太陽系探索之旅 10分鐘解讀水星｜太陽系最神秘的行星【天文】

隨着冥王星降級成了矮行星之後 水星就變成了太陽系八大行星中最小的行星 小到什麼程度呢 它的直徑只有4880公里 這個長度還沒有中國東西方向的跨度長 比木衛三和土衛六這兩顆衛星都要小 只比月球大一些 不過雖然大小不如木衛三和土衛六 但是水星的質量比它倆加起來還要重 因爲水星的密度很大 約爲5.4克每立方厘米 是太陽系中密度第二大的行星 僅次於地球 反過木衛三的密度只有1.9克每立方厘米 土衛六的密度只有1.88克每立方厘米 這也充分說明了瘦死的駱駝比馬大 雖然我是太陽系最小的行星 但質量也不是你一衛星能比的 而且我說的這個瘦死 是水星真的經歷過瘦的階段 所以它纔會這麼小 具體是因爲什麼縮小 我們一會再說 與地球一樣 水星也屬於類地行星 主要有三層結構 核心 地幔和地竅 只是水星的地竅並沒有板塊結構 你像地球的板塊運動 可以產生地震 火山爆發 形成山脈等等 這種板塊運動是地球獨有的特徵 那麼相比之下 水星的地質活動就非常不明顯了 或者說它已經沒有地質活動了 但是它的鐵核特別大 直徑大約在3600公里到3700公里之間 佔它整個行星直徑的75% 相比之下 地球的鐵核就小很多 地球內核的直徑大約是2400公里 佔地球直徑的19%左右 這就遠低於水星的比例了 水星到太陽的平均距離 是離太陽最近的行星 也正是因爲離太陽太近了 導致水星幾乎沒有大氣層 而且它的質量和體積 相對於其他行星來說也比較小 質量小引力就小 引力小就沒辦法維持厚一點的大氣層 還有我們剛剛說的 它近11年來幾乎沒有什麼地質活動 沒有火山噴發給它補充大氣 所以它的大氣很快就被太陽輻射 跟太陽風吹到外太空了 它只有一個薄薄的外氣層 相當於地球大氣層的最外層 裏面的成分主要是氫 氦 氧 硫 鈣 鉀 和一些其他元素 雖然它也有磁場 但是磁場太弱了 磁場強度只有地球的1% 沒有辦法像地球磁場一樣提供保護 以上這些原因 也讓水星變成了一個環境非常極端的行星 它的晝夜溫差極大 白天的溫度可以高達430攝氏度 到了晚上會降到零下180攝氏度 這個溫差比月球還要高很多 水星這個名字來源於 羅馬神話中的敏捷之神墨丘利 因爲水星是太陽系中公轉速度最快的行星 根據開普勒第三定律 離太陽越近的行星 它的公轉週期就越短 公轉速度也就越快 它讓太陽一圈只需要88天 地球是365天 離太陽最遠的海王星的公轉週期是165年 雖然它的公轉週期很短 但是它的自轉週期很長 大約59天才能自轉一圈 它的自轉週期和公轉週期之間存在一個比例 大約是3比2 就是說59乘以3 大約等於88乘以2 就差了一天了 也就是水星讓太陽轉兩圈的時間裏 也正好自轉了三次 這個比例導致了一個非常罕見的現象 叫做自轉軌道共振 就是說在水星表面看的話 從一個日出到下一個日出 大約需要兩個水星年的時間 因爲水星的自轉方向 和它讓太陽共轉的方向是一致的 並且自轉速度相對較慢 所以我們在水星上要經過兩個水星年的時間 才能從一個日出看到下一個日出 所以纔有了水星的一天等於兩年的說法 水星自轉軸的傾斜角度 是太陽系所有行星中最小的 約爲0.034度 你也可以說它是零度 幾乎跟它的軌道平面垂直了 這也是水星沒有四季變化的原因 我們之前在地球的那個視頻中說過 地球之所以有四季呢 很大一部分原因 是因爲當初被特異亞 撞出了一個23.5度的傾斜角 據說一個完美的星球 應該是自轉軸沒有傾斜 也沒有四季的 這麼看的話 水星就趨近於完美 這麼完美的星球 一定得是非常完美的生物 纔有資格生活在上面 那麼回過頭來再想 人類會不會本身就是失敗品 然後被放在地球上了 大家別看我剛剛說了很多水星的信息 但水星仍然是太陽系中 人類瞭解最少的一顆行星之一 因爲它離太陽實在是太近了 探測器必須要克服太陽強大的引力 還要能扛得住高強度的太陽輻射 這是非常困難的 到目前爲止 人類只有兩艘航天器到訪過水星 分別是水手10號和信使號 我們如今所知道的大部分水星信息 都是這兩個探測器提供的 首先人類第一個到訪水星的探測器 是水手10號 這個探測器是NASA在1973年 11月3日發射的 它也是第一個飛越多個行星的探測器 因爲它的任務不僅是探測水星 還要去探測金星 水星表面的第一批圖片 就是水手10號拍攝的 人們第一次知道 原來水星的表面跟月球差不多 也是坑坑窪窪的 它一共拍攝了2700多張照片 而且它還發現了水星的磁場 和巨大的內核 