水星及其矿产资源探索研究（2）
胡经国
（续前）
3、水星密度
水星是太阳系中密度第二高的行星，仅次于地球。据此，科学家们估计，水星内部必定存在一个超大型的内核，其内核质量甚至可以占到其总质量的2/3。而相比之下，地球的内核区质量则只占地球总质量的1/3。
美国华盛顿卡内基研究院地磁学系主任，美国信使号水星探测器项目首席科学家西恩·所罗门教授表示，目前科学界的观点认为，在太阳系早期的狂暴撞击时代，水星曾经遭遇严重撞击，导致其失去了密度较低的一部分外壳，因此留下了密度相对较大的部分。而在此次“信使号”探测器的任务中，有一项任务便是通过对水星进行全地表化学成分分析来检验这种理论。
4、水星磁场
在太阳系八大行星中，火星、金星、地球、木星、土星都有磁场，但是只有水星是太阳系类地行星中除了地球之外唯一拥有显著磁场的行星（不过尽管如此，它的磁场强度也不到地球的1%）。对于一颗行星来说，磁场的有无绝非小事。就拿地球磁场来说，它构成了地球上生命的保护伞，帮助抵挡有害的太阳射线和其它宇宙射线，从而造就了生命的乐园。所罗门博士将地球磁场称为“我们的辐射保护伞”。如果没有地球磁场，那么地球上的生命将很难出现和演化。
研究人员相信，水星磁场的形成机制与地球相同，那就是由于其外核部分导电熔浆的流动而形成的“电机”模式。此次“信使号”探测器将精确测量水星磁场的分布，从而帮助科学家们检验这一理论是否正确。
1973年11月，第一个也是到目前为止唯一的水星探测器发射成功。在它的既定考察任务中，有一项就是探测水星究竟有没有磁场。它就是美国的“水手10号”探测器。该探测器曾经3次从水星上空飞过，那是在1974年的3月29日和9月21日，以及1975年3月16日。
当“水手10号”第一次飞越水星时，距水星只有720多公里。该探测器上的照相机在拍摄布满环形山的水星地貌的同时，“磁强计”意外地探测到水星似乎存在一个很弱的磁场；而且可能是跟地球磁场那样有着两个磁极的偶极磁场。水星表面环形山和磁场的发现，使科学家很感兴趣，因为这些都是前所未知的。但是，磁场的存在必须得到进一步的证实。这就要等待到“水手10号”与水星的另一次接近。
由于”水手10号“仅拍摄到水星表面的37%，因而人类对水星的了解还很少。”水手10号“探测器的飞行轨道是这样安排的：当到达水星区域时，它每176天绕太阳转一圈。我们知道，水星每88天绕太阳一周，也就是说，水星每绕太阳两圈，“水手10号”来到水星附近一次，飞越水星并且进行探测。
当“水手10号”第二次飞越水星时，距水星表面距离最近时在48000公里左右，对水星磁场没有发现什么新的情况。为了取得包括磁场在内的更加精确的观测资料，科学家们对探测器的轨道作了校准，使它当第三次飞越水星时，离水星表面距离只有327公里，而且更接近水星北极。其观测结果是十分令人鼓舞的，水星确实有一个偶极磁场。从最初发现到完全证实刚好是1年时间。
水星的偶极磁场与地球的很相像，极性也相同，即水星磁场的南极在水星的北半球，其北极在南半球。
水星表面有100多个具有放射条纹的坑穴还有大量断崖；有的长达数百千米。水星的密度与地球接近，并且有一个全球性的磁场。水星磁场的发现，表示水星内部可能是一个高温液态的金属核。这个既重又大的铁镍内核直径超过水星直径的1/3，有整个月球那么大。水星磁场强度只有地球的1%，磁力线的分布图形简直就是地球磁场按比例的缩影。
5、水星大气层
水星上存在有极稀薄的大气。其大气压小于2×10百帕。在其大气中，含有氦、氢、氧、碳、氩、氖、氙等元素。由于大气非常稀薄，因而水星的表面白天和夜晚的温度相差很大。实际上，水星大气中的气体分子与水星表面相撞的频繁程度比它们之间互相相撞要高。由于这些原因，水星应被视为是没有大气的。
水星的大气非常少，主要成份为氦（42%）、钠（气体）（42%）和氧（15%）。而且，在白天气温非常高，平均地表温度为179℃，最高为427℃，最低为零下173℃。因此，水星上看来不可能存在水。但是，1991年，科学家在水星的北极发现了一个不同寻常的亮点；造成这个亮点的可能是在地表或地下的冰。水星上真的有可能存在冰吗？由于水星的轨道比较特殊，在它的北极太阳始终只在地平线上徘徊。在一些陨石坑内部，可能由于永远见不到阳光而使温度降至零下161℃以下。这样低的温度就有可能凝固从行星内部释放出来的气体，或积存从太空来的冰。
