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水星

Wikipedia · 2026-07-02 维基百科 👁 1 阅读

{{Infobox planet|bgcolour=#DCDCDC|name=水星|symbol=|image=Mercury in true color.jpg|caption=取自信使神太空船的水星合成影像|orbit_ref=|min_temp_1=100 K |mean_temp_1=340 K |max_temp_1=700 K |temp_name2=85°N, 0°W|atmosphere=yes|surface_pressure=−2）的4.59和10.61倍。

雖然水星表面的溫度在白天是非常的高，但觀測的結果仍然強烈的支持冰（凍結的水）存在於水星。在極區深坑的底部從未被陽光直接照射過，溫度依然維持在102K以下，遠低於全球的平均溫水冰強烈的反射了雷達，金石70米的望遠鏡和VLA在1990年代早期的觀測，透漏了在接近極區有非常高的雷達反射斑點。雖然冰不是造成這些反射區域的唯一可能原因，但天文學家相信冰是最有可能的。

相信冰的區域擁有大約1014–1015公斤的冰，並且可能覆蓋著一層表岩屑，抑制了昇華。相較之下，地球南極的冰層大約有4公斤的冰，火星南極的冰帽大約有1016公斤的冰

水星不僅太小，而且太熱，因此它的引力不足以長期留住大氣層；但它確實有一個稀薄的、侷限在表面的外逸層，包含著氫、氦、氧、硫、鈣、鉀和其它元素。這個外逸層並不穩定，原子會不斷的失去和由其它不同的來源獲得補充。氫和氦可能來自太陽風，並在逃逸回太空之前先擴散至水星的磁層。元素的放射性衰變是水星地殼內氦、鈉和鉀的另一個來源。信使號發現鈣、氦、氫氧化物、鎂、氧、鉀、矽和鈉的比例偏高。也有水蒸氣的存在，組合的過程發表如下：彗星撞擊其表面，濺射創造出的水，其中的氫來自太陽風，氧來自岩石，和在極區坑洞內永久陰影下儲存的冰昇華。檢測到許多由水釋出的離子，如O+、OH-、和H2O+則是一個驚喜。由於這些為數可觀的離子是在水星的太空環境中發現的，因此科學家推測是被太陽風從水星表面或外逸層摧毀的分子。

在1980-1990年代，在大氣層中發現鈉、鉀、鈣，相信主要是表面的岩石被微隕石撞擊汽化導致的。在2008年，信使號探測器發現了鎂。研究指出，鈉的排放是區域性的點，對應於這顆行星的磁極。這將顯示出在磁層和行星表面之間的交互作用。像地球一樣，水星的磁場是雙極的。不同於地球的是，水星的磁極和水星的自轉軸幾乎是一致的。來自水手10號和信使號兩艘太空船的測量，都指出水星磁場的強度和形狀都是穩定的。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。

水星磁場的強度足以偏轉圍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。

軌道和自轉
水星是所有的行星中離心率最大的；它的離心率是0.21，使它與太陽的距離在4600萬至7000萬公里的範圍之間變動。它以87.969地球日的週期完整地公轉太陽一圈。
右邊的水星軌道圖疊加上有著相同半長軸的圓形軌道，以顯示出軌道離心率造成的影響。以5天為間隔的標示顯示出在近日點時有著較大的距离，清楚的顯示出比較高的軌道速度。球的大小，與它們和太陽的距離成反比，用來說明日心距離的變化。到太陽距離的變化，結合行星的自轉，造成表面溫度複雜的變化。
這種共振使得一個水星日的長度是水星的兩年，或是大約176個地球日。

水星的軌道平面對地球的軌道平面（黃道）有著7度的傾斜，顯示在右圖中。結果是，水星橫越過太陽前方的凌日，只有在水星穿越黃道平面之際，也位於地球和太陽之間時才會發生。平均下來，大約7年才會發生一次。

