水星是除地球外唯一拥有磁场的岩石行星

2018-09-15 小编:爱无法呼吸 分类:探索发现 阅读(199)

据英国广播公司(BBC)网站报道,对于我们这一代人而言,亲自造访水星的机会非常渺茫,或者说根本就是零。这可真是遗憾之至,因为如果能够亲临水星,我们将有机会目睹独特的风景。水星是距离太阳最近的大行星,从水星上看去,太阳的大小将是从地球上看到太阳大小的三倍。当然如果你真的身处水星,你是不会赞赏这“太阳之美”的,因为如果那样做,你已经被烧成灰了。

  在水星上被太阳照射到的地方温度非常高,白天可以达到惊人的430摄氏度左右。与之截然相反的是,在水星极地的黑暗陨坑内,这里的温度却可以低到零下180摄氏度以下,处于永久冰冻之中。

  从宇宙视角而言,水星是距离地球最近的天体之一,但我们对它稍有了解还是最近5年内的事。而这一切都要归功于美国宇航局(NASA)发射的信使号探测器,它花费4年时间对水星开展考察并在2015年5月顺利结束考察使命。

  从“水手10号”到“信使号”

  此前水星基本被认为是一个乏味而高温的岩石星球,但信使号探测器的考察结果却表明这是一个有着狂暴历史的怪异行星。一些最新取得的发现正逐渐让我们接近了解为何这颗行星如此怪异。在这一过程中它还将帮助我们理解为何我们的地球是它现在这个样子,并进一步推断银河系中其他行星的一些情况。

  从地球上几乎无法开展对水星的研究。尽管用裸眼就能看到它,但由于水星非常接近太阳,它只会在日出和日落前后才会出现在天空中,并且地平高度都非常低,非常不利于观察。在人类历史的大部分时期,对于人们而言,水星只不过是一颗在天空中不太常见到的移动的亮点。

  在20世纪70年代,这样的观念被改变了——美国宇航局的水手-10号飞船成为首个造访水星的人类探测器。在1974~1975年间它成功进行了3次水星飞掠,然而由于飞船必须保护自己免受水星附近高温的影响,它只获得了水星大约一半面积(45%)的地表图像。

  观测的结果显示水星与我们的月球非常相像,它看上去呈现灰暗的色彩,满目荒芜。整个水星地表遍布陨坑,这是地质历史时期大量小行星与彗星撞击水星表面留下的痕迹。

  水星拥有一个极其稀薄的大气层,这就可以解释其表面极端的环境温差。极度稀薄的大气无法保存太阳光的热量,也无法调节水星赤道与两极区域之间的热量平衡。

  水手-10号飞船的考察还发现水星曾经拥有过火山活跃的历史,另外,探测器还检测到了水星磁场的存在。

  但尽管有了所有这些发现和进展,水星在科学家们的眼中仍然是一个谜团。它是怎么形成的?它怎么会有磁场——要知道水星这样大小的天体很多都是没有磁场的。在它45亿年的历史中究竟曾经经历了些什么?#p#分页标题#e#

  大约20年前,美国宇航局的研究人员们开始研制新一代的水星探测器——“信使号”(Messenger)。按照计划,这台新型探测器的运行轨道将更加接近水星并拍摄其整个地表区域的图像。最终,信使号飞船在2011年顺利进入水星轨道。

  西恩·所罗门(Sean Solomon)是信使号项目的首席科学家,现在他担任纽约哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站主任职位。他表示:“我们看到第一帧来自水星的图像被下载下来,意识到自己正在看的是水星地表此前从未有人目睹过的区域。”

  按照最初的设计,信使号项目的持续时间只有1年,但最终这艘飞船运行了4年时间并向地球传回超过28万幅图像。2015年5月,由于星上燃料耗尽,信使号飞船才不得不结束自己的伟大使命。由于没有足够的燃料以保持稳定轨道姿态,加上强大太阳引力场的不断扰动,信使号最终坠毁在了水星地表。在所有信使号获取的数据中,最为明显的当然就是对水星地表形貌的观测。当然这里是没有一丝生机的,但却仍然存在着一些令人意外的发现。

