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水星(太陽系的八大行星之一)

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,也是離太陽最近的行星。中國稱為辰星,有著八大行星中最大,比冥王星小的軌道偏心率。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,所以只會出現在凌晨稱為辰星,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。

軌道半長徑

0.38709893

天文單位

近日點距離

0.307499

天文單位

遠日點距離

0.466697

天文單位

升交點黃經

48.331°

近日點黃經

77.455°

軌道偏心率

0.20563069

傾角

7.00487°(對黃道)

公轉周期

87.9691

自轉周期

58.6462

平均軌道速度

47.89

千米/秒

質量

3.302×10

千克

平均半徑

2440 ±1

千米

平均密度

5.427

克/厘米

表面重力加速度

3.701

米/秒

逃逸速度

4.435

千米/秒

衛星數

0

平均地表溫度

452.15

K

最高地表溫度

700.15

K

大氣壓

2×101

百帕

最低地表溫度

水星是太陽系內與地球相似的4顆類地行星之一,有著與地球一樣的巖石個體。它是太陽系中最小的行星,在赤道的半徑是2,439.7公里。水星甚至比一些巨大的天然衛星,比如甘尼米德(木衛三)和泰坦(土衛六)還要小 雖然質量較大。水星由大約70%的金屬和30%的硅酸鹽材料組成,水星的密度是5.427克/cm,在太陽系中是第二高的,僅次于地球的5.515克/cm。如果不考慮重力壓縮對物質密度的影響,水星物質的密度將 是最高的未經重力壓縮的水星物質密度是5.3克/cm,相較之下的地球物質只有4.4克/cm。

從水星的密度可以推測其內部結構的詳細資料。地球的高密度,特別是核心的高密度是由重力壓縮所導致的。水星是如此的小,因此它的內部不會被強力的擠壓。所以它要有如此高的密度,它的核心必然很大且含有許多的鐵。

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,并向地面發回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。

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: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。

水星表面平均溫度約452K,變化范圍從90-700K,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℃。可以比較一下地球,地球上的度溫變化只有11K(這里只是太陽輻射能量,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/。

令人驚訝地是,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,由于彗星的撞擊或行星內部的氣體冒出表面而積累的。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-173℃)左右。

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)!

水星表面受到無數次的隕石撞擊,到處坑洼。當水星受到巨大的撞擊后,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,以及平坦的熔巖洪流平原。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。

水星的環形山很類似月球。水星表面最顯著的的特征(只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:卡路里(Caloris)盆地,是水星上溫度最高的地區。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。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,或許是因為溶巖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”。

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。它是人類第一個“訪問”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,為我們了解水星提供了珍貴的信息。在最后一次,它距水星表面僅372千米,拍攝了非常清晰的水星電視圖像。

水星表面大大小小的環形山星羅棋布,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內核,其內核質量甚至可以占到其總質量的2/3,而相比之下,地球的內核區質量只占地球總質量的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: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。

水星含鐵的百分率超過任何其他已知的星系行星。這里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硅酸鹽比率。那時它的質量是我們觀測到質量的大約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云早期的造型階段,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我們觀測到的兩倍;但因為原恒星收縮,水星的溫度到達了大約2500-3500K之間;甚至高達10000K。許多的水星表面的巖石在這種溫度下蒸發,形成"巖石蒸汽",隨后,"巖石蒸汽" 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,

水星外貌如月,內部卻很像地球,也分為殼、幔、核三層。水星的半徑為2439公里,是地球半徑的38.2%,18個水星合并起來才抵得上一個地球的大小。質量為3.33×10克,為地球質量的5.58%,平均密度為 5.433克/cm,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硅酸鹽構成的,其中心有個比月球大得多的鐵質內核。這個核球的主要成分是鐵、鎳和硅酸鹽根據這樣的結構,水星應含鐵兩萬億億噸,按世界鋼的年產量(約8億噸)計算,可以開采2400億年。

地殼厚度100-300km

結皮厚度600km

核心半徑約1800km

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% 的硅酸鹽組成,以致密度較高。平均密度是5430kg/m;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。水星的質量只有地球的5.5%鐵核占據了 42% 的行星容積(地核只占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。

