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溫度高達452℃!回顧為何水星距離太陽最近,表面仍有不融化的水冰?

2024-04-26科學

2012年,美國太空總署發射的信使號探測飛船帶回地球了一個震驚世人的訊息:在太陽系中距離太陽最近的水星表面,竟然發現了 大量的大塊水冰

這樣反常的發現不僅吸引著尋常百姓的好奇心,更讓世界各地的科學家、天文學家們馬不停蹄地展開了研究。 到底是什麽樣的冰才能在水星452度的高溫下仍不融化? 這讓人類本就了解不多的水星變得更加神秘了。

那麽,為什麽水星表面會有不融化的水冰存在呢?是水星的地理狀況使然嗎?還是水星的冰本就和地球的冰不同,是不會融化的「臻冰」?難道有什麽打破人類認知的新的自然規律出現嗎?

水星水冰不融之謎

我們都知道,太陽系有著八大行星,它們按照離太陽距離的順序分別是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。其中,水星是距離太陽最近的一顆行星,二者相距僅5790萬千米。

看數碼你可能沒有概念,但要是與地球和太陽之間的距離比起來,你就知道水星離太陽到底有多近了——地球距離太陽可有足足1.5億千米!

就像一盆燃燒的篝火一樣,你靠它越近,就越能感受到熱量,靠得太近,你會被灼傷,離得太遠,你又會感到寒冷。太陽對於太陽系中的各大行星也是如此。

地球和太陽的距離恰好合適,於是才有合適的溫度誕生生命;離太陽最遠的海王星表面溫度只有﹣214℃,足以讓甲烷凝結;離太陽最近的水星則按理來說不會存在任何液態水,它的表面溫度高達452℃,足以讓一切液體蒸發。

然而,事實的發現卻違背了這個常理。早在1973年,人類首次派出前往探測水星的飛行器水手10號就帶來了訊息:經過對水星成分的分析,其表面極有可能存在水分子。但由於技術的限制,當時的探測器還無法更加靠近水星,一看究竟。

直到2012年,人類發射往水星的更加先進的探測器信使號飛船才徹底揭開了水星神秘的面紗:水星表面確實有大量的大塊水冰。同時,地球上的雷達望遠鏡也在水星的一些隕石坑中捕捉到了明亮的反射物,更是證實了這一觀點。

看看我們腳下的地球,即使距離太陽如此遙遠,大多數情況下也只有兩極和一些高山頂端覆蓋著常年不化的積雪、堆積著大塊大塊的固體水冰。距離太陽最近的水星表面的水冰到底從何而來?這一度成為了水星水冰不融之謎。

水星的冰並不來自水星?

要解開水星水冰不融之謎,還要從水星本身的地理結構說起。事實上,在太陽系裏,水星和金星是唯二兩個沒有自然衛星的行星。

以地球為參照,地球的自然衛星是月球,它的存在給地球帶來了數不盡的好處,不僅產生著潮汐力的影響,更是為地球阻擋了無數在太空中亂飛的隕石、彗星的沖擊。這也是為什麽月球的背面會像現在這樣呈現出坑坑窪窪、千溝百壑的模樣。

而水星卻沒有這麽一個「好守衛」的保護,也就意味著太空中四處遊蕩的隕石、彗星甚至是小行星,一旦過於靠近水星,就不可避免地會直接撞向水星。於是,水星的表面也呈現出像月球那樣坑坑窪窪的模樣。

因此,科學家們認為,水星表面的冰極有可能是外來的隕石、彗星、小行星帶來的。

但水星離太陽那麽近,再堅硬的冰在靠近水星後也應該會融化、蒸發才對,又是怎麽一直留在水星上的呢?這就要提到水星和太陽的關系。

水星雖然距離太陽最近,卻也是太陽系中體積、質素最小的行星。這意味著水星的近日端和遠日端在太陽極大重力的反復拉扯下,會減慢水星本身自轉的速度,直到有朝一日它徹底被釘選在圍繞太陽的周期上。

也就是說,如果以地球的時間演算法來看水星的時間,水星要每兩年才經歷一天,差不多相當於176個地球日。因此,水星的每一天都有一面會被灼熱的太陽炙烤超過4000小時,而另外一面則有超過4000小時的時間處於寒冷和黑暗中。

再加上,水星並不像地球一樣有儲存熱量的大氣層,於是水星上處於黑暗的一面就會直接暴露在宇宙的極端寒冷中——在這些地方的隕石坑裏,水冰不融化也不足為奇了。

不過,2020年發表於【天體物理學雜誌通訊】上的一項研究提出了新的看法——水星也可能是自己在制造水,這與水的化學反應式有關。

眾所周知,水的化學式為:2p +O2 = 2pO,其中H為氫原子,O為氧原子。也就是說,理論上看,只要有氫原子和氧原子的存在,就有機會產生水。

由於沒有大氣層的包裹,水星直接暴露在宇宙的空氣中,其中就有許多氫原子、氧原子,它們在接觸到水星的土壤表面時,就有可能與土壤中的元素發生反映,產生水蒸氣和氧氣。

有些水蒸氣和氧氣會漸漸飄走,而有些則有可能飄到水星黑暗的一面上,落到隕石坑裏,並在極端寒冷中漸漸形成堅冰。這項研究的作者提出,這樣的原理在月球上也適用,月球上也可能存在這樣的冰,只是數量很少。

水星是因為它的冰才得名的嗎?

我們已經揭曉了水星表面不融水冰的謎題,那麽你可能會好奇,水星是因為上面的水冰才叫水星的嗎?事實並非如此。

「水星」這一名稱其實是由西漢司馬遷所起的。【史記·天官書】中記載道:司馬遷在觀察水星的過程中發現它發出的光呈灰黑色,於是與陰陽五行學說聯系在一起。五行學說中,綠色屬木,紅色屬火,黃色屬土,白色屬金,黑色屬水,於是便稱這顆散發灰黑色光芒的星星為「水星」。

而水星的英文為「Mercury」,則更與「水」或「冰」沒有關系。西方人這麽稱呼它,是因為古代歐洲的天文學家觀測到水星的公轉速度很快,於是稱它為「墨丘利」,意思是古羅馬神話中飛速奔跑的信使神。前往探測水星的「信使號」名字也來源於此神話。

這麽看,水星叫「水」,但它的起名過程確實與「水」或「冰」沒什麽關系。水星上有冰也是近些年天文學發展後才得以證實的說法。

都說「水是生命之源」,那麽有沒有可能人類可以移居到水星上呢?答案是否定的。

首先,正如上文所述,水星的一面是400℃以上的高溫炙烤,另一面是零下100℃更低的嚴寒黑暗,且兩面要 4000小時 才翻轉一次。這樣極端的環境就不適宜任何生命的生存了。

再者,水星沒有自然衛星的保護,如果人類真要移居水星,那麽將永無安生之日,而是時時刻刻處在是否會被隕石、彗星、小行星撞擊的恐懼中。

此外,水星比地球小得多,表面積約為7480萬 平方千米,地球的表面積則達到5.1億平方千米,約是水星的7倍之大。人類在地球都頗有土地面積不夠的困擾,要是再移居去水星,房價得漲成什麽樣子呢?

關於水星,還有太多的謎團沒有解開。但2018年人類已向水星發射了更新的探測器——「貝皮科倫布」,預計2025年到達水星。到那時,人類對水星的認識終於又將更進一步……