Why mercury is still a threat to human and planetary health
В той или иной степени каждый подвергается воздействию ртути – через пищу, которую мы едим, через воздух, которым дышим, или через косметику, которую мы используем. Однако вдыхание или употребление большого количества ртути может привести к серьезным последствиям для нервной системы человека. Симптомы могут включать судороги, бессонницу, потерю памяти, головные боли, мышечную слабость и, в крайних случаях, смерть.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), особому риску подвергаются две группы: нерожденные дети, в крови матерей которых содержится высокий уровень ртути, и те, кто регулярно подвергается воздействию повышенного уровня ртути, например, ведущие натуральное хозяйство рыбаки.
Для решения данной глобальной проблемы представители правительств, институтов Организации Объединенных Наций, научных кругов и гражданского общества собрались на возобновленном четвертом совещании Конференции сторон Минаматской конвенции о ртути.
На конференции, которая проходила с 21 по 25 марта на Бали (Индонезия), представители обсудили такие важнейшие ключевые вопросы, как схема оценки эффективности конвенции, перечень содержащих ртуть продуктов, от которых необходимо поэтапно отказаться, и способы решения проблемы воздействия ртути на здоровье.
Конвенция названа в честь залива в Японии, где в середине ХХ века загрязненные ртутью промышленные сточные воды отравили тысячи людей, что привело к серьезным проблемам со здоровьем и которые стали известны как «болезнь Минамата». Поскольку конвенция вступила в силу в 2017 году, ее целью является контроль над поставками и торговлей ртутью, а также сокращение использования, выбросов ртути, повышение осведомленности общественности и создание необходимого институционального потенциала. Вступив в силу в 2017 году, на сегодняшний день конвенция насчитывает 137 сторон.
Несмотря на то, что уровни ртути можно обнаружить в образцах крови, волос или мочи, есть несколько других путей заражения, через которые люди ежедневно подвергаются воздействию этого элемента.
Потребление рыбы
Исследователь проверяет морепродукты на наличие таких металлов, как ртуть и свинец. Фото: Shutterstock
Для более чем трех миллиардов человек по всему миру морепродукты являются основным источником белка. Поскольку ртуть «биоаккумулируется» в пищевой цепи, более крупная рыба, как акула, рыба-меч, тунец и марлин, имеют самое высокое содержание ртути. Потребляющие большое количество морепродуктов люди подвергаются воздействию высоких уровней метилртути, органического соединения, которое накапливается в организме рыб.
Отравление ртутью в результате употребления в пищу морских животных наблюдалось среди коренных народов во многих частях мира, особенно в Арктике. Согласно данным Глобальной оценки ртути, проведенной Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) в 2018 году, потребление морепродуктов на душу населения в этих сообществах может быть в 15 раз выше, чем в некоренных группах.
Косметические средства
Косметика содержит потенциально опасные вещества, в том числе ртуть и микро частицы пластика.
Фото: Unsplash/Элизабет Фавара
Ртуть можно также обнаружить и в косметических средствах, особенно в кремах для осветления кожи, а также в средствах для макияжа и очистки глаз. В то время как многие страны ввели законы, запрещающие использование ртути в косметике, другие еще не сделали этого, и продукты, содержащие ртуть, были обнаружены в крупных интернет-магазинах. Потребители, стремящиеся избежать отравляющего элемента, должны покупать продукты у надежных поставщиков и проверять, чтобы их средства были должным образом запечатаны и маркированы. У Всемирной организации здравоохранения есть дополнительная информация на эту тему.
Кустарные и мелкие золотодобытчики
Мелкие золотодобытчики на реке Цисеро, Западная Ява (Индонезия). Фото: Reuters/Дика Фадила
Кустарные и мелкие золотодобытчики регулярно используют ртуть для отделения золота от другого материала, и большая часть этой ртути попадает в окружающую среду. В 2015 году, согласно Глобальной оценке ртути, в результате кустарной и мелкомасштабной добычи в воздух попало около 800 тонн ртути, что составляет примерно 38 процентов от общемирового объема, а также около 1200 тонн ртути попало в почву и воду.
Отравление ртутью также представляет серьезную и непосредственную угрозу здоровью от 12 до 15 миллионов человек, работающих в этом секторе по всему миру. Сокращение выбросов и высвобождений ртути при добыче полезных ископаемых является главной целью Минаматской конвенции, которая требует от стран, занимающихся мелкомасштабной добычей золота, разработки национальных планов действий с целью сокращения или ликвидации ртути в этом секторе.
Сжигание угля
Пар из градирен угольной электростанции в Нидераусеме, Германия. Фото: Reuters/Вольфганг Раттай
Сжигание угля не только способствует загрязнению воздуха и климатическому кризису, но и является основным источником антропогенных выбросов ртути. Глобальная оценка ртути в 2018 году показала, что на сжигание угля и других форм ископаемого топлива и биомассы приходится около 24 процентов глобальных выбросов ртути. Хотя уголь содержит лишь небольшие концентрации ртути, люди склонны сжигать его в больших количествах.
По мере увеличения мировой экономики увеличивается и сжигание угля для производства электроэнергии. Хорошая новость: до 95 процентов выбросов ртути электростанций можно сократить за счет повышения эффективности использования угля и электростанций, а также совершенствования систем контроля других загрязняющих веществ.
Стоматологическая амальгама
Уже более ста лет ртуть является одним из основных ингредиентов стоматологической амальгамы, смеси, которую стоматологи используют для заполнения полостей в зубах своих пациентов. Хотя амальгама, вероятно, представляет лишь минимальную угрозу для здоровья тех, кто ходит с ней во рту, использование ртути в амальгаме также способствует постепенному накоплению токсичного элемента в окружающей среде. Для решения этой проблемы Минаматская конвенция предлагает девять конкретных мер с целью «постепенного сокращения использования стоматологической амальгамы» по всему миру. Эти шаги включают формулировку национальных целей сокращения использования амальгамы, содействие использованию не содержащих ртуть альтернатив и поддержку передовой практики обращения с ртутными отходами.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите веб-сайт Минаматской конвенции, ознакомьтесь с Глобальной оценкой ртути в 2018 году и узнайте об итогах последней конференции сторон (КС).
