АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2008, том 42, № 6, с. 483-504
УДК 523.41
ПОВЕРХНОСТЬ МЕРКУРИЯ ПО НАЗЕМНЫМ АСТРОНОМИЧЕСКИМ НАБЛЮДЕНИЯМ
© 2008 г. Л. В. Ксанфомалити
Институт космических исследований РАН, Москва Поступила в редакцию 11.03.2008 г.
Выполненные за последние годы исследования Меркурия с помощью наземных астрономических наблюдений с короткими экспозициями позволили накопить более 50000 электронных снимков планеты в разных фазах и разных ее положениях относительно Земли. Работа выполнялась в различных обсерваториях. Используя новые и существующие методы обработки больших массивов электронных фотографий, оказалось возможным синтезировать изображения значительной части поверхности Меркурия. Представлены изображения секторов 90°-180°W, 215°-280°W и 50°-90°W, включающих, в числе других, долготы, не охваченные съемкой с космических аппаратов. Наряду с перечисленными, приводятся результаты новых наблюдений Меркурия, которые были проведены в период 20-24 ноября 2006 г., в обсерватории CAO РАН (Нижний Архыз, Карачаево-Черкессия), в утренней элонгации. Наблюдался сектор долгот 265°-350°W Меркурия. Наблюдения выполнены при хороших метеоусловиях. Среди главных задач новых наблюдений было получение полного вида бассейна S, который ранее исследовался лишь фрагментарно, по фактическим условиям освещенности Солнцем. В период 20-24 ноября 2006 г. бассейн S находился на освещенной стороне планеты. Обработкой большого числа электронных снимков получено его полное изображение. Изображение Бассейна S сравнивается с данными о его рельефе, полученными методами радиолокации. Обнаружен ряд других необычных элементов поверхности Меркурия в этом секторе долгот; среди них гигантский кратер "медальон" и другие образования. Результаты, представленные в настоящей и в ранее опубликованных работах, сравниваются с данными аппарата Mariner-10 (1974-75 гг.) и аппарата Messenger, в его первом сближении с планетой (январь 2008 г.).
PACS: 96.30.Dz, 96.12.K-, 96.12.Kz
ВВЕДЕНИЕ
Меркурий в начале XXI века все еще остается малоисследованным телом Солнечной системы, несмотря на то, что он относится к трем ближайшим к Земле планетам. Полеты космических аппаратов к Меркурию крайне сложны, главным образом из-за его высокой орбитальной скорости. В 1974-1975 гг. с планетой трижды сближался космический аппарат Mariner-10 (США). В миссии было отснято только 45% поверхности планеты (рис. 1).
Благодаря появлению новых технических средств, в течение последнего десятилетия регулярно проводятся наземные наблюдения Меркурия с целью создания разрешенных изображений его сторон, оставшихся неизвестными после миссии Mariner-10 в 1974-1975 гг. Так, в результате обработки наблюдательных данных 2002 г. были получены изображения сектора 210°-275°W (Ксанфомалити, 2004; 2005; Ksanfomality и др., 2005; Ksanfomality, Sprague, 2007).
14.01.2008 г., после многомесячного полета, состоялось первое сближение аппарата Messenger с Меркурием. В момент наибольшего сближения от поверхности планеты его отделяли 200 км. Messenger выполнил серию снимков, включая сектор долгот 210°-265°W, и провел некоторые измерения;
затем полученные данные в течение суток передавались по радиолинии на Землю, а Messenger покинул Меркурий и ушел на орбиту вокруг Солнца. К планете, в кратковременных сближениях, он вернется еще дважды, 6 октября 2008 г., а затем 30 сентября 2009 г. В ходе полета аппарат многократно сближался с другими планетами группы Земли для выполнения гравитационных маневров, благодаря которым в марте 2011 г. он сможет стать первым в истории науки искусственным спутником Меркурия (Grard, Balogh, 2001; Solomon и др., 2001). Результаты, полученные при первом сближении с Меркурием аппарата Messenger, относятся к сектору долгот 90°-270°W (через 180°W), поэтому сопоставить их с названными результатами наземных измерений удается только в части терминатора (который был утренним в январском сближении аппарата Messenger и в наземных наблюдениях 2002 г.). При последующих сближениях, 06.10.2008 г. и 30.09.2009 г., утренний и вечерний терминатор займут противоположное положение, и освещенная сторона планеты придется на сектор долгот 270°-90°W (через 0°), что позволит сопоставить их как с изображениями сектора 210°-275°W, так и с новыми результатами наблюдений 2006-2007 гг. (сектор 270°-355°W).
Victoria Rupes (fault scarp)
Degas
Homer Kuiper
Raphael Haydn
Schubert
Bartlok Beethoven Michelangelo Discoery Rupes
(fault scarp)
Рис. 1. Карта сектора поверхности Меркурия 10°-190°W в интервале широт ±65°, по данным миссии Mariner-10 в 1974-1975 гг.
