陽光里的徘徊者——水星

●　戴　明

水星對(duì)于大多數(shù)人來說既熟悉又陌生。人們很少談起水星，是因?yàn)閷?duì)于同是內(nèi)行星的金星來說，它所扮演的角色是那么不顯眼。眾所周知，水星是九大行星中最靠近太陽的行星，公轉(zhuǎn)軌道半徑只有0378個(gè)天文單位，故常被淹沒在太陽光輝中不為人所見。水星的半徑也很小，僅為2440千米，18個(gè)水星才有一個(gè)地球大。由于沒有大氣的保護(hù)，在強(qiáng)烈日光照射之下的白晝，水星表面的最高溫度竟可以使鉛熔化!而到了夜晚，溫度直線下降，最低時(shí)可使溫度計(jì)中的酒精凝固。所以，水星表面的晝夜溫差之大確是太陽系之最。但是，在水星的極地，一年之中溫度環(huán)境如何，尚不可知。那里的環(huán)形山底部，太陽光永遠(yuǎn)也達(dá)不到，在那里也許有冰。在19世紀(jì)，意大利科學(xué)家計(jì)算出水星的自轉(zhuǎn)周期同公轉(zhuǎn)周期相同，可惜這個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論竟被沿用了一個(gè)世紀(jì)。直到1965年，天文學(xué)家才用雷達(dá)測出了真正的自轉(zhuǎn)周期——58646日，是公轉(zhuǎn)周期的2／3。公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的相互作用使水星上的“一天”竟等于“兩年”，這樣，如果站在水星上看太陽，你會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽在水星的天空中運(yùn)行得極慢，有時(shí)甚至還會(huì)向西退著走。水星上幾乎沒有空氣，沒有水分。所以即使在白天，盡管太陽比地球上更大更明亮，但就在耀眼的太陽旁邊，仍可看見繁星爭輝，整個(gè)天空仍像黑絲絨那樣深沉烏黑。

水星離太陽很近，強(qiáng)大的太陽引力向空間探測技術(shù)提出挑戰(zhàn)。美國人為他們的“水手10”號(hào)探測器精心設(shè)計(jì)了一條飛行軌道：先讓它飛往金星，在金星附近受金星引力的影響改變?yōu)槔@太陽飛行的橢圓軌道。這個(gè)軌道的巧妙之處是使“水手10”號(hào)可以連續(xù)探測水、金兩顆行星。從空間探測器發(fā)回的照片來看，水星的外觀酷似月球：表面布滿了大大小小的環(huán)形山，其中直徑100千米以上的數(shù)以千計(jì)，而類似月海的平原卻很少。在水星平原與月海中都能觀察到熔巖流的痕跡，但月海同其周圍的高地相比明顯呈黑色，水星平原則與周圍高地的顏色沒有多大差異，這也許是因?yàn)樗某梢蚺c月海有所不同。水星表面甚至還有類似月球表面上的輻射紋，有的輻射紋長達(dá)1000多千米。一個(gè)半徑約1300千米的巨大同心圓構(gòu)造是水星上最大的盆地——卡路里盆地；還有許多令人膽戰(zhàn)心驚的斷崖地形，人們稱之為“皺脊”。這是水星內(nèi)部冷卻，水星整體熱收縮時(shí)形成的皺折，如位于北極附近的“維多利亞懸崖”，高度超過3000米。這些“皺脊”是了解水星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化過程的重要線索，因而備受科學(xué)界關(guān)注。探測數(shù)據(jù)顯示，水星有一個(gè)很大的核，半徑約1830千米，相當(dāng)于水星半徑的3／4，比月球還大。這個(gè)核的主要成分是鐵、鎳和硅酸鹽，其中鐵的質(zhì)量占整個(gè)水星的60％左右，核的外層是厚厚的巖石殼。因此說，水星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似地球。水星上還有與地球類似的磁場，但強(qiáng)度只有地磁的1％。“水手10”號(hào)是迄今為止飛向水星的惟一飛船，它在1974年和1975年間三次近距離探測了水星，拍攝了57％的水星表面，發(fā)回了5000多張清晰的照片，有的近距離照片分辨率達(dá)204米!根據(jù)這些寶貴的資料，科學(xué)家繪制了水星圖，為水星研究開創(chuàng)了良好條件。