Ртуть: десять утверждений. «Чердак» разбирает популярные утверждения о ртути. Не все из них правда
Официальные данные свидетельствуют о том, что при пожаре в здании НИИ вакуумной техники произошла утечка ртути. В очаге пожара концентрация паров ртути превысила ПДК, но за пределами территории (а также на самой территории после работ по нейтрализации ртути) выхода за пределы нормативов не отмечено.
Для объективной картины и однозначного исключения (или подтверждения) крупномасштабного заражения ртутью необходимо провести не одно измерение, а несколько десятков, причем в разное время. Без таких данных можно лишь указать на то, что при действительно крупном выбросе концентрация ртути сильно отличалась бы в разных районах города. И если кто-то в 15 или 20 километрах от места пожара жалуется на симптомы отравления ртутью, то вблизи число отравившихся явно должно исчисляться тысячами человек: плотность населения в столице местами превышает 50 тысяч жителей на квадратный километр.
Иными словами, слухи о серьезной и угрожающей всем жителям утечке представляются крайне сомнительными. Московский воздух грязен, но вряд ли именно из-за ртути. Более того, проблемы со смогом начались задолго до пожара: запах гари пришел в город еще летом, и тогда дым приписали горящим в Тверской области торфяникам. Но раз уж зашла речь о ртути, мы решили сделать подборку из десяти утверждений про токсичность этого элемента.
1) Ртуть — чрезвычайно опасное вещество. Если случайно выпить каплю ртути, можно умереть сразу же.
Металлическая ртуть, вопреки расхожему мнению, не является ни сильнодействующим ядом, ни особо токсичным веществом. Достаточно сказать, что в медицинской литературе описан случай, когда пациент проглотил 220 грамм жидкого металла и выжил. Для сравнения: то же количество поваренной соли способно привести к летальному исходу (если, конечно, кто-то в состоянии съесть стакан соли). Подробный справочник Toxicological profile for mercury в разделе «смертельные случаи» разбирает отравления хлоридом ртути, но не содержит ни одного упоминания смертельного отравления ртутью в виде чистого металла.
Кроме того, ртуть использовалась и продолжает использоваться для производства зубных пломб на основе амальгамы, сплава ртути с другими металлами. Такие пломбы признаны достаточно безопасными и заменять без особой нужды амальгаму на другие материалы не рекомендуется.
Чистая ртуть в виде жидкости, пусть даже проглоченной, не особенно опасна. Но этого нельзя сказать ни про пары металла, ни тем более про соединения ртути.
2) Ртуть опасна, так как испаряется и дает токсичные пары.
Это действительно так. Пары ртути образуются там, где металл оказывается на открытом воздухе. Они не имеют ни запаха, ни цвета, ни — как правило — вкуса, хотя иногда люди и ощущают во рту металлический привкус. Постоянное вдыхание загрязненного воздуха приводит к попаданию ртути в организм через легкие, а это намного опаснее, чем проглатывание того же количества металла.
3) Если в квартире разбился градусник, надо тщательно подмести и вымыть пол.
Не только неверное, но и откровенно вредительское утверждение.
При разделении одной капли на две вдвое же возрастает удельная площадь и, соответственно, скорость испарения вещества. Поэтому не надо пытаться смахнуть ртуть веником или тряпкой в совок, а потом выкинуть в мусорное ведро или спустить в унитаз. Часть металла при этом неизбежно вылетит наружу в виде мельчайших шариков, которые быстро испаряются и загрязняют воздух намного активнее исходной капли. И мы надеемся, что никто из читателей не будет собирать ртуть пылесосом: он не только дробит капли, но и подогревает их. Если уж у вас есть одна пролитая капля, то просто сгоните ее мокрой кисточкой в герметично закрывающуюся банку и потом сдайте в ДЕЗ (Дирекция единого заказчика; вначале лучше позвонить и уточнить, принимают ли. Рекомендация дана для России, в других странах правила могут отличаться). Можно использовать листочек бумаги или, если капля небольшая, маленькую спринцовку.
Американские исследователи, которые в 2008 году специально загрязняли экспериментальное помещение ртутью, обнаружили что одна капля диаметром 4 миллиметра даже в небольшой комнате объемом 20 кубических метров спустя час дает всего 0,29 микрограмм ртутных паров на кубометр.
Это значение находится в пределах действующей как в США, так и в России нормы для атмосферного загрязнения. Однако когда ртуть размазывали шваброй, концентрация ее паров вырастала до отметок свыше ста микрограмм на метр кубический. То есть в десять раз выше ПДК для промышленных помещений и в сотни раз выше «общеатмосферной» нормы! Влажная уборка, как показали эксперименты, после подметания ртути уже не спасает, и пол остается загрязнен тысячами мелких капель после многократной протирки мокрой тряпкой.
4) Если в квартире разбили градусник, то помещение на долгие годы становится опасным для жизни.
Это правда, но не всегда. Испарение металлической ртути через некоторое время замедляется из-за покрытия металла пленкой оксида ртути, поэтому закатившиеся в щели капли могут лежать годами и даже десятилетиями. В справочнике по криминалистике Environmental Forensics: Contaminant Specific Guide со ссылкой на несколько исследований говорится, что ртуть где-нибудь под полом или за плинтусом со временем перестает загрязнять атмосферу, но лишь при условии, что ее шарики там не подвергаются механическому воздействию.
Если ртутный шарик попадает в щель между досками паркета, где его постоянно трясет при ходьбе, испарение будет продолжаться до тех пор, пока капля не испарится полностью. Трехмиллиметровый шарик, по оценкам физиков, изучавших вопрос в 2003 году, испаряется за три года.
5) Отравление ртутью проявляется сразу же.
Верно лишь для высокой концентрации ртути.
