9.5: Mercury

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Tabia ya obiti ya Mercury karibu na Jua
• Eleza muundo wa Mercury na muundo
• Eleza uhusiano kati ya obiti ya Mercury na mzunguko
• Eleza topography na vipengele vya uso wa Mercury
• Muhtasari mawazo yetu kuhusu asili na mageuzi ya Mercury

Mzunguko wa Mercury

Sayari Mercury ni sawa na Mwezi kwa njia nyingi. Kama Mwezi, hauna anga, na uso wake umefungwa sana. Kama ilivyoelezwa baadaye katika sura hii, pia inashiriki na Mwezi uwezekano wa kuzaliwa kwa vurugu.

Mercury ni sayari iliyo karibu na Jua, na, kwa mujibu wa sheria ya tatu ya Kepler, ina kipindi kifupi cha mapinduzi kuhusu Jua (88 ya siku zetu) na kasi ya wastani ya orbital (kilomita 48 kwa sekunde). Imeitwa ipasavyo kwa mungu wa mjumbe wa miguu wa Warumi. Kwa sababu Mercury inabakia karibu na Jua, inaweza kuwa vigumu kuchukua mbinguni. Kama unavyoweza kutarajia, ni bora kuonekana wakati obiti yake ya eccentric inachukua mbali na Jua iwezekanavyo.

Mhimili wa nusu kuu wa mzunguko wa Mercuri—yaani umbali wa wastani wa sayari kutoka jua—ni kilomita milioni 58, au 0.39 AU. Hata hivyo, kwa sababu obiti yake ina eccentricity ya juu ya 0.206, umbali halisi wa Mercury kutoka Jua hutofautiana kutoka kilomita milioni 46 kwenye perihelion hadi kilomita milioni 70 kwenye aphelion (mawazo na maneno ambayo yanaelezea njia zilianzishwa katika Orbits na Gravity).

Muundo na Muundo

Masi ya Mercury ni moja ya nane ile ya Dunia, na kuifanya kuwa sayari ndogo zaidi duniani. Mercury ni sayari ndogo (isipokuwa kwa sayari kibete), ikiwa na kipenyo cha kilomita 4878, chini ya nusu ile ya Dunia. Uzito wa Mercury ni 5.4 g/cm3, kubwa zaidi kuliko wiani wa Mwezi, kuonyesha kwamba muundo wa vitu viwili hutofautiana kwa kiasi kikubwa.

Utungaji wa Mercury ni moja ya mambo ya kuvutia zaidi kuhusu hilo na hufanya kuwa ya kipekee kati ya sayari. Uzito mkubwa wa Mercury unatuambia kwamba ni lazima iwe na kiasi kikubwa cha vifaa vikali kama vile metali. Mifano ya uwezekano mkubwa zaidi ya mambo ya ndani ya Mercury zinaonyesha msingi wa chuma wa chuma na nickel kiasi cha 60% ya jumla ya wingi, na sayari yote iliyojengwa hasa ya silicates. Msingi una kipenyo cha kilomita 3500 na huenea hadi ndani ya kilomita 700 za uso. Tunaweza kufikiria Mercury kama mpira wa chuma ukubwa wa Mwezi umezungukwa na ukanda wa miamba 700 kilomita nene (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Tofauti na Mwezi, Mercury ina shamba dhaifu la magnetic. Kuwepo kwa uwanja huu ni sawa na kuwepo kwa msingi mkubwa wa chuma, na inaonyesha kwamba angalau sehemu ya msingi lazima iwe kioevu ili kuzalisha shamba la magnetic lililoonekana. ¹

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Mercury ya Ndani Muundo. Mambo ya ndani ya Mercury inaongozwa na msingi wa metali kuhusu ukubwa sawa na Mwezi wetu.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Densities ya walimwengu

Uzito wa wastani wa mwili unafanana na wingi wake umegawanyika na kiasi chake. Kwa nyanja, wiani ni:

\[ \text{density }= \frac{\text{mass}}{ \frac{4}{3} \pi R^3} \nonumber\]

Wanaastronomia wanaweza kupima wingi na radius kwa usahihi wakati chombo cha angani kinaruka kwa mwili.

