水星

水星

水星(英語:Mercury,拉丁語:Mercurius)是太陽系八大行星最內側也是最小的一顆行星,符號: 中國稱為辰星,有著八大行星中最大的軌道偏心率。它每87.968個地球日繞行太陽一周,而每公轉2.01周同時也自轉3圈。

水星有著太陽系行星中最小的軌道傾角。水星軌道的近日點每世紀比牛頓力學的預測多出43弧秒(角秒)的進動,這種現象直到20世紀才從愛因斯坦的廣義相對論得到解釋。

水星是一顆類地行星,由于其非常靠近太陽,所以隻會出現在凌晨成為晨星,或是黃昏出現作為昏星。除非有日食,否則在陽光的照耀下通常是看不見水星的。

  • 中文名
    水星、辰星
  • 外文名
    Mercury
  • 別稱
    Mercurius
  • 分類
    行星
  • 質量
    3.3022×1023 kg
  • 平均密度
    5.427 g/cm3
  • 表面溫度
    最低-86°C,最高634.5°C
  • 逃逸速度
    4.25 km/s
  • 反照率
    0.068 (Bond)、0.142 (geom.)
  • 視星等
    -2.6 to 5.7
  • 自轉周期
    58.646 天  1407.5 h
  • 赤經
    18 h 44 min 2 s  281.01°
  • 赤緯
    61.45°
  • 半長軸
    57,909,100公裏 0.387 098 AU
  • 離心率
    0.205 630
  • 公轉周期
    87.9693天
  • 平近點角
    174.796°
  • 軌道傾角
    7.005° (對黃道)3.38° (對太陽的赤道) 6.34° 、(對不變平面)
  • 升交點經度
    48.331°

基本信息

水星的英文名字Mercury來自羅馬神墨丘利(赫耳墨斯)。他是羅馬神話中的信使。因為水星約88天繞太陽一圈,是太陽系中公轉最快的行星。符號是上面一個圓形下面一個交叉的短垂線和一個半圓形(Unicode). 是墨丘利所拿魔杖的形狀。在前5世紀,水星實際上被認為成二個不同的行星,這是因為它時常交替地出現在太陽的兩側。當它出現在傍晚時,它被叫做墨丘利;但是當它出現在早晨時,為了紀念太陽神阿波羅,它被稱為阿波羅。畢達哥拉斯後來指出他們實際上是相同的一顆行星。

水星

水星,中國稱為辰星,水星在八大行星中是最小的行星,也是太陽系最內側和最小的行星,但仍比月球大1/3。水星是太陽系中運動最快的行星。在太陽系所有的行星中,水星有最大的軌道離心率和最小的轉軸傾角,每87.969地球日繞行太陽一周。水星每繞軸自轉3圈時也繞著太陽公轉2周。水星繞日公轉軌道近日點的進動每世紀多出43弧秒的現象,在20世紀才從愛因斯坦的廣義相對論得到解釋。從地球看水星的亮度有很大的變化,視星等從-2.3至5.7等,但是它與太陽的分離角度最大隻有28.3 °,因此很不容易看見。除非有日食,否則在陽光的照耀下通常是看不見水星的。在北半球,隻能在凌晨或黃昏的曙暮光中看見水星;當大距出現在赤道以南的緯度時,在南半球的中緯度可以在完全黑暗的天空中看見水星。

水星太接近太陽,常常被猛烈的陽光淹沒,所以望遠鏡很少能夠仔細觀察它。水星沒有自然衛星。唯一靠近過水星的衛星是美國探測器水手10號,在1974年-1975年探索水星時,隻拍攝到大約45%的表面。

地形地貌

美國發射的“水手10號”在1974年3月、9月和1975年3月探測了水星,並向地面發回5000多張照片,為我們了解水星提供了珍貴的信息。從照片上我們看出,水星的外貌酷似月球,有許多大小不一的環形山,還有輻射紋、平原、裂谷、盆地等地形。 

水星

水星的表面表現出巨大的急斜面,有些達到幾百千米長,三千米高。有些橫處于環形山的外環處,而另一些急斜面的面貌表明他們是受壓縮而形成的。據估計,水星表面收縮了大約0.1%(或在星球半徑上遞減了大約1千米)。

水星上最大的地貌特征之一是卡洛裏斯(Caloris)盆地,直徑約為1300千米,人們認為它與月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,卡洛裏斯(Caloris)盆地很有可能形成于太陽系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同時造成了星球另一面正對盆地處奇特的地形。

水星表面受到無數次的隕石撞擊,到處坑坑窪窪。當水星受到巨大的撞擊後,就會有盆地形成,周圍則由山脈圍繞。在盆地之外是撞擊噴出的物質,以及平坦的熔岩洪流平原。此外,水星在幾十億年的演變過程中,表面還形成許多褶皺、山脊和裂縫,彼此相互交錯。通過雷達對水星北極區的觀測,科學家發現在一些坑洞的陰影處有冰存在的證據。

