درمورد عطارد چه می‌دانیم؟

عطارد کوچک‌ترین و نزدیک‌ترین سیاره به خورشید است. به همین دلیل عطارد یکی از سخت‌ترین سیاره‌ها برای رصد با چشم غیرمسلح است. میانگین فاصله‌اش از خورشید 57,909,227 کیلومتر است. عطارد آنقدر کوچک است که می‌توان 18 تا از آن را در داخل زمین جا داد. این سیاره فقط کمی از ماه بزرگ‌تر است . وقتی از سطح عطارد به خورشید نگاه کنیم، خورشید را سه برابر بزرگ‌تر از وقتی می‌بینیم که از زمین به خورشید نگاه می‌کنیم و نور خورشید نیز هفت برابر روشن‌تر خواهد بود. برخلاف نزدیک‌تر بودن به خورشید نسبت به بقیه‌ی سیاره‌ها، عطارد گرم‌ترین سیاره نیست. زهره گرم‌ترین سیاره است و علتش اتمسفر غلیظ زهره است.

سیاره عطارد چیست؟ — مقایسه‌ی زمین و عطارد

عطارد سریع‌ترین سیاره در منظومه‌ی شمسی است و با سرعت 47 کیلومتر بر ثانیه در فضا حرکت می‌کند. هرچقدر یک سیاره به خورشید نزدیک‌تر باشد، سرعتش نیز بیشتر می‌شود. چون عطارد سریع‌ترین سیاره و نزدیک‌ترین به خورشید است، کوتاه‌ترین سال را نیز دارد. هر سال عطارد 87.97 روز زمین است. هر روز عطارد، نسبت به ستاره‌های خیلی دور، 58.646 روز زمین است.

دمای سطح عطارد در طی روز به 430 درجه‌ی سیلیسیوس می‌رسد. علت این دمای زیاد نزدیکی عطارد به خورشید است. اما چون عطارد اتمسفر نازکی دارد که نمی‌تواند این گرما را در جو نگه دارد، شب‌ها دمای این سیاره به 180- درجه‌ی سیلیسیوس می‌رسد.

عطارد یک سیاره‌ی سنگی (terrestrial planet) است. سیاره‌ای سنگی یا زمین‌سان است که مواد سازنده‌اش به طور عمده فلزها و سنگ‌های سیلیکانی هستند. سیاره‌های سنگی منظومه‌ی شمسی عطارد، زهره، زمین و مریخ هستند. سطح عطارد شبیه به ماه است، سطحش جامد است و دهانه‌های برخوردی زیادی دارد. اتمسفر عطارد بسیار نازک است و فقط از اگزوسفر تشکیل شده است. مواد سازنده‌ی این اتمسفر اکسیژن، سدیم، هیدروژن، هلیوم و پتاسیم هستند. در این اتمسفر نمی‌توان نفس کشید. عطارد نه قمری دارد و نه حلقه‌ای و میدان مغناطیسی‌اش نسبتا ضعیف است.

چون تابش خورشید بر عطارد زیاد است و دمای زیادی دارد، بنظر نمی‌رسد که حیات به شکلی که ما می‌شناسیم در سطح عطارد ممکن باشد.

نامگذاری

عطارد در یونان باستان دو اسم مختلف داشت. وقتی قبل از طلوع خورشید دیده می‌شد به آن آپولو (Apollo) می‌گفتند و وقتی بعد از غروب خورشید رصد می‌شد هرمس (Hermes) نام داشت. هرمس پیام‌رسان سریع خدایان یونان باستان است. علت این نام‌گذاری نیز سرعت زیاد عطارد است. در حدود 350 سال قبل از میلاد، یونانیان باستان متوجه شدند که این دو ستاره در واقع یکی هستند. رومیان باستان این سیاره را بر اساس خدای رومی «مرکوری» (Mercury) نام‌گذاری کردند. این خدای رومی هم نمادی از پیام‌رسانی است.