Острое отравление возникает при вдыхании на протяжении нескольких часов воздуха, в котором больше ста микрограмм на кубический метр. При этом серьезные (требующие госпитализации) последствия наступают при еще более высоких концентрациях. Чтобы серьезно отравиться ртутью, одного разбитого градусника недостаточно.
Для хронического отравления ртутью, если опираться на представленные в уже упомянутом Toxicological profile for mercury данные, необходима концентрация тяжелого металла как минимум свыше десяти микрограмм на кубометр. Это возможно в случае, если разбитый градусник смели метлой и не обезвредили ртуть, однако и в этом случае вряд ли обитатели комнаты почувствуют недомогание сразу же.
Ртуть в сравнительно низких концентрациях приводит не к моментальной тошноте, слабости и лихорадке, а может, к примеру, вызвать нарушение координации движений и дрожь конечностей. У маленьких детей также может возникать сыпь, однако специфического набора симптомов, по которым даже неспециалист мог бы определить хроническое ртутное отравление, не существует.
6) Ртуть присутствует в рыбе и морепродуктах.
Правда. Чистая ртуть превращается некоторыми бактериями в метилртуть, а затем перемещается вверх по пищевой цепочке, причем в первую очередь это происходит в морских биосистемах. Последняя фраза означает, что вначале содержащий метилртуть планктон поедают рыбы, потом этих рыб съедают хищники (другие рыбы) и каждый раз концентрация метилртути в организмах растет за счет ее способности накапливаться в тканях животных. Проводившиеся океанологами исследования показали, что количество ртути при переходе от воды и растворенных в ней веществ к планктону возрастает в десятки или даже сотни тысяч раз.
Концентрация ртути в мясе тунца достигает 0,2 миллиграмма на килограмм. Загрязнение рыбы ртутью стало серьезной проблемой, решение которой требует согласованной работы экологов и представителей промышленности по всему миру. Однако для большинства жителей России, которые в принципе довольно редко едят рыбу (18 килограмм в год против 24 кг в США) этот источник ртути не столь уж существенен.
7) Если разбить флуоресцентную лампу, то она загрязнит комнату ртутью.
Правда. В 2004 году группа американских ученых специально расколотила ряд ламп внутри пластиковой бочки, которую сразу после этого закрыли крышкой. Опыт показал, что осколки медленно выделяют пары ртути и всего из остатков лампочки может выйти до сорока процентов содержащегося внутри токсичного металла.
Внутри большинства компактных ламп содержится около 5 миллиграммов ртути (есть марки с пониженным до одного миллиграмма количеством). Если учесть, что в первые сутки выделяется примерно половина из тех сорока процентов, которые в принципе могут покинуть осколки, то одна разбитая в комнате лампа превысит «атмосферный» ПДК в пять-десять раз, однако не выйдет за рамки «рабоче-промышленного» ПДК.
Пролежавшие неделю осколки уже практически безвредны с точки зрения заражения воздуха парами ртути, так что из-за одной разбитой лампочки нельзя получить отравление ртутью.
Ртутная лампа под колпаком. Она использует пары ртути и дает излучение только на нескольких частотах (узкими полосами, если использовать спектроскопический термин). Эти частоты соответствуют ультрафиолету, синему, зеленому и оранжевому свету. Красного света ртутные пары практически не дают, потому в целом имеют зеленоватый оттенок. Снимок Famartin / Wikimedia.
Другое дело — разбить несколько десятков больших флуоресцентных ламп сразу. Такие действия, как показывает практика, приводят к острому отравлению ртутью.
8) Большинство жителей городов хронически отравлены ртутью.
Крайне сомнительное утверждение. Концентрация ртути в воздухе городов действительно выше, однако пока что нет никаких убедительных свидетельств того, что это приводит к каким-либо заболеваниям.
В конце концов, ртуть попадает в атмосферу и в воду вблизи многих вулканов. Существуют разрабатываемые с античности месторождения, вблизи них построены целые города, и их жители не страдают поголовно от отравления.
Выявить негативное влияние как ртути, так и других веществ (или не веществ, а, скажем, микроволнового излучения от мобильных телефонов) в низких дозах довольно сложно. То, что проявляет себя только через много лет, требует долговременных наблюдений. Но за двадцать или тридцать лет у людей обычно проявляется множество заболеваний, значительная часть которых может быть никак не связана с подозреваемым веществом. Если наблюдать за несколькими десятками тысяч человек, то у некоторых из них в любом случае разовьются хронические болезни и даже злокачественные опухоли, без всякой связи с ртутью, радиацией или иным фактором. Даже общеизвестный в наши дни вред курения удалось выявить далеко не сразу: лишь ближе к середине прошлого столетия медики смогли однозначно связать курение с раком легких.
Кристаллы киновари в известняке. Фото JJ Harrison / Wikimedia.
Про хроническое отравление ртутью часто говорят представители «альтернативной медицины», но их нельзя считать объективными источниками. Многие из них одновременно продают те или иные «программы детоксикации», причем зачастую обещая исцелить якобы вызванные ртутью болезни вроде рака или аутизма. Официальная позиция американских медиков сейчас такова, что используемые для выведения ртути из организма препараты (так называемые хелатные соединения) здоровым людям скорее навредят, чем помогут. Описано минимум три случая смертельных отравлений вследствие попыток «очистить организм от ртути».
9) Ртуть содержится в вакцинах.
Ртуть входит в состав тиомерсала, используемого в некоторых вакцинных препаратах консерванта. Одна доза вакцины, как правило, содержит около 50 микрограммов вещества. Для сравнения: летальная доза этого же вещества (установленная в опытах на мышах) составляет 45 миллиграммов (45000 микрограммов) на килограмм массы тела.
Одна порция рыбы может содержать примерно столько же ртути, сколько доза вакцины.
Тиомерсал обвиняли в росте числа случаев аутизма, однако еще в начале нулевых годов эта гипотеза была опровергнута анализом статистической информации. Кроме того, если предположить, что дело в ртути, то остается непонятным рост числа случаев аутизма в последние несколько десятилетий. Раньше люди контактировали с ртутью намного активнее.
