольно сложно: для земного наблюдателя Меркурий никогда не отходит далеко от Солнца, и увидеть его можно только на заре — перед самым восходом или сразу после захода Солнца. А отправить к нему космический аппарат оказывается ничуть не легче, чем к Юпитеру, только по обратной причине: хоть Меркурий и несётся по своей орбите со скоростью 47 км/с — в полтора раза быстрее Земли, — всё равно посланный с Земли корабль так разогнался бы под действием солнечного притяжения, подлетев к нему, что проскочил бы мимо, не успев ничего сфотографировать. Приходится лететь сначала к Венере, делать возле неё гравитационный манёвр1 — но не чтобы разогнаться, а наоборот, чтобы затормозиться — и только потом уж лететь к Меркурию. До сих пор это проделали только две межпланетные станции: «Маринер-10» лет сорок назад и — совсем недавно — «Мессенджер».
Меркурий не только самая близкая к Солнцу (и потому — ещё и самая быстрая) планета, но и самая маленькая. По размеру он уступает даже крупным спутникам планет-гигантов — Ганимеду (спутнику Юпитера) и Титану (спутнику Сатурна). Однако по массе он их всё-таки обогнал. Это значит, что у Меркурия намного больше плотность; и действительно, 1 л его вещества весит в среднем около 5,4 кг, почти как у Земли (5,5 кг). Но Земля-то большая, внешние её слои сильно давят на внутренние, и вещество в её недрах сильно сжато. Маленькой планете трудно было так сильно сжаться; похоже, что у Меркурия очень большое — на 3/4 радиуса — железное ядро. (Для сравнения — у Земли ядро доходит только до половины радиуса. Поэтому у Меркурия ядро занимает почти половину всего объёма, а у Земли — 1/8.) Доля железа и других тяжёлых элементов на Меркурии — самая большая среди всех планет Солнечной системы.
Думаете, раз Меркурий близко к Солнцу, то на нём очень жарко? Это правда, да только отчасти. Действительно, днём там страшная жара: максимальная температура поверхности 430°С, при такой температуре расплавятся олово, свинец и цинк. Зато ночью очень холодно: минус 200°С! Это всё вблизи экватора. На полюсах — всегда холодно, около −90°С.
Почему так? Ответ — в решении задачи из «Квантика» № 10 за 2016 г. Меркурий делает один оборот вокруг Солнца за 88 земных суток, а один оборот вокруг оси — меркурианские звёздные сутки — длится около 58 суток, ровно 2/3 года.
Рис. 1. Дни и ночи на Меркурии. Ось вращения планеты направлена на нас. Красная точка — наблюдатель на экваторе, чёрточкой обозначена его линия горизонта. Синие линии показывают направление на далёкую звезду
Внимание! Представьте себе, что вы стоите на экваторе Меркурия (рис. 1; вы — красная точка) и видите восходящее Солнце, а рядом с ним — какую-нибудь звезду; небо на Меркурии чёрное даже днём, потому что атмосферы почти нет, так что звёзды прекрасно видно. Проследим, что вы увидите по мере движения Меркурия по орбите. Через 1/4 звёздных суток, то есть 1/6 местного года, звезда окажется в зените, ровно над головой. А Солнце отстаёт, оно ещё только поднимается. Вот проходит треть года — звезда садится на западе, а Солнце всё ещё продолжает подниматься… Только через полгода Солнце, наконец, достигает зенита, наступает полдень. Через 2/3 года от начала наблюдения звезда снова восходит — прошли звёздные сутки. Но Солнце ещё и не собирается садиться! Зайдёт оно только ещё через полгода, зато целый год после этого его не будет видно. И только через два меркурианских года мы, наконец, снова встретим восход Солнца, а рядом с ним звезду — всё как было. Так что если отсчитывать сутки по Солнцу, а не по звёздам (это называется солнечные сутки) — получится, что они длятся 2 года!
Итак, от восхода до заката Солнца проходит целый меркурианский год, 3 земных месяца. И столько же длится ночь. Неудивительно, что всё успевает днём как следует нагреться, а ночью — изрядно остыть… Кстати, долгое время люди думали, что звёздные сутки на Меркурии длятся не 2/3 года, а ровно год: тогда Меркурий, как Луна на Землю, «смотрел» бы на Солнце всё время одним и тем же полушарием. На половине планеты был бы вечный день, на половине — вечная ночь. Почему так думали? Потому что каждый раз, когда Меркурий нам особенно хорошо виден — а это происходит примерно каждые 348 земных суток, или примерно 4 меркурианских года, — он поворачивается к Земле (и к Солнцу соответственно тоже) одной и той же стороной. Только с применением радиолокаторов для исследования Меркурия лет 50 назад этот его «обман» раскрылся.
