(續)科技版~超遜偵探~UOD之37~初探*水星*之前傳

水星上有水嗎?這是每個兒童都會提出的問題。其實，天文學家在探索宇宙時，有沒有水也是他們非常關心的事。水，意味著生命的保障，意味著孕育生命的可能，也有助於探索人類生命的起源，關係到人類的千秋萬代。水星上殘存的大氣壓不足地球大氣的一千萬億分之一，高溫、微弱的引力和強大的太陽風使氣體很快地向太空逃逸。因此，科學家一直都認為水星上不會有任何形式的水。

1991年，美國科學家在對水星進行雷達回波實驗時的發現改變了這一傳統的觀念。他們發現，從水星北極反射回來的信號特別強，這表明水星北極表面物質與其他地方不同，有很高的反射率，而水或者水冰是其中最簡單的解釋。在這麼惡劣的水星環境下，怎麼可能存在水或水冰呢?水星的自轉軸幾乎垂直於它的公轉軌道面，水星兩極一些深陷的隕石坑可能永遠照不進太陽光，裏面的溫度可能低達零下160多攝氏度，因此科學家猜測，太空隕石墜落時帶來的水冰或者內部揮發出來的水汽能夠一直保留在水星兩極一些深陷的隕石坑內，因而不會揮發到太空中。當然究竟有沒有水冰，還有待於實地考察。 

水星物質為什麼這麼“密”?這也是科學家長期思而不解的問題。現在有三種不同的解釋。一種認為，水星在從原始太陽雲中形成時偏愛於吸引密度較大的粒子。另一種認為，早期的太陽特別的“熱”，它把原始水星的外部岩石層都揮發掉了，留下了富金屬的核心。還有一種認為，水星剛形成後受到了多次巨大的碰撞，把它的外層和上地幔層撞入了太空。現代人類對水星的認識還無法判斷哪種觀點正確。不過，不同的理論得出的水星表面的組成不同，只有今後的實地探測才能揭開謎底。
　
在科學家面前，還有一大堆水星之謎：水星的內部結構如何?它的核心與我們的地核是否一樣，是半液體狀的還是固體狀的?它有什麼樣的地質史?有沒有經歷過火山活動?水星的磁場結構怎麼樣，它從哪里來?水星的兩極物質如果不是水冰，那麼又是什麼?等等。所有這些水星之謎，都有待我們去揭開。 

水星是最接近太陽的一顆行星，離太陽只有日地距離的40％，離太陽最近時只有46007公里，最遠也只有7000萬公里。因此，從地球上看去，它總與太陽相隨，同升同落，兩者最大的角距離從不超過28"。所以，水星通常湮沒在太陽的光輝中，只有在黃昏和黎明時才能在地平線附近見到，這就增大了觀測水星的難度。據傳，哥白尼把自己後半生沒能再見到水星引以為終身之憾。 

水星只比月亮大40％，是地球大小的40％，把它移到月亮處，看上去相當於一個半月亮的大小。然而水星卻很“重”，其品質是月亮的4．5倍，密度(5．44克／立方釐米)與太陽系中密度最大的行星——地球(5．52克／立方釐米)相差無幾，如果扣除行星自身引力產生的壓縮，那麼它的密度比地球還大，每立方釐米達到5．3克(地球為4克)，這意味著水星有一個很大的內核，可能佔據了70％的行星半徑，是地球內核的2倍，其中70％可能由鐵組成。 

水星還有一個奇怪的特性，那就是它有和地球一樣的全球偶極磁場，強度約為地球的1％，這是金星、火星和月亮都沒有的。水星幾乎沒有大氣，殘存大氣的成分主要是氦、鈉和氧，而且很不穩定，很快逃逸出水星，需要不斷地予以補充。水星上的環境極其嚴酷，每天的溫度變化是太陽系中各行星中最極端的，最高達42攝氏度，最低至零下173攝氏度，平均溫度為零下79攝氏度。除此以外，水星經常遭受到強大的太陽風襲擊。在這些極端的條件下，水星保持著類地行星最古老的地貌，成為太陽系形成和早期演化的最完整的博物館。

雖然古代人早就肉眼觀看到水星了，但當代卻很少人目睹過水星。為什麼呢？這是因為水星繞太陽公轉軌道半徑只有地球軌道半徑38.7%，從地球上看，水星總是相伴在太陽附近，離太陽的最大角度（大距）也超過28度，只有黎明前或黃昏後才有機會在不大的地平高度看到，又因背景天光很、城鎮高樓遮擋和燈光污染而難於觀測。天文學家已準確推算並預報水星大距的時間和視位置。今年10月17日水星‘東大距’，日落時水星位於西南方，亮度約0等，不妨找找看。如果用望遠鏡，試觀測驗證一下，是否可以看出水星視面呈月牙形。