تاریخچه‌ی کشف و رصد

لوح‌های مول.اپین ( MUL.APIN tablets) اولین مشاهدات از عطارد را ثبت کرده‌اند. این اطلاعات عمدتا توسط ستاره‌شناسان آشوری در حدود قرن 14 پیش از میلاد ثبت شده‌اند. این لوح‌ها با خط میخی نوشته می‌شدند و در آن‌ها از عطارد با عنوان «سیاره‌ی پرشگر» یاد می‌کردند. بابلی‌ها برای اولین بار عطارد را در یک هزاره قبل از میلاد رصد و در نوشته‌های خود ثبت کرده‌اند. آن‌ها عطارد را نبو (Nabu) نام‌گذاری کردند. نبو در آیین بابلی پیام‌رسان خدایان است.

بطلمیوس در کتاب فرضیه‌های سیاره‌ای (Planetary Hypotheses) خود درمورد احتمال گذر سیاره‌‌ها از جلوی خورشید نوشته است. او نوشته است که هیچ گذری مشاهده نشده است و این ممکن است دو دلیل داشته باشد: سیاره‌هایی مثل عطارد آنقدر کوچک هستند که مشاهده‌ی گذر آن‌ها امکان پذیر نیست و یا این گذرها بسیار نادرند.

در سده‌های میانه اسلامی، ابراهیم زرقالی، اخترشناس اندلسی، مدار عطارد را به صورت بیضی مثل تخم مرغ یا دانه‌ی کاج توصیف کرد. البته این توصیف مدار عطارد هیچ تاثیری بر محاسبات نجومی او نداشت. ابراهیم زرقالی این توصیف مدار عطارد را در قرن 11 میلادی انجام داد. در قرن 12 میلادی، ابن باجه «دو سیاره به صورت لکه‌های سیاه بر روی خورشید» مشاهده کرد. قطب الدین شیرازی، در قرن 13 میلادی، وقتی در رصدخانه‌ی مراغه کار می‌کرد این مشاهده را به عنوان گذر عطارد و یا زهره مطرح کرد. البته بیشتر این مشاهدات امروزه به عنوان لکه‌های خورشیدی شناخته می‌شوند.

تاریخچه‌ی کشف و رصد سیاره عطارد — ساختار درونی عطارد

داده‌های اولیه‌ی نجومی

عطارد از چند جهت یک سیاره‌ی قابل توجه است. بخاطر نزدیکی‌اش به خورشید-با میانگین شعاع مداری 58 میلیون کیلومتر-کوتاه‌ترین سال را در بین سیاره‌ها دارد و بیشترین تابش را از خورشید دریافت می‌کند. با شعاع 2440 کیلومتر، کوچک‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است. عطارد حتی از بزرگ‌ترین قمر مشتری، گانیمد (Ganymede)، و بزرگ‌ترین قمر زحل، تیتان (Titan) نیز کوچک‌تر است. به علاوه، عطارد بسیار چگال است. با این که چگالی متوسط عطارد تقریبا با چگالی زمین برابر است، جرم آن از زمین کمتر است و بنابراین گرانشش کمتر عطارد را فشرده کرده است. هسته‌ی بزرگ آهنی عطارد تقریبا 66% جرمش را تشکیل می‌دهد.شعاع این هسته 2100 کیلومتر است. ضخامت پوسته‌ی سنگی بیرونی این سیاره-پوسته‌ی سطحی و گوشته‌ی زیرینش-فقط 300 کیلومتر است.

مدار عطارد

مدار عطارد در بین سیارات منظومه‌ی شمسی بیشترین خروج از مرکز را دارد. خروج از مرکز آن 0.21 است و فاصله‌اش از خورشید از 46 میلیون تا 70 میلیون کیلومتر متغیر است. تغییر فاصله‌ی عطارد از خورشید با اندازه‌ی این سیاره رابطه‌ی عکس دارد. این فاصله متغیر تا خورشید منجر به خم شدن سطح عطارد توسط نیروهای جزر و مدی می‌شود که حدود 17 برابر قوی‌تر از جزر و مدهایی است که ماه بر روی زمین ایجاد می‌کند.