  水星地表——陨坑与水冰

  尽管水星地表温度很高,但在水星极区的一些陨坑内却存在着水冰。信使号在2012年探测到这些神秘的暗色区域。这些区域终年照射不到阳光,在月球上可能也存在着相似的情况。

  还不止于此。水星极区陨坑内的水冰沉积物在一些区域还被某种神秘的暗色物质覆盖。这种物质的温度似乎比水冰稍高一些,厚度约20~30厘米,并且比水星上的任何其他物质都更黑。或许这是某种有机物。但这并不意味着与生命有关系——水星的环境条件对于生命而言太过严酷了,这些很可能只是某种含碳的化学物质而已。

  许多距离太阳较远的天体,如彗星和一些富含水冰成分的小行星上都含有有机物。这些小天体中可能会有一部分撞击了水星并将其携带的有机物带到了水星上。

  所罗门表示:“如果这一理论正确,那么也就是说这些物质是由曾经将水冰物质带到地球上来的同一批小天体通过撞击作用带到水星上去的。”

  彗星甚至根本就不需要直接撞击水星就能将物质播撒到这颗行星的表面。观测显示水星地表的大部分区域都比月球表面更暗,而2015年就有一项研究指出这很有可能是经过的彗星将其含碳物质播撒到水星表面所造成的结果。

 

  水星的形成

  

  水星的两个半球

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  水星地表的撞击坑,熔岩平原和断层峡谷

  除此之外,信使号探测器对水星地表的详细观测也更新了我们对于水星历史的观点。天文学家此前或多或少的认为水星在过去的数十亿年间是基本没有发生过变化的,而只是在接近太阳的轨道上静静地接受着高温的炙烤。而现在我们了解到,这颗行星曾经经历过狂暴的历史。

  保罗·拜恩(Paul Byrne)是设在美国德克萨斯州休斯敦的月球与行星研究所(LPI)的一名信使号项目组成员。他指出:“水星早期历史上可能曾经存在过剧烈的火山活动。”

  水星上过去曾经存在火山活动的证据是显而易见的。水星地表有许多线性构造,这是水星地表曾经发生开裂的证据。信使号还观测到长达25公里的火山岩浆管道,这是当年流动的岩浆在水星地表留下的痕迹。

  这样的火山活动一直持续到大约10亿年前才逐渐平息下来——持续时间之久,结束时间之晚出乎意料!拜恩表示:“我们原先以为水星上所有的地质活动基本在40亿年前就已经完全停止了。”

  甚至还有证据显示水星上存在溢流型岩浆喷发。大量岩浆涌出地表,覆盖了广泛的区域,其中规模最大的一次发生在水星的北半球极地区域附近,该区域现在被称作“北部火山平原”(Northern Volcanic Plain)。这一巨大的岩浆平原占据了水星地表总面积的大约6%。

  涌出地面的大量岩浆掩盖了此前存在的大量撞击坑,其中一些被熔岩覆盖的陨坑现在仍然能够隐约看得到,但也只能大致分辨出其外部边缘,因而它们被称作“幽灵陨坑”(ghost craters)。

  但让人感到奇怪的是,大部分的水星平原区域的年龄都非常接近,这就意味着它们都是在大致相同的时间内形成的。

  拜恩表示:“最后一次大型岩浆平原形成过程是一次性完成的。这就意味着巨大的热量,只有这样才能导致如此巨量的岩浆一次性涌上地表。”

  今天的水星上已经不存在火山活动。这是因为曾经驱动了水星火山活动的内部热量已经逐渐冷却下来了。

  而由于这一冷却过程,水星整体会发生收缩。大约40亿年前,当水星地壳最初形成之时,水星的半径要比今天大7公里左右。水手10号飞船拍摄的图像上已经可以识别出这一现象的最初迹象,但信使号飞船传回的数据表明这样的冷却收缩程度要比科学家们原先想象的更加严重。

  然而尽管存在这样的冷却和收缩,水星的内部却并未完全冷却下来,其仍然保有着足够的热量能够产生其他类似大小的天体不敢奢望的东西:磁场。#p#分页标题#e#

  水星磁场

  

