تير، سياره فراموش شده
نوشته: جعفر سپهري
هرچند عطارد، اين جهان شگفت‌انگيز، يكي از نزديكترين همسايگان زمين است، بيشتر بخش‌هاي آن ناشناخته مانده است. فلز جيوه، اقليم چهارم، فلك دوم، ... پيوندي تنگاتنگ و ناگسستني با اين هفتمين سياره باستانگان دارد.
عطارد(تير) (Mercury)، نزديكترين همسايه خورشيد زندگي‌بخش، دنيايي از ركوردهاست. از ميان همه اجرامي كه از فشرده شدن ابر پيش‌ستاره‌اي خورشيد به وجود آمده‌اند، عطارد در بيشترين گرما شكل گرفته است. روز آن از پگاه تا پامگاه برابر با 59 روز زميني، طولاني‌ترين روز منظومه شمسي بوده و حتي از يك سال خودش بيشتر است.
هنگامي كه به سمت‌الشمس (Perihelion)، نزديكترين نقطه به خورشيد، مي‌رسد، حركت آن به اندازه‌اي سريع است كه از ديدگاه ناظري كه بر سطح آن قرار دارد، خورشيد در آسمان متوقف شده، رو به عقب حركت مي‌كند. اين كار تا زماني كه حركت وضعي سياره، پيشي گرفته و خورشيد را دوباره به حركت رو به جلو وادارد، ادامه خواهد داشت. در طي روز، دماي سطح آن به حدود 700 درجه كلوين، گرم‌تر از سطح هر سياره ديگر، بيش از دماي ذوب سرب رسيده، در شب به 100 درجه كلوين، كه براي انجماد كريپتون كافي‌است، سقوط مي‌كند.
چنين مواردي، به طور استثنائي، عطارد را براي ستاره‌شناسان، جذاب مي‌كند. به همين دليل چند تلاش مخصوص، براي پژوهش‌هاي علمي، در باره اين سياره انجام شده است. خواص استثنائي عطارد، آن را براي تطبيق و هماهنگي با هر طرح فراگير تكامل منظومه شمسي، با مشكل روبرو نموده است. ولي از سوي ديگر، همين خواص غير معمول، به نوعي يك محك دقيق و حساس، براي فرضيه‌هاي ستاره شناسان است. هرچمد عطارد، پس از و زهره (ناهيد Venus) و مريخ (بهرام Mars) نزديكترين همسايه زمين است، تنها درباره پلوتوي دوردست، كمتر از آن مي‌دانيم. بيشتر دانش ما درباره عطارد، از جمله پيدايش و تكامل، ميدان مغناطيسي اسرارآميز، جو رقيق، هسته احتمالا مايع و چگالي بسيار بالاي آن در پرده‌اي از ابهام باقي مانده است.
عطارد به روشني مي‌درخشد، اما چنان دور است كه ستاره‌شناسان پيشين نتوانستند هيچ جزئياتي از عوارض زمينه آن را تشخيص دهند، و فقط مسير حركت آن در آسمان را ترسيم كردند. همانند ديگر سيارگان دروني، عطارد از ديدگاه ناظر زميني، هرگز بيش از 27 درجه از خورشيد دور نمي‌شود. اين زاويه كوچكتر از زاويه‌اي است كه در ساعت 1، عقربه‌هاي يك ساعت با هم تشكيل مي‌دهند. پس به‌اين ترتيب، ديدن آن تنها در طول روز امكان‌پذير است كه آن هم به دليل پخش شدن نور خورشيد منتفي است، مگر در هنگام طلوع يا غروب كه خورشيد كه درست در زير افق قرار دارد. ولي در آن هنگام، عطارد در آسمان خيلي پايين قرار گرفته است و نور آن بايد از ميان هوايي گذر نمايد كه تا 10 بار آشفته‌تر و متلاطم‌تر از هوائي است كه درست بالاي سر ما قرار دارد. بهترين تلسكوپ‌هاي زميني تنها توانايي ديدن عوارضي از سطح عطارد را دارند كه چندصد كيلومتر يا بيشتر پهنا داشته باشند. اين دقت به‌مراتب پايين‌تر از ديدن ماه با چشم غير مسلح است.
با وجود اين موانع، مشاهدات زميني نتايج جالبي داشته است. در سال 1955 ميلادي،1334، ستاره شناسان توانستند پژواك امواج گسيل شده رادار از سطح عطارد را دريافت كنند. با اندازه‌گيري اثر جابجايي دوپلر در فركانس امواج بازتابي، به حركت وضعي 59 روزه عطارد پي بردند. تا آن زمان، دانشمندان مي‌پنداشتند كه دوره حركت وضعي عطارد 88 روز و برابر با يك سال آن است، كه به اين ترتيب يك روي آن بايد همواره به سوي خورشيد مي‌بود. نسبت ساده دو به سه ميان روز و سال سياره بسيار قابل توجه است. عطارد كه در آغاز سريعتر به دور خود مي‌چرخيد، احتمالا انرژي خود را در طي پديده‌هاي كششي از دست داده، كند شده و سرانجام در مداري با اين نسبت عجيب به دام افتاده است.
ممكن است چنين به نشر برسد كه رصدخانه‌هاي فضائي، مانند تلسكوپ فضائي هابل، به دليل آنكه محدوديت آشفتگي‌هاي جوي را ندارند، بايد ابزارهايي ايده‌ال براي مطالعه عطارد باشند. ولي متاسفانه هابل مانند بسياري از گيرنده‌هاي فضائي ديگر نمي‌تواند بر عطارد تمركز نمايد. به دليل نزديكي به خورسيد، نور شديد آن مي‌تواند به فطعات حساس نوري آسيب برساند.