عطارد رزونانس اسپین-مدار 3:2 دارد، این یعنی به ازای تکمیل دو بار گردش به دور خورشید، عطارد سه بار به دور خود می‌چرخد. تغییر زیاد فاصله‌ی عطارد از خورشید وقتی با رزونانس اسپین-مدار 3:2 همراه می‌شود باعث می‌شود که سطح عطارد تغییرات دمایی پیچیده‌ای داشته باشد. این رزونانس باعث می شود که یک روز خورشیدی (طول بین دو گذر از نصف النهار خورشید) در عطارد دقیقاً دو سال عطارد یا حدود 176 روز زمینی طول بکشد.

مدار عطارد نسبت به صفحه‌ی مدار زمین (دایره البروج) 7 درجه متمایل است که این از باقی همه سیاره‌ها بیشتر است. در نتیجه، گذر عطارد از خورشید تنها زمانی رخ می دهد که سیاره در حال عبور از صفحه دایره البروج باشد دقیقا وقتی که بین زمین و خورشید قرار دارد. این اتفاق حدودا در ماه می یا نوامبر می‌افتد. یعنی به طور متوسط هر هفت سال یکبار اتفاق می افتد.

انحراف محوری عطارد تقریبا صفر (0.027 درجه) است. این از انحراف محوری مشتری به طور چشم‌گیری کوچک‌تر است. مشتری دومین سیاره‌ایست که کمترین انحراف محوری را دارد. انحراف محوری مشتری حدودا 3.1 درجه است. این به این معنی است که برای ناظری که در قطب عطارد نشسته است، مرکز خورشید هیچ وقت بیشتر از 2.1 دقیقه‌ی قوسی بالای افق نمی‌رود.

پیدایش و تکامل

زمانی دانشمندان باور داشتند که زیاد بودن آهن در عطارد نسبت به بقیه‌ی سیاره‌های زمین‌سان به این علت است که مواد تشکیل دهنده‌ی عطارد از سحابی خورشیدی آمده‌اند و سحابی خورشیدی جاییست که فقط موادی که دمای انجماد خیلی بالا داشتند به شکل جامد بودند. آن‌ها باور داشتند که عناصر و ترکیبات فرار وقتی اینقدر به خورشید نزدیک باشند متراکم نمی‌شوند.

نظریه‌های مدرنی که سعی می‌کنند تشکیل منظومه‌ی شمسی را توضیح دهند می‌گویند ممکن نیست که علت تفاوت اجزای سیاره‌ها تفاوت فاصله‌اشان از خورشید باشد. اتفاقا، اجزای اجسامی که عطارد را بوجود آورده‌اند احتمالاً از بخش وسیعی از داخل منظومه شمسی گرفته شده اند.

بعضی از سیاره‌شناسان این نظریه را مطرح کرده‌اند که در دوره‌های اولیه‌ی تشکیل عطارد، وقتی که یک سیاره با هسته‌ی آهنی خیلی چگال و پوسته و گوشته‌ای تشکیل شده از سنگ‌های سیلیکات محسوب می‌شد، یک برخورد خیلی شدید اتفاق افتاده است و عمده‌ی لایه‌های بیرونی عطارد را از بین برده و یک سیاره که تحت سلطه‌ی هسته‌اش است باقی گذاشته است. این اتفاق مشابه نظریه‌ی پیدایش ماه است. این باور وجود دارد که جسمی به ابعاد مریخ به زمین برخورد کرده است و تکه‌ای که از زمین کنده شده همان ماه است.

با این وجود، چنین نحوه‌ی پیدایش بزرگ و بی‌نظمی لزوما متراکم‌ترین سیاره را در نزدیک‌ترین فاصله به خورشید قرار نمی‌دهد. فرایند‌های دیگری ممکن است علت چگالی بالای عطارد باشند. شاید بخاطر کشش آیرودینامیکی توسط سحابی خورشیدی گازی، در بین مواد سبکی که از سیلیکات تشکیل شده‌اند و مواد سنگین‌تر مثل فلزات، مواد سنگین‌تر برای تشکیل تدریجی عطارد انتخاب شده‌اند.

شاید بخاطر نزدیکی این سیاره به خورشید در زمانی که سن کمی داشت و داغ‌تر بود، سیلیکات‌های عطارد تبخیر شدند و از دست رفتند.