10) Ртутное загрязнение — проблема последних десятилетий.
Это не так. Ртуть — один из древнейших известных человечеству металлов, равно как и киноварь, сульфид ртути. Киноварь активно использовалась в качестве красного красителя (в том числе для производства косметики!), ртуть же применялась в целом ряде процессов, от нанесения позолоты до выделки шляп. При золочении куполов Исаакиевского собора смертельные отравления ртутью получили шестьдесят мастеров, а выражение «безумный шляпник» отражает симптомы хронического отравления при выделке шкурок для мужских шапок.
Вплоть до середины XX века при обработке шкур использовался токсичный нитрид ртути. Ртуть входила и в состав многих лекарств, причем в несопоставимых с тиомерсалом дозировках. Каломель, к примеру, является хлоридом ртути (I), и ее применяли как антисептик наряду с сулемой — хлоридом ртути (II).
В последние десятилетия использование ртути в медицине резко сократилось ввиду данных о токсичности этого металла. Встретить ту же каломель можно разве что в гомеопатических препаратах. Или в «народной» медицине — зафиксирован ряд отравлений ртутью после употребления препаратов китайской народной медицины.
Справка: почему ртуть ядовита?
Ртуть взаимодействует с селеном. Селен — это микроэлемент, который входит в состав тиоредоксинредуктазы, фермента, при помощи которого восстанавливается белок тиоредоксин. Тиоредоксин задействован во множестве жизненно важных процессов. В частности, тиоредоксин нужен для борьбы с повреждающими клетки свободными радикалами, в этом случае он работает в связке с витаминами C и E.
Ртуть необратимо повреждает тиоредоксинредуктазу, и она перестает восстанавливать тиоредоксин. Тиоредоксина становится мало, и клетки в результате хуже справляются со свободными радикалами.
Алексей Тимошенко
Разгадка тайн планеты Меркурий
MESSENGER — Разгадка тайн планеты МеркурийМеркурий, Венера, Земля и Марс являются земными (каменистыми) планетами. Среди них Меркурий является крайностью: самый маленький, самый плотный (после поправки на самосжатие), тот, у кого самая старая поверхность, тот, у которого самые большие ежедневные колебания температуры поверхности, и наименее изученный. Понимание этого «конечного члена» среди планет земной группы имеет решающее значение для лучшего понимания того, как планеты в нашей Солнечной системе формировались и развивались. Чтобы развить это понимание, миссия MESSENGER, космический корабль и научные инструменты сосредоточились на ответах на шесть ключевых нерешенных вопросов, которые позволяют нам понять Меркурий как планету.
Для получения дополнительной подробной информации о ведущих научных вопросах и открытиях миссии MESSENGER ознакомьтесь с некоторыми статьями, указанными в списке публикаций MESSENGER.Вопрос 1: Почему Меркурий такой плотный?
Плотность Меркурия означает, что богатое металлами ядро занимает не менее 60% массы планеты, что в два раза больше, чем у Земли! MESSENGER получил информацию о составе и минералогии, чтобы отличить текущие теории о том, почему Меркурий такой плотный.
Нарисованная художником ранняя солнечная туманность показывает время, когда формировались планеты земной группы. Такие процессы, как сопротивление небулярного газа, испарение в горячей ранней туманности и гигантские ударные столкновения, были предложены как возможные процессы, которые значительно повлияли на общий состав Меркурия. (Авторские права на картину принадлежат Уильяму К. Хартманну)
Каждая из планет земной группы состоит из плотного, богатого железом ядра, окруженного каменистой мантией, состоящей в основном из силикатов магния и железа.
Существуют три основные теории, объясняющие, почему Меркурий намного плотнее и богат металлами, чем Земля, Венера и Марс.
Каждая теория предсказывает разный состав горных пород на поверхности Меркурия. Согласно одной идее, до того, как сформировался Меркурий, притягивание солнечным туманным газом вблизи Солнца механически отсортировало силикатные и металлические зерна, при этом более легкие силикатные частицы предпочтительно замедлились и утеряны для Солнца; Позже ртуть образовалась из материала в этом регионе и, следовательно, обогащается металлом. Этот процесс не предсказывает каких-либо изменений в составе силикатных минералов, составляющих каменистую часть планеты, а только относительное количество металла и породы. Согласно другой теории, огромное тепло в ранней туманности испарило часть внешнего слоя горных пород прото-Меркурия, в результате чего планета сильно обеднела летучими элементами. Эта идея предсказывает, что состав породы беден легко испаряемыми элементами, такими как натрий и калий. Третья идея заключается в том, что гигантский удар после того, как протоМеркурий сформировался и дифференцировался, сорвал первичную кору и верхнюю мантию.
MESSENGER определит, какая из этих идей верна, измерив состав каменистой поверхности. Рентгеновские, гамма- и нейтронные спектрометры будут измерять элементы, присутствующие в поверхностных породах, и определять, истощены ли летучие элементы или не хватает элементов, которые имеют тенденцию концентрироваться в планетарной коре. Спектрограф видимого инфракрасного диапазона определит, какие минералы присутствуют, и позволит построить минералогические карты поверхности. Анализ гравитационных и топографических измерений позволит оценить толщину коры Меркурия. Чтобы сделать эти сложные измерения состава поверхности Меркурия и характеристик земной коры, этим инструментам потребуется собрать множество наблюдений за поверхностью. Три пролета MESSENGER мимо Меркурия предоставили возможность провести предварительные наблюдения, но для точного определения состава поверхности необходимы многочисленные измерения с орбиты вокруг Меркурия.
Вопрос 2: Какова геологическая история Меркурия?
До миссии MESSENGER только 45% поверхности Меркурия было сфотографировано космическим аппаратом! Используя полный набор инструментов, MESSENGER очень подробно изучил геологическую историю Меркурия, в том числе части планеты, которые никогда не видел «Маринер-10». деформирует ударный кратер, видимый в правом верхнем углу. Это изображение было получено во время первого пролета MESSENGER мимо Меркурия, ширина изображения составляет около 110 км.