水星的環形山很類似月球。水星表面最顯著的的特征(隻包括已經被拍攝過的部分)之一是一個直徑達到1360km的沖擊性環形山:卡路裏盆地,是水星上溫度最高的地區。水星地形被標記為多起伏的,原因是幾十億年前水星的核心冷卻收縮引起的外殼起皺。大多數的水星表面包括二個不同的年齡層;比較年輕的比較平,或許是因為溶岩浸入了較早地形的結果。除此之外,水星有“顯著性”的“周期性膨脹”。

水星的表面很像月球,滿布著環形山、大平原、盆地、輻射紋和斷崖。1976年,國際天文學聯合會開始為水星上的環形山命名。

在地面上觀測水星,幾乎看不到它的細節。1973年11月3日,美國發射了水手10號宇宙飛船,對水星進行飛近探測。它是迄今唯一“訪問”過水星的宇宙飛船。在它與水星三次相會的過程中,向地面發回了5000多張照片。在最後一次,它距水星表面僅372千米,拍攝了非常清晰的水星電視圖像,天文學家驚奇地發現,水星表面和月球表面極為相似。

水星表面上有著星羅棋布的大大小小的環形山,既有高山,也有平原,還有令人膽寒的懸崖峭壁。據統計,水星上的環形山有上千個,這些環形山比月亮上的環形山的坡度平緩些。

水星上的環形山和月球上的環形山一樣,也進行了命名。在國際天文學聯合會已命名的310多個環形山的名稱中,其中有15個環形山是以我們中華民族的人物的名字命名的。有伯牙:傳說是春秋時代的音樂家;蔡琰:東漢末女詩人;李白:唐代大詩人;白居易:唐代大詩人:董源:五代十國南唐畫家;李清照:南宋女詞人;姜夔:南宋音樂家;梁楷:南宋畫家;關漢卿:元代戲曲家;馬致遠:元代戲曲家;趙孟頫:元代書畫家;王蒙:元末畫家;朱耷:清初畫家;曹沾(即曹雪芹):清代文學家;魯迅:中國現代文學家。

水星表面上環形山的名字都是以文學藝術家的名字來命名的,沒有科學家,這是因為月面環形山大都用科學家的名字命名了。水星表面被命名的環形山直徑都在20公裏以上,而且都位于水星的西半球。這些名人的大名將永遠與日月爭輝,紀念他們為人類作出的卓越貢獻。

地質構造

水星外貌如月,內部結構卻很像地球,也分為殼、幔、核三層。水星的半徑為2439公裏,是地球半徑的38.2%,18個水星合並起來才抵得上一個地球的大小。質量為3.33×10^26克,為地球質量的5.58%,平均密度為 5.433克/cm^3 ,略低于地球的平均密度。在八大行星中,除地球外,水星的密度最大。由此天文學家推測水星的外殼是由矽酸鹽構成的,其中心有個比月球大得多的鐵質核心。這個核球的主要成分是鐵、鎳和矽酸鹽。根據這樣的結構,水星應含鐵20000億億噸,按目前世界鋼的年產量(約8億噸)計算,可以開採2400億年。

水星

地殼

厚度100-200 km

結皮

厚度600 km

核心

半徑約1,800 km,這個行星有一個相對大的(即使是與地球相比)的鐵質核;水星由大約70% 的金屬和30% 的矽酸鹽組成,以致密度較高。平均密度是5430kg/m3;略微地小于地球密度,卻比金星大。地球高密度產生的原因是地球的質量壓縮了地球的體積。水星的質量隻有地球的5.5%——鐵核佔據了 42% 的行星容積(地核隻佔17% ),核的周圍是600km 厚的行星幔。水星的總重量約為30 000兆公噸。

基本特征

水星密度

水星是太陽系中密度第二高的行星,僅次于地球。據此,科學家們估計水星內部必定存在一個超大的核心,其核心質量甚至可以佔到其總質量的2/3,而相比之下,地球的核心區質量隻佔地球總質量的1/3。美國華盛頓卡內基研究院地磁學系主任,美國信使號水星探測器項目首席科學家西恩·所羅門(Sean Solomon)教授表示:目前科學界的觀點是認為在太陽系早期的狂暴撞擊時代,水星曾遭遇嚴重撞擊,導致其失去了密度較低的一部分外殼,因此留下了密度相對較大的部分。而此次信使號探測器的任務中有一項便是通過對水星進行全地表化學成分分析來檢驗這個理論。

水星

水星磁場

在太陽系的八大行星中,火星、水星、地球、木星、土星都有磁場,但隻有水星是太陽系類地行星中除了地球之外唯一一顆擁有顯著磁場的行星(不過盡管如此,它的磁場強度也僅有地球的1%不到)。對于一顆行星來說,磁場的有無絕非小事,就拿地球磁場來說,它構成了地球上生命的保護傘,幫助抵擋有害的太陽射線和其它宇宙射線,從而造就了生命的樂園。所羅門博士將地球磁場稱作“我們的輻射保護傘”,如果沒有地球磁場,地球上的生命將很難出現和演化。

