简介

水星(Mercury)，是太阳系八大行星最内侧也是最小的一颗行星，也是离太阳最近的行星。中国称为辰星，有着八大行星中最大的轨道偏心率。它每87.968个地球日绕行太阳一周，而每公转2.01周同时也自转3圈。水星有着太阳系行星中最小的轨道倾角。水星轨道的近日点每世纪比牛顿力学的预测多出43弧秒（角秒）的进动，这种现象直到20世纪才从爱因斯坦的广义相对论得到解释。水星是一颗类地行星，由于其非常靠近太阳，所以只会出现在凌晨成为辰星，或是黄昏出现作为昏星。除非有日食，否则在阳光的照耀下通常是看不见水星的。^[1]

命名由来

五行中，水是最为灵动而快速的，所以水星因此得名。其实水星除了叫做水星，还有启明星、辰星（在司马迁《史记》中解释道：“察日辰之会，以治辰星（水星）之位，曰北方水，太阴之精，主冬……。辰星呈灰色，与河流湖泊中的水的颜色相近，故称水星。"可见这是中国古代人民对水星的印象)的说法，这主要是从它大多在早上太阳还没出那会可见而得名的。

英文中，由于水星在天上运行的速度很快，所以亦用了墨丘利（他的形象一般是头戴一顶插有双翅的帽子，脚穿飞行鞋，手握魔杖，行走如飞）的名字而命名。

在印度，水星被称为“Budha”（बुध），是月亮之神（“Chandra”）的儿子；在希伯来，称为“Kokhav Hamah”（כוכב חמה），意思是来自太阳的炎热之星。^[2]

基本天文数据

待补充

水星有水吗

一直以来人们认为，虽然名叫水星，可惜高温，微弱的引力和强烈的太阳风注定了水星不会有水，但是信使号所携带的“中子谱仪”首次证明了水星两极存有水冰。（很可能是来自彗星和小行星）。

与地球不同，水星和月球的自旋轴的方向使得在其极地区域，太阳永远不会高出地平线。因此，极地地形的凹陷（例如撞击坑）永远不会看到太阳。

水星垂直于它的轨道平面，那么水星两极便存在许多永久阴影区，这也意味着太阳光是照不进这些区域，即使逸出水蒸气，也会在极低的温度下凝成冰。^[3]^[4]

阿雷西博天文台获取的水星北极地区的雷达图像。黄色区域表示雷达反射率高的区域。

水星北极区域

特征

满目疮痍--陨石坑

水星表面有类似于月球的陨石坑，(见左图)

1974-75，水手10号第一次拍到半个卡洛里（斯）盆地

水星上一处看起来像笑脸般的陨石坑

水星上最大的陨石坑：卡洛里（斯）盆地，

直到2008年，信使号首次拍摄了完整的卡洛里盆地影像。（蓝圈）卡洛里盆地原本的推测直径是1300公里，近年信使号拍摄新影像以后推测直径改成1550公里

经图像增强后的卡洛里斯盆地图像

创造出这么大的陨石坑至少有一颗直径至少为100千米的小行星同水星发生了碰撞，接着对整个水星造成了影响。而一直令人所津津乐道的“蜘蛛”也在其内部区域。

图：阿波罗多罗斯撞击坑

在另一侧，正好与卡洛里(斯)相对的地方因撞击同时形成一处隆起。

来源于纪录片《宇宙》

巨大的铁质内核--内部构造

水星的的金属核约占其体积的61%（而月球为4%，地球为16%）

https://news.agu.org/press-release/scientists-find-evidence-mercury-has-a-solid-inner-core/

示意图

形成假说

在水星早期，它已经分化了地壳和地幔，以及更密度更大的富含铁的地核之后，水星可能遭受到一颗直径数百公里，质量约为其1/6的小行星撞击。，这次撞击剥离了大量原始的地壳和地幔。留下了巨大的铁质内核。这一假说得到了信使号分光仪对水星表面元素丰度观测的支持。这与巨大撞论相似，该假说被用来解释月球的形成。^[5]

另一假说为，水星在太阳输出的能量稳定下来之前就已经在太阳星云中形成。这颗行星原本的质量是目前的两倍，但在原行星的收缩过程中。当时水星的温度可能在2,500-3,500K，并且可能高达10,000K，水星表面许多的岩石成分在如此的高温下可能都汽化，成为大气层中的"岩石蒸汽"，然后被太阳风带走了。

第三种假说认为，太阳星云使水星表面较轻的物质会逃逸，从而留下个巨大的铁质内核。

每种假说预测的水星表面有不同的成分，信使号和贝皮可伦坡号任务都试图论证上述的学说。

冰火两重天--气候

水星表面昼夜温差极大，白天赤道地区温度可达432℃，夜间却降至-172℃，而极区温度常年在-172℃。

正在”缩水"--地质

在水手10号传回的图像中，这些被称为皱脊^[6]的地貌吸引了科学家，而这些皱脊被认为都是在水星的地壳凝固后，核心和地幔因冷却而收缩造成的。

接下来，信使号返回的数据表明，它的表面蜿蜒着成千上万的。科学家们研究了大约6000个这样的结构，并计算出，自这个行星诞生以来，其2440公里的半径已经缩小了14公里到20公里。^[7]

