主题：【讨论】水星在缩小?

就在天文学家投向太阳系以外,热切地寻找围绕其他恒星旋转的行星时,他们却往往忽略了太阳系内的异常星体。



水星是人类最早发现的行星之一,但也是我们了解最少的行星。早在5000年前,苏美尔人就把它归为行星之一。但由于水星特殊的位置,使人很难一睹芳容。一生都没能看到过水星的哥白尼曾抱怨:"我们受够了这颗行星的折磨,它浑身是谜,我们在探察它的运行轨迹时真是历尽艰辛啊。"水星距离太阳最近时仅有4600万千米,任何大胆的天文学家想用望远镜直接观测水星时都不免担心强烈日光的干扰。即便在空间天文学时代,水星也是惟一一颗无法用哈勃太空望远镜直接观测的行星。只有抵近观察才能揭开水星的神秘面纱。2008年1月,"信使"号探测器飞越水星,成为33年来首个抵近这颗行星的人造物体。"经过五个月的分析,我们已经得到了一些令人着迷的新结论。其中有些结论终结了自‘水手'10号以来长达30年的争论。""信使"号任务首席科学家肖恩·所罗门如是说。以所罗门为首的56位科学家在7月4日出版的《科学》杂志上用11篇论文的篇幅报道了这次飞越带来的新发现,其中涉及了水星磁场、大气和火山活动等长期困扰天文学家的谜团。

微弱磁场的来源

20世纪70年代中期,美国的"水手"10号探测器曾掠过水星,拍摄了45%的水星表面,使科学家对水星有了初步的了解。但这次探测发现的问题远比它解答的还要多。水星的奇异磁场就是其中最显著的问题。"水手"10号获得的一个完全出乎意料的发现是,水星有磁场。这是除地球之外惟一一个拥有全球性磁场的岩石行星。不过水星的磁场强度仅相当于地球磁场强度的1%,迄今为止大部分的理论模型都无法解释为何水星具有如此微弱的磁场。

从理论上来说,行星只有快速旋转并拥有熔融铁核时,才能产生磁场。然而水星体积很小,大约仅为地球体积的三分之一。麻省理工学院的行星科学家玛丽亚·朱伯说,一般的经验是,大行星升温和冷却比较缓慢,而小行星升温和冷却比较快。水星太小,它的铁核温度不够高。水星的内核在很久以前就应该已经冷却凝固了。水星磁场到底是熔融的铁流动产生的,还是亿万年前磁性材质留存在外壳岩石构成的"化石"磁场?---这种局部存在的化石磁场曾经在月球和火星上被检测到。

为了解开这个谜团,"信使"号上的磁力计测量了水星磁场,并考察了水星外壳被磁化的岩石范围。"信使"号传回的数据显示,水星磁场的大部分并非来自水星核的内部,而是来自其外层,并且越靠近水星表面磁场越强。而且,磁场的形状符合简单条形磁铁产生的偶极磁场。肖恩·所罗门博士说:"驱动磁场的能量来自于水星的外核,是由于铁质凝固下沉造成的。"此外,在水星表面还观测到了复杂的磁场作用体系。

对水星磁场的探测尚未深入进行。待2011年探测器进入绕水星轨道后,"信使"号将利用磁强计对水星磁场展开长达4个水星年(每个水星年相当于地球上的88天)的详细观测,以确定其确切的强度和其强度因位置和高度不同而发生的变化。

火山塑造水星表面

对于水星平原成因的争论早在1972年便已开始,当时"阿波罗"16号登月飞船带回了月球平原的数据。科学家认为,月球表面的平原是其他天体撞击的产物。1975年,"水手"10号探测器在水星表面拍摄到了与月球平原类似的构造。当时大部分科学家都认为,水星和月球表面的演化过程相似,平原是由天体撞击形成。

但还有一些专家坚信,水星表面的大部分平原应为火山活动的遗迹。这种解释的理由之一是平原的颜色与远古环形山稍有不同。但由于"水手"10号所拍照片上的分辨率太低,无法清晰地识别表征火山活动的地形特征,所以这些平原的起因一直无法确定。

现在掌握了"信使"号拍摄的高分辨率图片(每像素150米),科学家有把握说,火山活动在水星地质史上起了重要作用。约翰·霍普金斯大学的设备科学家路易斯·普罗克特说:"水星有颜色分明的红色和蓝色区域。它看起来和月球并不一样。"美国罗得岛州普罗维登斯布朗大学的地质学家詹姆士·海德说,"信使"号在1月14日飞越水星时发回的图像有力地证明了火山活动在水星表面形成的过程中扮演着至关重要的角色。现在死寂的水星在30亿到40亿年前曾有过剧烈的火山活动。

他说:"到目前为止我们看到的一切,说明水星表面的火山活动可以上溯到太阳系历史的早期。"研究者发现了"卡路里"盆地边缘的火山活动。直径1544公里的"卡路里"盆地是太阳系最大的撞击陨石坑之一,它是38亿年前的一次太空撞击的产物。"信使"号发回的数据显示,"卡路里"盆地西南边缘上的一个盾状火山周围区域呈现出与其他地方截然不同的橙色,这里可能是该盆地内部平坦平原的火山岩发源地。照片也揭示了平原中央有火山口存在,这证明平滑的岩石是熔岩喷出形成的。

科学家表示,这些沉积物看起来与月球上的玄武岩类似,但是它们的含铁量非常低,代表了一种与众不同的岩石类型。这些平原的大小暗示,水星地幔里存在巨量的岩浆来源。他们在这个盾状火山内部发现一个有大量光晕环绕的肾形气孔,看起来和地球或月球上的剧烈爆发形成的晕轮相似。海德说:"‘信使'号让我们对水星上的火山活动有了全新的看法,使我们对这颗行星表面的平原形成有了更深了解,给被很多人认为是颗死行星的水星带来了新生。"

水星正在缩小?

