话说太阳系（3）-水星|大气层|太阳|太阳系|水星|行星

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放眼整个太阳系，距离太阳最近的是哪位朋友呢？是水星。

是的，但是这个水星，却一滴水都没有。

人类有希望登陆水星吗？登陆水星有意义吗？

仔细观测水星，其实您会发现，它长得和月球差不多。

今天，我们继续说太阳系，今日讲述距离太阳最近的行星-水星。

水星没有水

水星其实没有水，它的得名是来自于西汉著名历史学家司马迁的命名。中国古称辰星，司马迁将其与“五行”学说联系在一起，以黑色配水星，因此正式把它命名为水星。

水星的平均半径为2440km左右，没有卫星，其质量大概为0.055个地球质量，表面重力大概为0.38倍地球重力。

由于大气层极为稀薄，无法有效保存热量，水星表面昼夜温差极大，在太阳系所有行星中为温差最大。白天时，水星赤道地区温度可达432°C，夜间可降至-172°C。两极区域气温则终年维持在-172°C以下。

最小距离太阳最近

水星是太阳系的八大行星中最小和最靠近太阳的行星。水星距离太阳的平均距离为5800万KM，大约为地球到太阳平均距离的0.387倍，也就是所谓的0.387AU。

由于水星十分接近太阳，时常被太阳光所笼罩，所以人类之于水星的勘测相当困难。到目前为止，因人类对水星的所知相当有限，只有两艘太空船曾大致勘察过水星。

水星的轨道周期是87.9691 地球日，从地球上看，它大约116天左右与地球会合一次，公转速度远远超过太阳系的其它星球。

同时，水星也无四季变化，它也是唯一与太阳轨道共振的行星。相对于恒星，它每自转三圈的时间与它在轨道上绕行太阳两圈的时间几乎完全相等。所以从太阳上看水星，参照它的自转与轨道上的公转运动，是每两个水星年才一个太阳日。因此，对一位在水星上的观测者来说，一天相当于两年。度日如年？不，对于水星上的观测者来说，度日如两年。

水星外观很像月球

水星表面充满了大大小小的坑穴，外观看起来与月球和其他卫星相似，显示它的地质在数十亿年来都处于非活动状态。

对于地球和月球，甚至是太阳，一些持有神秘学观点的朋友都抛出过空心论甚至是各自星体内部都存在高级生命的说法，但是至今，省愚倒是没有听说过谁说水星的内部是空心的。

水星外观很像月球，表面有许多的坑穴，也没有天然卫星，甚至没有实际的大气层，当然待会儿我们会讲述所谓的大气层。同时比较个体大小，水星也一些行星的天然卫星还要小。前文我们提及过，水星的平均半径大约在2440km左右，而著名的土卫六，又称泰坦，是土星的天然卫星，其平均半径为2576km。

另一方面，水星有巨大的铁核，其磁场强度约是地球磁场的1%。由于水星有着巨大的核，所以它的密度非常高，平均密度为5.427g/cm，而地球的密度为5.517 g/cm，水星的密度堪比地球密度。

水星内部构造

根据当前科学的探测，水星由大约70%的金属和30%的硅酸盐材料组成。其内部构造主要分成三部分：

1.水星地壳，厚度大约为100-300km；

2.水星地幔，厚度大约为600km；

3.水星地核，半径达到了惊人的1800km。

因为存在比例如此惊人巨大的一个地核，所以我们前文提及过，水星的密度也仅次于地球，是太阳系中第二大的。如果不考虑重力压缩对物质密度的影响，那么水星物质的密度将是太阳系中星体里最高的。

从水星的密度可以推测其内部结构细节。地球的高密度产生的原因，特别是核心的高密度归咎于重力压缩所导致。而水星的质量及重力都是如此的小，它的内部不会被强力的挤压，所以它要有如此高的密度，其核心必然是巨大的且含有许多的铁。所以，那个1800km半径的水星地核，几乎可以等效为一个超级巨大的铁球。

地质学家估计，水星的核心占有体积的55%；地球的核心只占体积的17%。水星富铁的核心占据了其总质量的至少60%，它的半径更是达到了水星半径的四分之三，用1800除以2440，差不多就是75%。

水星核心起源假说

最近几年的研究，强烈支持水星有一个熔融的核心，包围着核心的是500–700公里厚的硅酸盐地幔。太阳系类地行星中，只有水星和地球拥有全球性的磁场。天文学家认为这些磁场是由它们核心外层中的电流所产生。

水星核心含有的铁高出太阳系内任何已知的行星，已经有几种理论被提出来解释。简述为下面几种：

1.巨大撞击假说。

这是目前从科学层面上，得到的最广泛支持的理论。假说认为水星原本有着类似于常见的球粒陨石金属—硅酸盐比率的核心，被认为是太阳系内典型的岩石物质，质量大约是目前质量的2.25倍。在太阳系早期的历史中，水星可能遭受到一颗直径数百公里，质量约为其1/6的天体的撞击。这次撞击剥离了大量原始的地壳和地幔，留下的核心就相对的成为组成中较大的部分。

2.行星收缩假说。

这一假说认为，水星在太阳系形成的早期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，水星表面达到了极高的温度，可能在2500-3500K，并且可能高达10000K，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。随即留下了一个无法带走的巨大的核心。

3.星云拖拽假说。

这一假说认为，太阳星云造成水星吸积的物质被拖拽，这意味着水星表面较轻的物质会从吸积的材料中丢失。最后，较轻物质飘散走之后，留下一个高密度的硬核。

总之，不管是哪一个假说用以解释，现今科学界已经认定水星几乎就是一个大铁球包裹了一层外层物质这一事实，巨大的密度，高速的旋转，它就如此时时刻刻在距离太阳最近的轨道上旋转着。

