Nieuporządkowane życie planet. Paul Murdin
zagadkę orbity Merkurego.
Od 1915 roku ogólna teoria względności dochowuje wierności astronomom, a Merkury dochowuje wierności ogólnej teorii względności. Drogę, jaką przebywa Merkury, opisuje ona lepiej niż teoria grawitacji Isaaca Newtona. Merkury skromnie i cierpliwie, rok po roku, potwierdza ogólną teorię względności.
W 1965 roku w rezultacie badania planety za pomocą radaru, poprzez dokonanie odbicia impulsów radiowych od jej powierzchni, odkryta została pewna niezwykła właściwość zachowania Merkurego. Częstotliwość impulsów radiowych powracających z obracającej się planety jest nieznacznie zróżnicowana. Może to dostarczyć informacji o prędkości, z jaką obraca się planeta, a więc i o okresie rotacji. Dzięki tej technice odkryto, że względem gwiazd Merkury obraca się dokładnie trzy razy wokół swojej osi na dwa obiegi wokół Słońca. Jednak „dzień” jest zazwyczaj definiowany jako obrót planety względem Słońca, nie względem gwiazd – to czas, jaki upływa od jednego wschodu Słońca do następnego. Osobliwa forma zablokowania (synchronizacji) istniejąca między obrotem Merkurego a jego orbitą oznacza, że merkuriański „dzień” jest dwa razy dłuższy niż merkuriański „rok”. „Rok” na Merkurym to 88 ziemskich dni, a „dzień” 176 ziemskich dni.
Ta dziwna relacja między merkuriańskim „dniem” a „rokiem” jest jedyna w swoim rodzaju i nie występuje na innych planetach Układu Słonecznego. Duża ekscentryczność orbity dodaje jeszcze jedną ciekawostkę. Oznacza, że odległość Merkurego od Słońca zmienia się w znacznym stopniu. W pewnym momencie merkuriańskiego „roku” planeta znajduje się o ponad 20 procent dalej od Słońca niż normalnie, a wobec tego Słońce robi wrażenie o 20 procent mniejszego niż zwykle i wydaje się, że porusza się o 20 procent wolniej niż normalnie. Ponadto sama planeta de facto porusza się o 17 procent wolniej niż zazwyczaj na orbicie, co powoduje nasilenie efektu. Pół merkuriańskiego „roku” później Merkury jest bliżej Słońca i sytuacja się odwraca.
Na Ziemi Słońce wschodzi i konsekwentnie porusza się po niebie na zachód z mniej więcej stałą prędkością i przez cały czas zachowuje mniej więcej takie same rozmiary. Na Merkurym Słońce dramatycznie i zauważalnie zmienia swą pozorną prędkość z upływem „dnia” i „roku”. Słońce widziane z powierzchni Merkurego zmienia też swą wielkość: z piłki, która jest dwukrotnie większa niż widziana z Ziemi, do piłki trzy razy większej. Po wschodzie Słońce porusza się głównie na zachód, ale następnie nieruchomieje, a nawet wykonuje ruch wsteczny. W pewnych pozycjach, w pewnych momentach „roku” Słońce wschodzi i natychmiast zachodzi, po czym wschodzi ponownie.
Wszystko to sprawia, że problemem byłoby skonstruowanie zegara i kalendarza, z którego mógłby korzystać mieszkaniec Merkurego; ja w każdym razie nigdy czegoś takiego nie widziałem. Ale, jeżeli już o to chodzi, nagląca potrzeba w tym przypadku nie występuje.
Powodem tej osobliwej sytuacji jest fakt, że obrót Merkurego jest spowalniany przez Słońce. Słońce oddziałuje na Merkurego siłami pływowymi, dzięki czemu rotacja planety jest zsynchronizowana z jej obiegiem wokół Słońca. Samo to nie jest zjawiskiem niezwykłym i istnieje wiele układów planeta–satelita czy gwiazda–
–gwiazda, które są w ten sposób zablokowane.
Jednak zazwyczaj w wypadku dwóch ciał astronomicznych położonych blisko siebie synchronizacja spin–orbita polega na tym, że siły pływowe wyrównują okres obrotu i okres orbitalny. Przykładem tego jest układ Ziemia–Księżyc. Czas, jaki Księżycowi zajmuje okrążenie Ziemi, to miesiąc i taki sam jest czas, jakiego potrzebuje na obrót wokół własnej osi. Merkury jest bardzo niezwykły, obracając się trzy razy na dwa obiegi wokół Słońca.
