Tähtitieteelliset perustiedot
Elohopea on monelta kannalta äärimmäinen planeetta. Koska se on lähellä aurinkoa - sen keskimääräinen kiertoradan etäisyys on 58 miljoonaa km (36 miljoonaa mailia) - sillä on lyhyin vuosi (88 päivän vallankumousjakso) ja se vastaanottaa kaikkien planeettojen voimakkaimman auringonsäteilyn. Noin 2 440 km (1 516 mailia) säteellä elohopea on pienin suuri planeetta, pienempi jopa kuin Jupiterin suurin kuu, Ganymede tai Saturnuksen suurin kuu, Titan. Lisäksi elohopea on epätavallisen tiheä. Vaikka sen keskimääräinen tiheys on suunnilleen maapallon tiheys, sillä on pienempi massa ja niin sen oma painovoima puristaa vähemmän; kun itsekorjaus on korjattu, elohopean tiheys on minkä tahansa planeetan suurin. Lähes kaksi kolmasosaa elohopean massasta sisältyy sen suurelta osin raudan ytimeen, joka ulottuu planeetan keskustasta noin 2100 km: n (1 300 mailin) säteeseen tai noin 85%: iin tien pinnasta. Maapallon kivinen ulkokuori - sen pintakuori ja alla oleva vaippa - on vain noin 300 km (200 mailia) paksu.
Havaintohaasteet
Maapallon pinnasta nähtynä elohopea piiloutuu hämärässä ja hämärässä, saavuttamatta koskaan enempää kuin noin 28 ° kulmaetäisyydellä Auringosta. Kestää noin 116 päivää peräkkäisistä pidennyksistä - toisin sanoen siitä, että Mercury palaa samaan kohtaan suhteessa aurinkoon - aamulla tai iltataivaalla. Tätä kutsutaan Mercuryn synodiseksi ajanjaksoksi. Sen läheisyys horisonttiin tarkoittaa myös sitä, että elohopea nähdään aina enemmän maapallon pyörteisestä ilmakehästä, joka hämärtää näkymää. Jopa ilmakehän yläpuolella kiertäviä observatorioita, kuten Hubble Space Telescope, rajoittaa instrumenttien suuri herkkyys osoittaakseen niin lähellä auringonpistettä kuin vaaditaan elohopean havaitsemiseksi. Koska elohopean kiertorata on maan sisällä, se kulkee toisinaan suoraan maan ja auringon välillä. Tätä tapahtumaa, jossa planeetta voidaan havaita teleskooppisesti tai avaruusalusten avulla pienenä mustana pisteenä, joka ylittää kirkkaan aurinkolevyn, kutsutaan kauttakulkuksi (katso eclipse), ja se tapahtuu noin tusina kertaa vuosisadan aikana. Seuraava Mercuryn kauttakulku tapahtuu vuonna 2019.
Elohopea aiheuttaa myös vaikeuksia tutkia avaruusluotaimen avulla. Koska planeetta sijaitsee syvällä Auringon painovoimakentässä, tarvitaan paljon energiaa avaruusaluksen suuntaviivojen muokkaamiseksi, jotta se pääsee maapallon kiertoradalta elohopeaan siten, että se voi siirtyä kiertoradalle planeetan ympäri tai laskeutua se. Ensimmäinen avaruusalus, joka vieraili Mercuryssa, Mariner 10, oli kiertoradalla Auringon ympäri, kun se teki kolme lyhyttä planeetan lentotausta vuosina 1974–75. Kehittäessään myöhemmin tehtäviä matkoja Mercuryyn, kuten vuonna 2004 avattua Yhdysvaltain Messenger-avaruusalusta, avaruuslentokoneiden suunnittelijat laskivat monimutkaisia reittejä hyödyntämällä painovoimaapua (katso avaruuslento: Planeettalennot) Venuksen ja Mercuryn toistuvista lentosuunnista usean vuoden aikana. Messenger-tehtävän suunnittelussa suoritettuaan havainnot kohtalaisista etäisyyksistä planeettojen lentotappien aikana vuosina 2008 ja 2009, avaruusalukset siirtyivät pitkänomaiselle kiertoradalle Mercuryn ympärillä läheisiä tutkimuksia varten vuonna 2011. Lisäksi, äärimmäinen lämpö, ei vain aurinkoa, vaan myös myös itse elohopeasta irtaantuneena, haastoi avaruusalusten suunnittelijoita pitämään instrumentit riittävän viileinä toimimaan.