水星是離太陽最近的行星，它繞太陽公轉一周——“水星年”只需88（地球）天（0.24地球年），而水星上一晝夜卻長達176（地球）天，即水星上1晝夜就過了兩個‘水星，於是，水星表面一定地方在1個水星年內總是白晝，太陽直射處的溫度高達427℃；而接著1個水星年內總是黑夜，寒冷到-173℃，晝夜變化超過600℃，這是行星中溫度變化最大的。   

水星是太陽系8顆行星中最小的，半徑為2439.7公里，只有地球半徑的38%，它幾乎沒有大氣。水手10號飛船在1974-1975年三次飛越水星，拍攝到它表面45%的圖像，初看有些象月球表面，有隕擊盆地和隕擊坑，平原、山脈等。跟月球表面的主要差別是水星上廣布著火山熔岩形成的古老平原和全球收縮形成的葉狀懸崖。卡路里盆地直徑為1300公里，高 2公里的山脈環包圍著平坦平原，有許多脊和斷裂，呈同心環和放射性分佈。一般認為，卡路里盆地是一次大的隕擊事件開掘的，也造成其周圍山脈和線狀（脊、穀）構造，濺出物沉積形成多丘平原；甚至通過隕擊震波影響對趾區，造成雜亂的多丘線狀區。

1992年，雷達觀測發現水星的北極可能存在水冰，這是從前未曾預料的。它們或者是彗星隕擊、或者是內部排出的氣體冷凝沉積在太陽永久照射不到的坑底。水星的演化程度較小，保留某些較早期遺跡，可以為早期遺跡幾乎完全喪失的地球演化提供借鑒。因此，近年又重視水星的探測。2004年8月3日，發射了MESSENGER（水星表面、空間環境、地球化學和巡查的英文字頭）飛船，2011年3月進入環繞水星軌道飛行探測一年，瞭解水星全球情況。日本與歐洲空間局計畫合作在2011-12年發射有兩個探測器的飛船，4年後到達水星並進行環繞探測一年。

站在水星上看到的景觀與地球上完全不同。銅盆般大的太陽掛在天空中，比起地球上看到的太陽要大2—3倍。由於水星軌道較扁，所以每天看到的太陽時大時小，變化超過50％。太陽在天空中緩慢地移動，快慢很不均勻，時而還會倒退，這是因為水星的自轉很慢。水星自轉一周的時間約為59個地球日，而它繞太陽的軌道週期約為88個地球日， 59×3≌88×2，也就是說，水星自轉3圈需要2個水星年。如果把太陽連續兩次從地平線升出的時間間隔稱為一天，對於一個站在水星上的人，需要等待兩個水星年，即176個地球日。所以，一個水星日等於2/3個水星年，水星的日子真正稱得上是“度日如年”。當然，這一點頗讓天文學家感到意外，他們原以為水星受到太陽強大的潮汐力作用，它的轉動應當同月亮一樣，始終以同一面朝向太陽，也就是公轉週期等於自轉週期，即週期比為1。事實上，在整個太陽系中，所有很接近主天體的星體都和月亮一樣，週期比為1，而水星是惟一的例外。 

水星的軌道在地球軌道以內，兩個軌道面又只相差3度，因此我們能有機會見到水星從太陽圓面上通過的景象，這稱為“水星淩日”。淩日實際上就是太陽、地球和內行星的交食現象，只是內行星比月亮遠得多，它的角大小不足以蓋住太陽圓面。淩日時，我們可以見到一個小黑點從太陽圓面上自東向西緩緩地通過。水星淩日是罕見的天象，大約每世紀發生13次，上次發生在1999年11月15日，再次是發生在2003年。

1686年在哈雷的請求下，牛頓完成了《自然科學的數學原理》。在這部劃時代的奠基性巨著中，牛頓闡述了力學的三大定律和萬有引力定律。到了19世紀，天文學家已能用牛頓力學準確地計算行星的運動。牛頓力學準確地描述了一顆行星繞太陽轉動時的運動規律，我們稱之為“二體問題”。如果這時有第三個天體存在，那麼這第三個天體對這顆行星的運動就會產生干擾，天文學稱其為“攝動”，求解攝動的問題稱為“三體問題”或“多體問題”。利用牛頓力學可以精確地計算出受到攝動的行星的運動情況。但是，反過來求解三體問題，即根據受到攝動的行星運動與兩體問題的差別來反推第三天體，就相當困難。

