探测水星的“信使”

沈羡云

离太阳最近的水星

在太阳系八大行星中，水星是最小的行星，仅比月球大1/3，它同时也是最靠近太阳的行星。由于水星太接近太阳，常常被猛烈的阳光淹没，所以望远镜很少能够仔细观察它。水星没有卫星，是太阳系中公转最快的行星，约88天绕太阳一圈。在公元前5世纪，因为水星时常交替地出现在太阳的两侧，被人们认为是两个不同的行星。当它出现在傍晚时，被叫做墨丘利(罗马神话中的信使)；当它出现在早晨时，被称为阿波罗(太阳神)。后来才知道他们实际上是同一颗行星。

水星的轨道是一个很扁的椭圆形，近日点距太阳仅4600万千米，而远日点却有7000万千米。

水星在公转二周的同时自转三周，是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。水星上的温差是整个太阳系中最大的，昼夜温差近600℃。水星在许多方面与月球相似，它的表面有许多陨石坑而且十分古老，没有板块运动。水星是太阳系中仅次于地球、密度第二大的天体，有一个巨大的铁质核心。水星的大气很稀薄，由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高，使得这些原子迅速地散逸至太空中，与地球和金星稳定的大气相比，水星的大气频繁地被补充更换。

由于水星是太阳系内距太阳最近的行星，离地球较远，一般探测器受高温影响难以对其进行环绕观测，用望远镜也不容易看到它，所以我们对水星还不十分了解，到目前为止，人类只发射了两艘探测器对水星进行探测。

第一次水星探测

1973年11月3日美国发射了第一艘探测水星的“水手”10号探测器，它以飞掠的方式探测水星与金星，主要的任务是探测水星与金星的环境、大气、地表与行星的特征。在“水手”10号中装备了紫外线分光仪、磁力计、粒子计数器，电视摄像机等仪器。“水手”10号总共飞掠过水星3次，1975年3月6日，它第三次从水星上空330千米经过时，耗尽了使它保持稳定位置的气体，因此无法再对这颗行星作进一步研究了。

“水手”10号3次近距离观测已拍摄到了1万多张图片，它所传回的资料是目前天文学家了解水星的主要来源。“水手”10号发现：水星拥有由氦所组成的稀薄大气层，没有云层；水星具有磁场与巨大的铁质核心，水星表面引力只有地球表面引力的0.4倍；水星上没有大气调节，温差可达到近600℃；水星的地形看上去与月球表面很相似，到处都是环形山；水星也有很长的峭壁，大约有2.5千米高，160千米长；从照片上分析发现水星上居然没有一滴水，枉称了多少世纪的“水星”。

“信使”号水墨探测器

2004年8月3日人类探测水星踏出新的一步，美国宇航局发射了“信使”号水星探测器。发射升空后，“信使”号太空船将开始其为期7年的太空之旅：在此期间，它要绕太阳飞行15圈，一“信使”号水星探测嚣次飞掠地球，两次飞掠金星，三次飞掠水星，从这三个星球的重力当中获得助推力，从而把它导入水星轨道。“信使”号探测器在进入水星轨道之后，将开始执行为期一年的水星探测任务。预计“信使”号的燃料于2012年或2013年用完，届时它很有可能坠毁到水星表面。

与上次不同的是，“信使”号将携带7种科学仪器对水星进行探测，包括用来探测、分析水星是否存在有机化合物的照相机和分光计，用来了解更多关于水星磁场的磁力计，测量水星地形的高度计等。这是人造探测器首次进入水星轨道进行近距离的探测。“信使”号的使命是对水星进行近距离、全方位观测，并首次拍摄水星的特写照片，以记录下一些前所未见的水星地形。“信使”号此次水星之行重在为六大疑团寻找答案，破解这些疑团不仅有助于研究水星，也会促进科学家们更深入了解地球等类地行星的形成和演化。这六大疑团是：

疑团之一：水星密度为何如此之大?

疑团之二：水星有过怎样的地质史?

疑问之三：水星内核结构如何?

疑问之四：水星磁场有何特性?

疑问之五：水星两极到底存在什么不寻常的东西?

疑问之六：水星上哪些挥发物至关重要?

水星揭秘

2008年1月14日，“信使”号第一次飞掠水星，完成了一系列任务，包括对水星表面进行测绘、测量水星稀薄的大气层、对水星周围的离子进行取样等。按计划，“信使”号还将于2009年9月飞掠水星。2008年7月3日美国宇航局公布了1月“信使”号水星探测器飞掠水星时所得观测数据的分析结果，揭开了天文学界多个长期探索的谜题。

首先，对水星密度为何如此之大的问题，有了初步的观察。水星的体积与月球相似，而其密度则比月球大得多，仅比地球略低，在太阳系内部的类地行星中位居第二。如果没有行星自身引力对内部的压缩作用，水星的密度将比地球更大。科学家们曾根据其密度推测，水星中有65％是富含铁等金属的内核，这一比例约相当于地球的2倍。但这次观测却发现，水星表面矿物中铁的分布相对较稀少，而且其地壳和地幔中很可能也是这种情形。这一点可能与太阳系内的其他行星不同，造成这一现象的原因还有待“信使”号的进一步探索。

第二个发现是关于水星内核结构的问题。“水手”10号曾意外地发现，水星拥有分布于整个星球的磁场。在其他类地行星中，只有地球具备相同特征。一般认为地球磁场是由外层地核中液态岩浆的运动形成的，体积比地球小得多的水星，照理说其内核早就应该冷却并完全固化了。那么，现今水星的磁场是该行星早期原始磁场的残余物，还是说水星内核并非完全是固体从而导致了磁场的形成?“信使”号此次飞掠水星时发现证实了水星磁场是源自水星外核位置，核的冷却收缩过程为磁场提供了动力，而磁场又是水星内部、表面、外层大气和磁气圈之间相互复杂作用的驱动因素。

第三个发现与水星的地质形成有关。美国“水手”10号飞船拍摄的照片显示水星表面古老，水星的大部分表面是平坦的平原，但布满了坑。科学家对这些平原形成的原因不清楚，各持己见：一些科学家认为是由于太空岩石撞击这颗行星后形成的，另外一些科学家认为是由于水星本身火山爆发造成的。根据“信使”号测量到的水星表面反射率、颜色变化等数据以及高分辨率图像，科学家在水星一处盆地周围发现水星火山喷射出火山熔岩流的痕迹，表明水星的形成与众不同，而火山活动在塑造这颗行星的过程中扮演着重要角色。证明导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”号的观测还表明，水星地表除了平原，还存在褶皱、断层等其他多种地形。科学家还发现一些悬崖断层的图像，表明水星收缩比先前严重，达到难以想象的程度。科学家认为这是因为炽热的稠密核心冷却和凝固所导致出现的收缩。

“信使”号的第一次掠过水星的探测就为科学家们解开了很多谜团，几年后的绕水星探测将会获得更多有用的数据，这些探测结果将有助于人类从新的角度认识水星，同时也可能为关于水星以及整个太阳系的一些未解问题找到答案。

(责任编辑蒲晖)