水星
信使號的水星假色影像
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编号
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| 历元 J2000 | ||||||||||
| 远日点 | 69,816,900 公里 0.466697 AU |
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| 近日点 | 46,001,200公里 0.307499 AU |
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| 半长轴 | 57,909,100公里 0.387098 AU |
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| 离心率 | 0.205630 | |||||||||
| 轨道周期 | 87.9691 d (0.240846 a) |
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| 周期 | 115.88 dWilliams, Dr. David R.. Mercury Fact Sheet. NASA. September 1, 2004 [2007-10-12].</ref> | |||||||||
| 平均速度 | 47.87 公里/秒 | |||||||||
| 平近点角 | 174.796° | |||||||||
| 轨道倾角 | 7.005° 3.38°（對太陽赤道） |
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| 升交点黄经 | 48.331° | |||||||||
| 近日点参数 | 29.124° | |||||||||
| 卫星 | 無 | |||||||||
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物理特征
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| 平均半径 | 2439.7 ± 1.0 公里[2][3] 0.3829 Earths |
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| 扁率 | < 0.0006[3] | |||||||||
| 表面积 | 7.48×107 km² 0.108 Earths[2] |
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| 体积 | 6.083×1010 km³ 0.054 Earths[2] |
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| 质量 | 3.3022×1023 kg 0.055 Earths[2] |
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| 平均密度 | 5.427 g/cm³[2] | |||||||||
| 表面重力 | 3.7 m/s² 0.38 g[2] |
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| 逃逸速度 | 4.25 km/s[2] | |||||||||
| 公转周期 | 58.646 day (58 d 15.5 h)[2] | |||||||||
| 赤道自转速度 | 10.892 km/h | |||||||||
| 转轴倾角 | 0.01°[4] | |||||||||
| 北极赤经 | 18 h 44 min 2 s 281.01°[4] |
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| 北极赤纬 | 61.45°[4] | |||||||||
| 反照率 | 0.119 (bond) 0.106 (geom.) |
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| 表面温度 0°N, 0°W 85°N, 0°W |
