汞（行星）：发现，特征，组成，轨道，运动 - 阿特 - 2025

水星是离太阳最近的行星，也是太阳系中8个主要行星中最小的行星。尽管不容易找到它，但可以用肉眼看到。尽管如此，这个小行星自古以来就已为人所知。

苏美尔天文学家在公元前14世纪穆勒·阿平（Mul-Apin）中记录了它们的存在，这是一篇有关天文学的论文。他们在那里给它起了乌杜伊迪姆古（Udu-Idim-Gu）的名字，即“跳跃的行星”，而巴比伦人则将其命名为纳布（Nabu），​​诸神的使者，与水星的名字在古罗马人中的含义相同。

图1.水星。资料来源：

由于水星在黎明或黄昏时可见（有困难），古希腊人很慢地意识到它是同一个天体，所以他们在黎明时称水星为阿波罗，在黄昏时称呼为爱马仕，这是众神的邮件。

伟大的数学家毕达哥拉斯（Pythagoras）确信那颗恒星是同一颗恒星，并提出水星可以像从地球上看到的那样穿过太阳盘的视线。

这种现象称为过境，每个世纪平均发生13次。水星的最后一次过境发生在2019年11月，下一次将在2032年11月发生。

其他古代文化的天文学家，例如玛雅人，中国人和印度教徒，也收集了水星的印象以及其他比天空中的恒星发光更快的发光点：行星。

望远镜的发明促使人们研究难以捉摸的物体。伽利略是第一个使用光学仪器看到水星的人，尽管天体使者一直隐藏许多秘密，直到太空时代到来。

一般特征

内星球

水星是太阳系中的8个主要行星之一，与地球，金星和火星一起构成了4个内行星，它们最接近太阳，并具有岩石特征。它是所有物质中最小的物质，也是质量最低的物质，但另一方面，它是仅次于地球的最稠密物质。