تنها راه ديگري كه براي بررسي عطارد باقي مي‌ماند، فرستادن يك سفينه فضائي است تا آن را از نزديك بررسي كند. تنها يك بار در دهه 1970 يك سفينه، مارينر 10، به عنوان بخشي از يك ماموريت بزرگتر، كه كاوش منظومه داخلي شمسي بود، چنين سفري را انجام داد. بردن يك سفينه به آنجا كار ساده‌اي نبود. سقوط مستقيم به درون چاه پتانسيل گرانشي خورشيد غيرممكن بود. اين سفينه براي رد كردن انرژي گرانش به زهره، بايد با چرخشي سريع به دور آن به سوي عطارد كمانه مي‌كرد و در نتيجه اين كار، سرعت خود را براي ملاقات با عطارد از دست مي‌داد. در اين سفر، مدار مارينر به دور خورشيد امكان سه ملاقات نزديك با عطارد را در 29 مارس 1974، 21 سپتامبر 1974 و 16 مارس 1975 فراهم كرد. اين سفينه تصاويري از حدود 40% سطح عطارد را به زمين مخابره نمود كه در نگاه نخست، ظاهري شبيه به ماه را نشان مي‌داد.
اين تصاوير، متاسفانه به اشتباه، اين عقيده را القاء نمود كه عطارد تفاوت بسيار كمي با ماه دارد و درست همانند ماه خودمان است كه در گوشه ديگري از منظومه شمسي جاي گرفته است. در نتيجه عطارد از برنامه فضائي ناسا قلم خورد، و بخش بزرگي از اين سياره همچنان بررسي نشده باقي ماند.
در جستجوي آهن
با سفر مارينر، دانش ما از عطارد، از تقريبا هيچ چيز، به آنچه كه امروزه مي‌دانيم، ارتقاء يافت. تجهيزاتي كه با سفينه حمل شدند،حدود 2000 تصوير با قدرت تفكيك مؤثري حدود 1.5 كيلومتر را به زمين مخابره كردند. دقت اين تصاوير همانند تصاويري از ماه است كه مي‌توان از زمين توسط يك تلسكوپ بزرگ گرفت. ولي تمام اين تصاوير، همه از يك سوي عطارد تهيه شده و هنوز ديگر سوي آن ديده نشده است.
با اندازه‌گيري شتاب مارينر در ميدان گرانش به شدت نيرومند عطارد، ستاره‌شناسان به يكي از غيرعادي‌ترين خصوصيات آن، يعني چگالي بالاي سياره پي بردند. اجسام جامد (غير گازي) ديگر يعني زهره، ماه و مريخ و زمين، كاملا چگال هستند. كوچكترها، يعني ماه و مريخ، چگالي كمتر و بزرگترها،يعني زمين و زهره، چگالي بيشتري دارند. عطارد خيلي از ماه بزرگتر نيست ولي چگالي آن همانند سياره‌اي به بزرگي زمين است.
مشاهده اين پديده سرنخي اساسي براي پي بردن به ساختار دروني عطارد است. لايه‌هاي بيروني يك سياره جامد، از مواد سبكتر مانند سنگ‌هاي سيليكاتي تشكيل شده است. با پيشروي در عمق، به دليل فشار لايه‌هاي بالايي و تركيب متفاوت لايه‌هاي دروني، چگالي افزايش مي‌يابد. هسته بسيار چگال سياره‌هاي جامد، به طور عمده، از آهن تشكيل شده است.
پس در ميان سياره‌هاي جامد، عطارد بايد،به نسبت ابعادش، داراي بزرگ‌ترين هسته فلزي باشد. اين يافته، گواهي زنده‌اي براي فرضيه پيدايش و تكامل منظومه شمسي است. ديدگاه بيشتر ستاره‌شناسان براين‌است كه همه سياره‌ها در يك زمان از فشرده شدن ابرهاي دور خورشيد شكل گرفته‌اند. اگر اين فرضيه درست باشد، آنگاه خاص بودن چگالي عطارد را مي‌توان به يكي از سه شكل زير توضيح داد:
· يكي اين كه تركيبات ابر خورشيدي در نزديكي مدار عطارد با جاهاي ديگر فرقي اساسي داشته باشد، تفاوتي خيلي بيش از آنكه مدل‌هاي تئوريك پيش‌بيني مي‌كنند.
· دوم آنكه در آغاز عمر منظومه شمسي، خورشيد چنان پر انرژي بوده كه بر اثر گرماي آن عناصر فٌرار و كم چگال عطارد، بخار شده از آن گريخته‌اند.
· سوم آنكه يك جسم بسيار پرجرم، درست پس از شكل گيري عطارد، با آن برخورد كرده باشد كه موجب بخار شدن مواد كم‌چگالي‌تر شده است.
وضعيت شواهد كنوني هنوز به گونه‌اي نيست كه بتوانيم از ميان اين سه امكان يكي را برگزينيم.
از همه عجيب‌تر اين‌كه، تحليل دقيق يافته‌هاي مارينر به همراه مشاهدات طيف‌سنجي مداوم از زمين، در شناسائي كوچكترين اثري از آهن در سنگ‌هاي سطح عطارد ناموفق مانده است. فقدان آهن در سطح عطارد، به شدت با مقدار پيش‌بيني شده آن در قسمت‌هاي دروني عطارد، در تضاد است. آهن در پوسته زمين وجود دارد. با طيف‌سنجي، وجود آن در سنگ‌هاي ماه و مريخ نيز تاييد مي‌شود. پس عطارد، تنها سياره از منظومه داخلي شمسي است كه آهن آن - كه از چگالي بالائي برخوردار است - در هسته‌اش متمركز شده و در پوسته آن سيليكات‌هائي ديده مي‌شود كه چگالي پايين‌تري دارند. دانشمندان حدس مي‌زنند كه عطارد آن‌قدر مدت زيادي به صورت مذاب بوده است كه مانند يك كوره ذوب آهن - كه در آن آهن پس از ذوب شدن به زير تفاله‌ها مي‌رود - مواد سنگين در مركز آن ته‌نشين شده باشند.