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| 视星等 | 達到 -1.9[4] | |||||||||
| 角直径 | 4.5" — 13"[4] | |||||||||
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大气
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| 成分 | 31.7% 鉀 24.9% 鈉 9.5% 氧原子 7.0% 氬 5.9% 氦 5.6% 氧分子 5.2% 氮 3.6% 二氧化碳 3.4% 水 3.2% 氫 |
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水星，中國稱為辰星，是太陽系最內側和最小的行星[a]，但仍比月球大1/3。在太陽系所有的行星中，水星有最大的軌道離心率和最小的轉軸傾角，每87.969地球日繞行太陽一周。水星每繞軸自轉3圈時也繞著太陽公轉2周。水星繞日公轉軌道近日點的進動每世紀多出43弧秒的現象，在20世紀才從愛因斯坦的廣義相對論得到解釋[5]。從地球看水星的亮度有很大的變化，視星等從-2.3至5.7等，但是它與太陽的分離角度最大只有28.3 °，因此很不容易看見。除非有日食，否則在陽光的照耀下通常是看不見水星的。在北半球，只能在凌晨或黃昏的曙暮光中看見水星；當大距出現在赤道以南的緯度時，在南半球的中緯度可以在完全黑暗的天空中看見水星。
目录 |
[编辑] 概述
由於十分接近太陽，勘測有困難度，我們對水星的所知相當有限，迄今只有兩艘太空船曾略勘水星。第一艘是1974至1975年的水手10號，只描繪了45%的水星表面圖[6]。第二艘是信使號，在2008年1月14日掠過水星，描繪了另外30%的表面[6]。信使號於2011年3月17日再度抵達水星，並且進入環繞軌道，開始對水星表面進行全面的探測。
實際上，水星在外觀上很像月球。它的表面有許多的坑穴，沒有天然的衛星，也沒有真實的大氣層；它有個巨大的鐵核，磁場強度大約是地球的1% [7]。由於有著巨大的核，它是高密度的行星。表面的溫度從90至700K（-180至430 °C）。日下點是最熱的地方，在靠近地理極的坑穴底部是溫度最低之處。
水星的觀測紀錄可以追溯到西元前3,000年的蘇美爾人，希臘的赫西俄德時代稱之為Στίλβων（拉丁化：“Stilbon'”）（“the gleaming”）和“Hermaon”。今天我們所用的名稱來自羅馬，是羅馬神話中眾神的信使墨丘利（Mercurius），相當於希臘的赫耳墨斯（Hermes）和巴比倫的Nabu。在天文學上的符號是一個古老的星占符號，一個很有風格的版本是帶著有翅膀的頭盔持著眾神手杖（caduceus）的“傳信天使”。在西元前5世紀，希臘天文學家認為水星是兩個不同的天體，這是因爲它時常交替地出現在太陽的兩側；一顆出現在日落之後，它被叫做墨丘利；另一顆則出現在日出之前，爲了紀念太陽神阿波羅，它被稱爲阿波羅。畢達哥拉斯後來指出他們實際上是相同的一顆行星。
在印度，水星被稱為“Budha”（बुध），是月亮之神（“Chandra”）的兒子；在希伯來，稱為“Kokhav Hamah”（כוכב חמה），意思是來自太陽的炎熱之星。
在中國，水星又稱為“辰星”，是五行之一。
- 晉書：志第二 天文中（七曜 雜星氣 史傳事驗）內提及：
[编辑] 內部構造
2. 地幔 - 厚度600 km
3. 核心 - 半徑約1,800 km
水星是與地球相似的4顆類地行星之一，並且是4顆中最小的，在赤道的直徑是4,879 公里。水星甚至比一些巨大的衛星，像是甘尼米德和泰坦，還要小（雖然質量較大）。水星的總質量約為30,000兆公噸，只有地球的5.5%。核的周围是 600km 厚的行星幔。水星的70%是金屬，30%是矽酸鹽物質，5.43 g/cm³的密度上是太陽系的行星中第二大的，只有地球的密度比它大（水的密度是1.00 g/ cm³）。如果不考慮重力壓縮對物質密度的影響，水星物質的密度將是最高的。未經重力壓縮的水星物質密度是5.3 g/cm³，相較之下的地球物質只有4.4 g/cm³ [8]。