尋 找 水 星

要想對(duì)水星進(jìn)行觀察，首先要找到水星，而水星恰恰是較難觀測的行星之一。據(jù)說哥白尼從1506年回到故土波蘭后，直到他1543年去世，也未曾見到過這顆行星。在地球上看，水星始終徘徊在太陽身旁：白天它在天空中，夜晚在地平線之下，只有當(dāng)它處于大距時(shí)才能看到。然而水星的大距角最大不過28°，就是說，當(dāng)太陽完全沉入地平線下，它才在西方地平線上28°左右，但那時(shí)天空還很亮，大約再過四五十分鐘才會(huì)變得昏暗起來。這時(shí)，它離地平線已不過10°左右了，像這種出現(xiàn)于黃昏的內(nèi)行星叫“昏星”。相反，當(dāng)水星變?yōu)椤俺啃恰睍r(shí)，我們只能在日出前的東方地平線上找到它。這兩種情況的可見時(shí)間都不超過1個(gè)小時(shí)。再者，地平線附近的星光要穿透比天頂厚幾倍的大氣，由于大氣的吸收和散射，星光亮度大減。倘若觀測條件再有不利，如有城市燈光、建筑物的干擾，都會(huì)使我們喪失寶貴的觀測機(jī)會(huì)。所以說水星對(duì)大多數(shù)人是“熟悉而陌生”的，就是這個(gè)道理。

要觀測水星，緯度的高低幾乎起著決定性的作用。在回歸線上，黃道急劇地降到地平線以下，因此晨昏蒙影時(shí)間短，觀測條件相對(duì)來說是最好的，向北或者向南離開赤道越遠(yuǎn)，條件就會(huì)迅速地變壞。在中緯度，黃道跟地平線的夾角較小，水星即使在大距的時(shí)候，也只能達(dá)到中等地平高度，我們可以在西方日落后不久的昏影中，或者在東方日出前不久的晨光中，并且總是在地平線的煙霧中看見水星。而在高緯度，黃道幾乎有1／4都在地平線以下，想見水星更加困難。所以，哥白尼在意大利學(xué)習(xí)時(shí)，還有機(jī)會(huì)見到水星，但當(dāng)他回到波蘭的故鄉(xiāng)托倫城，那里處于北緯53°，想見水星的確是勉為其難。盡管困難重重，仍有不少業(yè)余天文學(xué)家從事這方面的觀測。

水星表面的觀測

在低緯度，水星是一個(gè)較顯著的天體，它最亮?xí)r可與天狼星媲美。但在中緯度，因?yàn)樗拷仄骄€，可見條件較差，所以你不能期待在城市的燈光和樓群中看到它。即使是在郊外，一架優(yōu)質(zhì)的雙筒望遠(yuǎn)鏡也絕對(duì)幫得上忙。水星的亮度變化在－16等至＋17等之間，顏色是明顯的淡黃色，而且星光穩(wěn)定，我們可以從其他閃爍的恒星中將其區(qū)別出來。