水星有兩種地質顯著不同的平原。在坑穴之間,起伏平緩、多丘陵的平原,是水星表面可見最古老的地區,早于猛烈的火山口地形。這些埋藏著隕石坑的平原似乎已湮滅許多較早的隕石坑,并且缺乏直徑在30公里以下,以及更小的隕石坑。還不清楚它們是起源于火山還是撞擊,這些埋藏著隕石坑的平原大致是均勻的分布在整個行星的表面。

平坦的平原是廣泛的平坦區域,布滿了各種大大小小的凹陷,和月球的海非常的相似。值得注意的是,它們廣泛的環繞在卡洛里盆地的周圍。不同于月海,水星平坦的平原和埋藏著隕石坑的古老平原有著相同的反照率。盡管缺乏明確的火山特征,在地化的平臺和圓角、分裂的形狀都強烈的支持這些平原起源于火山。值得注意的是所有水星平坦平原的形成都比卡洛里盆地晚,比較在卡洛里噴發覆蓋物上可察覺的小隕石坑密度可見一斑卡洛里盆地的地板填滿了獨特的平原地質,破碎的山脊和粗略的多邊形碎裂。不清楚是撞擊誘導火山熔巖,還是撞擊造成大片的融化。

行星表面一個不尋常的特征是眾多的壓縮皺褶或峭壁,在平原表面交錯著。隨著行星內部的冷卻,它可能會略為收縮,并且表面開始變型,造成了這些特征。凹陷也在其它地形,像是坑穴和平滑的平原,頂部看見,顯示這些皺褶是在如今才形成的。水星的表面也會被太陽扭曲 - 太陽對水星的潮汐力比月球對地球的強17倍 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內核,其內核質量甚至可以占到其總質量的2/3,而相比之下,地球的內核區質量只占地球總質量的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

在太陽系的八大行星中,火星、金星、地球、木星、土星都有磁場,但只有水星是太陽系類地行星中除了地球之外唯一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。

研究人員相信水星的磁場產生機制和地球的相同,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,距水星只有720多公里。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。

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,飛越水星并進行探測。

“水手10號”第二次飛越水星時,距表面最近時在48000公里左右,對水星磁場沒有發現什么新的情況。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,離表面只有327公里,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,并有一全球性的磁場。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內核直徑超過水星直徑的1/3,有整個月球那么大。水星磁場強度只有地球的1%,磁力線的分布圖形簡直就是地球磁場按比例的縮影。

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。

水星的大氣非常少,主要成份為氦(42%)、鈉(氣體)(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,太陽始終只在地平線上徘徊。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。

在太陽的強烈輻射轟擊下,水星大氣被向后壓縮延伸開去,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。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”。

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后濺起的塵埃顆粒。散失的大氣不斷地被一些機制所替換,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。 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。這里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硅酸鹽比率。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云早期的造型階段,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;但因為原恒星收縮,水星的溫度到達了大約2500K 到3500K 之間;甚至高達10000K。許多的水星表面的巖石在這種溫度下蒸發,形成"巖石蒸汽",隨后,"巖石蒸汽" 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。而最新的計算機模擬顯示,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,并最終和地球發生相撞。


  

在太陽系的八大行星中,水星獲得了幾個"最" 的記錄:

離太陽距離最近

水星和太陽的平均距離為5790萬公里,約為日地距離的0.387倍(0.387天文單位),比其它太陽系的行星近,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

因為距離最近,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公里,比地球的軌道速度快18公里。這樣快的速度,只用15分鐘就能環繞地球一周。

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℃,奪得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

太陽系中發現了越來越多的衛星,總數超過60個,但水星和金星是根本沒有衛星的行星。

時間最快

水星年

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,它繞太陽公轉一周只用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。

水星日

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(以地球日為單位)而水星自轉一周是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么不習慣。

水星離太陽的平均距離為5790萬公里,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公里/秒,是太陽系中運動速度最快的行星,它繞太陽運行一周只需要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臺的、當今世界上最大的射電望遠鏡測定了水星的自轉周期,結果并不是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。

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。

水星的運行軌道是偏心的,半徑從4600萬-7000萬公里變化。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設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后來提供了一種可以消除這個小誤差的解釋。

1889年意大利天文學家夏帕里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,在同一個水星日里,當一個觀測者(在太陽升起時)時觀測,可以看見太陽先上升,然后倒退最后落下,然后再一次的上升。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,在近日點后的四天,太陽恢復正常的視運動。

