為何水星是一顆根據人類理論本不該存在的行星

2025-12-31 | 來源: BBC中文網 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

圖像來源，NASA

水星長久以來讓天文學家困惑：它比理論上應有的體積更小，與太陽的距離也比理論應有的近得多——它違背了我們對行星形成的大部分認知。一項預計在2026年到來的太空任務，或許能解開這個謎團。

乍看之下，水星可能是太陽系中最乏味的行星。它荒蕪的表面缺乏顯著特征，沒有過去存在水的證據，大氣層也極為稀薄。生命存在於它炙熱的隕石坑中幾乎不可能。然而，仔細觀察，水星卻是一個令人著迷、充滿謎團的世界。

行星科學家對太陽系中最靠近太陽的行星存在感到困惑。這顆奇特的行星非常小，質量僅為地球的二十分之一，寬度幾乎與澳大利亞相當。然而，由於擁有巨大的金屬核心，水星是太陽系中僅次於地球的第二高密度行星。

水星的軌道緊貼太陽，也處於一個天文學家難以解釋的位置。所有這些現象指向一個關鍵問題：我們完全不知道水星是如何形成的。從理論上看，這顆行星根本不該存在。

“這有點令人尷尬，”法國波爾多大學行星形成與動力學專家尚恩·雷蒙德（Sean Raymond）說，“我們缺少某個關鍵的細節。”

水星的起源、形成過程以及它為何呈現如今的樣貌，是太陽系最重大的謎團之一。

而答案或許即將要揭曉了。歐洲和日本合作的 “貝皮科倫坡號”（BepiColombo）於2018年發射，目前正前往水星。這將是十多年來首次有探測器造訪水星。它預計在2026年11月進入軌道，盡管途中因推進器問題延誤，核心任務之一就是弄清水星的起源。

圖像來源，NASA，水星表面布滿隕石坑與熔岩流，但在其下方隱藏著一個巨大的金屬核心。

了解水星的形成，不僅對理解太陽系的起源至關重要，也有助於研究其他恒星周圍的行星——系外行星。

“水星可能是我們擁有的最接近系外行星的行星，”美國麻省理工學院行星科學家薩韋裡奧·坎比奧尼（Saverio Cambioni）說，“它是一個令人著迷的世界。”

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1974年和1975年，美國太空總署（NASA）的“水手10號”（Mariner 10）探測器三次飛掠水星，當時太空人就意識到有些事情不對勁。這是人類首次造訪太陽系最內側的行星，這些飛掠提供了水星的初步重力測量，首次讓我們窺見水星的內部結構，並揭示其異常的內在組成。

地球、金星和火星都有富含鐵的核心，約占行星半徑的一半。在地球，核心分為固態的內核與液態的外核，兩者的運動產生保護地球的磁場。核心之上是地幔，再上面是我們居住的地殼。

水星則完全不同。它的核心約占半徑的85%，僅覆蓋一層薄薄的岩石地幔與地殼。這正是水星高密度的原因，但為何它的結構會如此仍不清楚。

“水星的形成是一個重大問題，”德國航空太空中心行星科學家尼古拉·托西（Nicola Tosi）說，“我們仍不清楚水星為何呈現這樣的樣貌。”

後來，美國太空總署的“信使號”（Messenger）在2011至2015年間環繞水星，卻帶來更多疑問。水星距太陽僅3600萬英裡（6000萬公裡），白天溫度可高達430°C（800°F），夜晚則降至-180°C（-290°F）。

然而，盡管溫度如此極端，“信使號”發現水星表面存在揮發性元素，如鉀和放射性釷，這些物質理應早已被太陽輻射蒸發。此外，還發現復雜分子如氯，甚至在水星極地陰影隕石坑中發現水冰。

這些發現進一步強化了水星“本不屬於目前位置”的觀點。天文學家長期困惑於水星在太陽系中的位置，因為我們認為在這個區域不可能形成像水星這樣的行星。

我們知道，像太陽系這樣的行星系統起初是一個環繞恒星的塵埃與氣體盤。行星逐漸在這個盤中開辟空隙，並在吸收更多物質後成長。但根據行星形成模型，水星與金星的距離過大，無法合理解釋其形成。

無論動力學家如何調整參數，都無法讓模型產生像今天的水星。“這真讓人頭痛，”尚恩·雷蒙德說，“結果是完全沒有水星。”

天文學家花了多年時間改進模型並測試假說，提出了幾個主要理論。其中最多討論的一個是：水星曾經大得多，可能是現在的兩倍，甚至接近火星大小，並且可能在更遠離太陽的地方運行。