水星有一顆與眾不同的“心”

石無魚

水星是太陽系八大行星中最小的，也是離太陽最近的一顆行星。它也是一顆巖石質(zhì)行星，跟金星、地球和火星一起，同屬于類地行星。

所有類地行星的結(jié)構(gòu)，從里到外都由地核、地幔和地殼三部分組成。地核主要由金屬，尤其是鐵組成;地幔和地殼則含鐵量較少，主要由硅酸鹽組成。

核心所占比例高得異乎尋常

說水星有著與眾不同的“心”，主要是水星的鐵質(zhì)核心占其總質(zhì)量的70%，這一比例遠遠高于太陽系中其他巖石質(zhì)行星。譬如，地球的地核只占總質(zhì)量的34%。

水星核心所占比例高得如此異乎尋常，科學家猜想，可能過去發(fā)生過什么事情，使得水星的地幔和地殼一部分被剝離;由于含鐵量少的表層被剝?nèi)?，所以鐵核所占的比例就上來了。

一種可能是，水星在年輕時經(jīng)歷了一次碰撞，外層熔化了——地球就是經(jīng)歷了類似的碰撞后，一部分物質(zhì)飛出去形成了月球?？紤]到水星沒有衛(wèi)星，碰撞之后濺射到太空的物質(zhì)可能都掉進太陽了。

但美國的“信使號”探測器在2011年至2015年環(huán)繞水星飛行期間，在水星表面發(fā)現(xiàn)了存在鉀、硫等元素的跡象。這些元素在高溫下是極易蒸發(fā)的。如果水星經(jīng)歷過強烈的碰撞，會形成極高的溫度，其表面就不應該有這些元素。

最近，科學家通過模擬證明，如果水星沒有跟另一個天體碰撞，而是與另一顆行星——最有可能是它的鄰居金星——只是近距離運行，同樣可以被剝?nèi)ニ堑谋韺?，而且不會產(chǎn)生太多的熱量，使其表面的鉀、硫等元素得以保存。

模擬顯示，年輕的水星只要以適當?shù)姆较蜃赞D(zhuǎn)，它的表層物質(zhì)是相對容易被剝離的。假設最初水星跟其他巖石質(zhì)行星一樣，其核心所占比例是30%，那么只需要被金星剝離四次，就能達到目前的水平。

與眾不同的冷卻方式

水星還存在兩個與眾不同的疑點。

一個疑點是，有跡象表明，水星的冷卻導致其半徑縮小了大約10千米，相當于其半徑的1%，是在行星中縮小幅度最大的。

我們知道，太陽系的行星形成之后，開始都是一團熾熱的火球，都有一個冷卻的過程。冷卻之后，因為熱脹冷縮，體積也隨著縮小。另外，科學家發(fā)現(xiàn)，在八大行星中，別的行星都是緩慢冷卻的，唯有水星是個例外。水星在形成后的5億年內(nèi)就基本收縮完成，而別的行星還在緩慢冷卻中。科學家推測，這可能是因為水星的鐵質(zhì)核心占比較大，導致它的冷卻方式也與眾不同。

水星還有一個疑點。在太陽系類地行星中，目前只有地球和水星有著全球性磁場的，其他類地行星或許最初有過全球性磁場，但都在冷卻過程中失去了。

可是，一般來說，行星磁場只有在熔融的液態(tài)核受到劇烈攪動時才能形成。科學家認為，在水星形成的早期，其液態(tài)核不會產(chǎn)生足以維持磁場的攪動。所以，我們不知道這個磁場是如何形成和維持的。

這兩個問題也許都可以通過一個模型來解釋，即假設水星早期可能是地核的液態(tài)巖漿直接沖出地殼來冷卻的。這實際上是另一種形式的火山噴發(fā)，但與普通火山不同的是，普通火山噴發(fā)的物質(zhì)來自地幔，而水星因為塊頭相對較小，內(nèi)部的壓力不夠大，無法在中心形成固態(tài)的核，所以其地核都處于熔融狀態(tài)。這些熔融的物質(zhì)直接自地核噴發(fā)出來，而且噴發(fā)量更大。

這樣的冷卻方式，首先散熱快，這就解釋了為什么水星早期收縮得如此之快。其次，迅速的冷卻讓水星的液態(tài)核上層和下層產(chǎn)生更大的溫度差，這樣會加劇對流，從而提供了維持磁場必要的劇烈攪動。

水星由于在初期釋放熱量過猛，內(nèi)部壓力得到極大的緩解，所以在早期的大規(guī)模噴發(fā)之后，火山活動基本上就停止了，就像水龍頭被關(guān)掉一樣。