水星和地球平均距离最近,为什么却是最难抵达的行星?

星空承载梦想 2024-12-28 09:10:44

根据科学家的研究我们能够知道,太阳系诞生于46亿年前,当时太阳系一片混乱,太阳诞生以后吸收了周围大量的物质,所以太阳的质量占到了太阳系总质量的百分之99.86,剩下的八大行星和其它物质占到了太阳系总质量的百分之0.14,从占比上我们就能够看出,太阳的质量非常大,在太阳系中一共有八大行星,它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,在八大行星当中,地球是唯一一颗诞生了生命的星球,相信很多人都知道,金星、火星是相邻地球的两颗星球,不过如果被问起,太阳系中哪颗行星和地球的平均距离最近,很多人认为是金星,然而实际上金星只是其公转轨道和地球的距离最近,而行星之间的平均距离和地球最近的是水星。

水星是太阳系中最靠近太阳的一颗星球,离太阳平均距离大约是5790万千米,由于离太阳太近所以被太阳光所淹没,只有在早晨或者是黄昏的时候才在靠近地平线上的低空发现它,所以水星很难观测到,水星绕其轴自转非常慢,转一圈要将近59个地球日,但是它的公转速度是所有行星中最快的,只需要88个地球日就能够绕太阳一圈,水星是四颗类地行星之一,由岩石和金属组成的,水星的体积小、密度大、所以科学家认为水星可能有个铁核占据水星体积的百分之61,而且外层的岩石可能已经消失了,水星在很早的时候就被人类发现了。早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星。公元前2000年左右,巴比伦人已对水星进行观测并将其列入星象目录,还利用其运动周期性特征预测季节和时日。

古埃及人将水星视为晨昏星,通过观测其运动确定农耕和灌溉时间。在中国古代,水星被称为“辰星”,因其出现在天空的时间短暂、位置靠近太阳且日距角最大不超过28°,而古代称30°为一辰,在1631年的时候,天文学家托马斯.哈里奥特和伽利略首次通过新发明的望远镜对水星进行了观测,为人类对水星的进一步研究提供了更加准确的观测基础,目前我们都知道,在太阳系中,八大行星都在围绕太阳公转,不过它们的公转却不是同步的,这样的情况就会造成行星之间距离并不会是一个固定的值,随着时间的流逝,行星之间的距离也在有规律的不断变化,根据已知的观测数据,金星和地球的实际距离在大约0.275-1.725个天文单位之间。其变化周期大约是583.92个地球日。

由于水星和太阳更近,其公转速度很快,因此水星和地球之间的实际距离的变化范围就要小很多,大约是0.613-1.387个天文单位,其变化周期则只有大约115.93个地球日,在这种情况下,虽然金星和地球的最近距离要比水星更近,但是在金星和地球之间距离变化的一个完整周期中,它们真正靠近的时间并不多,而在大部分时间里,它们之间的实际距离反而比地球和水星的实际距离更大,也正因为如此,水星就成了与地球平均距离最近的行星,虽然水星名字中有水,但是它的表面却没有水资源,水星上面基本没有水,因为它距离太阳最近,其朝向太阳的一面温度能够达到427摄氏度,这样的高温环境使得液态水难以存在,而且水星的大气非常稀薄,不能够像地球一样通过大气循环等方式来维持液态水的存在。

不过在观测过程中,科学家发现水星两极地区一些永久阴影的环形山底部可能存在水冰,这些区域由于太阳光照不到,温度很低,可能有彗星和小行星带来的水长期保存了下来,水星的自转和公转比是3:2,它每自转3圈的同时就公转了2圈,这个是非常奇妙的比例,是天体力学上的一种耦合现象,这是在太阳强大的引力作用下,长年累月的相互作用而逐渐形成的一个有趣的运行模式。很久以前,人们认为水星与太阳之间跟月球与地球相似,它是被太阳潮汐锁定住了,意思它永远一面对着太阳。后来科学的进步,观测技术的提高,人们才发现,水星与太阳之间的绕转,并不是同步的。它公转周期为88天,而自转周期为59它,所以它并不是总是以一面对着太阳。除此之外,水星的公转偏心率最大。

水星是太阳系八大行星当中,公转离心率最大的,为0.20563,它离太阳最近的时候能够达到4600公里,最远的时候达到了7000万公里,两者竟然相差2400万公里,这样大的离心力在太阳系中是独一无二的,水星的公转倾角很小,几乎是零,水星的表面和月球非常像,表面有大大小小很多的陨石坑,根据科学家的研究得出,在水星形成之初,曾经遭遇小行星和彗星的撞击,由于缺乏大气层的保护,彗星和小行星能够直接撞击到表面,其中最大的陨石坑是卡洛里盆地,直径达到了1550公里,更加有意思的是,水星上面有15座环形山是以中国历史人物命名的:伯牙、蔡琰、李白、白居易、董源、李清照、姜燮、梁楷、关汉卿、马致远、赵孟頫、王蒙、朱耷、曹雪芹、鲁迅。