Kutumia habari katika sura hii, tunaweza kuhesabu wiani wa wastani wa Mwezi.

Suluhisho

Kwa nyanja,

\[ \text{density } = \frac{ \text{mass}}{\frac{4}{3} \pi R^3} = \frac{7.35 \times 10^{22} \text{ kg}}{4.2 \times 5.2 \times 10^{18} \text{ m}^3} = 3.4 \times 10^3 \text{ kg/m}^3 \nonumber\]

Jedwali\(9.1.1\) linatoa thamani ya 3.3 g/cm ³, ambayo ni 3.3 × 10 ³ kg/m ³.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Kutumia habari katika sura hii, uhesabu wiani wa wastani wa Mercury. Onyesha kazi yako. Je! Mahesabu yako yanakubaliana na takwimu tunayopa katika sura hii?

Jibu

\[ \text{density } = \frac{ \text{mass}}{ \frac{4}{3} \pi R^3} = \frac{3.3 \times 10^{23} \text{ kg}}{ 4.2 \times 1.45 \times 10^{19} \text{ m}^3} = 5.4 \times 10^3 \text{ kg/m}^3 \nonumber\]

Hiyo inafanana na thamani iliyotolewa katika Jedwali\(9.1.1\) wakati g/cm ³ inabadilishwa kuwa kilo/m ³.

Mercury ya ajabu mzunguko

Masomo ya Visual ya alama za uso zisizo wazi za Mercury ziliwahi kufikiriwa kuonyesha kwamba sayari iliweka uso mmoja kwa Jua (kama Mwezi unavyofanya Dunia). Hivyo, kwa miaka mingi, iliaminika sana kwamba kipindi cha mzunguko wa Mercury kilikuwa sawa na kipindi chake cha mapinduzi ya siku 88, na kufanya upande mmoja kuwa moto daima ilhali nyingine ilikuwa baridi daima.

Uchunguzi wa Radar wa Mercury katikati ya miaka ya 1960, hata hivyo, ulionyesha kuwa Mercury haina kuweka upande mmoja fasta kuelekea Sun. Ikiwa sayari inageuka, upande mmoja unaonekana unakaribia Dunia ilhali nyingine inahamia mbali nayo. Kubadilisha kwa Doppler huenea au kupanua mzunguko sahihi wa radar-wimbi katika masafa mbalimbali katika ishara iliyojitokeza (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kiwango cha kupanua hutoa kipimo halisi cha kiwango cha mzunguko wa sayari.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Doppler Radar Hatua Mzunguko. Wakati boriti ya rada inaonekana kutoka sayari inayozunguka, mwendo wa upande mmoja wa disk ya sayari kuelekea kwetu na upande mwingine mbali na sisi husababisha mabadiliko ya Doppler katika ishara iliyojitokeza. Athari ni kusababisha mabadiliko ya redshift na blueshift, kupanua kuenea kwa frequency katika boriti ya redio.

Kipindi cha mzunguko wa Mercury (inachukua muda gani kugeuka kwa heshima na nyota za mbali) ni siku 59, ambazo ni theluthi mbili tu ya kipindi cha mapinduzi ya sayari. Baadaye, wanaastronomia waligundua kuwa hali ambapo spin na obiti ya sayari (mwaka wake) ni katika uwiano wa 2:3 inageuka kuwa imara. (Angalia sanduku hapa chini kwa zaidi juu ya madhara ya kuwa na siku hiyo kwa muda mrefu juu ya Mercury.)

Mercury, kuwa karibu na Jua, ni moto sana upande wake wa mchana; lakini kwa sababu haina anga yenye thamani, inapata baridi ya kushangaza wakati wa usiku mrefu. Halijoto juu ya uso hupanda hadi 700 K (430 °C) wakati wa mchana. Baada ya machweo, hata hivyo, halijoto hupungua, kufikia 100 K (—170 °C) kabla ya alfajiri. (Ni baridi zaidi katika volkeno karibu na miti ambayo haipati jua kabisa.) Upeo wa joto kwenye Mercury ni hivyo 600 K (au 600 °C), tofauti kubwa kuliko kwenye sayari nyingine yoyote.

