ЗНОЙ
МЕРКУРИЙ: MESSENGER И BEPICOLOMBO

Меркурий обращается вокруг Солнца в среднем на расстоянии 0,387 а.е. со скоростью 47,36 км/с — против 29,78 км/с у Земли [1][2]. Аппарат, покидающий Землю, сначала должен сбросить скорость относительно Солнца, чтобы его орбита опустилась внутрь. Затем, падая к Солнцу, он снова разгоняется, как машина под горку, и приходит к орбите Меркурия гораздо быстрее самой планеты. Весь этот избыток нужно погасить, прежде чем слабое тяготение Меркурия сможет его удержать [3].

Диаграмма складывает счёт за самый дешёвый прямой путь — гомановский перелёт — к четырём планетам: изменение скорости на расстоянии Земли для начала перелёта плюс минимальный тормозной импульс, при котором планета захватит аппарат на высоте 200 км. Итог для Меркурия — около 13,9 км/с, больше, чем 12,3 км/с, нужных, чтобы вовсе покинуть Солнечную систему. В ЕКА говорят так: выход на орбиту Меркурия требует больше энергии, чем полёт к Плутону [4]. (Это сравнение предполагает иной профиль полёта к Плутону; по простым правилам этой диаграммы орбитальный аппарат у Плутона обошёлся бы чуть дороже — около 14,5 км/с.)

«Маринер-10» NASA, запущенный 3 ноября 1973 года, первым использовал тяготение одной планеты, чтобы добраться до другой: 5 февраля 1974 года он прошёл мимо Венеры и был направлен к Меркурию [7]. 29 марта 1974 года он пролетел в 703 км от Меркурия, обнаружил слабое магнитное поле и изрытую кратерами, похожую на Луну поверхность и измерил ночные температуры −183 °C и дневные 187 °C [7].

Джузеппе «Бепи» Коломбо из Падуанского университета понял, что «Маринер-10» можно вывести на солнечную орбиту с периодом 176 суток — ровно два меркурианских года, — чтобы он встречал планету снова и снова [8]. Так и вышло: 21 сентября 1974 года и 16 марта 1975 года, на расстоянии 327 км [7]. Но был подвох, который объяснил тот же Коломбо: каждый раз Меркурий поворачивался к аппарату одной и той же освещённой стороной, и удалось заснять лишь 40–45% планеты [8]. Почему — в главе 5. «Маринер-10» оставался последним гостем более 30 лет [7].

MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging — «поверхность, космическая среда, геохимия и дальнометрия Меркурия») стартовал с мыса Канаверал 3 августа 2004 года на «Дельте II» с массой 1107,9 кг [7]. Больше половины — около 600 кг, или 54%, — составляло топливо [9]. Двигатели сами по себе никогда не погасили бы 9,6 км/с, поэтому он пролетел мимо Земли один раз (2 августа 2005), мимо Венеры дважды (24 октября 2006, 5 июня 2007) и мимо Меркурия трижды (14 января 2008, 6 октября 2008, 29 сентября 2009); каждый пролёт отнимал часть его скорости относительно Меркурия [7][10].

18 марта 2011 года в 00:45 UTC его главный двигатель проработал 15 минут и затормозил аппарат чуть более чем на 0,86 км/с, израсходовав около 31% стартового запаса топлива; MESSENGER стал первым искусственным спутником Меркурия, на 12-часовой орбите с нижней точкой около 200 км [10][11]. Если пересчитать назад от этих цифр, шесть пролётов вместе с пятью небольшими манёврами в дальнем космосе, в сумме около 1,04 км/с [12], снизили скорость прибытия с 9,6 км/с примерно до 2,3 км/с. Двигайте ползунок, чтобы увидеть, как круто растёт тормозной импульс со скоростью прибытия.

Солнечный свет у Земли даёт 1361 Вт на квадратный метр [2]. Он обратно пропорционален квадрату расстояния, поэтому на среднем расстоянии Меркурия он в 6,7 раза сильнее [1], а так как орбита Меркурия вытянута — 46,0 млн км в перигелии и 69,8 млн км в афелии [1], — он в 4,6–10,6 раза сильнее земного. Освещённый грунт планеты нагревается до 590–725 К, то есть примерно до 450 °C [1].