研究人員現在相信水星的磁場產生機製和地球的相同,那就是其外核部位導電熔漿的流動形成的“電機”模式。此次信使號探測器將精確測量水星磁場的分布,從而幫助科學家們檢驗這一理論是否正確。

1973年11月,第一個也是到目前為止唯一的一個水星探測器發射成功,它的既定考察任務中,有一項就是探測水星究竟有沒有磁場。它就是美國的“水手10號”探測器。探測器曾經3次從水星上空飛過,那是在1974年的3月29日和9月21日,以及1975年3月16日。

“水手10號”第一次飛越水星時,最近時距水星隻有720多公裏。探測器上的照相機在拍攝布滿環形山的水星地貌的同時,磁強計意外地探測到水星似乎存在一個很弱的磁場,而且可能是跟地球磁場那樣有著兩個磁極的偶極磁場。水星表面環形山和磁場的發現使科學家很感興趣,因為這些都是前所未知的。但是,磁場的存在必須得到進一步的證實,這就要等待到“水手10號”與水星的另一次接近。

水星上既沒有水,也沒有空氣。水星面板同月球相似,隻是水星上有更多的環形山,高地平原參差不齊。與月球表面有所不同的是,水星表面分布著隆起的陡壁和山脊,宛如蘋果因水分蒸發而表面收縮形成的皺紋。水星表面寧靜、平滑,過去可能發生過火山活動,有火山熔岩形成的平面狀地區,還遍布著大大小小的隕石坑。水星上有一個巨大的同心圓構造,它位于赤道地帶,直徑約有1300千米,被科學家命名為“卡路裏盆地”。水星表面有100多個具有放射條紋的坑穴,還有大量斷崖,有的長達數百千米。水星的密度與地球接近,並有一全球性的磁場。水星磁場的發現,表示水星內部可能是一個高溫液態的金屬核,這個既重又大的鐵鎳核心直徑超過水星直徑的1/3,有整個月球那麽大。水星磁場強度隻有地球的1%,磁力線的分布圖形簡直就是地球磁場按比例的縮影。

總之,水星沒有空氣,沒有水分,也沒有衛星。其上的溫差很大,運行速度快,沒有什麽驚人的奇觀,更沒有任何生物痕跡。但是水星這種既像月球又像地球的特征,是宇宙中物質多樣性的生動證明,也是研究太陽系形成和起源的寶貴資料。

由于水手10號僅拍攝到水星表面的37%,所以人類對水星的了解還很少。

“水手10號”探測器的飛行軌道是這樣安排的:在到達水星區域時,它每176天繞太陽轉一圈。我們知道,水星每88天繞太陽一周,也就是說,水星每繞太陽兩圈,“水手10號”來到水星附近一次,飛越水星並進行探測。

“水手10號”第二次飛越水星時,距表面最近時在48000公裏左右,對水星磁場沒有發現什麽新的情況。為了取得包括磁場在內的更加精確的觀測資料,科學家們對探測器的軌道作了校準,使它第三次飛越水星時,離表面隻有327公裏,而且更接近水星北極。觀測結果是十分令人鼓舞的:水星確實有一個偶極磁場。從最初發現到完全證實,剛好是一年時間。

水星的偶極磁場與地球的很相像,極性也相同,即水星磁場的南極在水星的北半球,其北極在南半球。

水星之冰

浸沒在太陽光熱中的水星絕非一個尋找水的好地方。但是科學家們註意到水星極區有些深邃的隕石坑是永遠照不到陽光的,由于沒有大氣調節,這些地方的溫度一直維持在華氏零下280度(約合攝氏-173度)左右。這些所羅門博士稱為“深度冷凍陷阱”的隕石坑中可能聚集著比月球上多得多的水冰物質。盡管這一點還存在爭議,但是所羅門博士表示,這一點至少可以證明一點,那就是水在太陽系中是普遍存在的,至少對分子態的水來說。當然,海王星,天王星,土星,木星,火星,金星和水星都沒有液態水,但有氣態水和固態水,比如月球。

水星大氣

盡管水星是太陽系8大行星中最小的那顆,其引力也相應地較小。然而水星確實擁有一個稀薄的大氣層。在太陽的強烈輻射轟擊下,水星大氣被向後壓縮延伸開去,在背陽處形成一個“尾巴”,就像一顆巨大的彗星。然而更詭異的一點是,水星事實上還在不斷的損失其大氣氣體成分。因此,正如所羅門博士指出的那樣“你需要不斷的進行補充,方能維持大氣層的存在。”科學家們認為水星的補充方式是捕獲太陽輻射的粒子,以及被微型隕石撞擊後濺起的塵埃顆粒。