  信使号坠毁地所在的水星表面区域

  

  左图:信号好拍摄的第一张水星图像;右:信使号拍摄的最后一张水星图像

  在太阳系中水星是除了地球之外唯一一个拥有全球性磁场的岩石行星——尽管它的磁场强度还不到地球磁场强度的1/100。有证据显示火星在过去也曾经拥有过一个全球性的磁场,但随着行星的整体冷却,火星磁场已经消失了。

  地球的磁场是由地球内部的高温液态金属内核转动产生电流所驱动的。而信使号的考察结果认为水星磁场的产生机制也应当与此类似。

  但这里也存在一些令人感到奇怪的地方——水星的磁场并非以水星的核心为中心,而是存在大约相当于其半径20%的偏离。

  据所罗门博士的说法,这一现象时此前所有的模型模拟中从未预料到的情况。他说:“我们此前认为水星磁场可能就是缩小版本的地球磁场。”

  但现在看来,我们此前的想法出错了,水星的磁场是独特的。从某些角度上来讲,这一小插曲只能证明我们对于行星磁场形成机制的无知。我们事实上并不清楚行星究竟如何产生出磁场,我们也不知道早期地球的磁场是何种模样。

  今天的地球磁场是以地球内核为中心的,于是物理学家们便据此认为所有的行星磁场都应该是这样的。但或许这样的看法是错误的。正如所罗门所言:或许早期的地球也曾经拥有一个与水星相类似的磁场。

  在2015年,信使号项目团队发现水星的磁场非常古老,它已经持续存在长达约40亿年之久。加拿大不列颠哥伦比亚大学的凯瑟琳·约翰逊(Catherine Johnson)和同事们检查了水星表面带有磁性的岩石,这些岩石记录了水星磁场变化的历史。

  结果显示水星的古代磁场强度要比现在强得多。其强度甚至可以与今天地球的磁场强度接近。约翰逊表示产生这一磁场的内在机制在行星历史的早期可能与今天稍有差异,因而才能允许产生强度如此之高的磁场。

  其他行星世界

  与地球相似的,水星同样大致形成于45亿年前。然而这两颗行星之间却仍存在重大差异。而我们的邻居金星和火星则在向我们诉说着完全不同的故事。

  所罗门表示,天文学家们如此迫切想要了解水星的各项性质,他们的着眼点并非仅仅局限于水星本身。对于水星的考察将帮助我们了解各类行星作为一个整体的一些性质。

  如果我们想要了解地球是如何形成的,我们就需要了解形成太阳系内所有其他行星的机制和过程。所罗门表示:“仅仅在我们的太阳系内部,形成类地行星的相同过程却会产生出如此不同的结果。”#p#分页标题#e#

  而同样的情况也适用于对太阳系外行星的研究。截至目前科学家们已经发现超过2000颗系外行星,另外还有数以千计的目标等待被确认。如果我们能够搞清楚行星形成的机制和过程,那么我们就能够更有把握的估算出在各种不同的情况下将会形成何种类型的行星。

  举例来说,地球表面岩石圈拥有不同的板块结构,但水星却只有一整块的岩石圈。

  造成这种差异的原因在于,相比水星,地球拥有更多的内部热量能够用于驱动板块的移动。因此,到今天,地球上仍然存在着火山与地震现象,地球是一颗充满活力的生机勃勃的星球。如果一颗系外行星拥有足够的内部热量能够形成板块构造,那么它将更有可能产生类似地球的面貌。而如果它没有足够的内部热量,那么它的面貌或许就会跟水星更为接近。

  拜恩表示:“水星可以被作为开展系外行星研究时‘单板块’行星类型的原型代表,以便我们能够基于今天对水星情况的观察和了解,更容易地理解那些遥远行星的地质学历史。”

  换句话说,我们并非仅仅在研究水星。我们可能实际上正在对数以千计的行星体开展研究,而其中的大部分我们还从未曾目睹,但通过对水星的考察和研究,我们将能够了解有关这些未知世界的许多信息。(晨风)

献吻 15

巴掌 35

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