Kiertorata- ja kiertovaikutukset
Elohopean kiertorata on kaltevin planeetoista, kallistuen noin 7 ° ekliptikasta, tason, jonka määrittelee Maan kiertorata auringon ympärillä; se on myös epäkeskeisin tai pitkänomainen planeetta kiertorata. Pitkänomaisen kiertoradan seurauksena aurinko näyttää yli kaksi kertaa kirkkaampana elohopean taivaalla, kun planeetta on lähinnä aurinkoa (perihelionissa), 46 miljoonan kilometrin (29 miljoonan mailin) päässä, kuin silloin, kun se on kauimpana auringosta (aphelionilla), lähes 70 miljoonan kilometrin etäisyydellä (43 miljoonaa mailia). Maapallon kiertoaika 58,6 maapäivää tähtien suhteen - eli sen sivupäivän pituus - aiheuttaa Auringon ajautumisen hitaasti länteen Mercuruksen taivaalla. Koska elohopea kiertää myös aurinkoa, sen kierto- ja vallankumouskaudet yhdistyvät siten, että aurinko vie kolme Mercurian sivupalkkipäivää tai 176 maapäivää päiväksi täyden virtapiirin muodostamiseksi - aurinkopäivänsä pituuden.
Kuten Keplerin planeetan liikettä koskevissa laeissa on kuvattu, elohopea kulkee Auringon ympäri niin nopeasti lähellä perihelionia, että aurinko näyttää kääntävän suunnan Mercuruksen taivaalla, siirtyvän hetkeksi itään, ennen kuin jatkaa lännen suuntaan. Kahta Mercury-päiväntasaajan kohtaa, joissa tämä värähtely tapahtuu keskipäivällä, kutsutaan kuumiksi napoiksi. Koska aurinko yläpuolella viipyy siellä lämmittämällä niitä ensisijaisesti, pintalämpötila voi ylittää 700 kelviniä (K; 800 ° F, 430 ° C). Kaksi päiväntasaajan kohtaa, jotka sijaitsevat 90 astetta kuumista napoista, kutsutaan lämpimiksi pylväiksi, eivät koskaan tule läheskään niin kuumaksi. Lämpimien pylväiden näkökulmasta aurinko on jo alhaalla horisontissa ja laskeutuu, kun se kasvaa kirkkaimpana ja suorittaa lyhyen kurssinvaihtonsa. Lähellä pohjoisen ja eteläisen elohopeapyörän napoja, maan lämpötilat ovat jopa kylmempiä, alle 200 K (–100 ° F, –70 ° C), kun niitä valataan laiduntavalla auringonvalolla. Pintalämpötila laskee noin 90 K: seen (–300 ° F, –180 ° C) Mercuryn pitkinä yötä ennen auringonnousua.
Elohopean lämpötila-alue on äärimmäinen aurinkokunnan neljästä sisäisestä, maanpäällisestä planeetasta, mutta planeetan yöpuolella olisi vielä kylmempi, jos elohopea pitäisi yhtä kasvojaan jatkuvasti kohti aurinkoa ja toista jatkuvassa pimeydessä. Ennen kuin maapallon tutkahavainnot osoittautuivat muuten 1960-luvulla, tähtitieteilijät olivat pitkään uskoneet tämän olevan tilanne, jota seuraisi, jos Mercuryn pyörimissuunta olisi synkroninen - ts. Jos sen kiertoaika olisi sama kuin sen 88 vuorokauden vallankumousjakso. Teleskooppiset tarkkailijat, jotka rajoittuvat katsomaan elohopeaa ajoittain olosuhteissa, jotka sanelevat elohopean kulmaetäisyyttä auringosta, olivat harhaan johtaneet siihen tulokseen, että heidän näkeessään samat tuskin erotettavat piirteet elohopean pinnalla jokaisessa katselutilanteessa osoittivat synkronisen pyörimisen. Tutkatutkimukset paljastivat, että maapallon 58,6-vuorokauden kiertoaika ei ole vain erilainen kuin sen kiertorata, mutta myös täsmälleen kaksi kolmasosaa siitä.
Elohopean kiertoradan epäkeskeisyys ja voimakkaat aurinkoveden vuorovaikutukset - muodonmuutokset, jotka esiintyvät planeetan kehossa Auringon vetovoiman vuoksi - selittävät miksi planeetta pyörii kolme kertaa joka toinen kerta, kun se kiertää Auringon. Elohopea oli oletettavasti pyöränyt nopeammin muodostuessaan, mutta vuorovesivoimat hidastivat sitä. Sen sijaan, että hidastaisi synkronisen pyörimisen tilaan, kuten monille planeettasatelliiteille, mukaan lukien Maan Kuu, on tapahtunut, elohopea loukkui 58,6-päivän pyörimisnopeudella. Tällä nopeudella aurinko hinaa toistuvasti ja erityisen voimakkaasti vuorovesien aiheuttamista pullistumista elohopean kuoressa kuumien napojen kohdalla. Pyörähdysmahdollisuuksia 58,6 päivän ajanjaksolla paransivat suuresti vuorovesien kitka nuoren planeetan kiinteän vaipan ja sulan ytimen välillä.