水星之鐵

水星所含有的鐵的百分率超過任何其他已知的星系行星。這裏有數個的理論被提出來說明水星的高金屬性。

一個理論說本來水星有一個和普通球粒狀隕石相似的金屬—矽酸鹽比率。那時它的質量是目前質量的大約2.25 倍,但在早期太陽系的歷史中的某個時間,一個星子/微星體撞掉了水星的1/6。影響是水星的地殼 和地幔 失去了。類似的另外一個理論是一個用來解釋地球月亮的形成的,參見巨物影響理論。另一種說,水星可能在所謂太陽星雲早期的造型階段,在太陽爆發出它的能量之前已經穩定。在這個理論中水星那時大約質量是目前的兩倍;但因為原恆星收縮,水星的溫度到達了大約2500K 到3500K 之間;甚至高達10000K。許多的水星表面的岩石在這種溫度下蒸發,形成"岩石蒸汽",隨後,"岩石蒸汽" 被星際風暴帶走。第三個理論,類似第二個,認為水星的外殼層是被太陽風長期侵蝕掉了的。

影響地球

水星擁有太陽系8大行星中偏心率最大的軌道,通俗的說,就是它的軌道的橢圓是最“扁”的。而最新的電腦模擬顯示,在未來數十億年間,水星的這一軌道還將變得更扁,使其有1%的機會和太陽或者金星發生撞擊。更讓人擔憂的是,和外側的巨行星引力場一起,水星這樣混亂的軌道運動將有可能打亂內太陽系其他行星的運行軌道,甚至導致水星,金星或火星的軌道發生變動,並最終和地球發生相撞。

溫度日照

水星表面平均溫度約452K,變化範圍從90到700K,是溫差最大的行星;白天太陽光直射處溫度高達427℃,夜晚太陽照不到時,溫度降低到-173℃。溫差變化如此懸殊,絕不可能有生物存在。可以比較一下地球,地球上的度溫變化隻有11K。(這裏隻是太陽輻射能量,不考慮“季節”,“天氣”) 水星的表面的日照比地球強8.9 倍,總共輻照度有9126.6W/m2。令人驚訝地,在1992年所進行的雷達觀察顯示,水星的北極有冰。一般相信,這些冰存在于陽光永無法照射到的環形山底部,由于彗星的撞擊和/或行星內部的氣體冒出表面而積累的。

大氣環境

人們推測水星的殼層與月球類似,並且都有過隕星轟擊歷史。水星上有極稀薄的大氣,大氣壓小于2×10百帕,大氣中含有氦、氫、氧、碳、氬、氖、氙等元素。由于大氣非常稀薄,水星的表面白天和夜晚的溫度相差很大。實際上,水星大氣中的氣體分子與水星表面相撞的頻密程度比它們之間互相相撞要高。出于這些原因,水星應被視為是沒有大氣的。“大氣”主要由氧,鉀和鈉組成。

水星的大氣非常少,主要成份為氦(42%)、汽化鈉(42%)和氧(15%),而且在白天氣溫非常高,平均地表溫度為179℃,最高為427℃,最低為零下173℃,因此水星上看來不可能存在水;但1991年科學家在水星的北極發現了一個不同尋常的亮點,造成這個亮點的可能是在地表或地下的冰。水星上真的有可能存在冰嗎?由于水星的軌道比較特殊,在它的北極,太陽始終隻在地平線上徘徊。在一些隕石坑內部,可能由于永遠見不到陽光而使溫度降至零下161℃以下。這樣低的溫度就有可能凝固從行星內部釋放出來的氣體,或積存從太空來的冰。

組成水星大氣的原子不斷的被遺失到太空之中,由于鉀或鈉原子在一個水星日(一個水星日——在其近日點一日時間的一半)上大約有3小時的平均 “壽命”。散失的大氣不斷地被一些機製所替換,如被行星引力場俘獲的火山蒸汽,以及兩極的冰冠的除氣作用。

撞擊任務

美國航天局16日宣布,“信使”號水星探測器燃料即將耗盡,可能將于30日以撞擊水星的方式結束使命。

“信使”號于2004年8月升空,經過約6年半的飛行于2011年3月進入繞水星運行軌道。美國航天局副局長約翰·格倫斯菲爾德對“信使”號給予高度評價,認為該任務第一次讓人們真正認識了水星。他說,盡管“信使”號的旅程即將結束,但分析其所獲資料的旅程才剛剛開始,這些資料將幫助解開水星的各種謎團。

據美國航天局介紹,本月24日,地面人員還將對“信使”號實施最後一次軌道調整,這一操作將基本耗盡“信使”號推進系統最後所剩的氦氣。此後“信使”號將飛向水星表面,預計將在4月30日以每秒3.91公裏的速度撞擊水星背對地球的一面。

天體運動

水星離太陽的平均距離為5790萬公裏,繞太陽公轉軌道的偏心率為0.206,故其軌道很扁。太陽系天體中,除冥王星外,要算水星的軌道最扁了。水星在軌道上的平均運動速度為48公裏/秒,是太陽系中運動速度最快的行星,它繞太陽運行一周隻需要88天,除公轉之外,水星本身也有自轉。過去認為水星的自轉周期應當與公轉周期相等,都是88天。1965年,美國天文學家戈登、佩蒂吉爾和羅·戴斯用安裝在波多黎各阿雷西博天文台的、當今世界上最大的射電望遠鏡測定了水星的自轉周期,結果並不是88天,而是58.646天,正好是水星公轉周期的2/3。水星軌道有每世紀快43″的反常進動。