水星的高密度可以推測其內部結構的細節。地球的高密度，特別是核心的高密度，是由重力壓縮所導致的。水星是如此的小，因此它的內部不會被強力的擠壓，所以它要有如此高的密度，它的核心必然是大且富含鐵的[9]。地質學家估計水星的核心佔有體積的42%（地球的核心只佔體積的17%），最近的研究很大的程度上暗示水星有一個熔融的核心[10]。
環繞核心的是厚600 公里的地函，一般認為是在水星早期的歷史上就形成，而一次直徑達數百公里的巨大物體的撞擊，剝離了行星原來的地函物質，造成地函相對於核心的尺寸是很薄的一層[11]（下面討論的是一些可能的理論）。
水星外殼的厚度原本被認為有100至200 公里的厚度。水星表面的一個特徵是有許多狹窄的土坎，有一些還延伸了數百公里。這些特徵相信是在外殼已經變硬之後，因為被覆蓋的核心冷卻和收縮所造成的[12]。
[编辑] 水星上的鐵
水星有比太陽系內任何一顆主要的行星更大的鐵核心，有幾種理論試圖解釋這種現象。最被廣泛接受的理論是水星最初有著和其他的球粒隕石有著相似與共同性的金屬與矽酸鹽的比例（被認為是太陽系內岩石典型的平均值），質量大約是現在的2.25倍。然而，在太陽系的早期歷史中，水星被一顆大約是現在質量六分之一的星子（微行星）撞擊。這次撞擊剝離了水星的外殼和地涵，留下的核心就成為相對是巨大的主要部分了[11]。一個相似的過程被用來解釋地球的月球是如何形成的（參考大碰撞說）。
另一個理论是，可能在太陽還是太陽星雲，没有形成稳定的能量输出之时就形成了。最初的質量是現在的2倍，但是因為原始太陽的收縮，水星附近的溫度在2,500至3,000 K（≈4,000至5,800 °F），甚至可能高達10,000 K（≈17,500 °F）。許多水星表面的岩石在這樣的高溫下被蒸發掉，成為岩石的蒸氣，並被太陽風帶離而去 [13]。
第三種理論認為太陽星雲的形成導致水星的微粒生長受到阻力，這意味著較輕的微粒在生長的過程中被丟失了[14]。這些理論預測了不同的表面結構，兩項即將進行的太空任務信使號和貝皮可倫坡都將針對這些理論的預測進行測試和觀察。
[编辑] 表面地質
水星的表面整體看來像是火星地貌与月球地貌的综合，包括高原和廣闊的海 － 像是平原和大坑穴，顯示數億年來在地質上是不活躍的。我們對水星地質的認識建立在1975年飛越水星的水手10號和地面望遠鏡的觀測，但仍是迄今所知最少的類地行星。當信使號飛越水星時觀測的數據經過處理之後，包括一個被稱為“蜘蛛”的地點，我們對水星地質的知識都將會增加[15]。
現在已知的表面行星地質特徵如下：
- 環形山——請參閱水星環形山列表
- 反照率特徵 － 明顯有著不同反照率的區域
- 皺脊 － 山脊（參考水星山脊列表）
- 山脈 － 山脈（參考水星山脈列表）
- 平原 － 大平原與平坦的區域（參考水星平原列表）
- 懸崖 － 陡坡與懸崖（參考水星懸崖列表）
- 大峽谷 － 凹地（參考水星凹地列表）
水星在46億年前形成時，曾經經歷過彗星和小行星的輪番轟擊階段，以及稍後在38億年前結束的另一個獨立後期重轟炸期。缺乏大氣層減緩撞擊的速度，行星的整個表面都受到了轟擊，在這個期間形成了巨大的坑穴；這段期間也是火山活躍的時期，像是卡洛里盆地等盆地，都會被來自內部的岩漿填滿，像是在月球上發現的海一樣，形成表面平滑的平原。
水星上的坑穴直徑從幾米到幾百公里都有，已知最大的坑穴是卡洛里盆地，直徑達到1,550 公里[16]，還有直徑1,600 公里的史基納卡盆地（ Skinakas Basin），但是不在水手10號探測過的半球內，只有解析度很低的地基望遠鏡影像。創造卡洛里盆地的撞擊非常強烈，導致了熔岩的噴發，不僅在撞擊坑周圍留下了超過2 公里高的同心圓环，還在卡洛里盆地的對蹠點造成了一大片類似丘陵地的古怪地形。一種假說認為這種地形是撞擊引起的衝激波穿越整個行星傳播，並且當它們在對蹠地強大的壓力造成面地形的破碎[17]。另一種說法則是認為噴出物直接匯聚在卡洛里盆地的對蹠地的結果。
水星的平原有兩個截然不同的年代：較年輕的沒有巨大的坑穴，可能是熔岩淹沒掉了更早期的地形。平原表面上一個較異常的特點是有許多的壓縮折疊在此處交叉，他被認為是行星的內部冷卻，造成的收縮使得表面扭曲變形。這些折疊也出現在在其他特徵的上層，像是坑穴和較平滑的平原，顯示這是最近才產生的[18]。水星的表面也有來自於太陽的潮汐隆起 － 太陽對水星的潮汐力比地球對月球的強了17% [19]。