获得的数据

有关水星的大部分数据来自于NASA于1973年发射的Mariner 10探测器，其目的是从邻近的金星和水星收集数据。在此之前，小行星的许多特征尚不清楚。

应该注意的是，鉴于设备对太阳辐射的敏感性，不可能将诸如哈勃望远镜这样的望远镜指向水星。因此，除了探测器之外，行星上的数据中很大一部分来自使用雷达进行的观测。

大气层

水星大气非常稀薄，大气压力是地球压力的一万亿分之一。气态薄层由氢，氦，氧和钠组成。

水星还具有自己的磁场，其磁场几乎与地球本身一样古老，其形状与地球磁场类似，但强度较小：仅为1％。

温度范围

至于水星上的温度，它们是所有行星中最极端的温度：白天，它们在某些地方达到灼热的430ºC，足以熔化铅。但是到了晚上，温度下降到-180ºC。

但是，水星的白天和黑夜与我们在地球上的经历有很大的不同，因此稍后将解释到达地面的假想旅行者将如何看到它们。

行星主要物理特征的摘要

-质量： 3.3×10 ²³公斤

-赤道半径： 2440公里或地球半径的0.38倍。

形状：水星是一个几乎完美的球体。

-与太阳的平均距离： 58,000,000公里

-温度：平均167ºC

-重力： 3.70 m / s ²

-自身磁场：是，大约220 nT强度。

-大气：昏暗

-密度： 5430公斤/米³

-卫星： 0

-戒指：没有。

翻译运动

水星根据开普勒定律在太阳周围执行平移运动，这表明行星的轨道是椭圆形的。水星遵循所有行星中最椭圆形或最细长的轨道，因此具有最高的离心率：0.2056。

水星与太阳的最大距离为7000万公里，最小为4600万。该行星大约需要88天才能完成绕太阳公转的一圈，平均速度为48 km / s。

这使其成为行星中绕太阳运行最快的行星，达到其有翼的信使名称，但是绕其轴的旋转速度却要慢得多。

图2.水星绕太阳旋转的动画（黄色），紧挨地球（蓝色）。资料来源：维基共享资源。

但是有趣的是，水星没有遵循与前一个轨道相同的轨迹，换句话说，它没有返回到上一个相同的起点，而是经历了很小的位移，称为进动。

这就是为什么人们曾一度认为存在小行星云或未知行星扰乱轨道的原因，这就是所谓的瓦肯人。

然而，广义相对论可以令人满意地解释所测得的数据，因为时空曲率能够使轨道移位。

在水星的情况下，该轨道每世纪发生43弧秒的位移，该值可以根据爱因斯坦的相对性精确计算得出。其他行星自身的位移很小，直到现在还没有测量到。

汞运动数据

以下是有关水星运动的已知数字：

-轨道平均半径： 58,000,000公里。

- 轨道倾斜度：相对于地球轨道平面成7º。

-偏心度： 0.2056。

- 平均轨道速度：48 km / h

- 转让期限： 88天

- 轮换期限： 58天

- 太阳日：176地球日

何时以及如何观察水银

在肉眼可见的五个行星中，水星是最难发现的，因为它总是非常靠近地平线，被阳光遮挡，并在短时间内消失。除此之外，它的轨道是所有轨道中最偏心的（椭圆形）。

但是，一年中有更合适的时间扫描搜索中的天空：

- 在北半球：从三月到四月的黄昏，以及从九月到十月的黎明。

-在热带地区：全年，在有利条件下：晴朗的天空和远离人造光的地方。

- 在南半球：日出前的9月和10月，日落后的3月至4月。从这些纬度看通常比较容易，因为行星在地平线上方的停留时间更长。

图3.汞在地平线上非常低。资料来源：

与星星不同，水银看起来像是淡黄色的白色光点，不会闪烁。最好配备双筒望远镜或望远镜，以查看其相位。

汞有时会在地平线上停留更长时间，这取决于其在轨道上的位置。尽管它在全相中更亮，但是反而在打蜡或减弱方面看起来更好。要了解水星的各个阶段，建议访问专门从事天文学的网站。

无论如何，最好的机会是在其最大伸长率时：尽可能远离太阳，因此最暗的天空有助于观察。

出于同样的原因，另一个观测这个行星和其他行星的好时机是在日全食期间：天空更暗。

旋转运动

与它的快速轨道运动相反，水星缓慢旋转：绕其轴旋转一圈需要大约59天的地球日，这被称为恒星日。因此，水星上的恒星日几乎持续了一年：实际上，每隔2个“年”传递3个“天”。

