Почему не летают к Меркурию, и даже толком не фотографируют его, хотя планет близко от Земли.
Парадокс Меркурия в том, что эта планета — одна из самых близких к Земле, но при этом она же остается самой малоизученной среди всех планет земной группы.
На первый взгляд, 77 миллионов километров — не так уж много по космическим меркам, и логично предположить, что добраться до ближайшей к Солнцу планеты проще, чем, скажем, до Юпитера, который находится в восьми раз дальше.
Однако реальность оказывается с точностью до наоборот: R Меркурию отправлено всего 3 миссии за всю историю космонавтики, в то время как к Марсу, или далеким звездам, запущены десятки аппаратов.
Что же останавливает человечество?
Самый главный враг космического аппарата на пути к Меркурию — это даже не сама планета, а Солнце. Любой зонд, стартовавший с Земли, изначально движется с огромной скоростью — примерно 30 км/с, с которой наша планета вращается вокруг звезды.
Для полета к Марсу или Юпитеру эту скорость нужно увеличивать. Но для полета к Меркурию — ситуация обратная: Аппарату нужно тормозить относительно Солнца, а здесь и начинаются главные сложности.
Солнечная гравитация действует как мощная воронка: Любой объект, направляющийся к центру системы, неминуемо ускоряется под действием притяжения светила. По мере приближения к Меркурию зонд разгоняется все сильнее, и вместо того чтобы спокойно выйти на орбиту, он просто проносится мимо. Чтобы этого не случилось, аппарат необходимо радикально замедлить.
Проблема усугубляется тем, что сама планета крайне мала и обладает слабой гравитацией — всего около 38% земной. Гравитация Меркурия просто не в состоянии эффективно поймать быстро летящий зонд, как это происходит у крупных планет вроде Юпитера. Обычно гравитация планеты помогает затормозить подлетающий аппарат, но в случае с Меркурием этой силы катастрофически не хватает.
Топливная дилемма: чем больше топлива, тем хуже.
Теоретически, проблему избыточной скорости можно решить, взяв на борт больше топлива и просто включить двигатели на торможение. Но здесь возникает замкнутый круг: Чем больше топлива, тем тяжелее аппарат.
Чтобы разогнать тяжелый аппарат с Земли, нужна более мощная ракета. А чтобы затормозить этот же тяжелый аппарат у Меркурия, нужно еще больше топлива. В итоге миссия становится непомерно дорогой и технически нереализуемой.
Именно поэтому инженеры пошли по другому пути. Космические аппараты к Меркурию не летят по прямой — они используют хитроумную цепочку гравитационных маневров у других планет.
Зонд последовательно пролетает мимо Земли, затем Венеры, а затем и самого Меркурия, используя их гравитационные поля, чтобы постепенно сбросить скорость относительно Солнца. Это позволяет экономить драгоценное топливо, но расплачиваться приходится временем.
Такие полеты могут занимать 7-10 лет, хотя расстояние по прямой в 40 раз меньше.
Даже если аппарат долетит и выйдет на орбиту. На этом испытания не заканчиваются — они только начинаются. Условия вблизи Меркурия близки к экстремальным. Поскольку у планеты практически нет атмосферы — лишь тончайшая экзосфера, — она не способна удерживать тепло. В результате на дневной стороне температура поднимается до невообразимых +430 °C, а на ночной опускается до -180 °C.
Любой космический аппарат на орбите Меркурия вынужден работать в режиме постоянного термошока. Причем эти перепады происходят резко, на границе дня и ночи — терминаторе, — что создает колоссальные нагрузки на материалы и электронику. Разница в более чем 600 градусов по Цельсию на расстоянии в несколько километров — это испытание, которое выдерживают далеко не все конструкции.
Именно температурная среда считается главной проблемой при проектировании миссий к Меркурию. Для защиты от жары требуются совершенно новые материалы и технологии, способные выдерживать непрерывное воздействие раскаленного Солнца.
Невидимый убийца: Солнечная радиация.
Вблизи Меркурия космический аппарат подвергается гораздо более интенсивному облучению, чем, скажем, на орбите Земли или Марса. Солнце здесь не просто ярче — оно агрессивнее. Мощные потоки заряженных частиц и жесткое ультрафиолетовое излучение быстро выводят из строя электронику, разрушают материалы и деградируют солнечные батареи.
Интересно, что даже орбитальные телескопы, такие как знаменитый «Хаббл», никогда не фотографировали Меркурий именно из-за опасений повредить чувствительную оптику. Слишком близко к Солнцу — слишком опасно для приборов. И это при том, что «Хаббл» снимает объекты на расстоянии миллиардов световых лет от Земли.
Но почему же Меркурий так плохо изучен даже с Земли? Ведь его можно наблюдать в телескопы?
Оказывается, нет. Планета всегда находится слишком близко к Солнцу на небесной сфере. Она появляется лишь на короткое время либо перед самым рассветом, либо сразу после захода, всегда низко у горизонта. В густых слоях атмосферы изображение планеты искажается и размывается, что делает детальные наблюдения практически невозможными.
Из-за этих трудностей многие астрономы прошлого, включая Николая Коперника, так ни разу и не увидели Меркурий собственными глазами. Планета буквально прячется в лучах своего родительского светила.