1965年使用雷達觀測后,觀察數據否決了水星對太陽是潮汐固定的的想法:自轉使得所有時間里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,一個恒星日(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。

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。而最新的計算機模擬顯示,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,并最終和地球發生相撞。

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,只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。在20世紀末有一次凌日是在1999年11月16日5時42分。

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。

水星凌日的發生原理與日食極為相似,水星軌道與黃道面之間是存在傾角的,這個傾角大約為7度。這就造成了水星軌道與地球黃道面會有兩個交點。即為升交點和降交點。水星過升交點即為從地球黃道面下方向黃道面上方運動,降交點反之。只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。如果水星在過升降交點附近的兩天恰好也發生了水星下合相位時,就有可能發生水星凌日天象。

在目前及以后的十幾個世紀內,水星凌日只可能發生在五月或十一月。發生在五月的為降交點水星凌日,發生在十一月的為升交點水星凌日。而發生在五月的水星凌日更為稀罕,水星距離地球也更近。水星凌日發生的周期同樣遵循如日月食那樣的沙羅周期。在同一組沙羅周期內的水星凌日的發生周期為46年零1天又6.5小時左右。但是這個46年的周期中如果有12個閏年。周期即為46年零6.5小時左右。這里所說的時間差值是同一沙羅周期相鄰兩次水星凌日中凌甚的時間差值。因為同一沙羅周期相鄰兩次水星凌日發生的時長是不同的。

中國

古代稱水星為“辰星”或“昏星”。

晉書: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,戰斗之象。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,寒暑失其節,邦當大饑。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。

最早觀測記錄

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數據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。

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,也只有在日落西山之后,在西天低處的夕陽余暉中,或是在日出之前,在東方地平線才能看到它。

地面觀測時間

觀察水星的最佳時候是在日出之前約50分鐘,或日落后50分鐘。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)時并在日出前或日落后搜尋到它。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個星期之后,它又會在相對的距角處重新出現。

哥白尼與水星觀測

說起五大行星的水星,自古以來用肉眼觀測是最難的。據傳說,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并不是想象中那么難。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!

哥白尼為什么沒見過水星,最重要的客觀原因有兩個:第一,近前后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度后才能改觀。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,即日出前或者日落后很久,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,只要選對日期,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,即春秋分前后。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,白羊座找,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”這個天象程序作更多更細致的定制。(注:下一次最近的水星凌日在2016年)

貝皮可倫坡號(BepiColombo)

歐洲空間局計劃和日本合作,以兩艘太空船環繞水星:一艘描繪水星地圖,另一艘研究它的磁氣層,稱為貝皮可倫坡號的探測計劃。計劃在2015年發射太空船,預期將于2019年抵達水星。載具將是放一個磁強計進入環繞水星的橢圓軌道,然后化學火箭將點燃,將繪制地圖的探測器進入圓軌道。這兩個探測器都將運作一個地球年。繪圖探測器將攜帶類似于信使號的光譜儀,和在許多不同的波長上研究這顆行星,包括紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線。

水星探機水手10號(Mariner 10

一系列以飛越方式進行的行星探險水手號計劃中的第10個計劃,也是計劃中的最后一個。水手10號以飛掠的方式探測水星與金星,也是第一個探測過水星的太空船。水手10號于1973年11月3日發射。主要任務包括探測水星與金星的環境、大氣、地表與行星的特征。水手10號也是第1艘利用行星重力來同時探測2顆行星的探測船,也就是以重力彈弓效應(gravity assist trajectory)來加速,進入金星重力影響區內,接著靠金星的重力將探測船拋至另一個軌道來接近水星。

水手10號在1974年3月29日協調時20:47首次近距離飛掠水星,當時距離水星為703公里。在水星完成2次公轉后,水手10號在1974年9月21日再度接近水星,當時距離為48,069公里。水手10號最后一次接近水星是在1975年3月16日,距離水星僅327公里,也是最接近的一次。

在姿勢控制瓦斯大約耗盡之后,水手10號開始環繞太陽運行。工程測試直到1975年3月24日停止,當時有一個未定的程序讓船身傾斜旋轉而讓氮氣供應消耗殆盡,因此對水手10號發送了緊急命令來關閉它的發報機,于是水手10號停止傳送訊號回地球。

