熾熱的水星上竟然有冰？

韓民范

1991年，地球上的天文學(xué)家向水星發(fā)射了雷達信號，收到的反饋揭示水星的兩極可能存在冰層，當(dāng)時就引起了天文學(xué)家極強烈的探索興趣。不過，這個現(xiàn)象直到20年后才被證實——2012年，美國宇航局的“信使號”航天器抵達水星上空，該航天器在水星北緯85°到極點的北極區(qū)域發(fā)現(xiàn)了巨大的水冰沉積物。至此，水星正式加入了“有水星球俱樂部”。在過去將近十年的時間里，科學(xué)家們對水星的冰層的具體位置、厚度、狀態(tài)等已經(jīng)有了較為深入的了解，不過一個核心的問題一直沒有解決——水星上的冰從哪里來？

最新的研究顯示，水星上的冰層里的水分子其實是在其表面高達400℃的高溫環(huán)境下產(chǎn)生的。這有點令人意外，在我們看來，高溫和水貌似是不能同時存在的。據(jù)常識，只要溫度高于100℃，水分子便會蒸發(fā)得無影無蹤。沙漠之所以成為沙漠，很大一部分原因是因為溫度過高，水分都蒸發(fā)了。那水星上的水是怎么在高溫下產(chǎn)生的呢？

原來，水星表面礦物質(zhì)的組成成分里面含有羥基。羥基是一種常見的極性基團，由一個氫原子和一個氧原子連接組成，化學(xué)式為-OH，和水分子只差一個氫原子。羥基之間的反應(yīng)可生成水分子，但是要求的反應(yīng)條件較高，然而水星卻恰恰滿足了這些反應(yīng)條件——由于水星幾乎沒有大氣和磁場，無法阻擋來自太陽的帶電粒子流（主要是質(zhì)子和電子）的襲擊。所以來自太陽的質(zhì)子能直接沖入到水星表面的土壤中，與羥基結(jié)合，降低了羥基和礦物質(zhì)結(jié)合的能力。再加上水星表面極高的溫度激發(fā)了羥基，使它們頻繁地進行相互碰撞，最終發(fā)生了羥基生成水分子和氫氣分子的反應(yīng)。生成的水分子中，有部分被陽光分解，生成了氫氣和氧氣;有部分逃到了太空中，離開了水星;有部分則飄到了水星的兩極，在太陽永遠也照不到的環(huán)形山下方的深處，那里的溫度可以低至-172℃以下，所以這部分分子便凝固成冰掉到地下，形成了厚厚的冰層。

雖然很多行星也有羥基，但這些行星無法滿足高溫的條件，所以它們要想獲得水，只能通過與攜帶大量水或水成分（氫和氧）的隕石相撞的方式。所以，與其他含水的行星不同，水星的水可是在高溫的條件下自己創(chuàng)造的。而且，水星的高溫造冰行為一直在持續(xù)：據(jù)估計，在未來的300萬年內(nèi)，水星還將以此方式積累10萬億噸的冰，這大約相當(dāng)于目前地球上可以觀測到的冰的總量的10%。