[轉貼] 水星

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水星是太陽系最內側與最小的行星，比月球大1/3；也是太陽系中運動最快的行星，環繞太陽一周只要88天。由地球上看水星的視星等亮度在-2.0至5.5等之間，但是因為距離太陽的最大角度（最大距角）只有28.3°：淹沒在日出前或日落後的暮曙光中，因此不太容易被看見。

水星
信使號的水星假色影像

概述

我們對水星的所知相當有限，迄今只有兩艘太空船曾拜訪過水星。第一艘是1974至1975年的水手10號，只描繪了45%的水星表面圖。第二艘是信使號，在2008年1月14日掠過水星，描繪了另外30%的表面信使號將在2011年再度抵達水星，並且進入環繞軌道，將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。他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% 。由於有著巨大的核，它是高密度的行星。表面的溫度從90至700 K（-180至430 °C）。日下點是最熱的地方，在靠近極點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，希臘的赫西奧德時代稱之為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的傳信天使（caduceus） 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)

「辰星曰北方冬水，智也，聽也。智虧聽失，逆冬令，傷水氣，罰見辰星。辰星見，則主刑，主廷尉，主燕趙，又為燕、趙、代以北；宰相之象。亦為殺伐之氣，戰鬥之象。又曰，軍於野，辰星為偏將之象，無軍為刑事。和陰陽，應效不效，其時不和。出失其時，寒署失其節，邦當大饑。當出不出，是謂擊卒，兵大起。在於房心間，地動。亦曰，辰星出入躁疾，常主夷狄。又曰，蠻夷之星也，亦主刑法之得失。色黃而小，地大動。光明與月相逮，其國大水。」


內部構造

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，像是加利美德和泰坦，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%。核的周圍是 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 。

水星的高密度可以推測其內部結構的細節。地球的高密度是，特別是核心，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。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%），最近的研究強烈建議水星有一個熔融的核心。

環繞核心的是厚600nbsp;公里的地涵，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涵物質，造成地涵相對於核心的尺寸是很薄的一層(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。這修特徵相信是在水星的核心被覆蓋和冷卻收縮的時候，是在外殼已經變硬之後的緣故。


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。一個相似的過程被用來解是地球的月球是如何形成的。

另一個取代的說法是，水星可能在能量的輸出穩定之前，當太陽還是太陽星雲之時就形成了。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 。

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。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BepiColombo都將針對這些理論的預測進行測試和觀察。


表面地質

水星的表面整體看來與月球很像，顯示出廣闊的海 － 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。新近來自信使號飛越水星的數據在處理之後，包括對一個被稱為"蜘蛛"的地點，這一方面的知識都將會增加。現在已知的表面行星地質特徵如下：

環形山
反照率特徵 － 明顯有著不同反照率的區域
背部 － 山脊
山脈 － 山脈
平原 － 大平原與平坦的區域
懸崖 － 陡坡與懸崖
大峽谷 － 凹地

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。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，都會貝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，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 公里的同心圓，還在卡洛里盆地的對蹠地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。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。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% 。

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。


物理性質

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。


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。


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年的雷達觀測強列的顯示仍有冰的存在。一些在極區的深邃坑穴，奇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 。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。


磁場

儘管水星的自轉緩慢,它卻有一個遍佈全球的相對強勁的磁場，所產生的磁力是地球的1%。這個磁場的產生方式很可能與地球的類似，是藉著核心金屬液體的流動產生的電場；目前的估計水星的核心不足以熱到來液化鎳-鐵合金，但是它應該可以液化一些低熔點的物質例如說硫或鋶。也可能水星的磁場是一個現在已經停止的早期的發電機效應產生的殘餘產品，磁場已經「凍結(保存)」在了固體磁性材料中。


公轉與自轉

公轉

水星的運行軌道是偏心的，半徑從 4 600 萬公里到 7 000 萬公里變化。圍繞太陽的緩慢歲差不能完全地被牛頓經典力學所解釋，以致於在一段時間內很多人用設想的另外一個更靠近太陽的行星(有時被稱為火神星)來解釋這個混亂。這稱為「水星近日點進動」。然而，愛因斯坦的廣義相對論後來提供了一種可以消除這個小誤差的解釋。


自轉

1889年意大利天文學家夏帕里利經過多年觀測認為水星自轉時間和公轉時間都是88天。直到1965年，美國天文學家才測量出了水星自轉的精確周期58.646天。

在一些時候，在水星的表面上的一些地方，在同一個水星日里，當一個觀測者(在太陽升起時)時觀測，可以看見太陽先上升，然後倒退最後落下，然後再一次的上升。這是因為大約四天的近日點周期，水星軌道速度完全地等於它的自轉速度，以致於太陽的視運動停止，在近日點時，水星的軌道速度超過自轉速度；因此，太陽看起來會逆行性運動，在近日點後的四天, 太陽恢復正常的視運動。

直到1965年使用雷達觀測後，觀察數據否決了水星對太陽是潮汐固定的的想法：自轉使得所有時間裏水星保持相同的一面對著太陽。水星軌速振諧為3:2 ,這就是說自轉三次的時間是圍繞太陽公轉兩次的時間；水星的軌道離心使這個諧振持穩。最初天文學家認為它有被固定的潮汐是因為水星處於最好的觀測位置，它總是在 3:2 諧振中的相同時刻，展現出相同的一面，就如同它完全地被固定住一樣。水星的自轉比地球緩慢 59 倍。

因為水星的 3:2 的軌速比率， 一個恆星日 (自轉的周期) 大約是58.7個地球日，一個太陽日(太陽穿越兩次子午線之間的時間)大約是176個地球日。


水星探索

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個東西。希臘哲學家赫拉克利特甚至認為水星和金星（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。


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，預計將在2011年3月到達水星。


日本和歐洲航天局

日本計劃加入歐洲航天局的一個叫做BepiColombo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。


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。