我们的太阳系：水星

水星是太阳系中最小、最快、最神秘的行星之一。

它距离太阳最近，却不是最热的。

它没有大气层，却有磁场。

它没有卫星，却有火山口。

它的自转和公转有着奇特的共振，使得它的一天等于两年。

水星是一个充满了惊奇和挑战的世界，让我们一起来探索它吧。

水星的发现和命名

水星是人类最早发现的行星之一，因为它总是在太阳附近出现，所以古代文明都对它有所了解。

古埃及人称它为塞特（Set），古巴比伦人称它为纳布（Nabu），古印度人称它为布达（Budha），古希腊人称它为赫耳墨斯（Hermes），古罗马人称它为墨丘利（Mercury）。

这些名字都反映了水星的快速移动和变化的特征，也与各自文化中的信使神或商业神相联系。

中国古代称水星为辰星，因为它与太阳最大角距不超过30度，而古代称30度为一辰，故而得名。

司马迁在《史记·天官书》中根据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。

水星的运动和轨道

水星是所有行星中轨道离心率最大的，为0.20563，这意味着它与太阳的距离在4600万至7000万千米之间变化。

它以87.969地球日的周期完整地公转太阳一圈。

由于水星轨道平面对地球轨道平面（黄道）有7度的倾斜，所以水星只有在穿越黄道平面时才可能位于地球和太阳之间，这时就会发生凌日现象，即水星从太阳前方经过，形成一个小黑点。

凌日现象每7年左右发生一次。

水星的自转周期是58.646地球日，与公转周期呈3:2的比例，这是因为水星与太阳之间存在强烈的潮汐作用，使得水星处于自旋轨道共振状态。

这种共振使得一个水星日（太阳两次过中天的时间间隔）约176地球日，等于两个水星年。

这也意味着在水星上看到的太阳运动非常复杂，有时会逆行、停滞或加速。

水星的转轴倾角几乎是零，只有0.034度，这是太阳系所有行星中最小的。

这意味着水星没有季节变化，也没有极昼或极夜现象。

但是由于轨道离心率较大，在近日点时太阳在天空中会显得更大、更亮。

水星的地理特征

水星是一个类地行星，主要由铁、镍、硅酸盐岩组成。

它没有真正意义上的大气层，只有一层极其稀薄的外层，主要由氢、氦、氧、钠、钾等元素组成，这些元素是由太阳风从水星表面剥离或由水星内部释放出来的。

水星的大气层不能有效地保持热量，也不能阻挡太阳辐射和小行星撞击，所以水星表面的温度和地形都受到了极大的影响。

水星的表面温度是太阳系中最极端的，白天时赤道地区温度可达427摄氏度，夜间可降至-173摄氏度。

这样的温差使得水星表面的岩石不断地膨胀和收缩，形成了许多裂缝和断层。

水星表面还受到了强烈的太阳辐射，使得岩石表层发生了化学反应，形成了一层深灰色的粉尘。

水星的表面地形主要由撞击坑、平原和山脉构成。

撞击坑是由小行星或彗星撞击水星表面而形成的圆形凹陷，它们遍布在水星的整个表面，大小不一，有些还有明显的射纹结构。

平原是由火山活动或撞击熔岩填充而形成的平坦区域，它们占据了水星表面的40%左右，有些还有明显的裂缝或皱褶。

山脉是由水星内部冷却收缩而形成的隆起区域，它们沿着一些大型撞击坑或盆地的边缘分布，有些高达3千米。

水星最显著的地貌特征是卡洛里斯盆地（Caloris Basin），它是一个直径约1550千米的巨大撞击盆地，位于水星东经180度附近。

它是由一颗直径约100千米的小行星在45亿年前撞击水星而形成的，它的影响力如此之大，以至于在水星另一侧形成了一片混乱地带（Chaotic Terrain），这里的地形被撞击波搅乱了。

卡洛里斯盆地内部有许多平原、山脉和裂缝，其中最引人注目的是一座直径约40千米、高约2千米的中央峰（Central Peak）。

水星最神秘的地貌特征是奇点（Weird Terrain），它是一片位于水星零经度附近、长约500千米、宽约300千米的异常区域。

这里的地形十分复杂而混乱，有许多断层、山丘、洼地和裂缝。

科学家认为奇点是由于水星自转和公转共振导致的引力变化而形成的。

水星的内部结构

水星是一个金属丰富的行星，它有着非常大而密集的核心，占据了行星体积的61%，质量的75%。

核心主要由铁和镍组成，直径约为3600千米。

核心外围有一个厚度约为600千米的地幔，主要由硅酸盐岩组成。

地幔外围有一个厚度约为100千米的地壳，主要由玄武岩和苦橄榄石组成。

水星的内部结构与地球类似，但是核心相对更大，地幔和地壳相对更薄。

这可能是因为水星在形成过程中受到了强烈的撞击，导致部分地壳和地幔被剥离，或者是因为水星在早期受到了太阳的高温烘烤，导致部分轻元素被蒸发。

水星的核心有一个特殊的性质，就是它仍然保持着流动性，而不是像火星那样已经固化。

这是因为水星的核心中含有一定比例的硫、碳等元素，降低了铁和镍的熔点，使得核心在较低的温度下仍然可以流动。

水星的流动核心产生了一个弱而稳定的磁场，约为地球磁场的1.1%。

水星的磁场对水星表面有一定的保护作用，使得一些带电粒子不能直接撞击水星表面，而是被偏转到两极附近形成磁层尾（magnetotail）。

水星的探测历史和未来计划

水星是一个难以探测的行星，因为它距离太阳太近，受到太阳引力和辐射的干扰。

要想进入水星轨道，需要消耗大量的燃料和时间，进行多次的轨道修正。

目前，只有两个航天器成功地探测过水星：美国航天局（NASA）的水手10号（Mariner 10）和信使号（MESSENGER）。

水手10号是第一个飞越水星的航天器，它于1973年11月3日发射，利用金星引力助推，在1974年3月29日、1974年9月21日和1975年3月16日三次飞越水星，并拍摄了水星表面45%的区域。

水手10号发现了水星有磁场、有大气层、有火山活动等特征，并命名了一些地貌特征。

信使号是第一个进入水星轨道的航天器，它于2004年8月3日发射，利用地球、金星和水星多次引力助推，在2011年3月18日成功进入水星轨道，并在2015年4月30日结束任务。

信使号拍摄了水星表面100%的区域，并发现了许多新奇的现象，如水冰、有机物、火山喷发、地震活动等。

目前，欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）正在合作开发一个名为比奥利亚（BepiColombo）的航天器计划，预计于2021年10月16日发射，并于2025年12月5日抵达水星轨道。

比奥利亚由两个航天器组成：欧洲商业卫星（MPO）和日本商业卫星（MMO），它们将分别对水星表面和磁场进行详细的观测和测量。

总之，水星是一个充满了奥秘和魅力的行星，它虽然小巧而快速，却有着丰富而多样的特征。

通过探测水星，我们可以更好地理解太阳系的形成和演化，也可以更好地认识自己所在的宇宙。