水星。资料图片
水星是一颗岩石质行星,与金星、地球和火星一样,属于类地行星。同时,水星是太阳系八大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星)中最小的行星,也是距离太阳最近的一颗行星。
放眼整个太阳系,水星那颗与众不同的“心”让它在众多行星中脱颖而出,吸引着众多科学家探索。
质量占比极高的核心
之所以说水星有着与众不同的“心”,是因为水星富铁核心占据了其总质量的至少60%,它的半径更是达到了水星半径的四分之三,这一比例远远高于太阳系中其他岩石质行星。例如,地球的地核质量仅占地球总质量的31.5%。
所有类地行星从里到外都由地核、地幔和地壳三部分构成。地核主要由金属(铁、镍)组成。地幔和地壳的含铁量较少,主要由硅酸盐构成。
根据水星的密度可以推测其内部结构的细节。地球尤其是地球核心的高密度,是由重力压缩导致的。水星的质量较小,内部没有重力挤压效应,所以其核心的高密度是由较高的含铁量所导致。
最近的天体科学研究强烈支持“水星有一个熔融的核心”这一理论,并认为包围核心的是500~700千米厚的硅酸盐地幔。根据“水手10号”从地球观察的资料显示,水星的地壳只有100~300千米的厚度。
为何水星核心的质量占比如此之高?如今普遍认同的理论是:水星原本有着类似于常见的球粒陨石中“金属—硅酸盐”核心,是太阳系内典型的岩石物质,原本质量大约是当前质量的2.25倍。在太阳系早期历史中,水星可能遭受到一颗直径数百千米、质量约为其六分之一的微行星撞击。这次撞击剥离了大量原始的地壳和地幔,留下的核心就成为水星结构中质量较大的部分。这一理论也非常符合“信使号”分光仪对水星表面元素大量观测得到的结果。
表面昼夜温差高达600℃
水星是太阳系中表面昼夜温差最大的行星,水星表面的赤道和两极之间有着陡峭的温度差。同时,水星大气层极为稀薄,无法有效保存热量,白天时赤道地区温度可达432℃,夜间可降至-172℃。
在从未被阳光直接照射过的南、北极环形山深坑底部,温度常年维持在-170℃以下,远低于水星的平均温度。虽然水星表面的温度在白天非常高,但“信使号”探测器的雷达却探测到水星北极区域内存在大量水冰,大概有10000亿吨。
独特的冷却方式
有探测发现,水星的冷却导致其半径缩小了大约10千米,相当于自身半径的1%,是太阳系八大行星中缩小幅度最大的。
太阳系的行星形成之后,最初都是一团炽热的火球,并且都存在一个冷却的过程。冷却之后,由于热胀冷缩效应,行星体积也会随之缩小。
另外,科学家发现,在八大行星中,除了水星外的所有行星都是缓慢冷却的,唯有水星在形成后的5亿年内就基本完成收缩。
小“身板”也能创造磁层
尽管水星很小,以59天的长周期自转,水星仍有值得注意的全球性磁场。太阳系类地行星中,只有水星和地球拥有全球性磁场,科学家认为这些磁场是由它们核心外层中的电流所产生。根据“水手10号”的测量,它的磁场强度仅有地球的1.1%。
和地球一样,水星的磁场是双极的。但不同于地球的是,水星的磁极和水星的自转轴几乎是一致的。来自“水手10号”和“信使号”两艘太空船都测量出水星磁场的强度和形状是稳定的。
不仅如此,水星磁场的强度足以偏转围绕着该行星的太阳风,创造出磁层。水星的磁层虽然很小,但已足以将地球包含在内,也能够将太阳风的等离子拘束在内,对行星表面的太空风化产生影响,保护水星不被太阳风袭击。
(本文科普知识点由重庆市科学传播专家团成员、重庆大学天体物理教授李芳昱提供指导)