直到現今,盡管船身上的電子儀器可能受到太陽輻射線的影響而損壞,水手10號仍舊在軌道上繞著太陽運行。美國太空總署的國家太空科學資料中心的大衛威廉斯在2005年表示:"水手10號自從關閉發報機之后就并未從地球上追蹤或發現過。我們只能假設它還在繞著太陽運行,因為只有它受到小行星撞擊或受到大型物體的接近而擾亂重力才可能離開軌道,這種事件發生的機率非常的小所以我們假設它仍就照著太陽運行著。"

信使號探測器(MESSENGER)美國第一個水星專門探測器,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"),NASA的“信使”號水星探測飛船于2004年8月3日搭乘“德爾塔2”型火箭,在佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心點火升空。明亮的火焰照亮了當時灑滿月光的夜空,輝映在大西洋上發射取得圓滿成功,“信使”號開始了計劃中的耗時6年半、飛行79億公里的探測遠征,在2011年3月到達水星。

這次水星探測任務由美國宇航局、卡內基研究所以及約翰霍普金斯大學共同研發承擔,“信使”號探測飛船由霍普金斯大學應用物理實驗室負責設計、制造這是30年來人類探測器首次對水星進行全面的環繞探測。

俄國

俄國人計劃在2011年-2012年之間用聯盟火箭送出他們的飛船,飛船將在四年后到達水星,將會環繞軌道飛行繪制地圖并且研究它的磁場。

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, 因為那里的溫度常年恒定(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球區域來說較低的環境溫度將能使散失的熱量更易處理。

水星曾是顆“大火球”:遍布巨型巖漿海洋

麻省理工學院的科學家通過對水星巖石化學成分分析的過程中發現這顆星球過去可能擁有一片巨大的巖漿海洋時間點處于45億年前,這項新的研究任務由“信使”號探測器完成,旨在分析水星表面、空間環境以及行星化學物質組成等。自2011年3月起,NASA的探測器開始收集相關數據,一組科學家負責對X射線熒光光譜數據進行分析該任務收集到了有關水星表面巖石的組分情況,科學家希望揭開水星到底發生了何種地質過程,導致其表面出現兩種不同組成的巖石。

對此,科學家在實驗室中創建了兩類巖石,模擬高溫高壓環境下的地質演化過程,通過實驗科學家設想水星上曾經出現巨大的巖漿海洋,在這種環境下可演化出兩種截然不同的巖石,通過結晶、凝固最后重新由熔巖噴發機制存在于水星表面。根據麻省理工學院地質學教授蒂莫西格羅夫介紹:“水星上發生的事件其實是非常驚人的,地殼的年齡很可能超過了40億歲因此這些巖漿海洋應該存在于非常古老的過去。”

信使號探測器進入水星軌道時正處于強烈的太陽耀斑活躍期,作為太陽系內側軌道上距離太陽最近的行星水星受到太陽光和輻射的“烘烤”,其表面的巖石反射出強烈的光譜信號,科學家通過X射線光譜儀就可以確定水星表面物質的化學成分。

針對水星上巖石出現的不同化學組分,格羅夫認為可在實驗室中模擬二氧化硅、氧化鎂以及三氧化二鋁的比例再將其熔化結晶,探索該過程中可能出現的情況。實驗結果顯示,兩種成分可能來自同一地區,指向了一個巨大的巖漿海洋此外,本項研究還暗示了水星存在一個極為混亂的早期演化過程,其中包括大塊天體的撞擊,科學家認為這將填補水星早期歷史的很多空白,加深我們對水星形成過程的理解。

科學家對“信使號”探測器2009年第三次飛越水星的觀測數據進行了分析,最新結果發現水星表面最年輕的火山活動跡象,以及磁場亞暴的最新信息,并且在水星超稀薄外大氣層中首次發現電離鈣元素。

最年輕火山活動跡象

信使號探測器首席調查員肖恩-所羅門(Sean Solomon)說:“信使號每次飛越水星都會獲得新的發現!我們發現水星是一顆頗具活力的行星,其活動性貫穿于整個歷史階段。”在前兩次勘測中,信使號探測器發現水星早期歷史時期曾遍布著火山活動,在最新的第三次飛越水星勘測中,該探測器發現290公里直徑的環狀碰撞坑,這是迄今觀測發現最年輕的水星表面坑狀結構,科學家將它命名為“Rachmaninoff”,其底部具有非常平滑的平原。