هر یک از این سناریوها دسته‌ای از ترکیبات شیمیایی مختلف را برای عطارد پیش‌بینی می‌کند. علاوه بر این، سقوط سیارک‌ها، شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارها و کاشته شدن ذراتی که بادهای خورشیدی با خود می‌آورند، میلیاردها سال است که سطح و مواد نزدیک به سطح عطارد را تقویت کرده‌اند یا تغییر داده‌اند.

چون این مواد موادی هستند که الان با تلسکوپ‌ها و فضاپیماها تجزیه و تحلیل شده‌اند، درک شرایط اولیه عطارد و فرایندهایی که شکل کنونی عطارد را بوجود آورده‌اند کار بسیار دشواری است.

کاوش‌ها

کاوش‌ها با تلسکوپ‌های زمینی

گالیله اولین کسی بود که عطارد را به وسیله‌ی تلسکوپ از سطح زمین و در اوایل قرن 17 میلادی مشاهده کرد. گالیله به وسیله‌ی تلسکوپش می‌توانست گام‌های سیاره‌ای (planetery phases) زهره را مشاهده کند اما تلسکوپش آنقدر قوی نبود که بتواند گام‌های سیاره‌ای عطارد را هم مشاهده کند.

در سال 1631 میلادی/ 1010 شمسی، پی‌یر گاسندی (Pierre Gasendi) اولین گذر یک سیاره از جلوی خورشید را توسط تلسکوپ مشاهده کرد. این گذر مربوط به عطارد بود که یوهانس کپلر نیز آن را پیش بینی کرده بود.

در 1639 میلادی/ 1018 شمسی، جووانی زوپی (Giovanni Battista Zupi) بوسیله‌ی تلسکوپ کشف کرد که عطارد نیز مثل زهره و ماه مدار دارد. این مشاهدات به طور قطعی نشان داد که عطارد به دور خورشید می چرخد.

یکی از اتفاقات نادر در ستاره شناسی عبور یک سیاره از مقابل یک سیاره‌ی دیگر از ناظر روی زمین است. این پدیده اختفا نام دارد. این پدیده برای عطارد و زهره در هر چند قرن یکبار اتفاق می‌افتد.

جان بویس در رصدخانه‌ی سلطنتی گرینویچ توانست این اتفاق را در 28 می 1737 میلادی/ 7 خرداد 1116 شمسی مشاهده کند. و این رصد تنها رصد از اختفا زهره و عطارد است. اختفای بعدی زهره و عطارد در 3 دسامبر 2133 میلادی/ 12 آذر 1512 شمسی اتفاق می‌افتد.

تا زمانی که اولین کاوشگر فضایی از کنار عطارد عبور کرد، بسیاری از اساسی‌ترین ویژگی‌های مورفولوژیکی آن شناخته نشده بود. علاوه بر این، پیشرفت های تکنولوژیکی اخیر مشاهدات زمینی را بهتر کرده است.

در سال 2000 میلادی/ 1379 شمسی، «تصویربرداری‌های خوش شانس» (Lucky imaging) با کیفیت بالا در رصدخانه‌ی کوه ویلسون و بوسیله‌ی تلسکوپ 1.5 متری هیل (Hale telescope) از عطارد انجام شد. این تصویربرداری‌ها اولین نماهایی را از ویژگی‌های سطحی بخش‌هایی که در ماموریت مارینر 10 تصویربرداری نشده بود، ارائه کردند.

بیشتر سیاره توسط تلسکوپ راداری آرچیبو (Arecibo radar telescope) با وضوح 5 کیلومتر نقشه برداری شد. این تلسکوپ رسوباتی در نواحی قطبی عطارد دید که ممکن است آب در حالت یخ باشد.

تحقیق با کاوشگران فضایی

رسیدن به عطارد از زمین چالش‌های تکنولوژی قابل توجهی دارد چون عطارد نسبت به زمین خیلی نزدیک‌تر به دور خورشید می‌چرخد. فضاپیمایی که از زمین به عطارد می‌رود باید مسافت بیش از 91 میلیون کیلومتر را به سمت چاه پتانسیل گرانشی خورشید بپیماید. سرعت مداری عطارد 47.4 کیلومتر بر ثانیه است، در حالی که سرعت مداری زمین 29.8 کیلومتر بر ثانیه است. در نتیجه فضاپیمایی که به عطارد می‌رود، وارد مدارش می‌شود و به دور عطارد می‌چرخد نسبت به فضاپیمایی که از زمین به مریخ می‌رود تغییرات سرعت بیشتری دارد.