孤独的星球--卫星

在水手10号探测水星之前(1973年3月27日），人们便接收到了大量水星附近的紫外线射线曾被人们怀疑过是水星附近的某些天体(也就是水星的“卫星")发出的，但时至今日，水星和金星一样没有被发现卫星，而3月27日的射线来源也不得而知。

自旋轨道共振

许多年以来，水星被认为是与太阳同步的潮汐锁定，在每一次的轨道公转中都以同一面朝向太阳，就像月球始终以同一面朝向地球。在1965年的雷达观测，美国天文学家才测量出水星自转的精确周期是58.646天，证明水星以3:2的自旋轨道共振，每公转太阳二次时也自转三次；而水星轨道的高离心率使得此共振稳定，在近日点，太阳的潮汐力最强，太阳也平静 (稳定) 的出现在最靠近水星的天空。

起初，天文学家认为它被同步锁定的原因是，当水星在适合观测的位置上时，它几乎总是在3:2共振的相同位置上，因此呈现相同的面貌。这也是因为水星公转周期与地球会合周期一半的巧合，由于水星3:2的自旋轨道共振，一太阳日 (太阳两次过中天的时间间隔) 约176地球日。一恒星日 (自转周期)则约59地球日。

模拟的研究显示水星轨道的离心率是混乱的，在数百万年的时间内会因为其它行星的摄动从接近0 (圆形) 至超过0.45之间变动。这被认为可以解释水星的3:2自旋轨道共振 (而非更常见的1:1)，因为这种状态在高离心率轨道的时期中是可能发生的。数值模拟显示未来长期轨道共振，与木星的交互作用会造成近日点距离的增加，在未来的50亿年内有1%的几率会与金星碰撞。^[8]^[9]

最佳的宇宙光影观赏位--大气和磁场

地球上的极光是由于来自磁层和太阳风的带电高能粒子被地磁场导引带进地球大气层，并与高层大气中的原子碰撞造成的发光现象。

图：地球上的极光

极光极光产生的条件是大气、磁场、高能带电粒子，

同样的，水星上可能也有着极光。

在1974年以前，水星由于相对较小的直径和缺乏大气层，被认为不生成磁场。然而，当水手10号飞掠过水星时 (大约在1974年4月)，它检测到了总规模约为地球磁场1.1%的磁场。科学家没有想到如此小的，缓慢旋转的物体会产生行星磁场。

但事实上，水星的磁场有些类似于地球的磁场，水星拥有全球性磁场和双极性磁场。

通常认为Dynamo theory(行星发电机理论)^[10]^[11]是水星具有磁场的原因。（一假说水星的内核中很可能富含着一些类似于硫的轻元素，使其如今仍保持液态）

根据水手10号和信使号的测量，都指出水星磁场的强度和形状都是稳定的，并且是双极的，根据水手10号和信使号的测量，水星磁场的强度和形状都是稳定的。在水手号任务之后，有关水星的第一批重要数据使得人们在1980年代中期发现了水星大气中的钠，检测到了原子氧，钾和钙。

当被太阳风和水星的磁层中的高能粒子撞击时，水星表面岩石及其稀薄的大气层中的许多原子被电离。与水手10 号不同，“信使” 号航天器具有可以测量离子的仪器。在信使号于2008年首次飞越水星时，发现了许多离子，包括氧，钠，镁，钾，钙和硫离子。此外，另一台仪器还绘制了水星彗星状的尾巴。^[12]

图片源于纪录片《星际旅行手册》下同

由于水星的昼夜时间非常长，所以如果能去水星，那么便可以利用这独特的条件欣赏一波琥珀色的超大宇宙光影秀。

水星探测器

水手10号（Mariner 10）

水手10号撘载的设备

于1973年11月3日发射。主要任务包括探测水星与金星的环境、大气、地表与行星的特征。水手10号也是第1艘利用行星重力（gravity assist trajectory）来同时探测2颗行星的探测器，进入金星重力影响区内，接着靠金星的重力将探测船抛至另一个轨道来接近水星。

直到现今，尽管船身上的电子仪器可能受到太阳辐射线的影响而损坏，水手10号仍旧在轨道上围绕太阳运行。

信使号（MESSENGER^[13]）

2004年8月3日发射，2008年，信使号探测器首次飞越水星，并获得了水手10号看不见的三分之一以上的半球照片。2011年，"信使"号进入水星轨道，开始了为期一年的研究。此后，它的任务在2012年延长，同年，它确认了水星两极存在大量水冰。在2011年2月18日，信使号的官网上公布了由太空船所拍摄包含地球等行星的照片。这些带马赛克的34张照片是由船上的“水星双成像系统”仪器在2010年11月期间所摄得。所有的行星除了天王星和海王星太过遥远之外皆可看见。这个“信使号太阳系全家福照片”将会用来弥补于1990年2月14日太阳系之外所摄得的“旅行者号太阳系全家福照片”

最后，信使号于2015年4月30日结束任务，撞毁在水星表面。

贝皮可伦坡号（BepiColombo）

计划

ESA和JAXA计划进行水星飞行任务，预定在2018年发射，2025年抵达水星，并在轨道上停留一年。这次飞行任务以意大利数学家Giuseppe (Bepi)Colombo^[14]的名字命名。^[15]

（该项目具体可点击百科下摘录)

文章仅供参考参考~！具体科学性请查阅国家天文学相关书籍文库

本文图片涉及网络配布，版权事归原作者，转载请注明出处

天文学之《水星(Mercury)》