歐洲與日本的聯(lián)合計(jì)劃——貝爾科隆博（BepiColombo）水星探測器——在行經(jīng)了地球，并駛向太陽系的最深處。它將為我們解答關(guān)于水星，這個(gè)位于太陽系最深處行星的疑惑。
圖片來自美國宇航局（NAS）A/約翰霍普金斯應(yīng)用物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室（JHAPL）/美國華盛頓卡耐基研究所(Carnegie Institution of Washington）/維基百科（Wikimedia Commons）
水星的表面充滿隕石坑和塵埃，與月球看上去非常相似。這張照片起初是由NASA的信使號(hào)（Messenger）于2008年拍攝的。這張照片揭示了許多以前從未被知曉的水星特點(diǎn)。
歐空局最初在2020年4月發(fā)布此文章。
歐日合作的貝爾科隆博探測器就在昨晚成功地完成了她的首次、也是唯一一次越地。該探測器于2018年啟動(dòng)，預(yù)計(jì)將于2025年12月抵達(dá)位于太陽系最深處的水星。她利用地球的重力稍稍改變軌道，便義無反顧地奔向了太陽系深處。在貝爾科隆博發(fā)射之前，唯二拜訪過水星的只有NASA的“水手號(hào)10(Mariner 10)”與“信使號(hào)(MESSENGER)”。這兩個(gè)計(jì)劃透露給我們關(guān)于小巧且隱秘的水星的消息遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于我們所見。盡管表面溫度高達(dá)450攝氏度（850華氏度），水星上似乎有固態(tài)水存在的痕跡。水星也擁有著與她嬌小體型毫不相稱的巨大內(nèi)核以及無比豐富的化學(xué)組成。請(qǐng)繼續(xù)向下閱讀了解水星的五個(gè)秘密。
四顆類地行星的對(duì)比圖，從左向右分別為水星，金星，地球，和火星（圖源：歐空局（ESA））
1.水星起源于哪里？
水星只比月球稍大一些，繞日公轉(zhuǎn)周期是88天。它離太陽最近的時(shí)候只有地日距離的三分之一。水星難道一直都是在那個(gè)地方的嗎？科學(xué)家表示他們并不能確定。
NASA的信使號(hào)自2011年到2015年圍繞水星進(jìn)行觀測，從它收集到的數(shù)據(jù)來看，水星的表面有穩(wěn)定的放射性元素，釷。并且擁有更多的可揮發(fā)化學(xué)元素，鉀。歐洲航天局貝爾科隆博計(jì)劃的科學(xué)家約翰尼斯·本霍夫說：“鉀在高溫環(huán)境下會(huì)快速蒸發(fā)，而釷可以在非常高溫的環(huán)境下穩(wěn)定存在。所以靠近太陽形成的行星一般而言擁有更多釷，而不是鉀。鉀與釷的含量比例在地球，火星，月球和金星上都與這些星球所形成的地方的溫度有一定相關(guān)性。但是我們在水星上所測量到的鉀要比我們預(yù)計(jì)的要多。”
事實(shí)上，水星上鉀和釷的比例與離太陽遠(yuǎn)的多的火星上相當(dāng)。約翰尼斯承認(rèn)，現(xiàn)有的行星形成模型無法合理的解釋其中的偏差，科學(xué)家因此開始研究水星起源于大約是火地距離的遙遠(yuǎn)位置的可能，并且它在一次與一個(gè)大天體撞擊的過程中靠近太陽。一次強(qiáng)烈的撞擊也可以解釋她超乎尋常的巨大內(nèi)核和相對(duì)薄的外層。
水星的內(nèi)核與她的體型不太相稱（圖源：歐空局（ESA））
水星內(nèi)核的直徑大約3，600千米（2250英里），它在直徑小于5，000千米（3，100英里）的水星內(nèi)，占據(jù)了其體積的40% 。相比之下，地球的直徑約12，700千米 (7，900英里），但地核只有2，400千米（1490英里）。
本霍夫 解釋道：一個(gè)理論提出，這個(gè)巨大撞擊在過去意外的將水星撞到現(xiàn)在的位置，同時(shí)撞碎了大部分行星的外層物質(zhì)并留下僅有一個(gè)薄外層的極大密度的內(nèi)核。