它的工作一直持續到1975年3月 燃料耗盡之後 地球就再也聯繫不上它了 據推測它現在還在繞着太陽運行 只是上面的電子設備 可能已經被太陽風破壞了 繼水手10號之後 第二艘到訪水星的探測器是信使號 是NASA在2004年8月3日發射的 也是第一艘專門繞水星軌道運行的探測器 它繞水星運行了4年多 繪製了整個水星的地圖 確定了水星早期存在火山活動 還在水星的北極發現了冰 最終在2015年4月30號任務結束之後 由於燃料耗盡 它按計劃墜落在水星表面了 除了這兩個探測器以外 在2018年10月20日 歐洲航天局和日本航天局 聯合發射了一個水星探測器 叫貝皮格倫布號 不過這個探測器目前還沒有到水星 還在路上 預計在2025年到達水星軌道 要走7年的路相當漫長了 由此可見 人類往水星發射探測器 真的是比其他行星要困難 我們之前說的JUICE 去木星需要8年 但是大家知道 木星離地球要比水星遠得多 距離相差如此多的情況下 需要的時間居然差不多 水星探測的難度可想而知 水星的表面跟月球很像 到處都是隕石坑 其中最著名的隕石坑叫卡洛里盆地 也有叫卡洛里盆地的 這個隕石坑是人類研究水星 乃至整個太陽系早期歷史的 一個重要地點 它大約形成於39億年前 直徑超過1500公里 是水星上最大的一個隕石坑 這張照片的顏色 並不是水星實際表面的顏色 只是爲了表示不同的岩石特徵 做了顏色處理 像周圍藍色的這一圈都是山脈 高度大約都在2000米左右 比珠穆朗瓦峯要矮很多 中間有一個非常特殊的地形 這塊大約800米高的高地周圍 有上百條向外輻射的裂紋 這樣看上去 就像一隻張牙舞爪的蜘蛛 所以它也叫做水星蜘蛛 在這之前 人們從來沒見過 太陽系哪個行星上有這種地形的 科學家認爲 卡洛里盆地應該是小行星撞擊形成的 那按理說盆地裏面 應該是一碼平船的纔對 或者是凹進去的 但是它這裏凸出了一座山 跟正常我們看到的隕石坑不太一樣 有科學家認爲 它就是一座火山殘餘 還有些科學家認爲 它是後期撞擊形成的 大家可以想象一下 車的擋風玻璃被石頭打碎之後 形成的圖案跟這個差不多 至於這些裂紋 其實就是水形上比較常見的山脊 水形表面有很多這種峽谷和裂縫 其中最大的一個峽谷 是在2016年發現的 它在水形的南半球 這個峽谷總長大約1000公里 寬400公里 深3公里 比我們之前說的火星的水手峽谷 略小一些 火星的水手峽谷 目前還是太陽系最大的峽谷 不過它要比北美洲的 科羅拉多大峽谷更大 比東非大裂谷更寬更深 這張圖片是新手號拍攝的 水形表面圖像 大家可以看到有很多個凹洞 這種凹洞在水形上有數千個 坑坑窪窪凹凸不平 跟隕石坑不同 這些凹洞都很亮 而且比隕石坑要小很多 大小從18米到1600米不等 最深可達37米 而且也比隕石坑要年輕很多 平均只有約10萬年的歷史 可能至今仍然在演變 但是隕石坑的年齡 基本都是上億年的 甚至有些隕石坑 在水形形成之初它就存在了 不過至今沒有人知道 這些凹洞是怎麼形成的 因爲水形幾乎沒有大氣層 風吹不到雨淋不到的 所以這些凹洞 應該不是風與侵蝕而成的 據推測 可能跟水形表面的流或者冰有關 這些揮發性物質 在太陽輻射下會迅速昇華 導致表面物質迅速消失 形成凹洞 綜上所述 無論是水形的山脊 還是這些峽谷和裂縫 都在說明一件事 就是水形正在縮小 根據目前的研究發現 自水形形成以來 它的半徑已經縮小了 14公里到20公里 主要是因爲它內部的熱量 一直在散失 核心逐漸冷卻並收縮 這種收縮 對水形表面產生了很大壓力 地殼在這種壓力下 就會出現褶皺和斷裂 大家可以想象一下蘋果 一個蘋果在老化的過程中 隨着水分的流失 也會出現褶皺 只不過蘋果是因爲變幹而縮小的 而水形是因爲內部冷卻而縮小的 根據行星遷移理論 太陽系行星目前所在的位置 並不是它們形成時的原始位置 水形最初可能是在金星和地球之間 並且靠近地球 如果真是這樣 那水星跟太陽之間的距離 就很舒服了 不遠不近的 也就是我們所說的一巨蛋 那它的命運也會完全不同 可能它就不會經歷 如此極端的溫度變化了 也可能會擁有更厚的大氣層 甚至是液態水和生命 但這也都只是現代人的猜想 如今的事實 它就是一顆被烤乾了的行星 不過無論水星有多麼荒涼 它都是我們宇宙探索的重要一環 人們對水形的瞭解還是太少了 還有很多祕密等着人類去探索 每一次新的發現 都可能改變我們對太陽系 乃至整個宇宙的認知 所以讓我們繼續探索 繼續好奇 感謝大家觀看 我們下個星期見