Несмотря на отмеченный выше прогресс в наземных наблюдениях, разрешение снимков с космических аппаратов, конечно, намного выше. Поэтому возникает вопрос, какой смысл продолжать наземные исследования Меркурия и создавать изображения его неизвестной стороны, когда в конце 2008 г. будут получены соответствующие космические снимки? Ответ содержится в январских снимках аппарата Messenger: вместо высококонтрастных изображений рельефа ряда районов, известных по итогам миссии Mariner-10, новые снимки показывают плоскую равнину, лишенную деталей (что иллюстрируют приводимые ниже изображения Caloris Planitia). Это явление хорошо известно в селенологии, когда с приближением полной фазы Луны детали рельефа исчезают из виду. В этом отношении выбранная для сближения фаза была крайне невыгодна, зато позволила охватить часть неисследованного сектора Меркурия. В обоих последующих сближениях такие условия сохранятся и рельеф также будет заметен только на терминаторе. Наземные наблюдения предоставляют в этом отношении большую свободу выбора, если, конечно, позволяют метеорологические условия и дополняют исследования с помощью космических аппаратов.
Очень продуктивным в наземных наблюдениях Меркурия оказался метод коротких экспозиций (Ксанфомалити, 2003; 2004; 2005; Ksanfomality и др.,
2005; KsanfomaШy, Sprague, 2007), который позволяет довести мгновенное разрешение наземного инструмента до дифракционного предела. В последние годы метод получает широкое распространение. В звездной астрономии специалисты считают метод спеклов (он же - метод коротких экспозиций) серьезным конкурентом космическим исследованиям. Снимки, получаемые методом коротких экспозиций, сравнимы со снимками с космических аппаратов. Выигрыш в разрешении, который дает сокращение экспозиции, подробно рассматривался в работах (Ксанфомалити, 2004; 2005). В случае Меркурия он может достигать 10 и более раз.
Мало известно, насколько сложны и специфичны телескопические наблюдения этой планеты. По условиям фоновой засветки (из-за близости планеты к Солнцу) они кратковременны и длятся менее часа. Если цель наблюдений - получение разрешенных изображений планеты, за это время необходимо получить несколько тысяч электронных снимков для дальнейшей обработки современными программными средствами. Наиболее выгодные периоды видимости Меркурия продолжаются около одной-двух недель (рис. 2) и повторяются 2-3 раза в год. Если на такой период выпадают неблагоприятные метеоусловия, остается только ждать следующей возможности.
12
о м
В
8 -
Меркурий под горизонтом □ День ■ Сумерки ■ Ночь Кульминация
& СР
0.02 2008-02-01
2008-04-14 2008-06-26 2008-09-07 2008-11-19 Даты в течение года, с февраля 2008 г.
2009-02-01
Рис. 2. Видимость Меркурия в утренних элонгациях в течение года, начиная с февраля 2008 г. В астрономическое ночное время Меркурий можно видеть (теоретически) только в течение нескольких минут. Периоды с малой продолжительностью сумерек для наблюдений непродуктивны.
4
Результаты наземных наблюдений Меркурия, в том числе долгот, не охваченных съемкой с Мапш^ 10, рассматриваются ниже. Последние наблюдения планеты выполнялись в ноябре 2006 г. в обсерватории САО РАН (Нижний Архыз, Карачаево-Черкессия, Россия, 41°26Т:, 43°39л№) методом коротких экспозиций. Исследовался сектор 265°-350°W. Метеоусловия во время наблюдений были удачными. Меридиан 265°W, находившийся 21.11.2006 на утреннем (восточном) терминаторе, совпадает с положением утреннего терминатора планеты во время 1-го сближения аппарата Мessenger с планетой (14.01.2008 г.). Это совпадение возникло случайно, но позволяет сопоставить рельеф двух секторов.
Результаты, приводившиеся в (Ксанфомалити, 2004; 2005; К;аПЪтаШу, Sprague, 2007), были получены в результате обработки наблюдений в вечерней элонгации, проведенных 1-2 мая 2002 г. в обсерватории Скинакас Ираклионского университета (о. Крит, Греция, 35°13Т:, 24°54'^). В последующие годы предпринимались новые серии наблюдений; снова использовались телескопы обсерватории Скинакас и Абастуманской астрофизической обсерватории (АбАО) республики Грузия (42°50'Е, 41°45'К). Некоторые из не публиковавшихся ранее результатов этих наблюдений приводятся ниже. В декабре 2003 г. в обсерватории Маунт Бигелоу (110°44^, 32°25Л№) Аризонского университета (США) проводились наблюдения Меркурия в вечерней элонгации. В августе 2003 и июле 2004 г. выполнялись пробные наблюдения в обсерватории Пик Терскол (Кабардино-Балкария, Россия, 42°30'Е, 43°16'^, также в вечерней элонгации. Наблюдения 2003-2004 гг. значительно уступают результатам 2002 и 2006 гг. и потребовали более сложной обработки. Работы, итоги которых представлены в (Ксанфомалити, 2005; КзапЮтаШу, Sprague,
2007) и в настоящей работе, являются пионерскими в отношении достигнутого разрешения. Им предшествовали более ранние наблюдения с относительно короткими экспозициями (Baumgardner и др., 2000; Dantowitz и др., 2000; WareП, Вк^ей, 2004).
Главной целью наблюдений 2006 г. и их обработки было получение разрешенных изображений неизвестного сектора поверхности Меркурия и полного вида уникального бассейна S, исходя из того, что во время наблюдений объект был полностью освещен Солнцем. Одновременно в секторе долгот 270°-355°W удалось обнаружить ряд других необычных объектов.
ОБРАБОТКА ЭЛЕКТРОННЫХ ФОТОГРАФИЙ И ДОСТИГАЕМОЕ РАЗРЕШЕНИЕ
Обработка исходных миллисекундных электронных фотографий планеты весьма трудоемка. Некоторые особенности обработки методами коррел
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.