有些人甚至猜測水星是45億年前撞擊地球的神秘天體，根據(jù)部分理論，在那場撞擊后的殘骸導(dǎo)致了月球的形成。
貝爾科隆博能揭示多少水星的神秘面紗？約翰納斯說，諸如梅迪斯輻射計(jì)和熱紅外光譜儀、MIXS水星成像X射線光譜儀、MGNS伽馬射線和中子星光譜儀等儀器都將為了解水星表面的礦物質(zhì)和元素提供一個(gè)新的水平。歐洲航天局的水星行星軌道器（MPO）是組成貝爾科隆博的兩個(gè)軌道器之一，與其前身信使號(hào)相比，它環(huán)繞行星更近，將以更高的分辨率拍攝水星表面，并提供比信使號(hào)更全面的水星南半球的覆蓋范圍。
“信使號(hào)”探測器于2011年至2015年間繞水星軌道運(yùn)行，在水星兩極的環(huán)形山中發(fā)現(xiàn)了形似水冰的物質(zhì)。（圖源：歐空局（ESA））
2.水星上真的有水嗎？
水星表面的溫度高達(dá)450°C(840華氏度)，人們不可能在水星上找到水，更不用說冰了。令人驚訝的是，當(dāng)“信使號(hào)”探測到水星兩極附近的一些隕石坑時(shí)，它看到了似乎是由大量水冰反射而來的光。本霍夫解釋道:
“我們有強(qiáng)烈的跡象表明這些隕石坑里可能有水冰，但還未直接探測到。有了MPO上的儀器，我們希望不僅能夠直接測量水的含量，確認(rèn)是否真的有水，而且還能嘗試找出有多少水。
本霍夫補(bǔ)充說，在這個(gè)被燒焦的星球上發(fā)現(xiàn)水冰的想法并不荒謬。水星繞著與軌道平面垂直的軸旋轉(zhuǎn)。因此，地球不像地球那樣傾斜。于是，比地球強(qiáng)三倍的太陽光線，永遠(yuǎn)無法到達(dá)極地環(huán)形山內(nèi)部，使它們始終保持冰冷。
約翰內(nèi)斯希望MPO的儀器能夠識(shí)別水星表面的精確元素組成，這樣科學(xué)家們甚至可以知道這些冰的真正來源?？茖W(xué)家認(rèn)為冰可能不是直接來自水星。然而，它的起源是另一個(gè)謎。彗星是地球上最有可能的水源，但據(jù)信過去撞擊過水星的并不多。本霍夫說:
該地區(qū)的彗星非常罕見，由于其強(qiáng)大的引力，通常以太陽為終結(jié)。這些冰可能來自于在整個(gè)演化過程中與水星相撞的小行星。由于陰暗處火山口的低溫，冰可能在那里存在了數(shù)千萬年。
雖然貝爾科隆博不能提供一個(gè)明確的答案，但它對(duì)極地地區(qū)的全面的觀測可以提供一些關(guān)于水星上冰的起源的線索。
水星上的柯特茲(Kertes)隕石坑上的小凹痕或凹洞。NASA的"信使號(hào)"發(fā)現(xiàn)了這些以前不為人知的地質(zhì)特征。它們的起源仍然是個(gè)謎。圖源：歐空局（ESA）。
3.水星是死氣沉沉還是生機(jī)勃勃？
由于水星焦干且死氣沉沉表面，她一直以來都不被看好會(huì)孕育生物。然而當(dāng)“信使者”飛船在水星表面細(xì)細(xì)觀察之后，它發(fā)現(xiàn)水星或許超出了我們的期待。
此次任務(wù)發(fā)現(xiàn)了一些無法從其他行星得知的奇怪的地質(zhì)特征，它們散布在水星的一些隕石坑內(nèi)部和周圍。這些表面上的凹痕，抑或是科學(xué)家們所說的凹洞，好像是水星內(nèi)部物質(zhì)的蒸發(fā)造成的。本霍夫說：有趣的是，這些凹洞似乎是最近才出現(xiàn)的。好像有一些揮發(fā)性物質(zhì)在從水星的外層上升，并升華到周圍的空間，留下了這些奇怪的地質(zhì)特征。
由于貝爾科隆博將在信使號(hào)結(jié)束任務(wù)十年后開始對(duì)水星的調(diào)查，科學(xué)家們希望他們能找到這些凹洞變化的證據(jù)，要么變大，要么變小。這將意味著水星依然是一個(gè)活躍的，有生命力的星球，而不是一個(gè)像月球一樣的死星球。本霍夫解釋道：如果我們可以證明這些空洞是變化的，那將是我們用貝爾科隆博能得到的最神奇的結(jié)果之一。驅(qū)使這些凹洞產(chǎn)生的過程是完全未知的。它可能是由高溫或太陽粒子沖擊水星表面造成的。這是一個(gè)全新的發(fā)現(xiàn)，每個(gè)人都期待可以了解更多。