水星的轉軸傾角幾乎是零。這明顯的遠小於木星，它是轉軸傾角第二小的行星，數值為3.1度。這意味著位於水星極點的觀測者，太陽中心點的高度永遠不會高於地平線上2.1弧分。從地球可以看見它逆行的時間大約是在內合前後的8-15天，所以會有如此大範圍差距變化，完全是因為它有著較大的離心率。

起初，天文學家認為它被同步鎖定的原因是，當水星在適合觀測的位置上時，它幾乎總是在3：2共振的相同位置上，因此呈現相同的面貌。這也是因為水星公轉週期與地球會合週期一半的巧合，由於水星3：2的自旋軌道共振，因此一太陽日（太陽兩次過中天的時間間隔）約176地球日。這被認為可以解釋水星的3：2自旋軌道共振（而非更常見的1：1），因為這種狀態在高離心率軌道的時期中是可能發生的。數值模擬顯示未來長期軌道共振，與木星的交互作用會造成近日點距離的增加，在未來的50億年內有1%的機率會與金星碰撞。

近日點的前進
1859年，法國數學家和天文學家于尔班·勒威耶報告水星環繞太陽的軌道有著牛頓力學和現有已知的行星攝動不能完滿解釋的緩慢進動。他建議用“另一顆行星（或一系列更微小天體）位於比水星更靠近太陽的軌道上”來處理這些攝動（其它的解釋包括太陽略微的扁平）。基於天王星的軌道受到擾動而發現了海王星的成功，使天文學家對這個解釋充滿了信心，並且這個假設的行星被命名為瓦肯，但是始終未能發現這顆行星。

水星相對於地球的近日點進動是每世紀5,600弧秒（1.5556度），或是相對於慣性ICFR每世紀574.10±0.65弧秒；但牛頓力學考慮了來自其它行星所有的影響，預測的進動只有每世紀5,557弧秒（1.5436度）。在20世紀初期，愛因斯坦的廣義相對論對觀測到的進動提供了解釋。這個效應非常小：水星近日點的相對論進動是每世紀42.98弧秒，剛剛好是之前不足的值；然而，在經歷1,200萬次的公轉之後，它仍有一點點的過剩。其它行星也有非常類似的情形，但是影響小了很多：金星是每世紀8.62弧秒，地球是3.84弧秒，火星是1.35弧秒，伊卡路斯是10.05弧秒。

座標系統
水星的經度是向西增加的，一個被命名為Hun Kal的小坑穴被選定作為經度的參考點，它的中心被定義為西經20°
。

觀測
水星的視星等介於 −2.6等。由於它很接近太陽，因此觀測上很麻煩，大部分的時間都會迷失在陽光中，只有在日出前或日落後短暫的暮曙光內可以看見。

水星像其它一些行星和明亮的恆星一樣，可以在日全食的時間被看見。

像月球和金星一樣，從地球上可以觀察到水星的相位。它的“新月”出現在內合，“滿月”出現在在外合。由於它相對的過度貼近太陽，因此從地球上是看不見水星呈現這兩種相位。

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。

美國國家航空暨太空總署
第一個靠近水星的航天器是水手10號。另一個被美國國家航空暨太空總署批准的計畫，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18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。

水手10號
第一艘探測水星的太空船是NASA的水手10號（1974-1975年）。這艘太空船使用金星的引力調整它的軌道速度，使它能夠接近水星，並使它成為第一艘使用重力助推效應，和NASA第一次拜訪多顆行星的太空任務。水手10號提供了第一批的水星表面特寫影像，其中立刻顯示出水星有大量環型山的性質，並透漏許多其他類型的地質特徵，像是巨型的陡坡，後來歸因於水星的鐵核冷卻時稍為收縮造成的。不幸的是，由於水星軌道公轉週期的長度，使得水手10號每次接近時觀察的都是水星的同一側。這使得水手10號不可能觀察到完全的水星表面，結果是完成的水星表面地圖少於45%。

在1974年3月27日，首次飛越水星的兩天前，水手10號的儀器意外的發現水星附近有大量的紫外線輻射，這導致初步認定水星有衛星。不久之後，過量的紫外線被確認是巨爵座31號星的，而水星的衛星論述亦走入歷史。

