揭秘水星水的奥秘天文学科普解析
在《天文学》12月刊上,作者詹姆斯·伯格提出了一个引人入胜的发现:水星极区中存在着永远处于阴影中的区域,这些区域由于长时间没有阳光照射,因此温度极低,是水星上最寒冷的地方。这些假设可能是探索行星历史上最令人着迷的传说之一。而就在一年前,这个传说得以证实,随着“信使号”探测器飞越水星极区时,科学家们确认了固态水在极区环形山内的存在。这一发现对地球上的科学家来说是一大惊喜,同时也带来了新的问题。
数十年来,科学家一直认为太阳系内部几乎无处不有水,即使是在炎热如火如炉的地球之外,也许还有其他地方可以找到这珍贵资源。当时的观测似乎支持了这一点,加利福尼亚大学的一位行星科學家David Paige强调了这一点:“‘信使号’的发现证明我们之前的想法和理论是正确的,我们应该为此感到自豪。但详细分析和观测同样重要,因为理论和实践必须相辅相成。”
根据水星独特的地转与公转周期,一些小区域被认为会因为温度降低而形成并保持数十亿年的冰。然而,当人类首次探测到水星的时候,并没有找到任何确凿证据表明它上面有冰,而美国“水手10号”的任务则成为40年间关于是否存在冰的问题悬而未决的一个标志性事件。
尽管距离我们地球并不遥远,但这个行星却因其难以观察而成为地面上的神秘生物。因为它离太阳太近,从地球看去,它总是紧靠太阳,所以在地球上很难看到它,更别提条件差的情况下进行观测了。因此,对于这个物理结构和组成了解最少的大行星,我们只能通过19世纪末20世纪初意大利天文学家乔瓦尼·施皮亚雷利及法国希腊裔天文学家欧仁·安托尼亚迪提供的一些建见来推断一些事物。
他们发现了一些表面特征似乎不会移动,而且在相同时间出现重复模式,这暗示可能被潮汐锁定。不过,如果真的如此,那么这将意味着有一侧永远朝向太阳,而另一侧永远背向太阳。在晨昏线附近只有短暂日出日落周期,这就像月亮一样,有50%以上可见面积。
但随着地面望远镜技术提升,他们发现该背面的温度比预期要高,这与潮汐锁定理论产生矛盾。为了解释这一现象,一些人提出厚重的大气层能够把来自正面的热量传递给背面,但这种解释无法很好地适应所有数据直到1965年,人们使用更先进的地平雷达技术发射强大的电波束,以研究回波变化才揭开真相:自转速度比预计快,因此不是被潮汐锁定的状态,而是一个奇怪轨道共振形式——3:2轨道共振,使得每一次日出都经过两个绕太阳周期,每一条经线接受不同的长时间照射情况,有的是超长、有的只是短暂,如同月球一样由赤道两边不同角度接收到的正午直接影响它们各自接收到的温暖程度。此外,由于其偏心率较大,不同经线之间接收到的直接烈日照耀甚至能多至两倍之多!
最后,由于实际自转周期为58.8个地球日,与回合周期(116天)半等值,它们匹配起来,使得曾经认为被锁定的命题再次浮现出来。但如果真是这样,那么从我们的角度只能看到固定部分,是过去错误理解造成困惑的一部分原因之一。
最近几年的更好观测结果显示,其倾斜角为89.99°非常接近垂直于公转轨道平面。这就是由于巨大的引力作用导致恒久性的后果:因此某些深谷底部持续阴影下的地区可能承受数十亿年的稳定性。此虽然如此,但是由于其公转轨道平面的7°夹角与黄道交叉,我们在地球仍然可以看到这两个极端地区1991年利用戈德斯通射电望远镜和新墨西哥州甚大阵射电望远镜再次尝试发送强激光波束到那里,并且成功找到了反射信号增强的地方,在阿雷西博射电望遠鏡(305米)的帮助下进一步证实了这些高反射源位于深谷内
90年代地面雷达图描绘出的明亮区域匹配完美环形山位置;结合70年代中期“海王士10号”三次飞越所获得的地图分析,可以确定这些高反射源确实在极端深谷内。尽管可能性最高的是冰质,但谨慎的人还是提出硫磺或含钠离子的特殊表征作为替代方案。如果要彻底解决这个谜团,只能期待更多详尽数据
2004年,“信使者”探险队员完成任务,将答案带回给我们; NASA设计最大减速系统让它慢慢进入合适速度进入小行星带以便精准考察;经过漫长旅程之后终于揭开隐藏之谜,让我们更加清晰认识这颗小伙伴隐藏在茫茫宇宙中的奥秘