在重力吸引下的两个物体之间产生的潮汐力会导致其中一个或两个物体的旋转速度变慢。发生这种情况时，据说存在潮汐耦合。

尽管潮汐耦合可能发生在其他天体之间，但它们之间的潮汐耦合非常频繁。

图4.地球与月球之间的潮汐耦合。水星和太阳的情况更为复杂。资料来源：维基共享资源。葡萄球菌

当其中一个旋转的周期等于平移周期（例如月亮）时，就会发生耦合的特殊情况。它总是向我们显示同一张脸，因此处于同步旋转状态。

但是，对于水星和太阳，情况并非如此，因为行星的自转和平移周期并不相等，而是以3：2的比率。这种现象被称为自旋轨道共振，在太阳系中也很常见。

由于这一点，水星上可能发生奇特的事情，让我们看看：

水星白天和黑夜

如果太阳日是太阳出现在一个点然后又出现在同一位置然后再出现在同一位置的时间，那么在水星上，太阳在同一天（太阳）升起两次，这需要176天的地球日（请参见图5）

事实证明，有时轨道速度和旋转速度相等，因此太阳似乎在天空中后退并返回到其离开的同一点，然后再次向前移动。

如果图中的红色条是山峰，则从位置1开始将在中午。在位置2和3，太阳照亮了山的一部分，直到它落在位置4的西侧。到那时，它已经绕过了轨道的一半，已经过去了44天。

在位置5、6、7、8和9的地方，山上是黑夜。它占据了5圈，已经在其轴上完成了完整的公转，绕着太阳转了3/4圈，到7时是午夜，已经过去了88天。

另一个轨道需要返回中午，必须经过8到12位，这又需要88天，总共176天。

意大利天文学家朱塞佩·科伦坡（Giuseppe Colombo，1920-1984年）率先研究并解释了水星运动的3：2共振。

图5.昼夜在水星上：轨道共振，在½轨道后，行星已绕其轴转3/4圈。资料来源：维基共享资源。

组成

水星的平均密度为5,430 kg / m ³，略低于地球。考虑到水星比地球还小，这个值（由于水手10号探测器而闻名）仍然令人惊讶。

图6.汞-地球比较。资料来源：维基共享资源。NASA水星图片：NASA / APL（来自MESSENGER）

在地球内部，压力较高，因此物质受到了额外的压缩，从而减小了体积并增加了密度。如果不考虑这种影响，水星就是已知密度最高的行星。

科学家认为，这是由于重元素含量很高。铁是太阳系中最常见的重元素。

通常，汞的成分估计为70％的金属含量和30％的硅酸盐。其数量包括：

-钠

-镁

-钾

-钙

-铁

气体中包括：

-氧

-氢

-氦

-其他气体的痕迹。

水星中存在的铁是其核心，其含量远远超过其他行星所估计的含量。而且，水星的核心相对来说是太阳系中最大的。

另一个令人惊奇的地方是两极冰的存在，其中也覆盖着深色有机物质。令人惊讶的是，行星的平均温度很高。

一种解释是，水星的两极始终处在永远的黑暗中，被高耸的悬崖所保护，这些悬崖防止了阳光的到来，并且还因为旋转轴的倾角为零。

关于其起源，据推测水可能已经到达了彗星带来的汞。

内部结构

像所有地球行星一样，水星上有三个特征结构：

-中心的金属芯，内部牢固，外部熔化

-称为地幔的中间层

-外层或硬皮。

地球具有相同的结构，不同的是，水星的核更大，按比例来讲：该结构占据了地球约42％的体积。另一方面，在地球上，核仅占16％。

图7.水星的内部结构与地球相似。资料来源：NASA。

如何从地球得出这个结论？

通过MESSENGER探测器进行的无线电观测发现了水星上的重力异常。由于重力取决于质量，因此异常提供了有关密度的线索。

水星的重力也显着改变了探测器的轨道。除此之外，雷达数据还揭示了行星的进动运动：行星的旋转轴具有自己的自旋，这是铸铁芯存在的另一个迹象。

总结：

-引力异常

-进动

-“信使”轨道上的变化。

这组数据，加上探针设法收集的所有数据，都与内部存在大而坚固的金属芯以及外部存在铸铁的情况相吻合。

水星的核心

有几种理论可以解释这种奇怪的现象。其中一位坚持认为，水星在其幼年时期遭受了巨大冲击，摧毁了新形成的行星的地壳和部分地幔。

图8.地球和水银的比较部分，显示了各层的相对大小。资料来源：NASA。

比核心轻的材料被扔到太空中。后来，地球的引力拉回了一些碎片，形成了新的地幔和薄的地壳。

如果一个巨大的小行星是造成这种撞击的原因，那么它的材料可以与水星的原始核心相结合，从而使其具有今天所拥有的高铁含量。

另一种可能性是，自诞生以来，行星上就一直缺乏氧气，因此铁被保留为金属铁而不是形成氧化物。在这种情况下，核的增厚是一个逐渐的过程。

地质学

水星多岩石，沙漠多，平原覆盖着撞击坑。一般而言，其表面与月球非常相似。

