走近水星

文章作者:李星儿 | 2016-07-16
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它是太阳系中公转最快的行星,它每天都拥有两次日出日落,它是除地球外,唯一拥有磁场的行星——它就是赫耳墨斯之星。

在希腊神话中,水星以赫耳墨斯的名字命名,赫耳墨斯是希腊奥林匹斯十二主神之一,他穿有飞翅的凉鞋,手持魔杖,能像思想一样敏捷地飞来飞去,所以他成了给众神传信的神。和赫耳墨斯一样,水星也以速度著称——它绕太阳一圈约需88天,是太阳系中公转最快的行星。

每天两次日出日落

在太阳系八大行星中,水星距离太阳最近,从水星上看到的太阳是从地球上看到的太阳大小的3倍。因此,水星上的日出和日落蔚为壮观,而且水星上的每一天,太阳似乎都会升起两次,落下两次——太阳先升起,在天空中划过一道弧线,然后停下脚步,朝着日出方向的地平线倒退回去,然后再次止步,最后朝着相反的日落方向的地平线继续移动。http://www.3023.com/

水星上太阳运动轨迹如此怪异的原因在于,水星每自转三圈就会绕太阳公转两周,而且水星的公转轨道是个很“椭”的椭圆。

当然,如果你真的身处水星,你是不会赞赏这“太阳之美”的,因为如果那样做,你已经被烧成灰或冻成冰条了——水星的大气层极其稀薄,无法保存太阳光的热量,也无法调节水星赤道与两极区域之间的热量平衡。因此,水星表面被太阳照射到的地方温度非常高,白天可以达到惊人的430摄氏度;与之截然相反,在水星极地的黑暗陨坑内,温度却可以低到零下180摄氏度以下,处于永久冰冻之中。

水星是距离地球最近的天体之一,但我们对它稍有了解还是最近5年的事。而这一切都要归功于美国宇航局(NASA)发射的信使号探测器,它花费4年时间对水星开展考察并在2015年5月顺利结束考察使命。

从“水手10号”到“信使号”

20世纪70年代,美国宇航局的“水手10号”飞船成为首个造访水星的人类探测器。1974~1975,它成功进行了3次水星飞掠,然而由于飞船必须保护自己免受水星附近高温的影响,它只获得了水星大约一半面积(45%)的地表图像。

观测的结果显示:水星与月球非常相像,看上去颜色灰暗,满目荒芜,地表遍布陨坑,这是地质历史时期大量小行星和彗星撞击水星表面留下的痕迹。

水手10号还考察到水星曾经拥有过火山活跃的历史,并检测到水星磁场的存在。但尽管有了这些发现,水星在科学家们的眼中仍然是一个谜团。它是怎么形成的?它怎么会有磁场,在它45亿年的历史中究竟经历过什么?

大约20年前,美国宇航局的研究人员开始研制新一代的水星探测器——“信使号”。按照计划,这台新型探测器的运行轨道能更加接近水星并拍摄其整个地表区域的图像。2004年8月3日,信使号成功升空。此后,它经历耗时近7年、79亿公里的漫长飞行和5次复杂轨道变换,于2011年3月18日顺利进入水星轨道。

此后4年,信使号飞船向地球传回超过28万幅图像。2015年5月,由于燃料耗尽,信使号飞船不得不结束自己的伟大使命,坠毁在水星地表。

在所有信使号获取的数据中,最为明显的当然就是对水星地表形貌的观测。虽然这里没有一丝生机,但仍存在着一些令人意外的发现。

陨坑与水冰

尽管水星地表温度很高,但在水星极区的一些陨坑内却存在着水冰。信使号在2012年探测到这些神秘的暗色区域。这些区域终年照射不到阳光,在月球上可能也存在着相似的情况。

水星极区陨坑内的水冰沉积物在一些区域还被某种神秘的暗色物质覆盖,这种物质的温度似乎比水冰稍高一些,厚度约20~30厘米,比水星上的任何其他物质都更黑。或许,这是某种有机物,并且很可能是某种含碳的化学物质。

许多距离太阳较远的天体,如彗星和一些富含水冰成分的小行星上都含有有机物。这些小天体中的一部分可能撞击到水星并将有机物带到了水星上。彗星甚至根本就不需要直接撞击水星,就能将物质播撒到这颗行星的表面。观测显示,水星地表的大部分区域都比月球表面更暗,而2015年的一项研究指出,这很有可能是经过的彗星将其含碳物质播撒到水星表面所造成的结果。

北部火山平原

信使号对水星地表的详细观测,更新了我们对水星历史的了解。

天文学家此前或多或少地认为,水星在过去数十亿年间基本没有发生过变化,而只是在接近太阳的轨道上静静地接受高温炙烤。而现在我们了解到,这颗行星曾经历过狂暴的历史——在其早期可能曾存在过剧烈的火山活动。

水星地表有许多线性构造,这是水星地表曾经发生开裂的证据。信使号还观测到长达25公里的火山岩浆管道,这是当年流动的岩浆在水星地表留下的痕迹。这样的火山活动,一直持续到大约10亿年前才逐渐平息下来。

甚至还有证据显示,水星上存在溢流型岩浆喷发。大量岩浆涌出地表,覆盖了广泛的区域,其中规模最大的一次发生在水星的北半球极地区域附近,该区域现在被称作“北部火山平原”。这一巨大的岩浆平原,占据了水星地表总面积的大约6%。

水星冷却

涌出地面的大量岩浆掩盖了此前存在的大量撞击坑,其中一些被熔岩覆盖的陨坑现在仍然能隐约分辨出其外部边缘,因而它们被称作“幽灵陨坑”。

但让人感到奇怪的是,大部分的水星平原区域的年龄都非常接近,这就意味着它们是在大致相同的时间内形成的。

今天的水星上已经不存在火山活动,这是因为曾经驱动了水星火山活动的内部热量已经逐渐冷却下来。而由于这一冷却过程,水星整体发生了收缩。大约40亿年前,当水星地壳最初形成之时,水星的半径要比今天大7公里左右。水手10号飞船拍摄的图像上可以识别出这一现象的最初迹象,信使号飞船传回的数据则表明这样的冷却收缩程度要比科学家们原先想象的更加严重。

然而,尽管存在这样的冷却和收缩,水星的内部却并未完全冷却下来,它仍然保有足够的热量,能产生其他类似大小的天体不敢奢望的东西:磁场。

除地球外,唯一拥有磁场的行星

在太阳系中,水星是除了地球之外唯一一个拥有全球性磁场的岩石行星——尽管它的磁场强度还不到地球磁场强度的1/100。

地球的磁场,是由地球内部的高温液态金属内核转动产生电流所驱动的。而信使号的考察结果显示,水星磁场的产生机制也应当与此类似。但这里也存在一些令人感到奇怪的地方——今天的地球磁场,是以地球内核为中心的;但水星的磁场并非以水星的核心为中心,而是存在大约相当于其半径20%的偏离。

这或许意味着:早期的地球也曾经拥有一个与水星相类似的、偏离半径的磁场。

2015年,信使号项目团队发现水星的磁场非常古老,它持续存在长达约40亿年之久。研究人员检查了水星表面带有磁性的岩石,这些岩石记录了水星磁场变化的历史。结果显示,水星的古代磁场强度要比现在强得多,其强度甚至可以与今天地球的磁场强度接近。

与地球相似的,水星同样大致形成于45亿年前。然而这两颗行星之间却仍存在重大差异,天文学家之所以如此迫切想要了解水星,是因为这将帮助我们了解各类行星的一些共同性质,从而使我们能够揭开未知的行星世界里的更多谜题。

 

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