Zablokowanie pływowe zwiększa się wraz z upływem czasu – Merkury zapewne obracał się dużo szybciej w przeszłości niż obecnie i został spowolniony przez siły pływowe Słońca. Próbując wyjaśnić, dlaczego zablokowanie pływowe Merkurego jest inne niż normalnie, dlaczego jego obrót nie jest dokładnie zsynchronizowany z obiegiem wokół Słońca, astronomowie odkryli coś, czego się nie spodziewali: sposób, w jaki odbywa się zablokowanie pływowe, zależy ściśle od pewnych przypadkowych cech konfiguracji dwóch ciał w chwili ich powstawania. Gdyby sprawy potoczyły się inaczej w początkach istnienia Układu Słonecznego, nasz Księżyc nie musiałby obracać się synchronicznie, nieustannie zwrócony do Ziemi jedną stroną, i moglibyśmy oglądać całą jego powierzchnię.
Badania Merkurego były i są bardzo ograniczone, w jego pobliże dotarły dotychczas tylko dwie sondy kosmiczne. Merkury znajduje się tak blisko Słońca, że statek kosmiczny narażony jest na przegrzanie; jest również wystawiony na bombardowanie przez cząstki wiatru słonecznego, które niszczą sprzęt elektroniczny zarówno bezpośrednio na skutek promieniowania jądrowego, jak i w wyniku wyładowań iskrowych wywołanych kaskadą naładowanych cząstek. Orbita Merkurego stanowi wyzwanie, ponieważ sonda wystrzelona z Ziemi musi nabrać odpowiedniej prędkości, aby dotrzeć do Merkurego i za nim nadążyć, a potem zwolnić, aby wejść na orbitę wokół planety. Pochłania to mnóstwo paliwa, które musi być przewożone na pokładzie, co zmniejsza pojemność sondy i ogranicza możliwość wyposażenia jej w instrumenty niezbędne do badań.
Wszystkie te trudności oznaczały, że aż do lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia Merkury zachowywał dla siebie większość swoich sekretów i nawet teraz jest jedną z planet, o których wiemy bardzo niewiele. Przełom nastąpił, kiedy wymyślono ekonomiczny sposób doprowadzenia sondy do Merkurego. Na pomysł wpadł Giuseppe Colombo, znany powszechnie pod przezwiskiem „Bepi”, włoski naukowiec z Padwy. Wykreślił potencjalnie skomplikowane trajektorie, po których sonda miała we właściwy sposób i o właściwym czasie zbliżyć się do Merkurego, przelatując obok Wenus i innych ciał niebieskich; to ich grawitacja, a nie paliwo rakietowe, miała umożliwić sondzie przyśpieszenie i zwolnienie, tak aby mogła dotrzeć do odpowiedniego miejsca.
Ta technika, nazywana procą (lub asystą) grawitacyjną, została wykorzystana przez sondę Mariner 10, pierwszą wysłaną w kierunku Merkurego, która w latach siedemdziesiątych, poruszając się po zapętlonej orbicie, wykonała trzy przeloty w pobliżu Merkurego (w takiej misji kosmicznej sonda przelatuje blisko planety bez wchodzenia na jej orbitę i bez lądowania). Niestety, chociaż orbita wyznaczona dla sondy Mariner 10 nie zawiodła i trzykrotnie doprowadziła statek do Merkurego, Merkury za każdym razem witał swojego gościa, zwracając się do niego tą samą stroną i w rezultacie sonda sporządziła mapy tylko połowy powierzchni Merkurego.
Druga sonda wystrzelona w kierunku tej planety została nazwana Messenger (posłaniec) – to ukłon w stronę Merkurego, posłańca bogów, jak również nieco naciągany akronim pełnej nazwy pojazdu: MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging. Podróż do Merkurego zajęła Messengerowi sześć lat. Zanim w 2011 roku wszedł na orbitę wokół planety, sześciokrotnie wykorzystał wspomaganie grawitacyjne. Zdołał sporządzić mapy prawie całej powierzchni planety, po czym w 2015 roku, kiedy wyczerpało się paliwo, roztrzaskał się o jej powierzchnię. W 2018 roku została zainicjowana trzecia misja kosmiczna o nazwie BepiColombo (dla uczczenia pamięci włoskiego naukowca) i, jeżeli wszystko pójdzie dobrze, sonda będzie prowadzić eksplorację Merkurego przez rok lub dwa lata, począwszy od 2024 lub 2025 roku.
Jeżeli chodzi o rozmiary, Merkury plasuje się między satelitą a planetą: jego wielkość stanowi jedną trzecią wielkości Ziemi i jest on tylko o jedną trzecią większy od naszego Księżyca. Jest najmniejszą z planet Układu Słonecznego i ma niską grawitację. To słaba planeta tocząca swe życie w pobliżu Słońca, które ją tyranizuje. Ciepło Słońca bez wątpienia spływa na jej powierzchnię i temperatura prawie wszędzie jest wysoka. W rezultacie Merkury utracił całą swoją atmosferę, choć początkowo, w okresie, kiedy się formował, jeszcze ją posiadał.