4.為什么水星如此黯淡？
月球那隕坑遍布滿臉瘡痍的灰暗表面，使她看起來與地球的伴侶月球十分相像。至少，乍一看是如此?？稍俳稽c(diǎn)，出于連科學(xué)家都還不知曉的原因，水星的表面卻要比月球暗的多。這顆行星只反射了月亮反射光的三分之二。
MPO搭載的MERTIS熱紅外成像儀將繪制一張水星表面礦物分布的詳細(xì)地圖。并提供比MESSENGER更高的精確度和元素組成的分辨率。MERTIS和其他MPO設(shè)備會(huì)協(xié)助回答水星黯淡的原因，本克霍夫說：
現(xiàn)在對(duì)于這個(gè)問題有很多種解釋。其中一種解釋闡述道水星表面發(fā)暗很可能是即便水星表面物質(zhì)分布和其他行星十分相似，但是其上的高溫使得水星上的那些物質(zhì)變得灰暗。還有種可能是我們看到的其實(shí)是水星表面的石墨，而石墨本身就很黑。當(dāng)星球冷卻下來，石墨層也就隨之形成，而一些石墨在水星后續(xù)的演化中浮到了表層。
水星與太陽風(fēng)相互作用下形成的強(qiáng)不對(duì)稱磁場的示意圖。圖源：歐空局.（ESA）/ResearchGate
5.水星為什么有磁場？
具有磁場的行星并不多。在內(nèi)太陽系的巖石行星中，只有水星和地球有磁場?；鹦沁^去曾經(jīng)有磁場，但后來消失了。從大小上看，水星應(yīng)該沒有磁場，它太小了。事實(shí)情況是，水星擁有磁場，只是比地磁場弱一百倍?？茖W(xué)家們想知道，在眾多不利因素下，該磁場是如何維持下去的。
地磁場是通過液態(tài)鐵質(zhì)內(nèi)核的快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。至于水星，科學(xué)家曾經(jīng)認(rèn)為，由于它很小，它的核心一定已經(jīng)冷卻并凝固了。真的是這樣嗎？約翰尼斯·本霍夫解釋說：水星的核心必須部分熔化才能解釋這種磁性。我們可以通過測量水星表面的潮汐來證明行星內(nèi)部一定有液體存在。當(dāng)水星繞太陽公轉(zhuǎn)并與其引力相互作用時(shí)，我們期望形成一個(gè)在水星公轉(zhuǎn)過程中會(huì)改變大小的隆起。
根據(jù)一些估計(jì)，隆起最高時(shí)可能高達(dá)14米（46英尺）。在水星繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中（從最近點(diǎn)4600萬公里合2900萬英里到最遠(yuǎn)點(diǎn)7000萬公里合4300萬英里），貝皮可倫坡任務(wù)將全程跟隨，精確測量隆起的變化。這些數(shù)據(jù)將幫助科學(xué)家更好地估計(jì)內(nèi)部液體核的大小。
水星的磁場向北偏移了400公里（248英里），沒有像地球一樣居于行星的中心。
貝皮可倫坡任務(wù)中包括歐空局的環(huán)水星軌道器（MPO）和日本航天局（JAXA）的水星磁層軌道器（Mio），這兩個(gè)軌道器將比之前的任何探測器都更詳細(xì)地研究水星磁場，并揭開那些令人困惑的謎題。這兩個(gè)軌道器將按照不同的時(shí)間表穿越水星磁層的不同區(qū)域。它們將同時(shí)測量磁場如何隨時(shí)間和空間變化，并試圖解釋與太陽的近距離接觸以及與強(qiáng)大的太陽風(fēng)的相互作用會(huì)如何影響磁場。
更詳細(xì)地了解水星的磁場還將幫助天文學(xué)家進(jìn)一步了解這顆神秘行星內(nèi)部發(fā)生的事情。
重要提示：預(yù)計(jì)于2025年12月到達(dá)水星的貝皮可倫坡任務(wù)的兩個(gè)探測器有望解答以上有關(guān)水星的5個(gè)問題。
作者：EarthSky Voices
FY：Astronomical volunteer team
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