美國約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的路易絲普羅克特(Louise Prockter)說:“我們認為Rachmaninoff環狀坑底部平原是迄今在水星發現的最年輕火山跡象。此外,我們在Rachmaninoff環狀坑東北部發現漫射環狀明亮物質環繞在不規則洼地周圍,標志著這些不規則洼地是火山噴口,并且其直徑比之前所勘測的火山噴口都大。這項觀測暗示著水星表面的火山活動性要比之前所認為的更持續,或許持續至太陽生命歷史下半時期。

磁場亞暴

磁場亞暴是一種太空氣象,曾間歇地出現在地球上,通常每天會出現幾次,持續1-3小時。地球上的磁場亞暴常伴隨著一系列特殊現象發生,比如:北極和南極上空出現的壯麗極光現象。磁場亞暴也伴隨出現危險的能量粒子這將導致地球觀測衛星和地面通訊系統災難性事故,尤其是地球同步軌道區域。地球磁場亞暴的能量來源于地球磁場尾部的磁性能量。

在信使號探測器第三次飛越水星時,該探測器裝載的磁力計首次發現水星磁場尾部磁性能量中像亞暴一樣“載荷”,這種水星磁場亞暴能量大約是地球磁場亞暴的10倍,其運行速度是地球磁場亞暴的50倍。

美國宇航局戈達德太空飛行中心的太空物理學家詹姆斯-斯萊文(James A. Slavin)稱,最新觀測顯示水星的磁場亞暴相對強度比地球磁場亞暴大,同時,我們還發現水星磁場尾部增強與唐吉周期(Dungey cycle)的一致性唐吉周期是描述磁氣圈內等離子循環的一個指標。

斯萊文說:“信使號探測器最新觀測首次顯示地球之外的另一顆行星上唐吉等離子循環時間可以確定亞暴持續的時間,這暗示著這種地球磁氣圈特征是宇宙的一種普遍現象。

水星外大氣層構成

水星的外大氣層非常稀薄,是由水星表面和太陽風中的原子和離子構成,信使號探測器對水星外大氣層的觀測將提供一個研究水星表面和其太空環境之間交互影響的機會,并能夠探測水星表面的構成,該行星遺失至星系空間的物質有助科學家理解水星當前和歷史時期的構成狀況。

信使號探測器對水星外大氣層的觀測結果顯示外大氣層中中性和電離元素獨特的空間分布特性,第三次飛越勘測首次探測到水星南極和北極外大氣層的構成。美國約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的羅-弗瓦西克(Ron Vervack)說:“勘測顯示水星外大氣層中包含著鈉(Na)、鈣(Ca)、鎂(Mg)元素,在這次飛越水星勘測中,信使號首次發現外大氣層含有電離鈣,

水星極地發現大量水冰!

據美國宇航局網站報道,該局正在水星軌道運行的信使號探測器獲取的最新數據顯示這顆行星上擁有大量水冰。大衛勞倫斯(David Lawrence)是來自約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)的信使號首席科學家,也是一篇發表在在線版《科學通報》雜志上論文的第一作者。勞倫斯表示:“最新數據顯示在水星極區存在水冰,如果將這些水冰平均鋪滿整個華盛頓,其厚度將超過兩英里(約合3.2公里)。”