在太阳系的各大行星当中,尽管水星和地球平均距离很近,但是它却被认为是最难抵达的行星,为什么会这样呢?根据牛顿的万有引力定律得出,任何有质量的物体都是有引力的,物体的质量越大,它的引力就越大,在太阳系中,太阳的质量最大,所以它的引力也是最大的,作为距离太阳最近的行星,水星和太阳的平均距离只有0.38个天文单位,远小于地球和太阳的平均距离(1个天文单位),这就意味着我们向水星发射的探测器,探测器将会越来越接近太阳,在这种情况下,从地球飞向水星的探测器会在太阳引力的作用下不断加速,速度也会变得越来越快,一不小心就可能脱离预定轨道,导致任务失败。除了这个原因之外,水星是太阳系中质量最小的行星,质量只有地球质量的百分之5.53。

所以水星的引力场很弱,当探测器试图进入到围绕水星的轨道时,它必须非常接近水星表面才可能被水星的引力捕获,进而稳定的围绕水星运行,与此同时,太阳的引力还会带来持续的干扰,进而让探测器会受到双种力量的拉扯,一方面是太阳的引力,另一方面是水星的引力,在这个过程中,一旦有稍微偏差的轨道,探测器就可能失控,甚至直接坠落到太阳上。不过即便是这样,依然无法阻挡人类对水星的好奇心,在1973年的时候,人类成功发射了第一个水星探测器水手10号,它多次飞越金星和水星,首次为人类提供了水星的详细数据,绘制了大约百分之40-50的水星表面图,后来到了2004年的时候,人类发射了信使号,这个探测器配备了太阳能电池板、水星双重成像系统等科学仪器。

在飞掠地球和金星期间,测量了地球磁场和记录了金星高层大气的紫外线和X射线光谱。进入水星轨道后,成为了首颗围绕水星运行的探测器,对水星的地表进行了详细的测绘,同时研究水星的构成、磁场、稀薄的大气层以及其它特征,在2018年的时候,由欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构合作研制,发射了贝匹可伦坡号,其轨道将绕太阳运行18圈,包括9次飞越行星,其中6次飞越水星,它由水星轨道飞行器和水星磁场层轨道飞行器两个探测器及一个推进模块组成,携带了多个科学仪器,将对水星的磁场、表面和内部结构进行了全面研究。通过这么多年来,人类对水星的研究,我们对水星的了解也越来越多。

看到这里,可能很多人会产生一个疑问,就是为什么人类对探索水星如此执着?对此科学家认为,探索水星对科学研究有很大的价值,因为水星是距离太阳系内最近的行星,其形成和演化过程和太阳的起源紧密相关,通过研究水星的地质结构,我们能够推断出太阳系早期行星形成时的物质分布、撞击事件的频率和规模等,水星所处的太阳系内部环境比较特殊,有着强烈的太阳风和辐射,研究水星磁场和大气层,能够帮助科学家理解行星在这种极端条件下大气逃逸机制,从而进一步的了解太阳系内部空间的物理过程。水星的轨道进动现象是广义相对论的重要验证案例之一。对水星的观测有助于进一步检验和完善爱因斯坦的广义相对论,以及其他物理理论在不同引力和空间环境下的适用性。

水星近日点进动异常,造就了爱因斯坦的封神之路,在爱因斯坦之前,牛顿的万有引力定律对人类研究天体运动起到了非常重大的作用,然而水星的轨道却微妙的发生了偏离,它的近日点,即它在轨道上离太阳最近的点,每个世纪比预计的多转动了大约43角秒,这个数字听起来微不足道,但是却意味着万有引力定律的缺陷,当时很多科学家为了证明万有引力定律的权威,甚至提出了在水星附近存在一颗未发现的火神星,来解释水星轨道的异常。这颗假想的行星被认为存在于水星轨道内侧,其引力作用导致了观测到的进动,后来科学家进行了多次探索,最终还是没有找到这颗神秘的火神星,这个谜题在物理学界成为了一种科学上的挑战,它不仅仅是关于一颗行星的轨道,更是关于整个宇宙运行规律的理解。

直到爱因斯坦的广义相对论出现,这个问题才得到了完美的解决,爱因斯坦的广义相对论认为,太阳的巨大质量弯曲了周围的时空,而水星作为距离太阳最近的行星,其轨道受到的时空曲率影响最明显,这种时空弯曲效应正好能够解释水星近日点每个世纪额外进动的43角秒,爱因斯坦的这个理论在当时是革命性的,在那个以牛顿力学为主导的时代,广义相对论的理念非常前卫,这个理论的出现,标志着物理学的一个新纪元诞生了,它不仅仅解释了水星进动的问题,而还预言了很多现象,比如说黑洞、光线弯曲、时间膨胀等多种现象,这些现象很多都已经被后世证明了,甚至有的预言到现在科学家们还在研究当中,这说明了爱因斯坦的伟大。

科学 探索就是一条没有尽头的道路,人类文明从诞生开始到现在,一直都在不断的研究和探索世界的奥秘,从古代神话故事,到地心说,再到日心说,人类对世界的认识也在不断的变化当中,随着人类科技的发展,人类对宇宙的了解将会变得越来越多,而且当我们更加深入了解宇宙奥秘之后,才会发现,宇宙远比我们想象的更加神秘多彩,在宇宙中还隐藏着很多人类没有发现的奥秘,小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步和发展,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开更多的宇宙奥秘,希望这一天能够早日到来,对此,大家有什么想说的吗?

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