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水星有一顆與眾不同的“心”
來源:重慶科技報(bào) 發(fā)布時(shí)間:2023/10/17 點(diǎn)擊量:5232 作者:記者 劉峰汛



水星。資料圖片

 水星是一顆巖石質(zhì)行星,與金星、地球和火星一樣,屬于類地行星。同時(shí),水星是太陽系八大行星(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,也是距離太陽最近的一顆行星。

  放眼整個(gè)太陽系,水星那顆與眾不同的“心”讓它在眾多行星中脫穎而出,吸引著眾多科學(xué)家探索。

  質(zhì)量占比極高的核心

  之所以說水星有著與眾不同的“心”,是因?yàn)樗歉昏F核心占據(jù)了其總質(zhì)量的至少60%,它的半徑更是達(dá)到了水星半徑的四分之三,這一比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太陽系中其他巖石質(zhì)行星。例如,地球的地核質(zhì)量僅占地球總質(zhì)量的31.5%。

  所有類地行星從里到外都由地核、地幔和地殼三部分構(gòu)成。地核主要由金屬(鐵、鎳)組成。地幔和地殼的含鐵量較少,主要由硅酸鹽構(gòu)成。

  根據(jù)水星的密度可以推測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。地球尤其是地球核心的高密度,是由重力壓縮導(dǎo)致的。水星的質(zhì)量較小,內(nèi)部沒有重力擠壓效應(yīng),所以其核心的高密度是由較高的含鐵量所導(dǎo)致。

  最近的天體科學(xué)研究強(qiáng)烈支持“水星有一個(gè)熔融的核心”這一理論,并認(rèn)為包圍核心的是500~700千米厚的硅酸鹽地幔。根據(jù)“水手10號”從地球觀察的資料顯示,水星的地殼只有100~300千米的厚度。

  為何水星核心的質(zhì)量占比如此之高?如今普遍認(rèn)同的理論是:水星原本有著類似于常見的球粒隕石中“金屬—硅酸鹽”核心,是太陽系內(nèi)典型的巖石物質(zhì),原本質(zhì)量大約是當(dāng)前質(zhì)量的2.25倍。在太陽系早期歷史中,水星可能遭受到一顆直徑數(shù)百千米、質(zhì)量約為其六分之一的微行星撞擊。這次撞擊剝離了大量原始的地殼和地幔,留下的核心就成為水星結(jié)構(gòu)中質(zhì)量較大的部分。這一理論也非常符合“信使號”分光儀對水星表面元素大量觀測得到的結(jié)果。

  表面晝夜溫差高達(dá)600℃

  水星是太陽系中表面晝夜溫差最大的行星,水星表面的赤道和兩極之間有著陡峭的溫度差。同時(shí),水星大氣層極為稀薄,無法有效保存熱量,白天時(shí)赤道地區(qū)溫度可達(dá)432℃,夜間可降至-172℃。

  在從未被陽光直接照射過的南、北極環(huán)形山深坑底部,溫度常年維持在-170℃以下,遠(yuǎn)低于水星的平均溫度。雖然水星表面的溫度在白天非常高,但“信使號”探測器的雷達(dá)卻探測到水星北極區(qū)域內(nèi)存在大量水冰,大概有10000億噸。

  獨(dú)特的冷卻方式

  有探測發(fā)現(xiàn),水星的冷卻導(dǎo)致其半徑縮小了大約10千米,相當(dāng)于自身半徑的1%,是太陽系八大行星中縮小幅度最大的。

  太陽系的行星形成之后,最初都是一團(tuán)熾熱的火球,并且都存在一個(gè)冷卻的過程。冷卻之后,由于熱脹冷縮效應(yīng),行星體積也會隨之縮小。

  另外,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在八大行星中,除了水星外的所有行星都是緩慢冷卻的,唯有水星在形成后的5億年內(nèi)就基本完成收縮。

  小“身板”也能創(chuàng)造磁層

  盡管水星很小,以59天的長周期自轉(zhuǎn),水星仍有值得注意的全球性磁場。太陽系類地行星中,只有水星和地球擁有全球性磁場,科學(xué)家認(rèn)為這些磁場是由它們核心外層中的電流所產(chǎn)生。根據(jù)“水手10號”的測量,它的磁場強(qiáng)度僅有地球的1.1%。

  和地球一樣,水星的磁場是雙極的。但不同于地球的是,水星的磁極和水星的自轉(zhuǎn)軸幾乎是一致的。來自“水手10號”和“信使號”兩艘太空船都測量出水星磁場的強(qiáng)度和形狀是穩(wěn)定的。

  不僅如此,水星磁場的強(qiáng)度足以偏轉(zhuǎn)圍繞著該行星的太陽風(fēng),創(chuàng)造出磁層。水星的磁層雖然很小,但已足以將地球包含在內(nèi),也能夠?qū)⑻栵L(fēng)的等離子拘束在內(nèi),對行星表面的太空風(fēng)化產(chǎn)生影響,保護(hù)水星不被太陽風(fēng)襲擊。

  (本文科普知識點(diǎn)由重慶市科學(xué)傳播專家團(tuán)成員、重慶大學(xué)天體物理教授李芳昱提供指導(dǎo))