水星表面地质

在太阳系中，水星是当今人类了解最少的类地行星。我们对水星地质的认识建立在1975年飞越水星的水手10号和地面的观测。

在水星表面特征的命名有着不同的来源，取自已经过世的人名。坑穴使用艺术家、音乐家、书画家和作家，他们都在各自的领域中有着杰出或基础的贡献。

山脊或皱脊以对水星的研究有贡献的科学家命名；

洼地或地沟以建筑师来命名；

山脉以各种不同语言中热门的单词来命名；

平原或平原低地以各种不同语言的水星之神名称来命名；

悬崖或峭壁以科学探险船命名；

山谷或谷地则使用电波望远镜命名。

简单说来，水星表面地质分为两大类，为：撞击盆地和平原。

已知水星最大的陨石坑之一，被人类命名为卡洛里盆地，直径为1550公里。撞击并创建卡洛里盆地的影响是如此的强大，它造成的火山熔岩喷发，留下高度在2公里以上的同心圆环围绕着的陨石坑。

而另一方面，盆地与平原二者，也是你中有我，我中有你。在已有的水星影像中大约已经发现15个撞击盆地。一个显著的盆地是400公里宽、有着多重环的托尔斯泰盆地（名字熟悉么），它的喷发物覆盖造成的平原，从山脊和地板延伸达500公里。而直径625公里的贝多芬盆地（名字及是不是更熟悉）有着相似规模的喷发覆盖物。

水星“大气层”

前面我们说过，水星没有水，这话其实不太严谨，应该修改为“水星没有液态水”。根据现有的观测结果，强烈支持水星存在冰，即是冻结的水。由于缺乏大气的包围，水星表面的赤道和两极之间有着陡峭的温度差，温度范围从100K至700K。日下点的温度在近日点时高达700K，而在远日点时只有550K；在行星夜晚的那一侧，平均温度是110K，也就是零下一百多摄氏度。那么所谓的水星“大气层”又指的什么呢？

水星太小，而且又太热，距离太阳太近，因此它的引力不足以长期留住大气层；但它确实有一个稀薄的、局限在表面的外溢层，我们就将这个外溢层称之为“水星大气层”。这个外溢层包含着氢、氦、氧、硫、钙、钾和其它元素。这个外溢层并不稳定，原子会不断的失去和由其它不同的来源获得补充。

在1980-1990年代，在水星大气层中发现钠、钾、钙，猜测主要是表面的岩石被微陨石撞击汽化导致。在2008年，信使号探测器发现了镁。换个角度来表达这句话，这个所谓的水星大气层内漂浮着轻金属气体，太阳光的照射下，或许呈现出别样的景象。

水星磁场

尽管水星很小和以59天的长周期自转，水星仍有值得注意的全球性磁场。但是这个磁场极小，根据水手10号的测量，他的强度仅有地球的1.1%。

这个磁场可能是经由发电机效应形成的，有些类似于地球的磁场。这种发电机效应起因于行星富含铁的液体核心的循环，特别是行星轨道的高离心率带来强烈的潮汐作用，使核心保持液态更是发电机效应所必须的。所以，用一个通俗的表达，水星磁场形成于铁核心中的极度高温环境下所产生的铁水，循环运动产生的磁场。

水星磁场的强度足以偏转围绕着该行星的太阳风，创造出磁层。水星的磁层虽然很小，但已足以将地球包含在内，也强到可以将太阳风的等离子拘束在内，对行星表面的太空风化产生贡献。

探索水星

水星的观测纪录可以追溯到公元前3000年的苏美尔人，苏美尔人将太阳系的九大行星（包含冥王星）加上太阳、月球以及未知天体“尼比鲁星”记录在泥板上（以后会细讲尼比鲁）。

而进入当今世界之后，人类的飞行器中有两个靠近过水星，它们分别是水手10号和信使号。

第一艘探测水星的太空船是水手10号，在1974-1975年，这艘太空船使用金星的引力调整它的轨道速度，使它能够接近水星。水手10号也成为当今人类第一艘使用重力助推效应且第一次拜访多颗行星的人造飞行器。

为探测水星立下汗马功劳的水手10号

不幸的是，由于水星轨道公转周期的长度，使得水手10号每次接近时观察的都是水星的同一侧。这使得水手10号不可能观察到完全的水星表面。

在1975年3月24日，就在最后一次接近水星之后8天，水手10号耗尽了燃料。由于不能再精确地控制它的轨道，于是任务控制者关闭了探测器的仪器。如今，水手10号被认为仍然环绕着太阳，每隔几个月仍会接近水星一次，只不过人类已经无法控制它。

第二艘探测水星的人类飞行器是信使号。2008年1月14日，信使号首度飞越水星，2008年10月6日二度飞越，并于2009年9月29日第三度飞越。在这几次的飞越中，信使号将水手10号未曾拍摄的半球都拍摄了。信使号在2011年3月29日获得了第一张在轨道上的水星影像。信使号身上的任务繁重，理清六个关键的问题：水星的高密度、地质历史、磁场的本质、核的结构、两极是否有冰以及稀薄的大气是如何形成的。

关于未来，欧洲空间局计划和日本合作，以两艘太空船环绕水星：一艘描绘水星地图，另一艘研究它的磁气层，称为贝皮可伦坡号的探测计划。已经在2018年10月20日发射太空船，预期将于2025年前抵达水星。