يكي ديگر از يافته‌هاي سفينه مارينر 10، اين‌است كه عطارد داراي يك ميدان مغناطيسي نسبتا نيرومند است. ميدان آن از همه سيارگان دروني، به غير از زمين، قوي‌تر است. ميدان مغناطيسي زمين ناشي از فرآيندي به نام ديناموي خودگردان است كه در آن فلزات مذاب هادي الكتريسيته در هسته سيال زمين مي‌چرخند. اگر ميدان مغناطيسي عطارد هم ناشي از پديده‌اي همانند باشد، نتيجه مي‌گيريم كه اين سياره بايد يك هسته سيال داشته باشد.
اين فرضيه هم يك مشكل دارد. اجسام كوچكي مانند عطارد، به نسبت حجم خود، از مساحت سطحي بالايي برخوردارند. به فرض آنكه ديگر شرايط يكسان باشد، نتيجه مي‌گيريم كه اجسام كوچكتر انرژي خود را زودتر به فضا گسيل مي‌كنند. اگر عطارد، همان‌گونه كه چگالي بالا و ميدان مغناطيسي آن نشان مي‌دهد، داراي يك هسته آهني باشد، آنگاه اين هسته مي‌بايست ميليونها سال پيش سرد و جامد شده باشد. يك هسته جامد هم نمي‌تواند اساس و بنيان يك ديناموي خودگردان باشد.
از اين تناقض، نتيجه مي‌گيريم كه مواد ديگري نيز بايد در هسته باشند كه با پايين بردن نقطه ذوب آهن، باعث مايع ماندن آن در دماهاي پايين‌تر شوند. گوگرد، يك عنصر فراوان كيهاني، مي‌تواند يك كانديد مناسب باشد. در مدل‌هاي جديدتر پيشنهاد مي‌شود كه هسته عطارد از آهن جامد تشكيل شده ولي پوسته‌اي مايع از آهن و گوگرد با دماي 1300 درجه كلوين پيرامونش، احاطه شده باشد. اين فرضيه، گرچه هنوز اقبات نشده، به نظر مي‌رسد پاسخ مناسبي براي تناقض ياد شده باشد.
همين كه سطح سياره‌اي به اندازه كافي جامد شد، بر اثر تنش‌هاي مداومي كه در طي زمان‌هاي طولاني تحت آن قرار مي‌گيرد، ترك برداشته، يا در اثر برخورد شهاب‌سنگ‌ها مانند تكه شيشه‌اي خرد مي‌شود. پس از تولد در چهار ميليارد سال پيش، عطارد تحت بمباران شهاب‌سنگ‌هاي بزرگي قرار گرفته است كه توانسته‌اند از پوسته شكننده بيروني آن به داخل نفوذ كرده، سيلاب‌هايي از گدازه را بر سطح آن جاري كنند. بعدها نيز، برخوردهايي كوچكتر موجب جريان يافتن گدازه شد. اين برخوردها بايد آن‌قدر انرژي آزاد كند تا بتواند لايه سطحي را ذوب نموده و يا بتواند در لايه‌هاي زيرين - كه مايع هستند- نفوذ كنند. سطح عطارد، توسط وقايعي كه پس از جامد شدن لايه بيروني آن رخ‌داده، خالكوبي شده است.
زمين‌شناسان سياره‌اي، كوشش كردند با سودجستن از اين عوارض و بدون داشتن آگاهي دقيقي از نوع سنگ‌هايي كه سطح آن را تشكيل مي‌دهند، پي به تاريخ پر رمزوراز اين سياره ببرند. تنها راه براي تعيين دقيق عمر يك سياره، سودجستن از اطلاعات راديومتري نمونه‌هاي بازگردانده شده از آن سياره است. ( در مورد عطارد چنين چيزي در دسترس نيست و در آينده نزديك هم در دسترس نخواهد بود). ولي به‌جز آن زمين‌شناسان سياره‌اي، راه‌حل‌هاي نبوغ‌آميري براي تعيين عمر نسبي آن دارند كه بيشتر برپايه اصل برهم‌نهش (Superposition) است: هر عارضه‌اي كه بر روي عارضه‌اي ديگر قرار بگيرد يا شكافي در آن ايجاد كند از آن جوان‌تر است. از اين اصل استفاده مخصوصي در تشخيص عمر نسبي گودال‌ها (Crate) به عمل مي‌آيد.
گذشته‌اي پر برخورد
در سطح عطارد، چند گودال كه با حلقه‌هاي هم مركز تپه‌ها و دره‌ها احاطه شده به چشم مي‌خورد. احتمال دارد اين حلقه‌ها هنگامي تشكيل شده‌اند كه يك شهابسنگ در هنگام برخورد با سطح عطارد، مانند سنگي كه در يك استخر مي‌افتد، در سطح ذوب شده، ايجاد امواج دايره‌اي نموده، و سپس اين امواج درجا جامد شده‌اند. كالوريس (Caloris)، دهانه‌اي به قطر 1300 كيلومتر، بزرگ‌ترين اين گودال‌ها است. برخوردي كه اين گودال در اثرٍ آن ايجاد شد، از خود زمينه‌اي صاف بر جا گذاشت كه بر روي آن، آثار برخوردهاي كوچكتر بعدي ثبت شده است. با برآوردي از نرخ برخوردها و توزيع اندازه گودال‌ها مي‌توان تخمين زد كه زمان اين برخورد حدود 3.6 ميليارد سال پيش بوده است. به اين ترتيب مي‌توان از زمان اين برخورد به عنوان يك مبدا زمان سود جست. اين برخورد چنان تكان‌دهنده بود كه سطح سوي ديگر عطارد را نيز تغيير داد، در نقطه مقابل كالوريس عوارض و شكاف‌هاي زيادي به چشم مي‌خورد.