NI TOFAUTI GANI SIKU HUFANYA

Mercury huzunguka mara tatu kwa kila njia mbili kuzunguka Jua. Ni sayari pekee inayoonyesha uhusiano huu kati ya spin yake na obiti yake, na kuna baadhi ya matokeo ya kuvutia kwa waangalizi wowote ambao wanaweza siku moja kuwa stationed juu ya uso wa Mercury.

Hapa duniani, tunachukua nafasi kwamba siku ni mfupi sana kuliko miaka. Kwa hiyo, njia mbili za astronomia za kufafanua “siku” za ndani -muda gani sayari inachukua kuzunguka na muda gani Jua unachukua kurudi kwenye nafasi sawa mbinguni- ni sawa duniani kwa madhumuni mengi ya vitendo. Lakini hii sio juu ya Mercury. Wakati Mercury inazunguka (huzunguka mara moja) katika siku 59 za Dunia, wakati wa Jua kurudi mahali pale kwenye anga la Mercury hugeuka kuwa miaka miwili ya Mercury, au siku 176 za Dunia. (Kumbuka kuwa matokeo haya hayakuwa na intuitively dhahiri, hivyo usiwe na hasira ikiwa hukuja nayo.) Hivyo, kama siku moja saa sita mchana mtafiti wa Mercury anamwambia rafiki yake kwamba wanapaswa kukutana saa sita mchana siku ya pili, hii inaweza kumaanisha muda mrefu sana mbali!

Ili kufanya mambo hata kuvutia zaidi, kumbuka kwamba Mercury ina obiti ya eccentric, maana yake ni kwamba umbali wake kutoka Jua hutofautiana sana wakati wa kila mwaka wa mercurian. Kwa sheria ya Kepler, sayari inakwenda kwa kasi zaidi katika obiti yake ikiwa karibu na Jua. Hebu tuchunguze jinsi hii inavyoathiri jinsi tunavyoona Jua angani wakati wa mzunguko wa siku 176 za dunia. Tutaangalia hali kama tulikuwa tumesimama juu ya uso wa Mercury katikati ya bonde kubwa ambalo wanaastronomia huita Caloris (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Katika eneo la Caloris, Mercury iko mbali zaidi na Jua wakati wa jua; hii inamaanisha Jua linaloinuka linaonekana ndogo angani (ingawa bado zaidi ya mara mbili ukubwa unaonekana kutoka Dunia). Wakati Jua linapoinuka juu na juu, linaonekana kubwa na kubwa zaidi; Mercury sasa inakaribia na Jua katika obiti yake ya eccentric. Wakati huohuo, mwendo wa dhahiri wa Jua unapungua chini kama mwendo wa Mercury haraka katika obiti unaanza kukamata mzunguko wake.

Wakati wa mchana, Jua sasa ni kubwa zaidi kuliko inaonekana kutoka duniani na hutegemea karibu bila mwendo mbinguni. Kama mchana huvaa, Jua linaonekana ndogo na ndogo, na huenda kwa kasi na kwa kasi mbinguni. Wakati wa machweo, mwaka kamili wa Mercury (au siku 88 za Dunia baada ya jua), Jua linarudi kwa ukubwa wake mdogo kabisa kama linapotoka mbele. Kisha inachukua mwaka mwingine wa Mercury kabla ya Jua kuongezeka tena. (Kwa njia, jua na sunsets ni ghafla zaidi juu ya Mercury, kwa kuwa hakuna anga ya kuinama au kueneza mionzi ya jua.)

Wanaastronomia huita maeneo kama Bonde la Caloris “longitudo ya moto” kwenye Mercury kwa sababu Jua liko karibu zaidi na sayari wakati wa mchana, wakati tu linapoendelea juu kwa siku nyingi za Dunia. Hii inafanya maeneo haya maeneo hottest juu ya Mercury.