像月球一樣，水星的表面也受到太空風化過程作用的影響。太陽風和微流星體的撞擊可能會改變表面的反射性質，使反照率降低。
[编辑] 物理性质
[编辑] 溫度和日照情況
水星表面的平均溫度是452K（179 °C/354 °F），但是因為缺乏大氣調節，它的變化範圍從90K（−183.1 °C/−297.7 °F）到700K（427 °C/800 °F）；相較於地球，地球上的度溫變化只有11K。（這裏只是太陽輻射能量，不考慮季節，天氣）。水星表面照射到的陽光強度是地球的6.5倍，它的太陽常數是9126.6 W/m²。
[编辑] 大氣
水星因為太小，因此重力不足以長時期的保有大氣層，雖然如此，它還是有包含氫、氦氣、氧氣、鈉、鈣和鉀的稀薄大氣。這些大氣是不穩定的 － 原子不斷的流失和從各種不同的來源獲得補充。氫和氦的原子很可能來自太陽風，在重新回到太空之前會先散開進入水星的磁層。在水星外殼中的放射性衰變是氦氣的另一個來源，還可以產生鉀和鈉。水蒸氣也可能存在，來源則是撞擊水星表面的彗星[20]。
[编辑] 水星上的冰
儘管水星的表面一般都是極端的高溫，但是在1992年的雷达觀測強烈的顯示仍有冰的存在。一些在極區的深邃坑穴，其底從未直接暴露在陽光之下，因此那兒的溫度遠低於水星的平均溫度之下。結冰的水能強烈的反射雷達波，而在觀測上顯示在接近極區的地區有小片的強烈反射區 [21]。冰當然不是造成強烈反射的唯一可能原因，但天文學家認為這是最可能的。
冰所覆蓋的區域應該只有幾米的深度，大約有1014–1015 公斤的冰。與地球比較，南極洲的冰層大約有4 X1018 公斤，而火星的南極冰帽下大約有1016 公斤的水。水星上冰的來源還不清楚，但最有可能的兩種途徑是從行星內部噴出的氣體，或是由彗星撞擊帶來的[22]。
[编辑] 磁場和磁層
儘管它很小且自轉緩慢得長達59天，水星仍有值得注意的全球性磁場。依據水手 10號的測量，它的強度僅有地球的1.1%，在水星赤道的磁場強度大約是300 nT[23][24]。像地球一樣，水星磁場在本質上是雙極的[25]；然而，不同於地球的是，水星的磁極與自轉軸幾乎是並列的[26]。來自水手10號和信使神號太空船兩者的測量都表明磁場的強度和形狀都是穩定的[26]。
這個磁場可能是經由發電機效應形成的，有些類似於地球的磁場[27][28]。這種發電機效應起因於行星富含鐵的液體核心的循環，特別是行星軌道的高離心率帶來強烈的潮汐作用，使核心保持液態更是發電機效應所必須的[29]。
水星磁場的強度足以影響環繞著該行星的太陽風，創造出磁層。水星的磁層雖然很小，但已足以將地球包含在內[25]，強度也可以將太陽風的電漿拘束在內，對行星表面的太空風化產生貢獻[26]。水手10號太空船的觀測在水星夜半側的磁層內部偵測到低能量的電漿，在磁尾也偵測到高能量的微粒爆炸，這些都顯示了水星磁層的動力學性質[25]。
[编辑] 公转与自转
[编辑] 公转
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水星的运行轨道是，半径从 4 600 萬公里到 7 000 萬公里变化。围绕太阳的缓慢岁差不能完全地被牛顿经典力学所解释，以致于在一段时间内很多人用设想的另外一个更靠近太阳的行星（有时被称为火神星）来解释这个混乱。这称为“水星近日点进动”。然而，爱因斯坦的广义相对论后来提供了一种可以消除这个小误差的解释。
[编辑] 自转
1889年意大利天文学家夏帕里利经过多年观测认为水星自转时间和公转时间都是88天。直到1965年，美国天文学家才测量出了水星自转的精确周期58.646天，是地球自转速度的59分之一。
1965年的雷达观察数据，否定了之前所认为的水星对太阳是潮汐锁定的想法，即自转与公转的角速度几乎一致，使得水星的其中一面几乎永远面对太阳。水星轨道共振为3:2，即，每自转三圈就会绕太阳公转两圈——水星的轨道离心率是这个谐振稳定的原因。其初天文学家之所以认为水星是潮汐锁定的，是因为以当时的条件只能在特定位置进行观察，而潮汐锁定又正好导致每次在该位置时，总是展现它的相同一面，就如同它完全地被固定住一样。
因为水星的 3:2 的轨速比率， 一个恒星日（自转的周期）大约是58.7个地球日，一个太阳日（太阳穿越两次子午线之间的时间）大约是176个地球日。