До MESSENGER только 45% поверхности Меркурия было замечено космическим кораблем во время миссии Mariner 10. Объединив фотографии, сделанные с борта «Маринера-10», с изображениями, полученными с трех пролетов MESSENGER над Меркурием, можно увидеть в деталях около 98% поверхности Меркурия.
Впервые можно приступить к глобальному изучению геологической истории Меркурия.
Большая часть поверхности Меркурия выглядит древней и покрытой кратерами, напоминая поверхность земной Луны. Чуть более молодые равнины с меньшим количеством кратеров расположены внутри и между самыми большими старыми кратерами. Многие из этих равнин являются вулканическими из-за их возраста по сравнению с близлежащими крупными ударными элементами и другими индикаторами вулканической активности. Данные облетов MESSENGER показывают, что вулканизм на Меркурии сохранялся, по крайней мере, в течение первой половины истории планеты, и что стиль вулканизма включал как эффузивные, так и эксплозивные извержения.
Тектоническая история Меркурия не похожа на историю любой другой планеты земной группы. На поверхности Меркурия наиболее заметными особенностями, созданными тектоническими силами, являются длинные, округлые, лопастные уступы или скалы, некоторые из которых достигают высоты более километра и длины в сотни километров.
Бассейн Калорис — наиболее хорошо сохранившийся большой ударный бассейн, известный на Меркурии. Полная протяженность бассейна Калорис была впервые получена во время первого пролета MESSENGER мимо Меркурия, показывая, что бассейн даже больше, чем считалось ранее (желтая линия = диаметр Mariner 10 1300 км; синяя линия = диаметр MESSENGER 1550 км).
Оказавшись на орбите, MESSENGER проведет ряд исследований геологии Меркурия, чтобы определить последовательность процессов, сформировавших поверхность. Рентгеновские, гамма- и видимые инфракрасные спектрометры определят элементный и минералогический состав горных пород, слагающих поверхность. Камеры будут отображать поверхность Меркурия в цвете и с типичным разрешением изображения, которое превосходит разрешение большинства снимков Mariner 10.
Вопрос 3: Какова природа магнитного поля Меркурия?
Меркурий имеет глобальное внутреннее магнитное поле, как и Земля, но Марс и Венера его не имеют. Охарактеризовав магнитное поле Меркурия, MESSENGER помог ответить на вопрос, чем отличаются внутренние планеты в своей магнитной истории.
Различные компоненты магнитосферы Меркурия являются результатом сложных и динамических взаимодействий между магнитным полем Меркурия и солнечным ветром.
Рисунок предоставлен Дж. А. Славиным, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
Магнитное поле Меркурия и образующаяся в результате магнитосфера, образующиеся в результате взаимодействия магнитного поля Меркурия с солнечным ветром, уникальны во многих отношениях. Возможно, одним из самых примечательных наблюдений за магнитным полем Меркурия является простое наблюдение, что оно есть у маленькой планеты. Магнитное поле Меркурия похоже по своей «дипольной» форме на магнитное поле Земли, которое напоминает поле, которое возникло бы, если бы в центре планеты находился гигантский стержневой магнит. Напротив, на Венере, Марсе и Луне нет свидетельств наличия внутренних диполярных магнитных полей, но у Луны и Марса есть свидетельства существования локальных магнитных полей, сосредоточенных в разных отложениях горных пород.
Магнитосфера Земли очень динамична и постоянно меняется в ответ на активность Солнца, включая как солнечные бури, так и более скромные изменения солнечного ветра и межпланетного магнитного поля.
Мы видим последствия этой динамики на земле, поскольку они влияют на электрические сети и электронику, вызывая отключения электроэнергии и помехи для радио и телефонов. Моряк-10 показал, что магнитосфера Меркурия испытывает аналогичную динамику; понимание этих вариаций поможет нам понять взаимодействие Солнца с планетарными магнитосферами в целом.
Хотя магнитное поле Меркурия считается уменьшенной версией поля Земли, «Маринер-10» не измерил поле Меркурия достаточно хорошо, чтобы охарактеризовать его. Существует даже значительная неопределенность в силе и источнике магнитного поля. Облеты Меркурия с помощью MESSENGER подтвердили, что на Меркурии существует глобальное магнитное поле, которое, скорее всего, возникает из-за движения жидкости во внешней жидкой части металлического ядра Меркурия, но есть неопределенность в отношении расплавленной части ядра, а также того, создается ли поле магнитным полем. композиционные или термические различия. Однако разные представления о движущей силе магнитного поля Меркурия предсказывают несколько иную геометрию поля, поэтому тщательные измерения с помощью космического корабля потенциально могут отличить существующие теории.
Магнитометр MESSENGER будет детально характеризовать магнитное поле Меркурия с орбиты в течение четырех лет Меркурия (каждый год Меркурия равен 88 земным дням), чтобы определить его точную силу и то, как эта сила зависит от положения и высоты. Воздействие Солнца на динамику магнитосферы будет измеряться магнитометром и спектрометром энергичных частиц и плазмы. Высокоэффективные инструменты MESSENGER и широкий охват орбиты значительно улучшат наше понимание как происхождения магнитного поля Меркурия, так и природы его взаимодействия с солнечным ветром.
Вопрос 4: Какова структура ядра Меркурия?
Комбинируя измерения гравитационного поля Меркурия и наблюдения с помощью лазерного альтиметра, MESSENGER определил размер ядра Меркурия и подтвердил, что внешнее ядро Меркурия расплавлено.
Радиус ядра Меркурия составляет примерно 75% от радиуса всей планеты, что намного больше, чем у Земли.
Как и у Земли, у Меркурия есть ядро, хотя бы частично жидкое. Однако, в отличие от Земли, размер твердого внутреннего ядра неизвестен. Рисунок предоставлен NASA и APL.