Tunaleta haya yote si kwa sababu maelezo halisi ya hali hii ni muhimu sana lakini kuonyesha jinsi vitu vingi tunavyopewa duniani si sawa na ulimwengu mwingine. Kama tulivyosema hapo awali, mojawapo ya mambo mazuri kuhusu kuchukua darasani ya astronomia lazima iwe kukuondoa milele na “Ushawishi wa Dunia” unayoweza kuwa nayo. Njia vitu vilivyo kwenye sayari yetu ni mojawapo tu ya njia nyingi ambazo asili zinaweza kupanga hali halisi.

Uso wa Mercury

Mtazamo wa kwanza wa karibu wa Mercury ulikuja mwaka 1974, wakati ndege ya ndege ya Marekani Mariner 10 ilipita kilomita 9500 kutoka kwenye uso wa sayari na kupeleka picha zaidi ya 2000 duniani, akifunua maelezo na azimio chini ya mita 150. Baadaye, sayari ilikuwa ramani kwa undani zaidi na spacecraft MESSENGER, ambayo ilizinduliwa mwaka 2004 na kufanya flybys nyingi za Dunia, Venus, na Mercury kabla ya kukaa katika obiti kuzunguka Mercury mwaka 2011. Ilikamilisha maisha yake mwaka 2015, wakati iliamriwa kuanguka ndani ya uso wa sayari.

Uso wa Mercury unafanana sana na Mwezi kwa kuonekana (Kielelezo\(\PageIndex{3}\) na Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Inafunikwa na maelfu ya volkeno na mabonde makubwa hadi kilomita 1300 kwa kipenyo. Baadhi ya volkeno nyepesi hupigwa, kama Tycho na Copernicus kwenye Mwezi, na wengi wana kilele cha kati. Pia kuna scarps (maporomoko) zaidi ya kilomita juu na mamia ya kilomita kwa muda mrefu, pamoja na matuta na tambarare.

Messenger vyombo kipimo uso muundo na mapped zamani shughuli volkano. Moja ya uvumbuzi wake muhimu zaidi ilikuwa uthibitisho wa barafu la maji (kwanza limegunduliwa na rada) katika volkeno karibu na miti, sawa na hali ya Mwezi, na ugunduzi usiotarajiwa wa misombo ya kikaboni (tajiri ya kaboni) iliyochanganywa na barafu la maji.

Wanasayansi wanaofanya kazi na data kutoka kwa ujumbe wa MESSENGER huweka pamoja duniani inayozunguka ya Mercury, kwa rangi ya uongo, kuonyesha baadhi ya tofauti katika muundo wa uso wa sayari. Unaweza kuangalia ni spin.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Uchoraji wa hemphere ya kaskazini ya Mercury imewekwa kwa undani zaidi kutoka kwa data ya MESSENGER. Mikoa ya chini kabisa inavyoonyeshwa kwa rangi ya zambarau na bluu, na mikoa ya juu huonyeshwa kwa nyekundu. Tofauti katika mwinuko kati ya mikoa ya chini na ya juu iliyoonyeshwa hapa ni takribani kilomita 10. Craters ya kudumu ya chini ya uongo karibu na pole ya kaskazini yana barafu la maji mkali. (mikopo: muundo wa kazi na NASA/Johns Hopkins University Applied Fizikia Laboratory/Carnegie Taasisi ya Washington

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Hii sehemu mafuriko athari bonde ni kubwa inayojulikana miundo kipengele juu ya Mercury. Tambarare laini katika mambo ya ndani ya beseni huwa na eneo la kilomita za mraba milioni mbili. Linganisha picha hii na [kiungo], Bonde la Orientale kwenye Mwezi. (mikopo: NASA/Johns Hopkins Chuo Kikuu cha Applied Fizikia Laboratory/Carnegie Taasisi ya

Vipengele vingi vya mercurian vimeitwa kwa heshima ya wasanii, waandishi, watunzi, na wachangiaji wengine wa sanaa na wanadamu, kinyume na wanasayansi walioadhimishwa mwezi. Miongoni mwa volkeno zilizoitwa ni Bach, Shakespeare, Tolstoy, Van Gogh, na Scott Joplin.