همچنين، سطح عطارد، به وسيله خطوطي برجسته با خاستگاهي ناشناخته بريده بريده شده است كه به صورتي مشخص در جهت‌هاي شمال به جنوب، شمال‌شرق به جنوب‌غرب و شمال‌غرب به جنوب‌شرق قرار دارند. به اين طرح‌ها شبكه عطارد گفته مي‌شود. يك توضيح براي علت اين نقش‌هاي شطرنجي اين است كه پوسته آن هنگامي جامد شده است كه سياره بسيار سريعتر به دور خود مي‌چرخيد، شايد با روزي كه تنها 20 ساعت به طول مي‌كشيد. به دليل اين تغيير سريع، سياره يك برآمدگي در استوا پيدا مي‌كندكه پس از كند شدن آن به اندازه كنوني، جاذبه باعث كروي‌تر شدن شكل آن مي‌شود. اين بريدگي‌ها هنگامي ايجاد شدند كه پوسته مي‌خواست خود را با اين تغيير شكل هماهنگ كند. اين كه اين چين‌خوردگي‌ها از گودال كالوريس گذر نكرده‌اند گواه بر اين است كه پيش از اين برخورد تشكيل شده‌اند.
در هنگامي كه چرخش عطارد كند مي‌شد، گرماي آن هم رفته رفته از دست مي‌رفت تا جايي كه محدوده‌هاي بيروني هسته جامد شد. انقباض حاصله احتمالا از مساحت سطح سياره، حدود يك ميليون كيلومتر مربع كاسته است كه منجر به ايجاد شبكه‌اي از عوارض گشته است كه به صورت رشته‌اي از تپه‌ها يا كوه‌ها بر سطح عطارد ديده مي‌شوند.
در مقايسه با زمين كه فرسايش، بيشتر گودار‌هاي حاصل از برخورد شهاب‌سنگ‌ها را از سطح آن پاك كرده است، عطارد، مريخ و ماه داراي سطوحي با گودال‌هاي فراوان هستند. همچنين به‌جز گودال‌هاي عطارد كه كمي بزرگ‌ترند، گودال‌هاي اين سه سياره از نظر اندازه داراي توزيع همانندي هستند. اين پديده نشان مي‌دهد كه سرعت اشيائي كه با عطارد برخورد كرده‌اند، از سرعت اشيائي كه با سيارگان ديگر برخورد كرده‌اند، بيشتر بوده است. اين نكته با گردش اين اجسام در مداري بيضوي به دور خورشيد همخواني دارد: اين اجسام در نزديكي مدار عطارد كه به خورشيد نزديك‌تر است، سريعتر از نقاط بيروني مدارشان حركت مي‌كنند. پس اين اجسام همه از يك خانواده بوده‌اند كه احتمالا از كمربند سيارك‌ها سرچشمه مي‌گيرد. در عوض، اندازه دهانه گودال‌هاي اقمار مشتري، از توزيع متفاوتي برخوردار است كه نشان مي‌دهد، با گروه ديگري از اجسام برخورد كرده‌اند.
جو رقيق عطارد
ميدان مغناطيسي عطارد، آنچنان نيرومند است كه بتواند ذرات بارداري همانند پروتونهاي موجود در باد خورشيدي را به دام اندازد. اين ميدان مغناطيسي باعث تشكيل كره‌اي به نام سپر مغناطيسي پيرامون عطارد مي‌شود، كه نسخه كوچكتري از سپر مغناطيسي زمين است. اين كره‌ها به نسبت فعاليت خورشيد پيوسته در حال تغيير و دگرگوني هستند. به دليل اندازه كوچكترش، سپر مغناطيسي عطارد مي‌تواند بسيار سريعتر از سپر مغناطيسي زمين تغيير كند. از اين رو مي‌تواند به سرعت به باد خورشيدي، كه در محدوده عطارد 10 بار نيرومندتر از زمين است واكنش نشان دهد.
باد تند خورشيدي پيوسته، سطح آفتاب‌ديده عطارد را بمباران مي‌كند. ميدان مغناطيسي عطارد آنچنان نيرومند است كه بتواند جلوي رسيدن اين باد به سطح سياره را بگيرد، مگر هنگامي‌كه خورشيد بسيار فعال بوده و يا هنگامي كه عطارد در سمت‌الشمس قرار دارد. در اين هنگام باد خورشيدي راه خود را براي رسيدن به سطح عطارد پيدا كرده، پروتونهاي پر انرژي آن با برخورد به مواد پوسته، باعث كنده شدن آنها مي‌شوند. همين ذرات كنده شده هستند كه در دام سپر مغناطيسي گرفتار مي‌آيند.
البته اجسامي به داغي عطارد، به دليل آنكه سرعت حركت مولكولهاي گاز از سرعت گريز سياره بيشتر است، نمي‌توانند جو قابل ملاحظه و چشمگيري را پيرامون خود نگه دارند. مواد فرار عطارد، به هر اندازه كه باشند، خيلي زود در فضا گم مي‌شوند. به همين دليل تا مدتهاي مديد نظر بر اين بود كه عطارد جو ندارد. ولي دستگاه طيف‌سنج سفينه مارينر 10، مقادير ناچيزي از هيدروژن، هليم و اكسيژن را نشان داد. پس از آن، مشاهدات زميني هم آثاري از سديم و پتاسيم را آشكار ساخت.
هنوز به درستي سرچشمه اين جو و علت وجود اين مواد در آن مشخص نشده است. جو عطارد، برخلاف پوشش گازي زمين، پيوسته در حال از دست رفتن و جايگزيني است. بخش اعظم آن به احتمال قوي، مستقيم يا غيرمستقيم توسط باد خورشيدي ايجاد شده است. برخي از مواد تشكيل دهنده آن ممكن است از سپر مغناطيسي يا از سقوط مستقيم مواد به صورت شهابسنگ ايجاد شده باشد. البته همين كه يك اتم، توسط باد خورشيدي از سطح عطارد كنده شود، به اين جو رقيق افزوده مي‌شود. همچنين ممكن است هنوز هم اين سياره، آخرين بقاياي ذخاير نخستين خود از مواد فرار را به بيرون براند.