Как обсуждалось в вопросах 1 и 3, Меркурий имеет очень большое ядро, богатое железом, и глобальное магнитное поле; эта информация была впервые собрана во время пролета Mariner 10. Совсем недавно наземные радиолокационные наблюдения за Меркурием также показали, что по крайней мере часть большого металлического ядра все еще находится в жидком состоянии. Наличие по крайней мере частично расплавленного ядра означает, что очень небольшое, но обнаруживаемое изменение скорости вращения Меркурия имеет большую амплитуду из-за развязки между твердой мантией и жидким ядром. Знание того, что ядро не полностью затвердело, даже несмотря на то, что Меркурий остыл за миллиарды лет с момента своего образования, накладывает важные ограничения на тепловую историю, эволюцию и состав ядра планеты.
Однако эти ограничения ограничены из-за низкой точности текущей информации о гравитационном поле Меркурия, полученной с пролётов Mariner 10 и MESSENGER.
Фундаментальные вопросы о ядре Меркурия, такие как его состав, еще предстоит изучить. Ядро из чистого железа сегодня было бы полностью твердым из-за высокой температуры плавления железа. Однако, если другие элементы, такие как сера, также присутствуют в ядре Меркурия, даже на уровне всего нескольких процентов, температура плавления значительно снижается, что позволяет ядру Меркурия оставаться хотя бы частично расплавленным по мере остывания планеты. Ограничение состава ядра тесно связано с пониманием того, какая часть ядра является жидкой, а какая затвердела. Есть ли только очень тонкий слой жидкости над в основном твердым ядром или ядро полностью расплавлено? Ответ на подобные вопросы также может дать представление о текущем тепловом состоянии недр Меркурия, что является очень ценной информацией для определения эволюции планеты.
Используя лазерный альтиметр на орбите, MESSENGER проверит наличие жидкого внешнего ядра, измерив либрацию Меркурия. Либрация — это медленное 88-дневное колебание планеты вокруг своей оси вращения.
Либрация каменистой внешней части планеты будет в два раза больше, если она будет плавать на жидком внешнем ядре, чем если она примерзнет к твердому ядру. Благодаря радиоотслеживанию космического корабля на орбите MESSENGER также будет определять гравитационное поле с гораздо большей точностью, чем это может быть достигнуто во время пролета. Либрационный эксперимент в сочетании с улучшенными измерениями гравитационного поля предоставит информацию о размере и структуре ядра.
Вопрос 5: Какие необычные материалы находятся на полюсах Меркурия?
На полюсах Меркурия внутри некоторых кратеров есть постоянно затененные участки, содержащие материал с высокой отражающей способностью в диапазоне длин волн радара. Может ли этот материал быть льдом, хотя Меркурий — ближайшая к Солнцу планета? Узнайте, что обнаружил MESSENGER.
На радиолокационном изображении северной полярной области Меркурия видны яркие для радара области, сосредоточенные в круглых дне кратеров с постоянно затененными внутренними частями.
Яркий для радара материал может быть водяным льдом, но были предложены и альтернативные варианты. Изображение 450 км в поперечнике. Изображение предоставлено Дж. К. Хармоном, обсерватория Аресибо.
Ось вращения Меркурия ориентирована почти перпендикулярно орбите планеты, так что в полярных регионах солнечный свет падает на поверхность под почти постоянным углом скольжения. Таким образом, некоторые внутренние части больших кратеров на полюсах постоянно затенены и постоянно очень холодны. Наземные радиолокационные изображения полярных регионов показывают, что дно больших кратеров обладает высокой отражающей способностью в радиолокационном диапазоне, в отличие от окружающей местности. Кроме того, яркие для радаров области соответствуют по своим радиолокационным свойствам полярной шапке Марса или ледяным спутникам Юпитера, что позволяет предположить, что материал, сконцентрированный в затененных кратерах, представляет собой водяной лед. Идея стабильности водяного льда на поверхности ближайшей к Солнцу планеты интригует.
Считается, что температура внутри этих постоянно затененных кратеров достаточно низкая, чтобы водяной лед оставался стабильным для большинства наблюдаемых отложений. Лед от падающих комет и метеоритов может оставаться в холодных ловушках в полярных отложениях Меркурия в течение миллионов или миллиардов лет, или водяной пар может выделяться из недр планеты и замерзать на полюсах. Было также замечено, что несколько кратеров на таких низких широтах, как 72 ° северной широты, содержат внутри себя материал, яркий для радара, и в этих более теплых широтах поддержание стабильного водяного льда в течение более длительных периодов времени может быть более трудным; недавнее столкновение с кометой за последние несколько миллионов лет может потребоваться для удовлетворения всех радиолокационных наблюдений. В качестве альтернативы было высказано предположение, что яркие для радара отложения не являются водяным льдом, а состоят из другого материала, такого как сера. Сера будет стабильной в холодных ловушках внутри постоянно затененных кратеров, а источником серы может быть либо падающий метеоритный материал, либо поверхность самого Меркурия.
Также было высказано предположение, что естественные силикаты, из которых состоит поверхность Меркурия, могут создавать наблюдаемые радиолокационные отражения, когда поддерживаются при чрезвычайно низких температурах, присутствующих в постоянно затененных кратерах.
Три облета Меркурия «Мессенджером» прошли почти над экватором и не позволили увидеть полюса планеты. Однако на орбите вокруг Меркурия нейтронный спектрометр MESSENGER будет искать водород в любых полярных отложениях, обнаружение которых предполагает, что полярные отложения богаты водой. Ультрафиолетовый спектрометр и спектрометр энергичных частиц и плазмы будут искать следы гидроксида или серы в разреженном паре над отложениями. Лазерный высотомер предоставит информацию о топографии постоянно затененных кратеров. Понимание состава полярных отложений Меркурия прояснит перечень и доступность летучих материалов во внутренней части Солнечной системы.
Вопрос 6: Какие летучие вещества важны для Mercury?
MESSENGER измерил состав тонкой экзосферы Меркурия, предоставив информацию о процессах, ответственных за ее существование.
Во время первого пролета «Мессенджера» над Меркурием было измерено распределение нейтрального натрия в «хвосте» экзосферы Меркурия.
