探測水星的“信使”

沈羨云

離太陽最近的水星

在太陽系八大行星中，水星是最小的行星，僅比月球大1/3，它同時也是最靠近太陽的行星。由于水星太接近太陽，常常被猛烈的陽光淹沒，所以望遠鏡很少能夠仔細觀察它。水星沒有衛星，是太陽系中公轉最快的行星，約88天繞太陽一圈。在公元前5世紀，因為水星時常交替地出現在太陽的兩側，被人們認為是兩個不同的行星。當它出現在傍晚時，被叫做墨丘利(羅馬神話中的信使)；當它出現在早晨時，被稱為阿波羅(太陽神)。后來才知道他們實際上是同一顆行星。

水星的軌道是一個很扁的橢圓形，近日點距太陽僅4600萬千米，而遠日點卻有7000萬千米。

水星在公轉二周的同時自轉三周，是太陽系中目前唯一已知的公轉周期與自轉周期共動比率不是1:1的天體。水星上的溫差是整個太陽系中最大的，晝夜溫差近600℃。水星在許多方面與月球相似，它的表面有許多隕石坑而且十分古老，沒有板塊運動。水星是太陽系中僅次于地球、密度第二大的天體，有一個巨大的鐵質核心。水星的大氣很稀薄，由太陽風帶來的被破壞的原子構成。水星溫度如此之高，使得這些原子迅速地散逸至太空中，與地球和金星穩定的大氣相比，水星的大氣頻繁地被補充更換。

由于水星是太陽系內距太陽最近的行星，離地球較遠，一般探測器受高溫影響難以對其進行環繞觀測，用望遠鏡也不容易看到它，所以我們對水星還不十分了解，到目前為止，人類只發射了兩艘探測器對水星進行探測。

第一次水星探測

1973年11月3日美國發射了第一艘探測水星的“水手”10號探測器，它以飛掠的方式探測水星與金星，主要的任務是探測水星與金星的環境、大氣、地表與行星的特征。在“水手”10號中裝備了紫外線分光儀、磁力計、粒子計數器，電視攝像機等儀器。“水手”10號總共飛掠過水星3次，1975年3月6日，它第三次從水星上空330千米經過時，耗盡了使它保持穩定位置的氣體，因此無法再對這顆行星作進一步研究了。

“水手”10號3次近距離觀測已拍攝到了1萬多張圖片，它所傳回的資料是目前天文學家了解水星的主要來源。“水手”10號發現：水星擁有由氦所組成的稀薄大氣層，沒有云層；水星具有磁場與巨大的鐵質核心，水星表面引力只有地球表面引力的0.4倍；水星上沒有大氣調節，溫差可達到近600℃；水星的地形看上去與月球表面很相似，到處都是環形山；水星也有很長的峭壁，大約有2.5千米高，160千米長；從照片上分析發現水星上居然沒有一滴水，枉稱了多少世紀的“水星”。

“信使”號水墨探測器

2004年8月3日人類探測水星踏出新的一步，美國宇航局發射了“信使”號水星探測器。發射升空后，“信使”號太空船將開始其為期7年的太空之旅：在此期間，它要繞太陽飛行15圈，一“信使”號水星探測囂次飛掠地球，兩次飛掠金星，三次飛掠水星，從這三個星球的重力當中獲得助推力，從而把它導入水星軌道。“信使”號探測器在進入水星軌道之后，將開始執行為期一年的水星探測任務。預計“信使”號的燃料于2012年或2013年用完，屆時它很有可能墜毀到水星表面。

與上次不同的是，“信使”號將攜帶7種科學儀器對水星進行探測，包括用來探測、分析水星是否存在有機化合物的照相機和分光計，用來了解更多關于水星磁場的磁力計，測量水星地形的高度計等。這是人造探測器首次進入水星軌道進行近距離的探測。“信使”號的使命是對水星進行近距離、全方位觀測，并首次拍攝水星的特寫照片，以記錄下一些前所未見的水星地形。“信使”號此次水星之行重在為六大疑團尋找答案，破解這些疑團不僅有助于研究水星，也會促進科學家們更深入了解地球等類地行星的形成和演化。這六大疑團是：

疑團之一：水星密度為何如此之大?

疑團之二：水星有過怎樣的地質史?

疑問之三：水星內核結構如何?

疑問之四：水星磁場有何特性?

疑問之五：水星兩極到底存在什么不尋常的東西?

疑問之六：水星上哪些揮發物至關重要?

水星揭秘

2008年1月14日，“信使”號第一次飛掠水星，完成了一系列任務，包括對水星表面進行測繪、測量水星稀薄的大氣層、對水星周圍的離子進行取樣等。按計劃，“信使”號還將于2009年9月飛掠水星。2008年7月3日美國宇航局公布了1月“信使”號水星探測器飛掠水星時所得觀測數據的分析結果，揭開了天文學界多個長期探索的謎題。

首先，對水星密度為何如此之大的問題，有了初步的觀察。水星的體積與月球相似，而其密度則比月球大得多，僅比地球略低，在太陽系內部的類地行星中位居第二。如果沒有行星自身引力對內部的壓縮作用，水星的密度將比地球更大。科學家們曾根據其密度推測，水星中有65％是富含鐵等金屬的內核，這一比例約相當于地球的2倍。但這次觀測卻發現，水星表面礦物中鐵的分布相對較稀少，而且其地殼和地幔中很可能也是這種情形。這一點可能與太陽系內的其他行星不同，造成這一現象的原因還有待“信使”號的進一步探索。

第二個發現是關于水星內核結構的問題。“水手”10號曾意外地發現，水星擁有分布于整個星球的磁場。在其他類地行星中，只有地球具備相同特征。一般認為地球磁場是由外層地核中液態巖漿的運動形成的，體積比地球小得多的水星，照理說其內核早就應該冷卻并完全固化了。那么，現今水星的磁場是該行星早期原始磁場的殘余物，還是說水星內核并非完全是固體從而導致了磁場的形成?“信使”號此次飛掠水星時發現證實了水星磁場是源自水星外核位置，核的冷卻收縮過程為磁場提供了動力，而磁場又是水星內部、表面、外層大氣和磁氣圈之間相互復雜作用的驅動因素。

第三個發現與水星的地質形成有關。美國“水手”10號飛船拍攝的照片顯示水星表面古老，水星的大部分表面是平坦的平原，但布滿了坑。科學家對這些平原形成的原因不清楚，各持己見：一些科學家認為是由于太空巖石撞擊這顆行星后形成的，另外一些科學家認為是由于水星本身火山爆發造成的。根據“信使”號測量到的水星表面反射率、顏色變化等數據以及高分辨率圖像，科學家在水星一處盆地周圍發現水星火山噴射出火山熔巖流的痕跡，表明水星的形成與眾不同，而火山活動在塑造這顆行星的過程中扮演著重要角色。證明導致水星平原形成的因素中，火山作用是重要的因素之一。“信使”號的觀測還表明，水星地表除了平原，還存在褶皺、斷層等其他多種地形。科學家還發現一些懸崖斷層的圖像，表明水星收縮比先前嚴重，達到難以想象的程度。科學家認為這是因為熾熱的稠密核心冷卻和凝固所導致出現的收縮。

“信使”號的第一次掠過水星的探測就為科學家們解開了很多謎團，幾年后的繞水星探測將會獲得更多有用的數據，這些探測結果將有助于人類從新的角度認識水星，同時也可能為關于水星以及整個太陽系的一些未解問題找到答案。

(責任編輯蒲暉)