充滿(mǎn)活力的水星

■方天

根據(jù)來(lái)自美國(guó)航空航天局宇宙飛船的最新證據(jù)顯示，水星是一個(gè)非常活躍、有生氣的行星。

根據(jù)“信使”號(hào)水星探測(cè)器的數(shù)據(jù)顯示，水星表面的撞擊環(huán)形山在形成以后被某種地質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程改變了，而另一項(xiàng)對(duì)水星引力區(qū)的研究還顯示了水星內(nèi)部不尋常的構(gòu)造。

麻省理工學(xué)院的瑪利亞·祖巴爾博士說(shuō)：“許多科學(xué)家相信，水星和月亮一樣在太陽(yáng)系發(fā)展歷史的最初時(shí)期就已經(jīng)逐漸冷卻，在演化過(guò)程中變成了一顆死星。但現(xiàn)在，我們找到了令人信服的不尋常證據(jù)，顯示水星實(shí)際上在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都是非常活躍的。”

祖巴爾博士和她的同事利用“信使”號(hào)上的激光測(cè)量數(shù)據(jù)繪制出很多因撞擊而形成的環(huán)形山的地圖，并發(fā)現(xiàn)它們隨著時(shí)間變化而傾斜。這個(gè)發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，水星的地面在這些環(huán)形山形成后被星球內(nèi)部的地質(zhì)過(guò)程改變了。

這些研究者還發(fā)現(xiàn)，水星北極附近的一個(gè)低地區(qū)域在水星的進(jìn)化過(guò)程中發(fā)生了遷移，而這個(gè)被稱(chēng)為“極移”的過(guò)程可以導(dǎo)致水星表面地形的移動(dòng)。理論上，地幔中的對(duì)流過(guò)程可以導(dǎo)致這樣的改變，但祖巴爾博士認(rèn)為這個(gè)理論很難應(yīng)用于水星，因?yàn)樗堑牡蒯７浅１　?/p>

另一種可能的解釋是，水星的地表在行星內(nèi)部冷卻收縮的過(guò)程中被改變了。這個(gè)理論可以用來(lái)解釋水星的部分表面被巨大應(yīng)力改變的地質(zhì)特征。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家知道水星有一個(gè)巨大的富鐵內(nèi)核和相對(duì)比較薄的外殼。許多相關(guān)的理論曾被提出，包括在水星的早期歷史上曾被一個(gè)巨大的隕石撞擊過(guò)，從而失去了很多的外殼和地幔物質(zhì)。

“信使”號(hào)對(duì)水星引力場(chǎng)的測(cè)量證實(shí)，水星有一個(gè)特別巨大、部分為液態(tài)的鐵質(zhì)內(nèi)核。水星的內(nèi)核占據(jù)了水星直徑的85%，而外殼就像橙子皮那樣是薄薄的一層，只占15%。但這個(gè)外殼出乎意料的密實(shí)。

美國(guó)航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的大衛(wèi)·史密斯博士和他的同事認(rèn)為：水星內(nèi)核的外表有一層硫化鐵構(gòu)成的固體外層，這個(gè)結(jié)構(gòu)還沒(méi)有在其他任何行星上發(fā)現(xiàn)過(guò)。這個(gè)硫化鐵外殼依次向外是一層薄薄的地幔和硅酸鹽巖石構(gòu)成的外殼。

史密斯博士說(shuō)：“我們認(rèn)為水星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是這樣的，但最初的觀察無(wú)法完全證實(shí)這個(gè)觀點(diǎn)，所以我們有點(diǎn)懷疑。我們做了大量的工作并且推斷觀測(cè)是正確的。我們還重新研究了這個(gè)理論，目前這是我們能得到的最好結(jié)果。”

“信使”號(hào)還發(fā)現(xiàn)了更多誘人的證據(jù)，可以證明水星的兩極有冰的存在。盡管水星的表面溫度最高可以達(dá)到400℃以上，但某些位于水星兩極的環(huán)形山是永久背陽(yáng)的，因而形成了“冷陷阱”。探測(cè)器在水星兩極永久背陽(yáng)區(qū)域環(huán)形山收集到的雷達(dá)反射斑強(qiáng)有力地顯示出冰的特征。

在“信使”號(hào)到達(dá)水星之前，這顆太陽(yáng)系最里面的行星表面的大部分區(qū)域都未被測(cè)繪過(guò)。那些明亮的斑點(diǎn)曾經(jīng)在20世紀(jì)90年代被地面的射電望遠(yuǎn)鏡觀察到過(guò)，但是從未能夠觀測(cè)到具有明亮雷達(dá)反射斑點(diǎn)的水星表面。

研究者將美國(guó)阿雷西博射電天文臺(tái)觀測(cè)到的雷達(dá)光斑圖片與“信使”號(hào)計(jì)量吸入器成像儀拍攝的水星兩極圖片重疊起來(lái)。霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的卡波特博士說(shuō)：“計(jì)量吸入器成像儀拍攝的照片顯示，所有的雷達(dá)光斑都接近水星南極的永久背陽(yáng)區(qū)域。同樣的沉積物也只能在接近北極的永久背陽(yáng)區(qū)域中發(fā)現(xiàn)，這與水星上存在冰的假說(shuō)是一致的。”但是她對(duì)于這個(gè)觀點(diǎn)持謹(jǐn)慎態(tài)度，因?yàn)樵谠S多環(huán)形山中，冰類(lèi)沉積物需要一層一二十厘米的碎巖覆蓋以保持穩(wěn)定。

參與“信使”任務(wù)的祖巴爾博士說(shuō)：“最令人感興趣的對(duì)雷達(dá)光斑的解釋就是它們來(lái)自于冰。有人認(rèn)為是來(lái)自于硫黃，也有人認(rèn)為是由于表面粗糙引起的，但是沒(méi)有理由兩極的環(huán)形山要比低緯度的更粗糙。新的探測(cè)數(shù)據(jù)強(qiáng)烈地顯示出那是一種易揮發(fā)物質(zhì)，更接近冰的特性。”她還說(shuō)，目前有更多來(lái)自“信使”號(hào)的數(shù)據(jù)正在處理分析之中，以找到答案去解開(kāi)關(guān)于冰的疑問(wèn)。

“信使”任務(wù)是第一個(gè)環(huán)繞水星飛行并觀察的探測(cè)任務(wù)。2004年發(fā)射的“信使”號(hào)水星探測(cè)器于2011年3月到達(dá)目標(biāo)后，就一直保持每日繞水星飛行兩圈，收集了近10萬(wàn)張圖片和超過(guò)400萬(wàn)的表面測(cè)量數(shù)據(jù)。在探測(cè)任務(wù)中，“信使”號(hào)因受由太陽(yáng)的光子力量作用產(chǎn)生的太陽(yáng)潮汐力的影響而偏離了預(yù)定的理想軌道。任務(wù)控制中心正在設(shè)法修正觀測(cè)器的飛行軌道，并調(diào)整被太陽(yáng)作用干擾了的觀測(cè)數(shù)據(jù)。美國(guó)航空航天局最近宣布，這個(gè)探測(cè)任務(wù)將持續(xù)到2013年。