Меркурий окружен очень тонкой газовой оболочкой. Он настолько тонкий, что, в отличие от атмосфер Венеры, Земли и Марса, молекулы, окружающие Меркурий, не сталкиваются друг с другом, а вместо этого подпрыгивают с места на место на поверхности, как множество резиновых мячей. Эта разреженная атмосфера называется экзосферой.
Известно, что в экзосфере Меркурия существует семь элементов: водород, гелий, кислород, натрий, калий, кальций и, как обнаружил MESSENGER, магний. Наблюдаемая экзосфера нестабильна во временных масштабах, сравнимых с возрастом Меркурия, поэтому должны быть источники для каждого из этих элементов. Большое количество водорода и гелия присутствует в солнечном ветре, потоке горячего ионизированного газа, испускаемого Солнцем. Другие элементы, вероятно, происходят из материала, воздействующего на Меркурий, такого как микрометеороиды или кометы, или непосредственно из горных пород на поверхности Меркурия.
Эти элементы могли попасть в экзосферу несколькими различными процессами, и каждый процесс дает различную смесь элементов: испарение горных пород в результате ударов, испарение элементов с поверхности горных пород под действием солнечного света, распыление солнечным ветром или ионами магнитосферы или диффузия из атмосферы. интерьер планеты. Наблюдалась сильная изменчивость состава экзосферы Меркурия, что свидетельствует о взаимодействии нескольких из этих процессов.
MESSENGER определит состав экзосферы Меркурия, используя свой ультрафиолетовый спектрометр и спектрометр энергичных частиц и плазмы. Состав экзосферы, измеренный этими приборами, будет сравниваться с составом поверхностных пород, измеренным рентгеновскими, гамма- и нейтронными спектрометрами. Когда MESSENGER вращается вокруг Меркурия, будут отслеживаться изменения в составе экзосферы. Комбинация этих измерений прояснит природу экзосферы Меркурия и процессов, влияющих на нее.
- 10 главных прорывов
- О нас
- Почему Меркурий
- Хронология миссии
- Дизайн миссии
- Запуск и круиз
- Гравитация помогает
- Графики облета планет
- Маневры коррекции траектории
- Работа с орбиты
- Расширенная миссия
- Последняя расширенная миссия
- Космический аппарат и приборы
- Команда
- Исследуйте
- 9Коллекция 0095 Highlights
- Глобальная мозаика
- База данных избранных изображений
- Видео
- Видео миссии
- Фильмы
- Анимации
- Графика
- Впечатления художника
- Фото
- Совместное использование
- Подкасты
- Поэзия и музыка
- Меркурий на Google Планета Земля
- Быстрая карта орбитальных данных
- Узнать
- Игры и интерактивы
- Исследование данных
- Игры и симуляторы
- ПОСЫЛЬНИК Модели
- Образовательные модули
- Наш солнечный район
- Наука и техника в действии
- Игры и интерактивы
- Ресурсы
- Артикул
- Информационные материалы
- Информационные бюллетени
- Брошюры
- Пресс-подборки
- Акронимы и сокращения
- Вопросы и ответы
- Информация об облете
- Основные моменты Mercury Science
- Публикации
- Пресс-конференции
- Семинары и встречи
- Семинары пользователей данных MDIS
- Семинар пользователей данных MASCS/VIRS
- Встречи научной группы
- Презентации
- Орбитальный аппарат «Меркурий»: отчет научной рабочей группы (1991 г.
)
)Три причины, почему мы так мало знаем о Меркурии
Наука и исследования10453 просмотров 22 лайков
Меркурий — наименее изученная из четырех каменистых планет внутренней части Солнечной системы. Только в 2011 году первый космический корабль НАСА MESSENGER вышел на орбиту вокруг планеты. Для сравнения, Юпитер, расположенный примерно в пять раз дальше от Земли, приветствовал свой первый орбитальный аппарат уже в 1990-х годах. Также известно, что Меркурий трудно наблюдать с Земли. Здесь мы представляем три наиболее значительных препятствия в исследовании Меркурия.
1. Трудно наблюдать
Из пяти планет, известных с древних времен как «блуждающие звезды», Меркурий наименее изучен. В отличие от Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, Меркурий, как известно, трудно наблюдать с Земли. Будучи самой внутренней планетой Солнечной системы, она всегда кажется слишком близкой к Солнцу.
В то время как золотое время для астрономических наблюдений приходится на ночь, Меркурий заходит и восходит на небе почти одновременно с Солнцем. Это означает, что его можно заметить лишь ненадолго незадолго до восхода солнца и сразу после заката, и он всегда появляется близко к горизонту.
Хотя планету можно наблюдать в телескопы в дневное время, астрономам необходимо принимать дополнительные меры предосторожности, поскольку интенсивный солнечный свет и постоянная близость Солнца могут повредить оптику. Большим телескопам часто вообще не разрешается смотреть в сторону Солнца из-за возможных повреждений.
Интересно, что одна из самых мощных на сегодняшний день астрономических обсерваторий, легендарный космический телескоп Хаббл НАСА/ЕКА, никогда не фотографировала Меркурий. Облетев Землю на высоте около 550 км, Хаббл наблюдал некоторые очень далекие небесные объекты, такие как голубая сверхгигантская звезда по прозвищу Икар, находящаяся на расстоянии около 14 миллиардов световых лет.
Однако он никогда не смотрел на Меркурий из-за опасений повредить его чувствительную оптику.
2. Труднодоступный
Бепи Коломбо требуется семь лет и девять пролетов, чтобы добраться до Меркурия.
Хотя «Маринер-10» НАСА трижды пролетел мимо Меркурия в начале 1970-х годов, обращаясь вокруг Солнца, только в 2011 году первая миссия НАСА «МЕССЕНДЖЕР» вышла на орбиту непосредственно вокруг Меркурия.