在太阳的强烈辐射轰击下，水星大气被向后压缩延伸开去，在背阳处形成一个“尾巴”，就像一颗巨大的彗星。然而，更诡异的一点是，水星事实上还在不断的损失其大气气体成分。组成水星大气的原子不断的被遗失到太空之中去；由于钾或钠原子在一个水星日（一个水星日——在其近日点一日时间的一半）内大约只有3小时的平均“寿命”。
因此，正如所罗门博士指出的那样，“你需要不断地进行补充方能维持大气层的存在。”科学家们认为，水星大气的补充方式是捕获太阳辐射的粒子，以及被微型陨石撞击之后溅起的尘埃颗粒。散失的大气不断地被一些机制所替换，如被行星引力场俘获的火山蒸汽以及两极冰冠的除气作用。
6、地球－水星特性对比
地球－水星特性对比见下表（资料来源：网络）。
特性 地球 水星 距离太阳（远日点，万千米） 大约15210 大约6981 质量（千克） 5.97×1024 0.33×1024 半径（千米） 6378 2440 密度（千克/立方米） 5514 5427 重力加速度（米/秒平方） 9.8 3.7 1年（地球日） 365.25 88 1日（地球日） 1（24小时） 59 日夜周期（地球日） 1个 178个 白天温度（最高） 57℃ 427℃ 夜晚温度（最低） -89℃ -173℃ 接收太阳能的功率（W/m2） 1361 9083
三、水星物质组成与内部构造
水星是太阳系内与地球相似的4颗类地行星之一，具有与地球一样的岩石壳体。它是太阳系中最小的行星，在赤道的半径是2439.7公里。水星甚至比一些巨大的天然卫星，比如木卫三和土卫六还要小——虽然质量较大。水星由大约70%的金属和30%的硅酸盐物质组成。
水星的密度为5.427克/立方厘米，在太阳系中是第二高的，仅次于地球的5.515克/立方厘米。如果不考虑重力压缩对物质密度的影响，那么水星物质的密度将是最高的——未经重力压缩的水星物质密度是5.3克/立方厘米，相比之下的地球物质的密度只有4.4克/立方厘米克。
从水星的密度可以推测其内部构造的详细资料。地球的高密度，特别是地核的高密度是由重力压缩所导致的。水星是如此的小，因而它的内部不会被强力挤压。所以，它要有如此高的密度，那么它的核心必然很大。
1、超大型内核
水星是太阳系中密度大、“白色带系”多的行星，仅次于地球。据此，科学家们估计，在水星内部必定存在一个超大型内核，其内核质量甚至可以占到其总质量的2/3；而相比之下，地球的内核质量只占地球总质量的1/3。美国华盛顿卡内基研究院地磁学系主任，美国信使号水星探测器项目首席科学家西恩·所罗门教授表示，科学界的观点认为，在太阳系早期的狂暴撞击时代，水星曾经遭遇严重撞击，导致其失去了密度较低的一部分外壳，因此留下了密度相对较大的部分。而在此次“信使号探测器”的任务中，有一项便是通过对水星进行全地表化学成分分析来检验这个理论。
2、高金属性理论
水星含铁的百分率超过任何其它已知的星系行星。这里有数种理论被提出来说明水星的高金属性。
一种理论认为，本来的水星具有一个和普通球粒陨石相似的金属－硅酸盐比率。那时，它的质量是我们观测到的质量的大约2.25倍。但是，在早期太阳系的历史中的某个时间，一个星子/微星体撞掉了水星的1/6。其影响是水星的地壳和地幔失去了。
类似的另外一种理论是一种用来解释地球月球的形成的，参见“巨物影响理论”。
另一种理论认为，水星可能在所谓“太阳星云早期的造型阶段”，在太阳爆发出它的能量之前已经稳定。那时，水星质量大约是我们观测到的两倍；但是，由于原恒星收缩，因而水星的温度到达了大约2500～3500K之间，甚至高达10000K。许多水星表面的岩石在这种温度下被蒸发，形成“岩石蒸汽”；随后，“岩石蒸汽”被星际风暴带走。第三种理论，类似第二种，认为水星的外壳层是被太阳风长期侵蚀掉了的。
（未完待续）
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