水星

地球每自轉一周就是一晝夜,而水星自轉三周才是一晝夜。水星上一晝夜的時間,相當于地球上的176天。與此同時,水星也正好公轉了兩周。因此人們說水星上的一天等于兩年。由于水星在近日點時總以同一經度朝著太陽,在遠日點時以相差90°的經度朝著太陽,所以水星隨著經度不同而出現季節變化。

公轉

水星的運行軌道是偏心的,半徑從4 600 萬公裏到7 000 萬公裏變化。圍繞太陽的緩慢歲差不能完全地被牛頓經典力學所解釋,以致于在一段時間內很多人用構想的另外一個更靠近太陽的行星(有時被稱為火神星)來解釋這個混亂。這稱為“水星近日點進動”。無論如何,愛因斯坦的廣義相對論後來提供了一種可以消除這個小誤差的解釋。

自轉

1889年義大利天文學家夏帕裏利經過多年觀測認為水星自轉時間和公轉時間都是88天。直到1965年,美國天文學家才測量出了水星自轉的精確周期58.646天。

在一些時候,在水星的表面上的一些地方,在同一個水星日裏,當一個觀測者(在太陽升起時)時觀測,可以看見太陽先上升,然後倒退最後落下,然後再一次的上升。這是因為大約四天的近日點周期,水星軌道速度完全地等于它的自轉速度,以致于太陽的視運動停止,在近日點時,水星的軌道速度超過自轉速度;因此,太陽看起來會逆行性運動,在近日點後的四天,太陽恢復正常的視運動。

水星

直到1965年使用雷達觀測後,觀察資料否決了水星對太陽是潮汐固定的的想法:自轉使得所有時間裏水星保持相同的一面對著太陽。水星軌速振諧為3:2,這就是說自轉三次的時間是圍繞太陽公轉兩次的時間;水星的軌道離心使這個諧振持穩。最初天文學家認為它有被固定的潮汐是因為水星處于最好的觀測位置,它總是在3:2 諧振中的相同時刻,展現出相同的一面,就如同它完全地被固定住一樣。水星的自轉比地球緩慢59 倍。

因為水星的3:2 的軌速比率,一個恆星日(自轉的周期) 大約是58.7個地球日,一個太陽日(太陽穿越兩次子午線之間的時間)大約是176個地球日 。

相關參數

軌道參數

歷元J2000
項目資料
遠日點
69,816,900公裏   0.466 697 AU
近日點46,001,200公裏   0.307 499 AU
半長軸57,909,100公裏   0.387 098 AU
離心率0.205 630
軌道周期87.969 1 d  (0.240 846 a)
0.5水星太陽日
會合周期
115.88 d
平均速度47.87 km/s
平近點角174.796°
軌道傾角7.005° 對黃道
3.38° 對太陽的赤道
6.34° 對不變平面
升交點黃經48.331°
近日點參數29.124°
衛星None

物理參數

項目資料
平均半徑2,439.7 ± 1.0 km   0.3829 地球半徑
扁率0
表面積7.48×10^7km^2   0.147 地球面積
體積6.083×10^10 km^3   0.056 地球體積
質量3.3022×10^23 kg   0.055 地球質量
平均密度5.427 g/cm^3
表面重力3.7 m/s^2  0.38 g
逃逸速度4.25 km/s
恆星自轉周期58.646 天   1407.5 h
赤道自轉速度10.892 km/h(3.026 m/s)
轉軸傾角2.11′ ± 0.1′
北極赤經18 h 44 min 2 s   281.01°
北極赤緯61.45°
反照率0.068 (Bond)   0.142 (geom.)
視星等-2.6 to 5.7
角直徑4.5" - 13"

其他資料

水星觀測

水星最亮的時候,目視星等達-1.9等。由于水星和太陽之間的視角距離不大,使得水星經常因距離太陽太近,淹沒在耀眼的陽光之中而不得見。即使在最宜于觀察的條件下,也隻有在日落西山之後,在西天低處的夕陽餘暉中,或是在日出之前,在東方地平線才能看到它。

水星

觀察水星的最佳時候是在日出之前約50分鍾,或日落後50分鍾。當我們朝最靠近太陽的行星——水星看的時候,我們也就是朝太陽的方向看。需要牢記的是不要直接看太陽。

若用望遠鏡看水星,則可以選擇水星在其軌道上處于太陽一側或另一側離太陽最遠(大距)時,並在日出前或日落後搜尋到它。天文歷書會告訴你,這個所謂的“大距”究竟是在太陽的西邊(右邊)還是東邊(左邊)。若是在西邊,則可以在清晨觀測;若是在東邊,則可以在黃昏觀測。知道了日期,又知道了在太陽的哪一側搜尋,還應該盡可能挑一個地平線沒有東西阻隔的地點。搜尋水星要在離太陽升起或落下處大約一柞寬的位置。你將會看到一個小小的發出淡紅色光的星星。

在其被太陽光淹沒之前,你大概可以觀測它2個星期。6個星期之後,它又會在相對的距角處重新出現。

說起五大行星的水星,自古以來用肉眼觀測是最難的。大天文學家哥白尼臨終前曾嘆他一生沒有見過水星.