نوشته: جعفر سپهري
هرچند عطارد، اين جهان شگفت‌انگيز، يكي از نزديكترين همسايگان زمين است، بيشتر بخش‌هاي آن ناشناخته مانده است. فلز جيوه، اقليم چهارم، فلك دوم، ... پيوندي تنگاتنگ و ناگسستني با اين هفتمين سياره باستانگان دارد.
عطارد(تير) (Mercury)، نزديكترين همسايه خورشيد زندگي‌بخش، دنيايي از ركوردهاست. از ميان همه اجرامي كه از فشرده شدن ابر پيش‌ستاره‌اي خورشيد به وجود آمده‌اند، عطارد در بيشترين گرما شكل گرفته است. روز آن از پگاه تا پامگاه برابر با 59 روز زميني، طولاني‌ترين روز منظومه شمسي بوده و حتي از يك سال خودش بيشتر است.
هنگامي كه به سمت‌الشمس (Perihelion)، نزديكترين نقطه به خورشيد، مي‌رسد، حركت آن به اندازه‌اي سريع است كه از ديدگاه ناظري كه بر سطح آن قرار دارد، خورشيد در آسمان متوقف شده، رو به عقب حركت مي‌كند. اين كار تا زماني كه حركت وضعي سياره، پيشي گرفته و خورشيد را دوباره به حركت رو به جلو وادارد، ادامه خواهد داشت. در طي روز، دماي سطح آن به حدود 700 درجه كلوين، گرم‌تر از سطح هر سياره ديگر، بيش از دماي ذوب سرب رسيده، در شب به 100 درجه كلوين، كه براي انجماد كريپتون كافي‌است، سقوط مي‌كند.
چنين مواردي، به طور استثنائي، عطارد را براي ستاره‌شناسان، جذاب مي‌كند. به همين دليل چند تلاش مخصوص، براي پژوهش‌هاي علمي، در باره اين سياره انجام شده است. خواص استثنائي عطارد، آن را براي تطبيق و هماهنگي با هر طرح فراگير تكامل منظومه شمسي، با مشكل روبرو نموده است. ولي از سوي ديگر، همين خواص غير معمول، به نوعي يك محك دقيق و حساس، براي فرضيه‌هاي ستاره شناسان است. هرچمد عطارد، پس از و زهره (ناهيد Venus) و مريخ (بهرام Mars) نزديكترين همسايه زمين است، تنها درباره پلوتوي دوردست، كمتر از آن مي‌دانيم. بيشتر دانش ما درباره عطارد، از جمله پيدايش و تكامل، ميدان مغناطيسي اسرارآميز، جو رقيق، هسته احتمالا مايع و چگالي بسيار بالاي آن در پرده‌اي از ابهام باقي مانده است.
عطارد به روشني مي‌درخشد، اما چنان دور است كه ستاره‌شناسان پيشين نتوانستند هيچ جزئياتي از عوارض زمينه آن را تشخيص دهند، و فقط مسير حركت آن در آسمان را ترسيم كردند. همانند ديگر سيارگان دروني، عطارد از ديدگاه ناظر زميني، هرگز بيش از 27 درجه از خورشيد دور نمي‌شود. اين زاويه كوچكتر از زاويه‌اي است كه در ساعت 1، عقربه‌هاي يك ساعت با هم تشكيل مي‌دهند. پس به‌اين ترتيب، ديدن آن تنها در طول روز امكان‌پذير است كه آن هم به دليل پخش شدن نور خورشيد منتفي است، مگر در هنگام طلوع يا غروب كه خورشيد كه درست در زير افق قرار دارد. ولي در آن هنگام، عطارد در آسمان خيلي پايين قرار گرفته است و نور آن بايد از ميان هوايي گذر نمايد كه تا 10 بار آشفته‌تر و متلاطم‌تر از هوائي است كه درست بالاي سر ما قرار دارد. بهترين تلسكوپ‌هاي زميني تنها توانايي ديدن عوارضي از سطح عطارد را دارند كه چندصد كيلومتر يا بيشتر پهنا داشته باشند. اين دقت به‌مراتب پايين‌تر از ديدن ماه با چشم غير مسلح است.
با وجود اين موانع، مشاهدات زميني نتايج جالبي داشته است. در سال 1955 ميلادي،1334، ستاره شناسان توانستند پژواك امواج گسيل شده رادار از سطح عطارد را دريافت كنند. با اندازه‌گيري اثر جابجايي دوپلر در فركانس امواج بازتابي، به حركت وضعي 59 روزه عطارد پي بردند. تا آن زمان، دانشمندان مي‌پنداشتند كه دوره حركت وضعي عطارد 88 روز و برابر با يك سال آن است، كه به اين ترتيب يك روي آن بايد همواره به سوي خورشيد مي‌بود. نسبت ساده دو به سه ميان روز و سال سياره بسيار قابل توجه است. عطارد كه در آغاز سريعتر به دور خود مي‌چرخيد، احتمالا انرژي خود را در طي پديده‌هاي كششي از دست داده، كند شده و سرانجام در مداري با اين نسبت عجيب به دام افتاده است.
ممكن است چنين به نشر برسد كه رصدخانه‌هاي فضائي، مانند تلسكوپ فضائي هابل، به دليل آنكه محدوديت آشفتگي‌هاي جوي را ندارند، بايد ابزارهايي ايده‌ال براي مطالعه عطارد باشند. ولي متاسفانه هابل مانند بسياري از گيرنده‌هاي فضائي ديگر نمي‌تواند بر عطارد تمركز نمايد. به دليل نزديكي به خورسيد، نور شديد آن مي‌تواند به فطعات حساس نوري آسيب برساند.