撞击次数表示年龄，因为坑口越多，表面越老。

图9. Dominici Crater（上方最亮）和Homer Crater在左侧。资料来源：NASA。

这些陨石坑中的大多数陨石坑可追溯到后期的轰炸时期，当时小行星和彗星经常撞击太阳系中的行星和卫星。因此，该行星在很长一段时间内一直处于无地质状态。

最大的火山口是卡洛里斯盆地，直径1,550公里。该洼地被形成盆地的巨大撞击所围成的2至3公里高的墙包围。

在卡洛里斯盆地的对立面，即在行星的另一侧，由于在行星内部传播的冲击过程中产生的冲击波，表面破裂。

图像显示出陨石坑之间的区域是平坦的或平缓起伏的。水星在其存在的某个时刻具有火山活动，因为这些平原可能是由熔岩流形成的。

水星表面的另一个显着特征是无数长而陡峭的悬崖，称为悬崖。这些悬崖一定是在地幔冷却过程中形成的，当其收缩时，会导致地壳中出现许多裂缝。

汞在收缩

太阳系中最小的行星正在缩小尺寸，科学家们相信这是因为它不像地球那样具有板块构造。

构造板块是一块地壳和地幔的大块，漂浮在软流圈上方，属于软流圈，属于软化层。这种移动性为地球提供了缺乏构造论的行星所没有的灵活性。

水星在一开始的时候就比现在热得多，但是随着冷却，它逐渐收缩。一旦冷却停止，特别是核心冷却停止，行星将停止收缩。

但是，在这颗行星上引人注目的是它发生的速度，对此尚无一致的解释。

水星任务

直到70年代，它是对内行星的最少探索，但此后又进行了几次无人飞行任务，这使这个令人惊讶的小行星有了更多的了解：

水手10

图10. Mariner 10.来源：Wikimedia Commons。锅

从1973年到1975年，美国宇航局的最后一个水手探测器三度飞越水星。它成功地绘制了近一半的表面，仅在太阳照射的一侧。

随着燃料的消耗，水手10号漂流了，但它提供了有关金星和水星的宝贵信息：图像，磁场数据，光谱学等等。

信使（汞，表面，太空环境，地球化学

该探测器于2004年发射升空，并于2011年成功进入水星轨道，因为水手10号只能飞越地球。

他的贡献包括：

-表面的高质量图像，包括未照明的一面，类似于因Mariner 10而已知的一面。

-使用各种光谱技术进行地球化学测量：中子，伽马射线和X射线。

-磁力计。

-用紫外，可见光和红外光进行光谱分析，以表征大气并对表面进行矿物学制图。

MESSENGER收集的数据表明，水星的活动磁场与地球一样，是由原子核的液体区域产生的发电机效应产生的。

它也确定了水星大气层的组成，它是水星大气的非常薄的外层，由于太阳风的作用，它的尾巴形状奇特，长200万公里。

MESSENGER探测器于2015年坠毁，撞向了行星表面，从而结束了其任务。

贝比科伦坡

图11.意大利天文学家朱塞佩（Bepi）可伦坡。资料来源：维基共享资源。

该探测器是由欧洲航天局和日本航天探索局于2018年发射的。它以纪念研究水星轨道的意大利天文学家朱塞佩·科伦坡（Giuseppe Colombo）的名字命名。

它由两颗卫星组成：MPO：水星行星轨道器和MIO：水星磁层轨道器。预计它将在2025年到达水星附近，其目标是研究地球的主要特征。

BepiColombo的一些目标是带来有关水星引人注目的磁场，行星的质心，太阳引力对行星的相对论影响以及其内部特殊结构的新信息。

参考文献

1. Colligan，L.2010。太空！汞。马歇尔·卡文迪许基准。
2. Elkins-Tanton，L.2006。太阳系：太阳，水星和金星。切尔西之家。
3. Esteban，E。Mercury难以捉摸。从以下网站恢复：aavbae.net。
4. Hollar，S.太阳系。内行星。大不列颠教育出版社。
5. 约翰·霍普金斯大学应用物理实验室。信使。从以下地址恢复：messenger.jhuapl.edu。
6. 汞。从以下网站恢复：astrofisicayfisica.com。
7. 锅。《火与冰》：《信使》太空飞船发现的东西摘要。摘自：science.nasa.gov。
8. 种子，M.2011年，《太阳系》。第七版。圣智学习。
9. Thaller，M.美国宇航局发现警报：仔细观察水星的自旋和引力，揭示了行星的内在固体核心。从以下网站恢复：solarsystem.nasa.gov。
10. 维基百科。汞（行星）。摘自：es.wikipedia.org。
11. 维基百科。汞（行星）。摘自：en.wikipedia.org。
12. 威廉姆斯，水星的轨道。水星一年有多久？从以下网站恢复：Universetoday.com。