其實水星用肉眼觀測並不是想象中那麽難。要想觀測水星,選擇其大距時固然重要,而對于南北緯30,甚至20度以上的觀測者,水星相對于太陽的赤緯極為重要!

哥白尼為什麽沒見過水星,最重要的客觀原因有兩個:第一,近前後5000年,北半球相對于南半球,不適合觀測水星,因為每當水星大距處于其遠日點時,北半球觀測者會發現水星的赤緯總是低于太陽赤緯,即使水星離太陽距角接近最大的28度,但水星幾乎還是和太陽同升同落.反之水星到了近日點時,北半球觀測者看到的水星卻比太陽赤緯高。但近日點畢竟才18度的距角,所以水星還是難以觀測.這種情況需要再過幾千年水星近日點進動90度後才能改觀。第二,地理緯度越高,內行星越難見.緯度高的地區,太陽的晨昏朦影時間很長,即日出前或者日落後很久,天空依然明亮,所以不利于觀測水星,即使北半球來說水星每逢高于太陽赤緯的大距,亮度至少比織女星亮,但明亮的天空背景還是使水星不易觀測。

在北半球如中國,想要觀測水星,隻要選對日期,天氣良好的情況下還是很容易做到的.一年中觀測水星的最佳月份是3,4月,和9,10月,即春秋分前後。春秋分時黃道赤緯微分值最大,(黃道赤緯變化最大),太陽和水星在黃道上相同距角時,距離的赤緯也比其他黃道區域大.當水星赤緯大于太陽赤緯較多時,偏北的水星可以在太陽在地平線下很久而被觀測到。經驗是:春分時節在西方的雙魚,牡羊座找,秋分時節在獅子,處女座找水星.水星相當的明亮,在淡藍色的黎明和黃昏低空中發出不閃爍的黃色光芒。

通常通過雙筒望遠鏡甚至直接用肉眼便可觀察到水星,但它總是十分靠近太陽,在曙暮光中難以看到。Mike Harvey的行星尋找圖表指出此時水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光燦爛”這個天象程式作更多更細致的定製。(經過嘗試,我認為用stellarium模擬天文館,更加直觀,完全可以用筆電對著夜空尋找,兩邊是一模一樣的,想是因為隨著時間推移,更多新的更好的軟體被編寫出來了,註:下一次最近的水星凌日在2016年)

水星之最

在太陽系的八大行星中,水星獲的了幾個"最" 的記錄:

離太陽最近水星和太陽的平均距離為5790 萬公裏,約為日地距離的0.387,是距離太陽最近的行星, 到目前為止還沒有發現過比水星更近太陽的行星。

軌道速度最快它離太陽最近,所以受到太陽的 引力也最大,因此在它的軌道上比任何行星都跑得快,軌道速度為每秒48公裏,比地球的軌道速度快18公裏. 這樣快的速度,隻用15 分鍾就能環繞地球一周。

一"年"時間最短地球每一年繞太陽公轉一圈, 而"水星年"是太陽系中最短的年.它繞太陽公轉一周隻用88天,還不到地球上的3個月。這都是因為水星圍繞 太陽高速飛奔的緣故.難怪代表水星的標記和符號是根據希臘神話,把它比作腳穿飛鞋,手持魔杖的使者。

表面溫差最大 因為沒有大氣的調節,距離太陽又非常近,所以在太陽的烘烤下,向陽面的溫度最高時可達430℃,但背陽面的夜間溫度可降到零下160℃,晝夜溫 差近600℃,奪的行星表面溫差最大的冠軍,這真是一個處于火和冰之間的世界.

衛星最少的行星太陽系中現在發現了越來越多的 衛星,總數超過60,但隻有水星和金星是衛星數最少,或根本沒有衛星的行星。

一"天"時間最長在太陽系的行星中,水星"年"時 間最短,但水星"日"卻比別的行星更長,水星公轉一周是88天(地球日),而是自轉一周是58.646天(地球日),地球每自轉一周就是一晝夜,而水星自轉三周才是一晝夜。水星上一晝夜的時間,相當于地球上的176天。與此同時,水星也正好公轉了兩周。因此人們說水星上的一天等于兩年,地球人到了水星上多麽不習慣。