冥王星已经因为个头太小被开除出行星行列了。难道水星也要步其后尘?水星目前是太阳系体积最小的行星,直径约4828公里,根据"信使"号传送回的数据,科学家指出,水星自形成以来,直径已缩短了约4.8公里。

科学家估计,水星内部60%的空间被铁质核心占据。由于固体铁的密度比液态铁高,当水星的铁核冷却时,外表面就会向内收缩,令地壳起皱,大地出现断层---就像滚烫的玻璃杯突然冷却会出现裂纹一样。"水手"10号首次发现了这些断层:地表似乎有从内部延伸出来的褶皱。由于光照条件好,而且拥有质量更高的照相机,"信使"号发现了更多的褶皱与断层。这些由突然冷却而收缩导致的地质构造表明水星原本可能是个大个子,后来才缩减为现在的小不点。科学家也发现,水星整体缩小幅度较之前估计的至少多出1/3。对此,所罗门博士评论说:"这一点在太阳系中尚无先例。"水星缩小的罪魁是它的铁质核心,巨大且来历不明的铁核也是水星的谜团之一。水星密度高达5.43克/立方厘米,在所有行星中仅次于地球。铁核的重量可能占整个星体质量的三分之二。这个数字大得令人吃惊,因为同为类地行星的地球、金星或火星内核质量只占星球总质量的三分之一。

天文学家猜测,水星早期可能遭受过某个相当于其一半体积的天体撞击,致使原始水星的岩石地幔熔化,并被抛掉。只有密实的铁核才幸免于难。不过也有不同解释:在太阳系形成的早期,高密度物质被太阳吸引,炽热且难熔的物质聚集于此,最后凝结为水星。2006年瑞士伯尔尼大学的科学家曾通过计算机模拟实验推断出,水星的原始质量是其现在的2.25倍。由于在45亿年前经受了一次体积有其一半的巨型小行星的撞击,构成原始水星的近一半物质(主要成份为硅酸盐)经过撞击后都流失到了太阳系其他地方。

两个关于水星起源的理论哪个更正确还有待时间检验。三年后,"信使"号上的仪器将利用多普勒效应测量航天器绕水星运行时速度的微小变化,从而推算外壳厚度的变化,并绘制水星表面质量分布图。美国约翰·霍普金斯大学拉尔夫·马科奈特教授认为:"水星是我们揭秘太阳系的关键。"如果人类能解释水星是如何形成的,也就能依此类推出其他类地星球---如金星、火星、月球---的形成过程。

"信使"的使命

2004年"信使"号踏上征程时,美国宇航局太阳系探测任务主任奥兰多·菲格诺对媒体说:"现在距我们上次拜访水星已有三十年的时间。我们一直盼望着这样一次旅行。"在"水手"10号探查水星时,航天工程师还不知道如何利用有限的燃料把探测器送入环绕水星的轨道。20世纪80年代中期,来自中国台湾的女科学家陈婉仁为喷气推进实验室设计了一条复杂的飞行路线,使得探测器能借助多次飞越金星和水星得到引力辅助,实现用较少燃料进入水星轨道的目的。这条轨道催生了新的探测水星计划。

然而1986年"挑战者"号航天飞机失事,美国所有深空探测计划都被迫暂停。直到20世纪90年代中后期,探测水星才再次列入日程。"信使"(MESSENGER)水星探测器是美国宇航局"发现"系列空间探测计划的第7项任务。MESSENGER是"水星表面、空间环境、地质化学和测距"的首字母缩写。恰巧水星在罗马神话中是众神的信使。这个名字可谓语意双关。

这个耗资4.46亿美元的探测器由美国宇航局委托约翰·霍普金斯大学建造,上面搭载了8种先进科学仪器,1.2吨的质量中有55%是变轨机动所需的燃料,四百多摄氏度的高温曾令工程师在设计飞船温控系统时大费脑筋。飞船在太空遨游79亿公里后,将在2011年3月进入环水星轨道。此前它会3次飞越水星,一点点揭开它的面纱。

今年1月的匆匆一瞥已经带给科学家太多的惊喜,让他们对未来的发现充满期待。"信使"号任务的科学组成员罗伯特·斯特鲁姆是经历过"水手"10号任务的元老,他说:"在‘信使'飞越水星前,我激动得无法入睡。为了这一刻,我已经等了30年。这次飞越没有让大家失望。图片质量之高让我感到吃惊。它逐渐让我意识到,我们正在研究一颗全新的行星。"

一切按宇宙自己的规律进行

水星缩小之后有什么后果？

是否有测量上的误差呀》

原文由 yuduoling(yuduoling) 发表:
一切按宇宙自己的规律进行

人类目前只能观测，还无法主宰这一切。