تنها راه ديگري كه براي بررسي عطارد باقي مي‌ماند، فرستادن يك سفينه فضائي است تا آن را از نزديك بررسي كند. تنها يك بار در دهه 1970 يك سفينه، مارينر 10، به عنوان بخشي از يك ماموريت بزرگتر، كه كاوش منظومه داخلي شمسي بود، چنين سفري را انجام داد. بردن يك سفينه به آنجا كار ساده‌اي نبود. سقوط مستقيم به درون چاه پتانسيل گرانشي خورشيد غيرممكن بود. اين سفينه براي رد كردن انرژي گرانش به زهره، بايد با چرخشي سريع به دور آن به سوي عطارد كمانه مي‌كرد و در نتيجه اين كار، سرعت خود را براي ملاقات با عطارد از دست مي‌داد. در اين سفر، مدار مارينر به دور خورشيد امكان سه ملاقات نزديك با عطارد را در 29 مارس 1974، 21 سپتامبر 1974 و 16 مارس 1975 فراهم كرد. اين سفينه تصاويري از حدود 40% سطح عطارد را به زمين مخابره نمود كه در نگاه نخست، ظاهري شبيه به ماه را نشان مي‌داد.
اين تصاوير، متاسفانه به اشتباه، اين عقيده را القاء نمود كه عطارد تفاوت بسيار كمي با ماه دارد و درست همانند ماه خودمان است كه در گوشه ديگري از منظومه شمسي جاي گرفته است. در نتيجه عطارد از برنامه فضائي ناسا قلم خورد، و بخش بزرگي از اين سياره همچنان بررسي نشده باقي ماند.
در جستجوي آهن
با سفر مارينر، دانش ما از عطارد، از تقريبا هيچ چيز، به آنچه كه امروزه مي‌دانيم، ارتقاء يافت. تجهيزاتي كه با سفينه حمل شدند،حدود 2000 تصوير با قدرت تفكيك مؤثري حدود 1.5 كيلومتر را به زمين مخابره كردند. دقت اين تصاوير همانند تصاويري از ماه است كه مي‌توان از زمين توسط يك تلسكوپ بزرگ گرفت. ولي تمام اين تصاوير، همه از يك سوي عطارد تهيه شده و هنوز ديگر سوي آن ديده نشده است.
با اندازه‌گيري شتاب مارينر در ميدان گرانش به شدت نيرومند عطارد، ستاره‌شناسان به يكي از غيرعادي‌ترين خصوصيات آن، يعني چگالي بالاي سياره پي بردند. اجسام جامد (غير گازي) ديگر يعني زهره، ماه و مريخ و زمين، كاملا چگال هستند. كوچكترها، يعني ماه و مريخ، چگالي كمتر و بزرگترها،يعني زمين و زهره، چگالي بيشتري دارند. عطارد خيلي از ماه بزرگتر نيست ولي چگالي آن همانند سياره‌اي به بزرگي زمين است.
مشاهده اين پديده سرنخي اساسي براي پي بردن به ساختار دروني عطارد است. لايه‌هاي بيروني يك سياره جامد، از مواد سبكتر مانند سنگ‌هاي سيليكاتي تشكيل شده است. با پيشروي در عمق، به دليل فشار لايه‌هاي بالايي و تركيب متفاوت لايه‌هاي دروني، چگالي افزايش مي‌يابد. هسته بسيار چگال سياره‌هاي جامد، به طور عمده، از آهن تشكيل شده است.
پس در ميان سياره‌هاي جامد، عطارد بايد،به نسبت ابعادش، داراي بزرگ‌ترين هسته فلزي باشد. اين يافته، گواهي زنده‌اي براي فرضيه پيدايش و تكامل منظومه شمسي است. ديدگاه بيشتر ستاره‌شناسان براين‌است كه همه سياره‌ها در يك زمان از فشرده شدن ابرهاي دور خورشيد شكل گرفته‌اند. اگر اين فرضيه درست باشد، آنگاه خاص بودن چگالي عطارد را مي‌توان به يكي از سه شكل زير توضيح داد:
· يكي اين كه تركيبات ابر خورشيدي در نزديكي مدار عطارد با جاهاي ديگر فرقي اساسي داشته باشد، تفاوتي خيلي بيش از آنكه مدل‌هاي تئوريك پيش‌بيني مي‌كنند.
· دوم آنكه در آغاز عمر منظومه شمسي، خورشيد چنان پر انرژي بوده كه بر اثر گرماي آن عناصر فٌرار و كم چگال عطارد، بخار شده از آن گريخته‌اند.
· سوم آنكه يك جسم بسيار پرجرم، درست پس از شكل گيري عطارد، با آن برخورد كرده باشد كه موجب بخار شدن مواد كم‌چگالي‌تر شده است.
وضعيت شواهد كنوني هنوز به گونه‌اي نيست كه بتوانيم از ميان اين سه امكان يكي را برگزينيم.
از همه عجيب‌تر اين‌كه، تحليل دقيق يافته‌هاي مارينر به همراه مشاهدات طيف‌سنجي مداوم از زمين، در شناسائي كوچكترين اثري از آهن در سنگ‌هاي سطح عطارد ناموفق مانده است. فقدان آهن در سطح عطارد، به شدت با مقدار پيش‌بيني شده آن در قسمت‌هاي دروني عطارد، در تضاد است. آهن در پوسته زمين وجود دارد. با طيف‌سنجي، وجود آن در سنگ‌هاي ماه و مريخ نيز تاييد مي‌شود. پس عطارد، تنها سياره از منظومه داخلي شمسي است كه آهن آن - كه از چگالي بالائي برخوردار است - در هسته‌اش متمركز شده و در پوسته آن سيليكات‌هائي ديده مي‌شود كه چگالي پايين‌تري دارند. دانشمندان حدس مي‌زنند كه عطارد آن‌قدر مدت زيادي به صورت مذاب بوده است كه مانند يك كوره ذوب آهن - كه در آن آهن پس از ذوب شدن به زير تفاله‌ها مي‌رود - مواد سنگين در مركز آن ته‌نشين شده باشند.