Hakuna ushahidi wa tectonics ya sahani kwenye Mercury. Hata hivyo, tofauti ya sayari scarps ndefu wakati mwingine inaweza kuonekana kukata katika craters; hii ina maana scarps lazima sumu baadaye kuliko craters (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Maporomoko haya ya muda mrefu, yaliyopigwa yanaonekana kuwa na asili yao katika ukandamizaji mdogo wa ukanda wa Mercury. Inaonekana, wakati fulani katika historia yake, sayari imepungua, ikisonga ukanda, na ni lazima ufanyie hivyo baada ya craters nyingi juu ya uso wake tayari zimeundwa.

Ikiwa kiwango cha kawaida cha cratering kinatumika kwa Mercury, shrinkage hii lazima ifanyike wakati wa miaka bilioni 4 iliyopita na si wakati wa kipindi cha mapema cha mfumo wa jua wa bombardment nzito.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Discovery Scarp juu Mercury Mwamba huu mrefu, karibu kilomita 1 juu na zaidi ya kilomita 100 kwa muda mrefu, kupunguzwa katika volkeno kadhaa. Wanaastronomia wanahitimisha kuwa ukandamizaji uliofanya “wrinkles” kama hii katika uso wa ubao lazima ufanyike baada ya craters kuundwa. (mikopo: mabadiliko ya kazi na NASA/JPL/Chuo Kikuu cha Northwestern)

Mwanzo wa Mercury

Tatizo la kuelewa jinsi Mercury inavyoundwa ni kinyume cha tatizo lililofanywa na muundo wa Mwezi. Tumeona kwamba, tofauti na Mwezi, Mercury inajumuisha zaidi ya chuma. Hata hivyo, wanaastronomia wanafikiri kwamba Mercury inapaswa kuunda kwa uwiano sawa wa chuma na silicate kama ile iliyopatikana duniani au Venus. Je! Ilipotezaje sana nyenzo zake za mawe?

Maelezo yanayowezekana zaidi ya kupoteza silicate ya Mercury inaweza kuwa sawa na maelezo ya ukosefu wa Mwezi wa msingi wa chuma. Mercury inawezekana kuwa na athari kubwa kadhaa mapema sana katika ujana wake, na moja au zaidi ya haya inaweza kuwa na lenye sehemu ya vazi lake na ukanda wake, na kuacha mwili unaongozwa na msingi wake wa chuma.

Unaweza kufuata baadhi ya utafiti wa hivi karibuni wa NASA juu ya Mercury na kuona michoro zenye manufaa kwenye ukurasa wa wavuti wa MESSENGER.

Leo, wanaastronomia wanatambua kwamba mfumo wa jua wa mwanzo ulikuwa mahali pa machafuko, huku hatua za mwisho za malezi ya sayari zilikuwa na athari za vurugu kubwa. Vitu vingine vya molekuli ya sayari vimeharibiwa, wakati wengine wangeweza kugawanyika na kisha kuunda tena, labda zaidi ya mara moja. Mwezi na Mercury, pamoja na nyimbo zao za ajabu, zinashuhudia majanga ambayo yanapaswa kuwa na sifa ya mfumo wa jua wakati wa ujana wake.

Muhtasari

Mercury ni sayari iliyo karibu na Jua na inayohamia kwa kasi zaidi. Mercury ni sawa na Mwezi kwa kuwa na uso mkubwa sana na hakuna anga, lakini inatofautiana katika kuwa na msingi mkubwa wa chuma. Mapema katika mageuzi yake, inaonekana kupoteza sehemu ya vazi lake la silicate, labda kutokana na athari moja au zaidi kubwa. Vipande vya muda mrefu juu ya uso wake vinashuhudia ukandamizaji wa kimataifa wa ukanda wa Mercury wakati wa miaka bilioni 4 iliyopita.

maelezo ya chini

¹ Kumbuka kutoka sura ya mionzi na Spectra kwamba sumaku ni athari za kusonga mashtaka ya umeme. Katika atomi za metali elektroni za nje ni rahisi kufutwa na zinaweza kuunda sasa wakati metali iko katika hali ya kiowevu na inaweza kutiririka.