水星探測

早期

水星最早被閃族人在(公元前三千年)發現,他們叫它Ubu-idim-gud-ud。最早的詳細記錄觀察資料的是巴比倫人,他們叫它 gu-ad 或 gu-utu。希臘人給它起了兩個古老的名字,當它出現在早晨時叫阿波羅,當它出現在傍晚叫赫耳墨斯,但是希臘天文學家知道這兩個名字表示的是同一個東西。希臘哲學家赫拉克利特甚至認為水星和金星(維納斯星)是繞太陽公轉的而不是地球。水星的觀測因為它過于接近太陽而變的非常復雜;在地球可以觀測它的唯一時間是在日出或日落時。

美國

水星探査機水手10號(Mariner 10)靠近過水星的唯一太空艙是水手10號。最近有一個被美國國家航空航天局批準的項目, 項目被命名為MESSENGER("信使號",是MErcury Surface,Space ENvironment,GEochemistry,and Ranging 的字母縮寫, 意為"水星表面,空間環境, 地理化學和全向遙測"),信使號已在2004年8月發射, 預計將在2011年3月到達水星。

日本歐洲

日本計畫加入歐洲航天局的一個叫做BepiColombo的項目,這個項目將發射二個環繞水星飛行的飛船, 計畫一個給水星做地圖,一個研究它的磁場. 初步的計畫中包括的登入器已經放棄了。俄國人計畫在2011年-2012年之間用聯盟火箭送出他們的飛船, 飛船將在四年後到達水星,將會環繞軌道飛行,繪製地圖並且研究它的磁場。

未來人類殖民地

在水星南北極的環形山是一個很有可能適合成為地球外人類殖民地的地方, 因為那裏的溫度常年恆定(大約-200℃). 這是因為水星微弱的軸傾斜以及因為基本沒有大氣,所以從有日光照射的部分的熱量很難攜帶至此,即使水星兩極較為淺的環形山底部也總是黑暗的。適當的人類活動將能加熱殖民地以達到一個舒適的溫度,周圍一個相比大部分地毬區域來說較低的環境溫度將能使散失的熱量更易處理.

水星凌日當水星走到太陽和地球之間時,我們在太陽圓面上會看到一個小黑點穿過,這種現象稱為水星凌日。其道理和日食類似,不同的是水星比月亮離地球遠,視直徑僅為太陽的190萬分之一。水星擋住太陽的面積太小了,不足以使太陽亮度減弱,所以,用肉眼是看不到水星凌日的,隻能通過望遠鏡進行投影觀測。水星凌日每100年平均發生13次。最近一次凌日是在1999年11月16日5時42分。

水星

水星的半徑為2440公裏,是地球半徑的38.3%。水星的體積是地球的5.62%,質量是地球的0.05倍。水星外貌如月,內部卻像地球,也分為殼、幔、核三層。天文學家推測水星的外殼是由矽酸鹽構成的,其中心有個比月球還大的鐵質核心。

水星凌日,它發生的原理與日食相似。由于水星和地球的繞日運行軌道不在同一個平面上,而是有一個7度的傾角。因此,隻有水星和地球兩者的軌道處于同一個平面上,而日水地三者又恰好排成一條直線時,才會發生水星凌日。地球每年5月8日前後經過水星軌道的降交點,每年11月10日前後又經過水星軌道的升交點。所以,水星凌日隻能發生在這兩個日期的前後。

在人類歷史上,第一次預告水星凌日是"行星運動三大定律"的發現者德國天文學家開普勒(1571至1630年)。他在1629年預言:1631年11月7 日將發生稀奇天象--水星凌日。當日,法國天文學家加桑迪在巴黎親眼目睹到有個小黑點(水星)在日面上由東向西徐徐移動。從1631年至2003年,共出現50次水星凌日,其中,發生在11月的有35次,發生在5月的僅有15次。每100年,平均發生水星凌日13.4次。

古代觀星

中國古代則稱水星為“辰星”或“昏星”。

晉書:志第二天文中(七曜 雜星氣史傳事驗)

辰星曰北方冬水,智也,聽也。智虧聽失,逆冬令,傷水氣,罰見辰星。辰星見,則主刑,主廷尉,主燕趙,又為燕、趙、代以北;宰相之象。亦為殺伐之氣,戰鬥之象。又曰,軍于野,辰星為偏將之象,無軍為刑事。和陰陽,應效不效,其時不和。出失其時,寒署失其節,邦當大飢。當出不出,是謂擊卒,兵大起。在于房心間,地動。亦曰,辰星出入躁疾,常主夷狄。又曰,蠻夷之星也,亦主刑法之得失。色黃而小,地大動。光明與月相逮,其國大水。赫耳墨斯在古羅馬神話中水星是商業、旅行和偷竊之神,即古希臘神話中的赫耳墨斯,為眾神傳信的神,或許由于水星在空中移動得快,才使它得到這個名字。

早在公元前3000年的蘇美爾時代,人們便發現了水星,古希臘人賦于它兩個名字:當它初現于清晨時稱為阿波羅,當它閃爍于夜空時稱為赫耳墨斯。不過,古希臘天文學家們知道這兩個名字實際上指的是同一顆星星,赫拉克賴脫(公元前5世紀之希臘哲學家)甚至認為水星與金星並非環繞地球,而是環繞著太陽在運行。僅有水手10號探測器于1973年和1974年三次造訪水星。它僅僅勘測了水星表面的45%(並且很不幸運,由于水星太靠近太陽,以致于哈博望遠鏡無法對它進行安全的攝像)。