یک سفر به عطارد به سوخت موشک بیشتری نیاز دارد تا سفری که در آن کاملا از منظومه شمسی خارج شویم. به همین خاطر فقط سه ماهواره به عطارد فرستاده شده‌اند.

مارینر 10 (Mariner 10)
مسنجر (MESSENGER)
بپی‌کلمبو (BepiColombo)

تحقیق با کاوشگران فضایی — کاوشگر مارینر 10

مارینر 10

اولین فضاپیمایی که به عطارد رفت فضاپیمای مارینر 10 ناسا بود که در سال 1974 میلادی/ 1353 شمسی به فضا پرتاب شد. این فضاپیما برای تغییر سرعت مداری‌اش از گرانش زهره کمک گرفت تا بتواند به عطارد برسد. مارینر 10 اولین فضاپیمایی است که از «کمک گرانشی» (gravitational assist) استفاده کرد و هم‌چنین اولین فضاپیمای ناسا بود که چندین سیاره را مشاهده کرد.

مارینر 10 اولین تصاویر نزدیک از سطح عطارد را گرفت که دهانه‌های زیاد آن و بسیاری از ویژگی‌های دیگر عطارد را نشان داد. به عنوان مثال مارینر 10 از اسکارپ‌های بزرگ عطارد که علت آن سرد شدن هسته‌ی آهنی آن است، عکس گرفت. متاسفانه هربار که مارینر 10 به عطارد نزدیک می‌شد همان سطحی از سیاره روشن بود که دفعات قبلی مشاهده شده بود. این باعث شد که نتوانیم هر دو سمت سیاره را مشاهده کنیم و باعث شد کمتر از 45 درصد از سطح سیاره را نقشه‌برداری کنیم.

مسنجر

دومین ماموریت فضایی ناسا به عطارد مسنجر نام دارد. این فضاپیما در تاریخ 3 آگوست 2004 میلادی/ 13 مرداد 1383 شمسی به فضا پرتاب شد. اولین بار مسنجر در تاریخ 14 ژانویه 2008 میلادی/ 24 دی 1386 به سطح عطارد خیلی نزدیک شد، دومین بار در 6 اکتبر همان سال میلادی/ 15 مهر 1387 شمسی و سومین بار 29 سپتامبر 2009 میلادی/ 7 مهر 1388 شمسی به عطارد خیلی نزدیک شد. مسنجر توانست در همین سه بار نزدیک شدن به سطح عطارد از بیشتر نیمکره‌ای که توسط مارینر 10 نقشه‌برداری نشده بود، عکس بگیرد.

این کاوشگر در تاریخ 12 مارچ 2011 میلادی/ 21 اسفند 1389 شمسی با موفقیت وارد مدار بیضوی به دور عطارد شد. اولین عکس مداری از عطارد در تاریخ 29 مارچ 2011 میلادی/ 9 فروردین 1390 گرفته شد. علاوه بر مشاهده و نقشه برداری پیوسته از عطارد، مسنجر ماکسیمم چرخه‌ی خورشیدی را در سال 2012 میلادی/ 1391 شمسی مشاهده کرد.

بپی‌کلمبو

آژانس فضایی اروپا و آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن یک ماموریت مشترک به اسم بپی‌کلمبو را راه انداختند که در این ماموریت دو کاوشگر به دور عطارد می‌چرخند: یکی از سطح عطارد نقشه‌برداری می‌کند و دیگری مگنتوسفر عطارد را مطالعه می‌کند.

بپی‌کلمبو در 20 اکتبر 2018 میلادی/ 28 مهر 1397 به فضا فرستاده شد اما هنوز به عطارد نرسیده است و در سال 2025 میلادی/ 1404 شمسی به عطارد خواهد رسید. دو کاوشگر این ماموریت به مدت یک سال زمینی کار خواهند کرد.