考慮到水星距離太陽如此之近,這顆行星上似乎是不可能存在水的。但是由于水星的自轉軸傾角非常小,接近于零(更準確的說是不到1度),因此在水星的極區存在很多永久陰影區。科學家們在數十年前便開始猜測在這些永久陰影區內可能存在水冰。
  1991年,這一想法得到了一項重要證據,當時世界上最強大的射電望遠鏡設在波多黎各島上的阿雷西博射電天線向水星發射的雷達波,在其反射信號上發現這顆行星的極區存在一些反射率高的異乎尋常的“亮區”。這些亮區的雷達波反射率非常高,其特性和水冰非常相似。除此之外,很多這種明亮反射區的位置和1970年代美國水手10號探測器拍攝的水星地表大型隕擊坑的位置相對應。不過科學家們一直無法確定這些亮區的位置和極區的那些永久陰影區位置是否同樣相互吻合。
  但是,隨著信使號抵達水星,這一切疑惑都煙消云散了。信使號探測器搭載的水星雙成像系統在2011年和2012年年初拍攝的圖像證明,那些強烈反射雷達波的亮區的確都位于水星南北兩極的永久陰影區內。
  而來自信使號的最新數據確認了水星北極永久陰影區內沉積物質的主要成分確是水冰。在其中一些最寒冷的區域,水冰直接暴露于地表。而在一些稍稍溫暖一些的區域,似乎有一些稍顯暗色的物質覆蓋著水冰表面。
  信使號使用中子能譜設備測量雷達反射亮區的氫原子豐度。通過這些測量數據就可以推算出冰的富集量。勞倫斯表示:“這些中子數據顯示在水星極區的高雷達反射區域存在一層平均厚度約為數十厘米的富氫物質層,其上方還覆蓋有一層10~20厘米厚的表層,這層表層中的氫含量則相對較低。”他指出:“這層覆蓋在下方的富氫層的氫含量比例和純凈的水體相當。”
  根據美國宇航局戈達德空間飛行中心的格里高利紐曼(Gregory Neumann)的說法,信使號搭載的水星激光高度計(MLA)獲得的數據已經在水星地表獲取了超過1000萬個高程數據,用以制作高精度地形圖。這些高程數據同樣支持了水冰存在的看法。在另外一份論文中,紐曼和同事們報告了首次對水星處于永久陰影區的北極地區進行的高程測量,結果顯示這些區域存在一些不規則的明亮和暗色的沉積物。
  紐曼表示:“在此之前還從未有人在水星上看到過這些陰暗區域,因此它們一直充滿神秘感。”紐曼認為這些明亮和暗色的物質都是由彗星或小行星攜帶到水星上來的。這種說法得到了加州大學洛杉磯分校大衛佩吉(David Paige)教授一篇文章的支持。佩吉指出:“這些暗色物質可能是一些復雜有機化合物的混雜體,它們由彗星和富含有機物的小行星在撞擊水星時攜帶而來。可能也正是通過同樣的機制,水也被帶到了這顆太陽系最內側的行星上。”
   西恩所羅門(Sean Solomon)來自哥倫比亞大學拉蒙特-多赫提地球觀測臺,也是信使號項目首席科學家。他說,覆蓋在水冰成分表面的一層黑色物質則讓事情變得更加復雜了。他說:“在超過20年的時間里,科學家們一直在爭論這顆最靠近太陽的行星上的永久陰影區是否存在大量的水冰。現在信使號為這個問題給出了一個明確的肯定答案。”
  不過所羅門也指出:“新的觀測結果也引出了新的問題。這些位于極區的黑色物質大部分都是有機質嗎?這些物質究竟經歷了何種化學反應過程?水星地表或地下是否有一些區域同時存在液態水和有機質?只有對水星開展持續的研究,我們才能最終回答這些問題。”

真正發現水星有冰

2014年,美國航天局派往水星的探測器信使號,早前傳來的照片中,卻發現北極地區一個隕石坑附近有冰的存在,是首次真正發現水星有冰。

學者早于兩年前已透過間接的分析指水星上存在著冰,但這次則是首次直接看到。專家估計冰塊有數以十米厚,但亦可能延伸至坑洞內。雖然水星圍繞太陽轉一圈需時58個地球日,幾乎整個大地都被陽光照射,但水星的極地則永遠無法被太陽照到,溫度低得有機會讓冰形成。

1976年,國際天文學聯合會開始為水星上的環形山命名。

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。于是,水星上的環形山和月球上的環形山一樣,也進行了命名。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公里以上,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。

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;趙孟俯: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:中國近代文學家。

在天文學家創建詳細的水星地圖之前,Solitudo Hermae Trismegisti (荒蕪的Hermes Trismegistus)被認為是水星的一大特色,覆蓋了行星1/4的東南象限。

墨丘利,是在古斯塔夫霍爾斯特的音樂,行星組曲中運動的四棱使者。

“信使”號撞擊水星

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,但分析其所獲數據的旅程才剛剛開始,這些數據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”號實施最后一次軌道調整,這一操作將基本耗盡“信使”號推進系統最后所剩的氦氣。此后“信使”號將飛向水星表面,預計將在4月30日以每秒3.91公里的速度撞擊水星背對地球的一面。

世界上公轉最快的行星:水星是太陽系八大行星最內側也是最小的一顆行星,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。(吉尼斯)

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