觀測水星被稱作是行星觀測之中的大挑戰(zhàn)，它的半徑很小，所以在地球上看來，它的角直徑最大時(shí)也不到12角秒，所以，要想分辨圓面的細(xì)節(jié)至少要用大口徑望遠(yuǎn)鏡和200倍以上的倍率。區(qū)別小圓面上的細(xì)節(jié)極其困難，這不是因?yàn)橥h(yuǎn)鏡的威力不夠，而是由于近地平線處不利的可見條件造成的。事實(shí)上，大部分的水星觀測者都是在白天進(jìn)行觀測工作，這樣，濾鏡成為必備的工具。選用適當(dāng)?shù)臑V鏡將會(huì)加強(qiáng)視穩(wěn)定度和降低天光散射。有些呈灰色或淡棕色的斑紋在略帶粉紅色的水星表面上幾乎無法直接看到，必須借助不同顏色的濾鏡才能加以分辨，比如綠色濾鏡，對(duì)水星臨邊增亮的效果特別顯著。白天的觀測雖然取得了一系列重要的資料，但是，這種觀測只有口徑相當(dāng)大的望遠(yuǎn)鏡才擔(dān)負(fù)得起，業(yè)余天文學(xué)家用他們有限的手段是不能搞清楚許多細(xì)節(jié)的。所以，在晨昏蒙影期間觀測還是很重要的。最早觀測水星表面狀況的是一個(gè)德國天文愛好者施里特，他在對(duì)水星的系統(tǒng)觀測中見到了水星的位相變化，還看到了水星表面上的明暗區(qū)域。像這樣良好的視覺效果不是隨時(shí)都有的，取得觀測成功最重要的因素是要在反差最強(qiáng)的時(shí)間觀測水星，即星象不像在白晝天空中那樣暗淡，也不像在昏影和晨光中那樣明亮?xí)r，表面的細(xì)節(jié)才顯得比較清楚。短暫的大氣穩(wěn)定期可使水星的細(xì)節(jié)清楚而且反差適中。但這種情況是十分少見的。一個(gè)優(yōu)秀的觀測者善于長時(shí)間在目鏡后等待這個(gè)瞬間，這是他們?nèi)〉贸煽兊年P(guān)鍵所在。但是，大部分的等待都是徒勞的。經(jīng)驗(yàn)證明，中等密度的濾色片對(duì)改善晨昏蒙影時(shí)星象的穩(wěn)定性和反差作用效果十分明顯。

盡管難度很大，經(jīng)過意大利布雷拉天文臺(tái)臺(tái)長斯基帕雷利多年的仔細(xì)觀測，第一張水星表面圖終于問世。有人看到水星面表特征的某些變化，一部分是周期性的，一部分是永久性的。這可能是一種幻覺，但的確超出了業(yè)余天文學(xué)家能力所及。另一方面，由于水星有顯著的天平動(dòng)，業(yè)余天文學(xué)家可以較清楚地看到它的外貌變化。

水星凌日的觀測

行星繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面一般與黃道面斜交，這兩個(gè)交點(diǎn)分別稱為升交點(diǎn)和降交點(diǎn)。當(dāng)內(nèi)行星的下合正好發(fā)生在兩個(gè)軌道交點(diǎn)附近時(shí)，則地球、內(nèi)行星和太陽三者幾乎位于同一直線上。從地球上看來，即是行星凌日。凌日是內(nèi)行星的特有現(xiàn)象。水星或金星凌日時(shí)，我們可以看到一個(gè)小小的黑點(diǎn)，從太陽圓面上緩緩由東向西移動(dòng)。凌日要同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，所以是極為罕見的天象。水星凌日平均每世紀(jì)13次，金星凌日則更少，約每243年發(fā)生4次。

正因?yàn)榱枞盏臋C(jī)會(huì)十分稀少，又相當(dāng)有科學(xué)價(jià)值，所以許多觀測者決不輕易放棄一次百年不遇的機(jī)會(huì)。水星凌日發(fā)生在水星下合出現(xiàn)在交點(diǎn)處的時(shí)候，持續(xù)的時(shí)間取決于它越過太陽圓面時(shí)所走過的長度。如果它越過太陽圓面中心，凌日時(shí)間可長達(dá)8小時(shí)；如果越過太陽邊緣，就會(huì)變短。

觀測凌日時(shí)應(yīng)精確記錄接觸時(shí)間，包括凌始與凌既，即進(jìn)入太陽圓面時(shí)的外接觸和內(nèi)接觸；凌出與凌終，即離開太陽圓面時(shí)的內(nèi)接觸與外接觸。另外還要注意在暗黑的水星圓面周圍可能出現(xiàn)的暈。有些光學(xué)現(xiàn)象也要當(dāng)心些，特別是黑“滴”，因?yàn)樗鼤?huì)給凌既和凌出的測量帶來困難。與水星這個(gè)黑色的小圓面相比，太陽黑子和暗影顯得微微發(fā)紫或呈現(xiàn)淡灰色。值得一提的是，小而且全黑的水星表面出現(xiàn)在大而且明亮的太陽圓面上會(huì)引起許多光學(xué)幻覺，例如在水星圓面會(huì)看到一個(gè)明亮的小點(diǎn)，這種情況要小心處理。