يكي ديگر از يافته‌هاي سفينه مارينر 10، اين‌است كه عطارد داراي يك ميدان مغناطيسي نسبتا نيرومند است. ميدان آن از همه سيارگان دروني، به غير از زمين، قوي‌تر است. ميدان مغناطيسي زمين ناشي از فرآيندي به نام ديناموي خودگردان است كه در آن فلزات مذاب هادي الكتريسيته در هسته سيال زمين مي‌چرخند. اگر ميدان مغناطيسي عطارد هم ناشي از پديده‌اي همانند باشد، نتيجه مي‌گيريم كه اين سياره بايد يك هسته سيال داشته باشد.
اين فرضيه هم يك مشكل دارد. اجسام كوچكي مانند عطارد، به نسبت حجم خود، از مساحت سطحي بالايي برخوردارند. به فرض آنكه ديگر شرايط يكسان باشد، نتيجه مي‌گيريم كه اجسام كوچكتر انرژي خود را زودتر به فضا گسيل مي‌كنند. اگر عطارد، همان‌گونه كه چگالي بالا و ميدان مغناطيسي آن نشان مي‌دهد، داراي يك هسته آهني باشد، آنگاه اين هسته مي‌بايست ميليونها سال پيش سرد و جامد شده باشد. يك هسته جامد هم نمي‌تواند اساس و بنيان يك ديناموي خودگردان باشد.
از اين تناقض، نتيجه مي‌گيريم كه مواد ديگري نيز بايد در هسته باشند كه با پايين بردن نقطه ذوب آهن، باعث مايع ماندن آن در دماهاي پايين‌تر شوند. گوگرد، يك عنصر فراوان كيهاني، مي‌تواند يك كانديد مناسب باشد. در مدل‌هاي جديدتر پيشنهاد مي‌شود كه هسته عطارد از آهن جامد تشكيل شده ولي پوسته‌اي مايع از آهن و گوگرد با دماي 1300 درجه كلوين پيرامونش، احاطه شده باشد. اين فرضيه، گرچه هنوز اقبات نشده، به نظر مي‌رسد پاسخ مناسبي براي تناقض ياد شده باشد.
همين كه سطح سياره‌اي به اندازه كافي جامد شد، بر اثر تنش‌هاي مداومي كه در طي زمان‌هاي طولاني تحت آن قرار مي‌گيرد، ترك برداشته، يا در اثر برخورد شهاب‌سنگ‌ها مانند تكه شيشه‌اي خرد مي‌شود. پس از تولد در چهار ميليارد سال پيش، عطارد تحت بمباران شهاب‌سنگ‌هاي بزرگي قرار گرفته است كه توانسته‌اند از پوسته شكننده بيروني آن به داخل نفوذ كرده، سيلاب‌هايي از گدازه را بر سطح آن جاري كنند. بعدها نيز، برخوردهايي كوچكتر موجب جريان يافتن گدازه شد. اين برخوردها بايد آن‌قدر انرژي آزاد كند تا بتواند لايه سطحي را ذوب نموده و يا بتواند در لايه‌هاي زيرين - كه مايع هستند- نفوذ كنند. سطح عطارد، توسط وقايعي كه پس از جامد شدن لايه بيروني آن رخ‌داده، خالكوبي شده است.
زمين‌شناسان سياره‌اي، كوشش كردند با سودجستن از اين عوارض و بدون داشتن آگاهي دقيقي از نوع سنگ‌هايي كه سطح آن را تشكيل مي‌دهند، پي به تاريخ پر رمزوراز اين سياره ببرند. تنها راه براي تعيين دقيق عمر يك سياره، سودجستن از اطلاعات راديومتري نمونه‌هاي بازگردانده شده از آن سياره است. ( در مورد عطارد چنين چيزي در دسترس نيست و در آينده نزديك هم در دسترس نخواهد بود). ولي به‌جز آن زمين‌شناسان سياره‌اي، راه‌حل‌هاي نبوغ‌آميري براي تعيين عمر نسبي آن دارند كه بيشتر برپايه اصل برهم‌نهش (Superposition) است: هر عارضه‌اي كه بر روي عارضه‌اي ديگر قرار بگيرد يا شكافي در آن ايجاد كند از آن جوان‌تر است. از اين اصل استفاده مخصوصي در تشخيص عمر نسبي گودال‌ها (Crate) به عمل مي‌آيد.
گذشته‌اي پر برخورد
در سطح عطارد، چند گودال كه با حلقه‌هاي هم مركز تپه‌ها و دره‌ها احاطه شده به چشم مي‌خورد. احتمال دارد اين حلقه‌ها هنگامي تشكيل شده‌اند كه يك شهابسنگ در هنگام برخورد با سطح عطارد، مانند سنگي كه در يك استخر مي‌افتد، در سطح ذوب شده، ايجاد امواج دايره‌اي نموده، و سپس اين امواج درجا جامد شده‌اند. كالوريس (Caloris)، دهانه‌اي به قطر 1300 كيلومتر، بزرگ‌ترين اين گودال‌ها است. برخوردي كه اين گودال در اثرٍ آن ايجاد شد، از خود زمينه‌اي صاف بر جا گذاشت كه بر روي آن، آثار برخوردهاي كوچكتر بعدي ثبت شده است. با برآوردي از نرخ برخوردها و توزيع اندازه گودال‌ها مي‌توان تخمين زد كه زمان اين برخورد حدود 3.6 ميليارد سال پيش بوده است. به اين ترتيب مي‌توان از زمان اين برخورد به عنوان يك مبدا زمان سود جست. اين برخورد چنان تكان‌دهنده بود كه سطح سوي ديگر عطارد را نيز تغيير داد، در نقطه مقابل كالوريس عوارض و شكاف‌هاي زيادي به چشم مي‌خورد.