1846年，法國巴黎天文臺的青年天文學家勒威耶根據天王星的運動，完成了尋找未知行星的出色計算，並將他推測的新行星位置寄給了柏林天文臺台長，後者果然在勒威耶預測的位置附近找到了海王星。發現了海王星以後，勒威耶聲譽鵲起，以後又擔任了巴黎天文臺台長，這時他更堅信太陽系內還有新的行星沒有被發現，並把目光轉向了水星軌道以內。努力並沒有白費，他發現水星繞太陽的軌道並不是固定不變的，而是每轉一周，橢圓軌道的長軸便會向東偏過一點，這就是所謂的“水星的近日點進動”。水星近日點進動為每100年43"，大約每3002年水星的軌道將會轉過一圈。 

這個發現使勒威耶十分興奮。按照發現海王星的經驗，這就意味著水星軌道內還有一顆未知的行星，他甚至為它取好了名字叫“伍爾坎”，那是羅馬神話中的一位天神，也就是希臘神話中的火神“赫維斯托斯”。1859年，法國的一位業餘天文學家萊斯卡博特寫信告訴他觀測到了“火神”的淩日。勒威耶非常高興，並興致勃勃地來到萊斯卡博特居住的小鎮去會見他。萊斯卡博特是當地的醫生兼木匠，他把觀測記錄刻在木板上，不用時又把它們刨去。令人奇怪的是，勒威耶幾乎不加思索便認可了萊斯卡博特的觀測，並預測了1877年3月這顆“火神”的淩日時間，然而“火神”卻並沒有在預計的時間出現。直到當年9月勒威耶去世前，他還念念不忘自己的信念。由於無法解釋水星的近日點進動，不少天文學家在勒威耶身後的100年中繼續尋找“水內行星”。不過，所有的努力只是竹籃打水，雖然不時傳出一些發現水內行星的新聞，然而事後都被一一否定了。 

1915年，愛因斯坦發表了廣義相對論，那套深奧的數學公式使多數科學家望而卻步,似信非信。那麼用什麼來證明這個理論的正確呢?水星近日點的進動就是當時證明廣義相對論正確的一個例子。按照廣義相對論導出的引力理論，愛因斯坦得出水星的近日點應當有42"91的進動，這與觀測值驚人的一致，從而解決了天文學上長達半個世紀懸而未決的水星近日點進動問題，而水星近日點的進動連同光線彎曲和引力紅移成為了當時愛因斯坦廣義相對論的三大支柱之一。在這場重大的科學革命過程中，水星扮演了一個光輝的角色。 

1973年11月3日，“水星10號”探測器從地球升空，開始了飛往水星的旅程。1974年3月29日，它抵達了水星，在離水星表面705公里處通過，隨後又在當年的9月21日和1975年3月6日兩次通過水星。這次考察總共探測了45％的水星表面，傳回了 2700多幅水星照片。自那以後，對水星的空間探索沉寂了將近20年。 

1974年3月27日，水手10號飛行探測器飛經水星，探測儀器感應到理應不存在的劇烈的光波場。第二天它消失了。三天后它又出現了，並且這天體似乎在離開水星。一開始，天文學家們認為這是一顆恒星。但是他們卻在兩個完全不同的位置觀測到它；並且眾所周知，如此強烈的紫外線波是無法在星際媒介中傳播很遠的，除非這是一個離我們十分近的天體。難道是水星的衛星嗎？ 

經過一個令人激動的一天，這個天體的速度已被估測出了，大約為4千米每秒，這個速度恰與衛星的速度相符。JPL的管理員被叫來了，他們把這艘即將完成使命的飛行器完全轉交給了UV組，每個人開始擔心在星期六的新聞中將如何報導這件事。這個猜想會被公佈嗎？但是媒介早已獲得消息。一些較大的、較為正統的報紙直接公開了這個猜想。而另一些報刊卻把這顆水星的衛星當作驚險小說來寫。 

這顆“衛星”究竟是什麼呢？它從水星直飛過來，終於被確認為一顆熱恒星Crateris。而那個強烈的發射場的由來，它如何能達到行星上卻仍是個謎。有關水星衛星的故事便這樣結束了。可與此同時，在天文學上又產生了另一種說法：強波並非如以往所認為的那樣被星際媒質完全吸收。比如說，Gum星雲已被證明能發射十分強烈的紫外線波，在夜空中呈140度以540埃波長輻射。天文學家們又找到了新的探知點，這或許是天文學家觀察“天堂”的又一扇“窗”吧 。

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