Случайно ли такое совпадение? Вряд ли. Ведь раньше Меркурий, как и Луна, вращался вокруг оси быстрее. Это Солнце затормозило его вращение (как Земля — вращение Луны) приливными силами; как это делается, мы подробно разберёмся в другой раз, а пока заметим, что, хоть Солнце и не совсем остановило — не «синхронизировало» — свой ближайший спутник, зато получился резонанс сразу и с Солнцем — отношение периодов 2 : 3, — и с Землёй. Похоже, это мы помешали Солнцу совсем остановить Меркурий. Так и танцует он свой сложный космический танец, успевая в такт поворачиваться «лицом» то к Солнцу, то к Земле, а то ещё и к Венере…
Рис. 2. Орбита Меркурия, Солнце увеличено для наглядности
Это ещё не всё. У Меркурия очень вытянутая (для планеты) орбита — самая вытянутая из орбит всех планет Солнечной системы: в дальней точке Меркурий в полтора раза дальше от Солнца, чем в ближней (рис. 2). Из-за резонанса получается, что в ближайшей точке орбиты (она называется перигелий, по-гречески — ближний к Солнцу) Меркурий поворачивается к Солнцу всегда одной и той же стороной, а точнее — двумя меридианами на противоположных сторонах планеты, по очереди. Эти меридианы называются «горячие долготы», в них — самая жаркая погода на всём Меркурии.
Но и на этом чудеса с орбитальным движением Меркурия ещё не кончаются. Дело в том, что когда он ближе к Солнцу, он и летит по своей орбите быстрее, а когда дальше от Солнца — то медленнее. А вокруг оси он крутится равномерно; из-за этого вблизи перигелия угловая скорость его движения по орбите ненадолго оказывается больше, чем скорость вращения. И если в остальное время быстрый бег Меркурия по орбите только тормозит видимое движение Солнца с востока на запад, то тут он его совсем останавливает, и Солнце в это время движется по небу в обратную сторону, с запада на восток (рис. 3)! Это явление — из всех планет Солнечной системы оно есть только на Меркурии — называется «эффект Иисуса Навина», в честь библейского персонажа, который как-то попросил бога остановить солнце на небе — и тот остановил на несколько часов. Не знаю, как это ухитрился сделать Иисус Навин (или даже бог — против собственных законов идти сложно…), а вот на Меркурии это происходит, можно сказать, каждый день! Особенно интересно это выглядит в тех местах, где во время прохождения перигелия Солнце близко к горизонту: оно было взойдёт, потом передумает, сядет обратно — и взойдёт ещё раз. Дальше начинается длинный (годовой!) меркурианский день, в конце которого Солнце, уже сев за горизонт, опять передумывает и выходит обратно посветить ещё немножко…
Рис. 3. Вид со стороны северного полюса планеты. Красная точка — наблюдатель, синяя линия — направление на восток, зелёная — на запад. На всех «нормальных» планетах (например, на Земле) Солнце движется с востока на запад (а); Меркурий вблизи перигелия движется по орбите быстрее, чем поворачивается вокруг оси, и Солнце сместилось с запада на восток (б)
Рис. 4. Типичный рельеф Меркурия (фото с сайта astro-azbuka.ru)
На поверхность Меркурия ещё не ступала нога ни человека, ни даже спускаемого аппарата. Но мы уже знаем, что поверхность эта очень похожа на лунную: множество кратеров, образовавшихся от ударов метеоритов, гладкие долины, покрытые застывшей лавой, цепочки гор — возможно, бывшие вулканы, давно потухшие: маленькая планетка довольно быстро остывала, и не прошло и миллиарда лет, как лава уже не могла пробиться снизу через толстую застывшую кору. Но есть на Меркурии такая деталь рельефа, какой больше нигде в Солнечной системе не встретишь. Это эскарпы — очень длинные и высокие зубчатые обрывы, высотой несколько километров — как самые высокие скальные обрывы на Земле — и длиной несколько сотен километров (!). Они образовались в ту эпоху, когда только что «слепленный» Меркурий быстро остывал — кора остыла первой и затвердела, а внутренние, ещё горячие области продолжали остывать и сжиматься. С маленькими речками и большими лужами на Земле бывает так: в начале зимы верхний слой воды замёрз, а уровень воды упал (оттого, что приток воды резко уменьшился — замёрзли маленькие впадающие в речку ручьи) — и получается, что подо льдом пустота, ничто его снизу не держит. И под небольшой нагрузкой этот верхний слой льда проваливается. Так вышло и на Меркурии (только причина появления «пустоты» была другая), кора под собственной тяжестью стала трескаться и проседать, «догоняя» сжавшееся ядро. Вот эти трещины и сохранились до наших дней.
Рис. 5. Кратеры и эскарпы Меркурия. На левой фотографии видна область, залитая лавой (фото с сайта galaxy-science.ru)
Вот он какой, Меркурий. И маленький, и не очень пока изученный — а сколько в нём удивительного!
Художник Мария Усеинова
1 Про гравитационные манёвры см. статью: В. Сирота, «Приглашение к путешествию», «Квантик» № 10 и № 11 за 2016 год.
