炽热的水星上竟然有冰？

韩民范

1991年，地球上的天文學家向水星发射了雷达信号，收到的反馈揭示水星的两极可能存在冰层，当时就引起了天文学家极强烈的探索兴趣。不过，这个现象直到20年后才被证实——2012年，美国宇航局的“信使号”航天器抵达水星上空，该航天器在水星北纬85°到极点的北极区域发现了巨大的水冰沉积物。至此，水星正式加入了“有水星球俱乐部”。在过去将近十年的时间里，科学家们对水星的冰层的具体位置、厚度、状态等已经有了较为深入的了解，不过一个核心的问题一直没有解决——水星上的冰从哪里来？

最新的研究显示，水星上的冰层里的水分子其实是在其表面高达400℃的高温环境下产生的。这有点令人意外，在我们看来，高温和水貌似是不能同时存在的。据常识，只要温度高于100℃，水分子便会蒸发得无影无踪。沙漠之所以成为沙漠，很大一部分原因是因为温度过高，水分都蒸发了。那水星上的水是怎么在高温下产生的呢？

原来，水星表面矿物质的组成成分里面含有羟基。羟基是一种常见的极性基团，由一个氢原子和一个氧原子连接组成，化学式为-OH，和水分子只差一个氢原子。羟基之间的反应可生成水分子，但是要求的反应条件较高，然而水星却恰恰满足了这些反应条件——由于水星几乎没有大气和磁场，无法阻挡来自太阳的带电粒子流（主要是质子和电子）的袭击。所以来自太阳的质子能直接冲入到水星表面的土壤中，与羟基结合，降低了羟基和矿物质结合的能力。再加上水星表面极高的温度激发了羟基，使它们频繁地进行相互碰撞，最终发生了羟基生成水分子和氢气分子的反应。生成的水分子中，有部分被阳光分解，生成了氢气和氧气;有部分逃到了太空中，离开了水星;有部分则飘到了水星的两极，在太阳永远也照不到的环形山下方的深处，那里的温度可以低至-172℃以下，所以这部分分子便凝固成冰掉到地下，形成了厚厚的冰层。

虽然很多行星也有羟基，但这些行星无法满足高温的条件，所以它们要想获得水，只能通过与携带大量水或水成分（氢和氧）的陨石相撞的方式。所以，与其他含水的行星不同，水星的水可是在高温的条件下自己创造的。而且，水星的高温造冰行为一直在持续：据估计，在未来的300万年内，水星还将以此方式积累10万亿吨的冰，这大约相当于目前地球上可以观测到的冰的总量的10%。