MESSENGER прятался за солнцезащитным экраном 2,5 × 2 м из керамической ткани, обёрнутой вокруг слоёв пластиковой изоляции. Его лицевая сторона, по расчётам, должна была нагреваться до 370 °C, когда Меркурий ближе всего к Солнцу, а аппарат за ней был рассчитан на работу примерно при 20 °C; остальное тепло сбрасывали радиаторы и односторонние тепловые трубы, а орбита ограничивала время над самыми горячими районами планеты [9]. В модели ниже пластина приходит к температуре, при которой излучает столько же, сколько поглощает; результат задаёт отношение поглощения солнечного света (α) к излучению тепла (ε).

До 1965 года в учебниках писали, что Меркурий всегда повёрнут к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле. В апреле 1965 года радиотелескоп Аресибо отразил от него радиолокационный сигнал и получил период вращения около 59 ± 5 суток [13]. Через несколько месяцев Коломбо заметил, что 58,65 суток — ровно две трети 88-суточного года Меркурия: планета делает три оборота за два витка вокруг Солнца [14]. Современное значение — 1407,6 часа, или 58,65 суток [1].

Сложите два движения — и полдень повторяется лишь каждые 176 земных суток: одни меркурианские сутки длятся два меркурианских года [1]. Поэтому «Маринер-10», возвращавшийся каждые два меркурианских года, всегда видел освещённой одну и ту же сторону [8]. А так как вблизи перигелия Меркурий движется быстрее всего, примерно на восемь земных суток у каждого перигелия его движение вокруг Солнца обгоняет вращение, и с поверхности видно, как Солнце останавливается и ненадолго идёт назад. Нажмите «пуск» и следите за красной меткой.

Ось Меркурия наклонена всего примерно на 0,034° [1], поэтому дно кратеров у полюсов никогда не видит Солнца. Там, в холоде, нейтронный спектрометр MESSENGER обнаружил водородную сигнатуру водяного льда у северного полюса [15]. NASA называет полярные отложения преимущественно водяным льдом [10].

Он также нашёл магний и кальций на ночной стороне, воду в тонкой экзосфере, следы древнего вулканизма и магнитное поле, центр которого заметно смещён к северу от центра планеты [7]. Он картировал всю поверхность и к февралю 2014 года сделал 200-тысячный снимок с орбиты, хотя изначально рассчитывали как минимум на 1000 [7]. Во втором продлении его намеренно опустили на орбиты высотой всего 25 км ради съёмки вблизи; затем, израсходовав топливо, 30 апреля 2015 года в 19:26 UTC он врезался в поверхность со скоростью около 14 080 км/ч у кратера Яначек [7][10].

BepiColombo, названный в честь Коломбо, стартовал на «Ариане-5» 20 октября 2018 года: связка массой 4100 кг из орбитального аппарата ЕКА MPO (1230 кг), магнитосферного аппарата JAXA Mio (255 кг), солнцезащитного экрана для Mio и перелётного модуля ЕКА, чьи ионные двигатели выполняли торможение, которое MESSENGER делал пролётами и топливом [16]. И всё же понадобилось девять пролётов: Земли — один, Венеры — два и Меркурия — шесть [16].

В апреле 2024 года неожиданные токи между солнечными батареями перелётного модуля и блоком питания лишили ионные двигатели тяги, нужной для прибытия в декабре 2025 года. Специалисты ЕКА по баллистике нашли новый маршрут, начавшийся с четвёртого пролёта Меркурия 4 сентября 2024 года на высоте около 165 км, — с прибытием в ноябре 2026 года при меньшей тяге [17]. Модуль отделился 3 сентября 2026 года, а импульс 24 сентября величиной 11,4 м/с уточнил прицел. По состоянию на 9 октября 2026 года выход на орбиту запланирован на 21 ноября 2026 года, разделение двух аппаратов — на 9–10 декабря, начало научной работы — на апрель 2027 года [18]. Конечная орбита Mio — 590 × 11 640 км, MPO — 480 × 1500 км [4]; по третьему закону Кеплера это примерно 9,3 и 2,4 часа на виток.