這艘太空船三度飛臨水星，最接近時與表面的距離只有327公里。在第一次接近時，儀器偵測到水星有磁場，這使得行星地質學家大為驚訝—因為水星的自轉極為緩慢，不致於產生發電機效應。第二次的接近主要是要拍攝影像，但在第三次接近時，獲得了廣泛的磁性資料。這些資料顯示水星的磁場非常類似於地球，使得水星周圍的太陽風產生偏離。水星磁場的起源依然有幾個主要的理論在相互競爭。

在1975年3月24日，就在最後一次接近水星之後8天，水手10號耗盡了燃料。由於不能再精確地控制它的軌道，於是任務控制者關閉了探測器的儀器。水手10號被認為仍然環繞著太陽，每隔幾個月仍會接近水星一次。

信使號
信使號是NASA前往水星的第二艘太空船，於2004年8月3日使用波音戴爾他2型火箭從卡納維拉爾角空軍基地發射。它在2005年8月飛越地球，並在2006年10月和2007年6月掠過金星，將它調整至正確的軌道，以達到能環繞水星的軌道。在2008年1月14日，信使號首度飛越水星，2008年10月6日再度飛越，並於2009年9月29日第三度飛越。在這幾次的飛越中，將水手10號未曾拍攝的半球都拍攝了。探測器在2011年3月18日成功進入繞行水星的橢圓軌道。信使號是在一个大椭圆轨道上以12小时为周期绕水星转动，距离水星表面最近时距离为200千米，最远则可达15,193千米。它的轨道最低点位于水星北纬60度的上空，之所以这样选择是为了能详细地研究巨大的卡洛里盆地。这个盆地直径1,550千米，是水星最大的表面特征。並在2011年3月29日獲得了第一張在軌道上的水星影像。信使号在2012年成功完成它的主要任务。在继续完成两个扩展任务之后，信使号于2015年初开始用它残留的机动燃料执行轨道衰减。信使号任务结束后于2015年4月30日撞击水星表面。

這項任務要釐清六個關鍵的問題：水星的高密度、地質歷史、磁場的本質、核的結構、兩極是否有冰以及稀薄的大氣是如何形成的。為了達到這些目的，探測器攜帶了比水手10號的儀器解析度更高許多的影像成像設備，各式光譜儀測量地殼中元素的豐度，和磁強計等設備來測量帶電粒子的速度。詳細測量探測器在軌道速度上的微小變化，用來推斷水星內部構造的詳細資訊。在2018年10月20日發射太空船，預期將於2025年前抵達水星。載具將釋放一個磁強計進入環繞水星的橢圓軌道，然後化學火箭將點燃，讓繪製地圖的探測器進入圓軌道。這兩個探測器都將運作一個地球年。

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之地，因為該地的溫度常年維持在大約-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，相比週圍大部分區域來說，較低的環境溫度將能使散失的熱量更易處理。

在文化中
(Guido Bonatti ) 1550年版的Liber astronomiae一書中的水星]]

在西洋占星學，水星統領的星宮是雙子宮和室女宮。也就是當水星在這些星宮時對這兩個星宮的人影響最大。
在中國天文學中，辰星曰北方水，太陰之精，主冬，日壬、癸。

在天文學家於最近幾十年創建詳細的水星地圖前，Solitudo Hermae Trismegisti（荒蕪的 Hermes Trismegistus ）被認為是水星的一大特色，覆蓋了行星1/4的東南象限。

「墨丘利」亦是古斯塔夫·霍爾斯特的樂曲，行星組曲中運動的四棱使者。

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上被過度輻射所傷害的可能（可能因為水星表面溫度很高的緣故）。

注释
参考文献
引用
来源
; 书籍

  • Discovering the Essential Universe by Neil F. Comins (2001)

外部連結

参见
*

  • 部陀
  • 太空移民
  • 行星 (占星術)

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#类地行星 #太阳系行星 #水星

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