水星的軌道偏離正圓程度很大,近日點距太陽僅四千六百萬千米,遠日點卻有7千萬千米,在軌道的近日點它以十分緩慢的速度按歲差圍繞太陽向前運行(歲差:地軸進動引起春分點向西緩慢運行,速度每年0.2",約二萬五千八百年運行一周,使回歸年比恆星年短的現象。分日歲差和行星歲差兩種,後者是由行星引力產生的黃道面變動引起的。)在十九世紀,天文學家們對水星的軌道半徑進行了非常仔細的觀察,但無法運用牛頓力學對此作出適當的解釋。存在于實際觀察到的值與預告值之間的細微差異是一個次要(每千年相差七分之一度)但困擾了天文學家們數十年的問題。有人認為在靠近水星的軌道上存在著另一顆行星(有時被稱作Vulcan,“祝融星”),由此來解釋這種差異,結果最終的答案頗有戲劇性:愛因斯坦的廣義相對論。在人們接受認可此理論的早期,水星運行的正確預告是一個十分重要的因素。(水星因太陽的引力場而繞其公轉,而太陽引力場極其巨大,據廣義相對論觀點,質量產生引力場,引力場又可看成質量,所以巨引力場可看作質量,產生小引力場,使其公轉軌道偏離。類似于電磁波的發散,變化的磁場產生電場,變化的電場產生磁場,傳向遠方。--譯註)

在1962年前,人們一直認為水星自轉一周與公轉一周的時間是相同的,從而使面對太陽的那一面恆定不變。這與月球總是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通過多普勒雷達的觀察發現這種理論是錯誤的。現在我們已得知水星在公轉二周的同時自轉三周,水星是太陽系中目前唯一已知的公轉周期與自轉周期共動比率不是1:1的天體。

由于上述情況及水星軌道極度偏離正圓,將使得水星上的觀察者看到非常奇特的景像,處于某些經度的觀察者會看到當太陽升起後,隨著它朝向天頂緩慢移動,將逐漸明顯地增大尺寸。太陽將在天頂停頓下來,經過短暫的倒退過程,再次停頓,然後繼續它通往地平線的旅程,同時明顯地縮小。在此期間,星星們將以三倍快的速度劃過蒼空。在水星表面另一些地點的觀察者將看到不同的但一樣是異乎尋常的天體運動。

水星上的溫差是整個太陽系中最大的,溫度變化的範圍為90開到700開。相比之下,金星的溫度略高些,但更為穩定。

水星在許多方面與月球相似,它的表面有許多隕石坑而且十分古老;它也沒有板塊運動。另一方面,水星的密度比月球大得多,(水星5.43 克/立方釐米月球 3.34克/立方釐米)。水星是太陽系中僅次于地球,密度第二大的天體。事實上地球的密度高部分源于萬有引力的壓縮;或非如此,水星的密度將大于地球,這表明水星的鐵質核心比地球的相對要大些,很有可能構成了行星的大部分。因此,相對而言,水星僅有一圈薄薄的矽酸鹽地幔和地殼。

巨大的鐵質核心半徑為1800到1900千米,是水星內部的支配者。而矽酸鹽外殼僅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融狀。

事實上水星的大氣很稀薄,由太陽風帶來的被破壞的原子構成。水星溫度如此之高,使得這些原子迅速地散逸至太空中,這樣與地球和金星穩定的大氣相比,水星的大氣頻繁地被補充更換。

水星的表面表現出巨大的急斜面,有些達到幾百千米長,三千米高。有些橫處于環形山的外環處,而另一些急斜面的面貌表明他們是受壓縮而形成的。據估計,水星表面收縮了大約0.1%(或在星球半徑上遞減了大約1千米)。

水星上最大的地貌特征之一是Caloris盆地,直徑約為1300千米,人們認為它與月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太陽系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同時造成了星球另一面正對盆地處奇特的地形。

除了布滿隕石坑的地形,水星也有相對平坦的平原,有些也許是古代火山運動的結果,但另一些大概是隕石所形成的噴出物沉積的結果。

水手號探測器的資料提供了一些近期水星上火山活動的初步跡象,但我們需要更多的資料來確認。

令人驚訝的是,水星北極點的雷達掃描(一處未被水手10號勘測的區域)顯示出在一些隕石坑的被完好保護的隱蔽處存在凍的跡象。

水星有一個小型磁場,磁場強度約為地球的1%。至今未發現水星有衛星。

通常通過雙筒望遠鏡甚至直接用肉眼便可觀察到水星,但它總是十分靠近太陽,在曙暮光中難以看到。Mike Harvey的行星尋找圖表指出此時水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光燦爛”這個天象程式作更多更細致的定製。    

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