همچنين، سطح عطارد، به وسيله خطوطي برجسته با خاستگاهي ناشناخته بريده بريده شده است كه به صورتي مشخص در جهت‌هاي شمال به جنوب، شمال‌شرق به جنوب‌غرب و شمال‌غرب به جنوب‌شرق قرار دارند. به اين طرح‌ها شبكه عطارد گفته مي‌شود. يك توضيح براي علت اين نقش‌هاي شطرنجي اين است كه پوسته آن هنگامي جامد شده است كه سياره بسيار سريعتر به دور خود مي‌چرخيد، شايد با روزي كه تنها 20 ساعت به طول مي‌كشيد. به دليل اين تغيير سريع، سياره يك برآمدگي در استوا پيدا مي‌كندكه پس از كند شدن آن به اندازه كنوني، جاذبه باعث كروي‌تر شدن شكل آن مي‌شود. اين بريدگي‌ها هنگامي ايجاد شدند كه پوسته مي‌خواست خود را با اين تغيير شكل هماهنگ كند. اين كه اين چين‌خوردگي‌ها از گودال كالوريس گذر نكرده‌اند گواه بر اين است كه پيش از اين برخورد تشكيل شده‌اند.
در هنگامي كه چرخش عطارد كند مي‌شد، گرماي آن هم رفته رفته از دست مي‌رفت تا جايي كه محدوده‌هاي بيروني هسته جامد شد. انقباض حاصله احتمالا از مساحت سطح سياره، حدود يك ميليون كيلومتر مربع كاسته است كه منجر به ايجاد شبكه‌اي از عوارض گشته است كه به صورت رشته‌اي از تپه‌ها يا كوه‌ها بر سطح عطارد ديده مي‌شوند.
در مقايسه با زمين كه فرسايش، بيشتر گودار‌هاي حاصل از برخورد شهاب‌سنگ‌ها را از سطح آن پاك كرده است، عطارد، مريخ و ماه داراي سطوحي با گودال‌هاي فراوان هستند. همچنين به‌جز گودال‌هاي عطارد كه كمي بزرگ‌ترند، گودال‌هاي اين سه سياره از نظر اندازه داراي توزيع همانندي هستند. اين پديده نشان مي‌دهد كه سرعت اشيائي كه با عطارد برخورد كرده‌اند، از سرعت اشيائي كه با سيارگان ديگر برخورد كرده‌اند، بيشتر بوده است. اين نكته با گردش اين اجسام در مداري بيضوي به دور خورشيد همخواني دارد: اين اجسام در نزديكي مدار عطارد كه به خورشيد نزديك‌تر است، سريعتر از نقاط بيروني مدارشان حركت مي‌كنند. پس اين اجسام همه از يك خانواده بوده‌اند كه احتمالا از كمربند سيارك‌ها سرچشمه مي‌گيرد. در عوض، اندازه دهانه گودال‌هاي اقمار مشتري، از توزيع متفاوتي برخوردار است كه نشان مي‌دهد، با گروه ديگري از اجسام برخورد كرده‌اند.
جو رقيق عطارد
ميدان مغناطيسي عطارد، آنچنان نيرومند است كه بتواند ذرات بارداري همانند پروتونهاي موجود در باد خورشيدي را به دام اندازد. اين ميدان مغناطيسي باعث تشكيل كره‌اي به نام سپر مغناطيسي پيرامون عطارد مي‌شود، كه نسخه كوچكتري از سپر مغناطيسي زمين است. اين كره‌ها به نسبت فعاليت خورشيد پيوسته در حال تغيير و دگرگوني هستند. به دليل اندازه كوچكترش، سپر مغناطيسي عطارد مي‌تواند بسيار سريعتر از سپر مغناطيسي زمين تغيير كند. از اين رو مي‌تواند به سرعت به باد خورشيدي، كه در محدوده عطارد 10 بار نيرومندتر از زمين است واكنش نشان دهد.
باد تند خورشيدي پيوسته، سطح آفتاب‌ديده عطارد را بمباران مي‌كند. ميدان مغناطيسي عطارد آنچنان نيرومند است كه بتواند جلوي رسيدن اين باد به سطح سياره را بگيرد، مگر هنگامي‌كه خورشيد بسيار فعال بوده و يا هنگامي كه عطارد در سمت‌الشمس قرار دارد. در اين هنگام باد خورشيدي راه خود را براي رسيدن به سطح عطارد پيدا كرده، پروتونهاي پر انرژي آن با برخورد به مواد پوسته، باعث كنده شدن آنها مي‌شوند. همين ذرات كنده شده هستند كه در دام سپر مغناطيسي گرفتار مي‌آيند.
البته اجسامي به داغي عطارد، به دليل آنكه سرعت حركت مولكولهاي گاز از سرعت گريز سياره بيشتر است، نمي‌توانند جو قابل ملاحظه و چشمگيري را پيرامون خود نگه دارند. مواد فرار عطارد، به هر اندازه كه باشند، خيلي زود در فضا گم مي‌شوند. به همين دليل تا مدتهاي مديد نظر بر اين بود كه عطارد جو ندارد. ولي دستگاه طيف‌سنج سفينه مارينر 10، مقادير ناچيزي از هيدروژن، هليم و اكسيژن را نشان داد. پس از آن، مشاهدات زميني هم آثاري از سديم و پتاسيم را آشكار ساخت.
هنوز به درستي سرچشمه اين جو و علت وجود اين مواد در آن مشخص نشده است. جو عطارد، برخلاف پوشش گازي زمين، پيوسته در حال از دست رفتن و جايگزيني است. بخش اعظم آن به احتمال قوي، مستقيم يا غيرمستقيم توسط باد خورشيدي ايجاد شده است. برخي از مواد تشكيل دهنده آن ممكن است از سپر مغناطيسي يا از سقوط مستقيم مواد به صورت شهابسنگ ايجاد شده باشد. البته همين كه يك اتم، توسط باد خورشيدي از سطح عطارد كنده شود، به اين جو رقيق افزوده مي‌شود. همچنين ممكن است هنوز هم اين سياره، آخرين بقاياي ذخاير نخستين خود از مواد فرار را به بيرون براند.