Для сравнения, Марс получил свой первый орбитальный аппарат в 1971 году, а Венера — в 1975 году. Юпитер, ближайший к Земле на расстоянии почти 630 миллионов километров по сравнению со средним расстоянием Меркурия 77 миллионов километров, приветствовал свой первый орбитальный аппарат в 1995. Даже более далекий Сатурн предшествовал Меркурию с миссией Кассини, совместным проектом НАСА, ЕКА и Итальянского космического агентства, на семь лет.
Почему Меркурий так мало изучен? После трех коротких пролетов «Маринера-10» в 1973 и 1974 годах в исследовании самой внутренней планеты Солнечной системы в течение почти четырех десятилетий ничего не происходило.
Удивительно, но, несмотря на то, что Меркурий гораздо ближе к Земле, чем Юпитер и Сатурн, на самом деле добраться до него труднее. По некоторым оценкам, чтобы добраться до карликовой планеты Плутон, потребуется меньше энергии, чем для того, чтобы добраться до Меркурия. Причина тому — близость Меркурия к Солнцу. Космический корабль, стремящийся не только пролететь мимо Меркурия, находясь на орбите вокруг Солнца, но и выйти на орбиту непосредственно вокруг планеты, должен постоянно тормозить, преодолевая гравитационное притяжение звезды.
«Есть два способа выполнить это торможение», — говорит Йоханнес Бенкхофф, научный сотрудник проекта ЕКА по миссии BepiColombo. «Либо вам нужен огромный космический корабль с большим количеством топлива, либо вы можете использовать гравитацию других планет, чтобы замедлять вас по пути. Чтобы добраться до Меркурия, вам нужно совершить несколько таких облетов планет, поэтому путешествие занимает много времени».
Солнечному орбитальному аппарату ESA Sun-explorer требуется менее двух лет, чтобы достичь своей целевой орбиты вокруг Солнца, которое даже ближе к нашей родительской звезде, чем Меркурий.
Удивительно, но BepiColombo требуется семь лет, чтобы занять правильное положение, чтобы вывести два своих орбитальных аппарата, орбитальный аппарат Mercury Planetary Orbiter (MPO) ЕКА и магнитосферный орбитальный аппарат Mercury Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), на правильные орбиты вокруг Меркурия. Чтобы добраться туда, космический корабль должен выполнить в общей сложности девять гравитационных маневров или облетов, которые помогут ему затормозить и скорректировать траекторию.
Одним из пионеров изучения использования планетарных облетов для корректировки траекторий космических миссий был итальянский инженер Джузеппе (Бепи) Коломбо. Именно Бепи Коломбо предложил оптимизировать траекторию «Маринера-10», совершив облет Венеры, чтобы в конечном итоге достичь трех облетов Меркурия вместо первоначально запланированного. Именно его имя носит нынешняя европейско-японская миссия Меркурия BepiColombo.
«Большую часть энергии, чтобы добраться до Меркурия, мы получаем от пролетов», — говорит Йоханнес.
«Мы используем наше топливо в основном для правильного пролета, чтобы привести космический корабль в правильное положение, когда мы пролетаем мимо планеты, чтобы получить от него максимальную энергию, чтобы затормозить и пойти в правильном направлении к Солнцу».
3. Слишком жарко, чтобы приближаться к орбите
BepiColombo: работа в экстремальных условияхБлижайшее расстояние NASA Mariner 10 от поверхности Меркурия во время одного из трех коротких сближений составляло 327 км. Космический корабль MESSENGER вращался вокруг Меркурия в период с 2011 по 2015 год по эллиптической орбите, которая несколько изменилась за эти годы. Ближайшая точка орбиты оказалась примерно на 200 км от поверхности Меркурия, а самая дальняя сместилась с первоначальных 15 200 км примерно на 9000 км к концу своей миссии.
Планетарный орбитальный аппарат ЕКА «Меркурий» (MPO), один из двух орбитальных аппаратов, входящих в состав миссии BepiColombo, будет следовать по гораздо более узкой орбите вокруг Меркурия, причем ближайшая точка будет находиться на начальном расстоянии 480 км от поверхности, а самая дальняя — всего на 1500 км.
Со временем орбита BepiColombo изменится, и ближайшая точка к поверхности опустится примерно на 200 км, прежде чем снова поднимется.
Несмотря на то, что «Маринер-10» и «Мессенджер» ненадолго сближались, они никогда не оставались в палящем зное возле Меркурия постоянно. В результате ни одна из миссий не получила данных высокого разрешения по всей поверхности планеты, что BepiColombo должен исправить.
Амбициозные планы европейских ученых в отношении BepiColombo заставили инженерные команды ЕКА и его сотрудников работать до предела.
Даниэле Страмаччони, системный инженер ESA BepiColombo, сравнил ситуацию, с которой BepiColombo столкнется, с засовыванием работающего ноутбука в горячую печь для пиццы.
«BepiColombo — это уникальная миссия, — говорит он. «Около 80% оборудования пришлось разрабатывать с нуля. Без широко распространенных инноваций он никогда бы не взлетел».
Во время разработки BepiColombo должен был столкнуться с более суровыми условиями, чем любая из предыдущих миссий ЕКА.
Мало того, что солнечный свет вокруг Меркурия примерно в 10 раз интенсивнее, чем вблизи Земли, выжженная поверхность планеты также излучает тепло обратно в космос. В результате MPO придется выдерживать температуры до 450°C, достаточно высокие, чтобы расплавить свинец.
Материалы, используемые в стандартных космических миссиях, не способны выдерживать такие высокие температуры. Например, стандартные солнечные батареи начинают разваливаться при 140°C. Поэтому инженерам пришлось искать совершенно новые материалы для работы. Полимер, армированный углеродным волокном, позволил увеличить рабочую температуру солнечных панелей до более чем 200 ° C, но массивы по-прежнему необходимо наклонять на угол до 70 градусов, чтобы уменьшить воздействие солнца.
Технология солнечных батарей была одним из решающих вопросов для миссии, и неудачи в ее разработке в какой-то момент поставили проект на грань отмены.
MPO также оснащен сложной системой охлаждающих трубок, передающих тепло изнутри космического корабля к радиаторам, прикрепленным к его затененной стороне.