由于水星的公转轨道偏心率，以及其自转与公转速度的关系，导致在水星上存在一个奇特的现象：在特定的时刻，如果在水星表面的特定位置观察太阳，会发现太阳会先升到半空中起然后逆行落下，然后再于同一个位置升起。也就是说，在同一个水星日里，可以看到两次日出和日落——其中一次日落是倒退回去的。导致这一奇特现象的原因是，根据开普勒定律，近日点的轨道速度最快，远日点则最慢。而水星在接近近日点大约四天前的某一位置，其公转角速度会逐渐赶上它的自转角速度，以致于太阳的视运动逐渐停止，然后倒退；在近日点时，水星的轨道速度达到最大；而在过了近日点四天之后，太阳会恢复正常的视运动，因为此时轨道角速度又会再次落后于自转角速度。
[编辑] 水星探索
[编辑] 早期
水星最早被閃族人在（公元前三千年）發現，他們叫它 Ubu-idim-gud-ud。最早的詳細記錄觀察數據的是巴比倫人，他們叫它 gu-ad 或 gu-utu。希臘人給它起了兩個古老的名字，當它出現在早晨時叫阿波羅，當它出現在傍晚叫赫耳墨斯，但是希臘天文學家知道這兩個名字表示的是同一星体。希臘哲學家赫拉克利特甚至已经認為水星和金星（維納斯星）是繞太陽公轉的而不是地球。水星的觀測因為它過於接近太陽而變的非常複雜；在地球可以觀測它的唯一時間是在日出或日落時。
[编辑] 美國國家航空航天局
靠近過水星的唯一航天器是水手10號。最近有一個被美國國家航空航天局批准的項目，項目被命名為MESSENGER（“信使號”，是MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging的字母縮寫，意為 “水星表面，空間環境，地理化學和全向遙測”），信使號已在2004年8月發射，2011年3月17日进入围绕水星运行的轨道，成为首颗围绕水星运行的探测器。
[编辑] 日本和歐洲航天局
日本計劃加入歐洲航天局的一個叫做貝皮可倫坡號的項目，這個項目將發射二個環繞水星飛行的飛船，計劃一個給水星做地圖，一個研究它的磁場。初步的計劃中包括的登陸器已經放棄了。俄國人計畫在2011年-2012年之間用聯盟火箭送出他們的飛船，飛船將在四年後到達水星，將會環繞軌道飛行，繪制地圖並且研究它的磁場。
[编辑] 成為人類殖民地的可能
在水星南北極的環形山是一個很有可能適合成為地球外人類殖民地的地方，因為那裏的溫度常年恆定（大約-200℃）。這是因為水星微弱的軸傾斜以及因為基本沒有大氣，所以從有日光照射的部分的熱量很難擕帶至此，即使水星兩極較為淺的環形山底部也總是黑暗的。適當的人類活動將能加熱殖民地以達到一個舒適的溫度，週圍一個相比大部分地球區域來說較低的環境溫度將能使散失的熱量更易處理。
[编辑] 關于水星的科幻
水星是科幻小說作者感興趣的題材. 主題主要包括暴露在太陽輻射下的危險;停留在水星緩慢移動的晨昏圈（白天與夜晚之間的界綫）上被過度輻射所傷害的可能和獨裁政府（可能因為水星表面溫度很高的緣故）。
[编辑] 參見
[编辑] 参考文献
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<references>中以“meanplane”名字定义的<ref>标签没有在先前的文字中使用。[编辑] 外部鏈結
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- Atlas of Mercury — NASA
- Nine Planets Information
- NASA’s Mercury fact sheet
- Mercury Profile by NASA's Solar System Exploration
- ‘BepiColombo’, ESA’s Mercury Mission
- Merkur(dt.)
- ‘Messenger’, NASA’s Mercury Mission
- SolarViews.com — Mercury
- Planets — Mercury A kid’s guide to Mercury.
- Mercury World Book Online Reference Center
- Geody Mercury World’s search engine that supports NASA World Wind, Celestia, and other applications.
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