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(yuǎn)鏡很少能夠仔細(xì)觀察它。水星沒有衛(wèi)星，是太陽系中公轉(zhuǎn)最快的行星，約88天繞太陽一圈。在公元前5世紀(jì)，因?yàn)樗菚r常交替地出現(xiàn)在太陽的兩側(cè)，被人們認(rèn)為是兩個不同的行星。當(dāng)它出現(xiàn)在傍晚時，被叫做墨丘利(羅馬神話中的信使)；當(dāng)它出現(xiàn)在早晨時，被稱為阿波羅(太陽神)。后來才知道他們實(shí)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(diǎn)距太陽僅4600萬千米，而遠(yuǎn)日點(diǎn)卻有7000萬千米。

水星在公轉(zhuǎn)二周的同時自轉(zhuǎn)三周，是太陽系中目前唯一已知的公轉(zhuǎn)周期與自轉(zhuǎn)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(yùn)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(zhì)核心。水星的大氣很稀薄，由太陽風(fēng)帶來的被破壞的原子構(gòu)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(wěn)定的大氣相比，水星的大氣頻繁地被補(bǔ)充更換。

由于水星是太陽系內(nèi)距太陽最近的行星，離地球較遠(yuǎn)，一般探測器受高溫影響難以對其進(jìn)行環(huán)繞觀測，用望遠(yuǎn)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(fā)射了兩艘探測器對水星進(jìn)行探測。

第一次水星探測

1973年11月3日美國發(fā)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(wù)是探測水星與金星的環(huán)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(jì)、粒子計(jì)數(shù)器，電視攝像機(jī)等儀器?！八帧?0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(jīng)過時，耗盡了使它保持穩(wěn)定位置的氣體，因此無法再對這顆行星作進(jìn)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(xué)家了解水星的主要來源。“水手”10號發(fā)現(xiàn)：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(zhì)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(diào)節(jié)，溫差可達(dá)到近600℃；水星的地形看上去與月球表面很相似，到處都是環(huán)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(fā)現(xiàn)水星上居然沒有一滴水，枉稱了多少世紀(jì)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(fā)射了“信使”號水星探測器。發(fā)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(dāng)中獲得助推力，從而把它導(dǎo)入水星軌道?！靶攀埂碧柼綔y器在進(jìn)入水星軌道之后，將開始執(zhí)行為期一年的水星探測任務(wù)。預(yù)計(jì)“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(xué)儀器對水星進(jìn)行探測，包括用來探測、分析水星是否存在有機(jī)化合物的照相機(jī)和分光計(jì)，用來了解更多關(guān)于水星磁場的磁力計(jì)，測量水星地形的高度計(jì)等。這是人造探測器首次進(jìn)入水星軌道進(jìn)行近距離的探測?！靶攀埂碧柕氖姑菍λ沁M(jìn)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?！靶攀埂碧柎舜嗡侵兄卦跒榱笠蓤F(tuán)尋找答案，破解這些疑團(tuán)不僅有助于研究水星，也會促進(jìn)科學(xué)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(tuán)是：

疑團(tuán)之一：水星密度為何如此之大?

疑團(tuán)之二：水星有過怎樣的地質(zhì)史?

疑問之三：水星內(nèi)核結(jié)構(gòu)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(fā)物至關(guān)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(wù)，包括對水星表面進(jìn)行測繪、測量水星稀薄的大氣層、對水星周圍的離子進(jìn)行取樣等。按計(jì)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(shù)據(jù)的分析結(jié)果，揭開了天文學(xué)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(nèi)部的類地行星中位居第二。如果沒有行星自身引力對內(nèi)部的壓縮作用，水星的密度將比地球更大?？茖W(xué)家們曾根據(jù)其密度推測，水星中有65％是富含鐵等金屬的內(nèi)核，這一比例約相當(dāng)于地球的2倍。但這次觀測卻發(fā)現(xiàn)，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(diǎn)可能與太陽系內(nèi)的其他行星不同，造成這一現(xiàn)象的原因還有待“信使”號的進(jìn)一步探索。

第二個發(fā)現(xiàn)是關(guān)于水星內(nèi)核結(jié)構(gòu)的問題。“水手”10號曾意外地發(fā)現(xiàn)，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(rèn)為地球磁場是由外層地核中液態(tài)巖漿的運(yùn)動形成的，體積比地球小得多的水星，照理說其內(nèi)核早就應(yīng)該冷卻并完全固化了。那么，現(xiàn)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(nèi)核并非完全是固體從而導(dǎo)致了磁場的形成?“信使”號此次飛掠水星時發(fā)現(xiàn)證實(shí)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(nèi)部、表面、外層大氣和磁氣圈之間相互復(fù)雜作用的驅(qū)動因素。

第三個發(fā)現(xiàn)與水星的地質(zhì)形成有關(guān)。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?？茖W(xué)家對這些平原形成的原因不清楚，各持己見：一些科學(xué)家認(rèn)為是由于太空巖石撞擊這顆行星后形成的，另外一些科學(xué)家認(rèn)為是由于水星本身火山爆發(fā)造成的。根據(jù)“信使”號測量到的水星表面反射率、顏色變化等數(shù)據(jù)以及高分辨率圖像，科學(xué)家在水星一處盆地周圍發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致水星平原形成的因素中，火山作用是重要的因素之一?！靶攀埂碧柕挠^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?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)一些懸崖斷層的圖像，表明水星收縮比先前嚴(yán)重，達(dá)到難以想象的程度?？茖W(xué)家認(rèn)為這是因?yàn)闊霟岬某砻芎诵睦鋮s和凝固所導(dǎo)致出現(xiàn)的收縮。

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

(責(zé)任編輯蒲暉)