水星(太阳系八大行星之一,八大行星中最小的行星)

科技旅行号 2021-05-19 09:41:41

水星,中国古称辰星,西汉《史记‧天官书》的作者司马迁从实际观测发现辰星呈灰色,与五行学说联系在一起,以黑色属水,将其命名为水星。

水星是太阳系的八大行星中最小且最靠近太阳的行星。轨道周期是87.9691天,116天左右与地球会合一次,公转速度远远超过太阳系的其它行星。水星因快速运动被称为墨丘利(Mercury),是罗马神话中飞速奔跑的信使神。水星是表面昼夜温差最大的行星,大气层极为稀薄无法有效保存热量,白天时赤道地区温度可达432°C,夜间可降至-172°C。水星的轴倾斜是太阳系所有行星中最小的(大约1⁄30度),但有最大的轨道偏心率。水星在远日点的距离大约是在近日点的1.5倍。水星表面遍布环形山,与月球和其他卫星相似,其地质在数十亿年来都处于非活动状态。水星无四季变化,行星中仅有它与太阳轨道共振。每自转三圈的时间与绕太阳公转两圈的时间几乎相等。水星的轨道位于地球的内侧(与金星相同),所以它只能在晨昏之际与白天出现于天空中,而不会在子夜前后出现。从地球看水星的亮度有很大的变化,视星等从-2.48至7.25等,但是它与太阳的距角最大只有28.3°。

水星是所有的行星中轨道离心率最大的,为0.20563,它与太阳的距离在4600万至7000万千米的范围之间变动。它以87.969地球日的周期完整地公转太阳一圈。 右边的水星轨道图叠加上有着相同半长轴的圆形轨道,以显示出轨道离心率造成的影响。水星与地球内合 (最靠近地球) 的周期平均是116地球日,但是由于水星轨道的离心率,这个间隔从105日至129日不等。水星与地球的距离可以近到7730万千米,但在公元28622年之前不会接近至8000万千米以内,公元2679年为8210万千米,公元4487年为8200万千米。从地球可以看见它逆行的时间大约是在内合前后的8-15天,所以会有如此大范围差距变化,完全是因为它有着较大的离心率。

水星相对于地球的近日点进动是每世纪5600弧秒(1.5556度),或是相对于惯性ICFR每世纪574.10±0.65角秒;但牛顿力学考虑了来自其它行星所有的影响,预测的进动只有每世纪5557角秒 (1.5436度)。在20世纪初期,爱因斯坦的广义相对论对观测到的进动提供了解释。这个效应非常小:水星近日点的相对论进动是每世纪42.98角秒,刚刚好是之前不足的值;然而,在经历1200万次的公转之后,它仍有一点点的过剩。其它行星也有非常类似的情形,但是影响小了很多:金星是每世纪8.62角秒,地球是3.84角秒,火星是1.35角秒,伊卡洛斯(1566 Icarus)是10.05角秒。由于缺乏大气的包围,水星表面的赤道和两极之间有着陡峭的温度差,温度范围从100K至700K。日下点的温度在近日点时高达700K,而在远日点时只有550K;在行星夜晚的那一侧,平均温度是110K。阳光的强度范围是太阳常数 (1,370 W·m−2) 的4.59和10.61倍。虽然水星表面的温度在白天是非常的高,但观测的结果仍然强烈的支持冰 (冻结的水) 存在于水星。在极区深坑的底部从未被阳光直接照射过,温度依然维持在102K以下,远低于全球的平均温度。水冰强烈的反射了雷达,金石70米的望远镜和VLA在1990年代早期的观测,透漏了在接近极区有非常高的雷达反射斑点。

水星的表面与月球很相似,呈现出像海的广大平原和大量的撞击坑,显示它数十亿年来都处于非地质活动状态。水星有两种地质显著不同的平原。在坑穴之间,起伏平缓、多丘陵的平原,是水星表面可见最古老的地区,早于猛烈的火山口地形。这些埋藏着陨石坑的平原似乎已烟灭许多较早的陨石坑,并且缺乏直径在30千米以下,以及更小的陨石坑。还不清楚它们是起源于火山还是撞击,这些埋藏着陨石坑的平原大致是均匀的分布在整个行星的表面。

水星是太阳系内与地球相似的4颗类地行星之一,有着与地球一样的岩石个体。它在赤道的半径为2439.7千米,是太阳系中最小的行星,水星甚至比一些巨大的天然卫星,比如木卫三和土卫六还要小,虽然质量更大一些。水星由大约70%的金属和30%的硅酸盐材料组成,水星的密度为5.427g/cm3,在太阳系中是第二高的,仅次于地球的5.515 g/cm3。如果不考虑重力压缩对物质密度的影响,水星物质的密度将是最高的。未经重力压缩的水星物质密度是5.3 g/cm3,相较之下地球物质只有4.4 g/cm3。

从水星的密度可以推测其内部结构细节。地球的高密度,特别是核心的高密度,是由重力压缩所导致的。水星的质量与重力较小,内部没有重力挤压效应,其核心含铁量较大而具有较高的密度。尽管水星很小和以59天的长周期自转,水星仍有值得注意的全球性磁场。根据水手10号的测量,他的强度仅有地球的1.1%。在水星赤道的磁场强度大约是300nT。像地球一样,水星的磁场是双极的。不同于地球的是,水星的磁极和水星的自转轴几乎是一致的。

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