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为什么水星上没水(为什么水星上没有水)

时间:2023-06-28 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 高考资讯

首先要强调的是:最近几年科学家已经发现,水星上是有水的!因此,包括水蒸气在内,水星大气中的分子很容易就能逃到太空中,所以水星几乎没有大气层。正是这一发现让人类首次怀疑,水星的两极可能有水冰。2011年,NASA的信使号水星探测器经过7年飞行,进入水星轨道。缺少温室气体的庇护,水星地表热量散失很快。值得一提的是,在证实有水冰存在的同时,NASA还宣布,在水星表面发现了冻结的有机物。

首先要强调的是:最近几年科学家已经发现,水星上是有水的!水星的两极都有大量水冰。

当然,在很长一段时间内,人们确实认为,水星上不可能有水存在。下面就来说说,我们对这个问题的认识是怎么变化的。

根据信使号返回的数据,NASA绘制的水星地质图(图片来源:NASA)

水星在中国之所以叫“水星”,并不是因为古人觉得水星上有水,就像“金星”的得名也不是因为上面有金矿。在我国古代,阴阳五行之说盛行,5颗肉眼可观测到的行星,也就分别以金、木、水、火、土命名。

顺带一提,英文中的水星(Mercury)虽有“水银”之意,但却与这种元素无关——此处的Mercury来自希腊神话中的赫尔墨斯,在罗马又称墨丘利。水星离太阳最近,因此在八大行星中跑的最快;而赫尔墨斯作为宙斯的信使,也是以速度见长。

在很长一段时间内,人们都觉得水星上绝对不会有水出现,无非两大原因:一是“近”,二是“小”。

首先,我们知道,水星是离太阳最近的一颗行星,最近太阳最近时只有4600万千米,相当于地球公转轨道半径的三分之一。在太阳的照射下,水星上的白天温度极高,可以达到430摄氏度,就算有水也蒸没了。

另一个原因在于,水星也是最小的一颗行星,所以它对气体分子的吸引力比不上地球。只需要4.25千米/秒,物质就能从水星逃走。相比之下,地球上的逃逸速度是11.2千米/秒。因此,包括水蒸气在内,水星大气中的分子很容易就能逃到太空中,所以水星几乎没有大气层。

水星结构图(图片来源:《万物》)

但是最近几十年,当科学家开始用更强大的设备观测水星、将探测器送往水星时,却发现了意料之外的惊喜。

故事要从上世纪70年代说起。1973年,美国航空航天局(NASA)向水星发射了第一个水星探测器——水手10号。水手10号绕水星飞了3次,做了不少重要的事:它拍摄到近一半的水星表面照片、帮助科学家发现磁场并测量温度,还顺带探访了金星。这里我们要说的是,通过水手10号传回的照片,我们发现水星两极有不少坑坑洼洼的陨石坑——虽然与“水”没有直接关联,但却为接下来的发现埋下的伏笔。

1991年,当时世界上最强大的射电望远镜——设在波多黎各岛上的阿雷西博望远镜向水星发射雷达波后,反射回来的信号里出现了一些很明亮的区域。有趣的是,这些区域几乎都在水手10号发现的陨石坑里。想象一下,如果这里有一个坑,坑里还能反射回很多光线,你会想到什么?没错,这里可能被冰覆盖。正是这一发现让人类首次怀疑,水星的两极可能有水冰。

阿雷西博望远镜(图片来源:wikipedia)

大约20年后,这个猜测得到了证实。2011年,NASA的信使号水星探测器经过7年飞行,进入水星轨道。和它的前任相比,信使号不仅能环绕水星飞行、拍下水星的全貌,还携带了更多的精密仪器。正是其中的一款新仪器,为水星上水冰的存在提供了实锤。

信使号水星探测器

2011年11月,NASA确认,此前发现的“明亮区域”就是水冰!

阿雷西博望远镜观测到的明亮区域(黄色),即为水冰存在的区域(图片来源:NASA)

那么,信使号怎样在不能直接取样的情况下证明,那块区域就是水冰,而不是其他物质?关键在于一个叫做“中子谱仪”的仪器。我们都知道一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成,而这种仪器可以测出氢的含量。也就是说,通过氢原子含量这个间接证据,科学家首次确认水星上有(固态的)水,而且水的含量还不少。

问题来了,既然前面说了水星很难保留水分子,那这里的水又是怎么回事?

还记得上面说过,水星几乎没有大气层吗?缺少温室气体的庇护,水星地表热量散失很快。在没有光照的夜间,最低温度低达零下170℃。另一方面,由于水星的自转轴倾角非常小,只有0.1度,因此在水星的两极存在很多永久阴影区——相当于一年到头都是寒冷的黑夜。这里常年处在零下170℃的极端寒冷环境中。在这种环境中,无论是彗星带来的水,还是自身内部逸出的水蒸气,都会瞬间凝结成冰。

值得一提的是,在证实有水冰存在的同时,NASA还宣布,在水星表面发现了冻结的有机物。不过,不要幻想水星生命。和水一样,这些有机物很可能也来自撞向水星的陨石或彗星。

虽然信使号给我们带来了不少新发现,但关于水星,还有很多未解之谜。毕竟,水星一直是被我们“冷落”的近邻,至今只有上面提到的两次探测任务。这一方面是因为,我们一直觉得它没什么探索的价值;另外,由于离太阳很近,探测器在接近太阳的过程中会不断加速,所以科学家需要为探测器准备大量燃料,用于“刹车”。现在,我们知道水星非常有趣、有价值,而且技术进步也让水星探测变得更容易。

贝比科隆博水星探测器艺术图

整整4年前的2015年4月30日,信使号完成了最后一项使命:撞向水星北极,长眠于这颗邻近但神秘的行星之上;2018年10月20日,欧洲和日本合作研发的“贝比科隆博”(BepiColombo)水星探测计划发射了两个探测器,它们将在2021年首次飞掠水星,开始新一轮的水星探测。水星上还有哪些令人惊喜的发现?也许,再过几年,就有新的答案了。

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