水星有水吗

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文/吴志敏

中国航天科技集团公司第八研究院高级工程师，研究员。现任上海市退（离）休高级专家协会电子信息委副主任。

水星有水吗？

在太阳系形成的过程中，行星是从太阳的“母体中子块”中飞散出来而形成的。最早飞散出来的行星自然排行老大，离太阳最远。以此类推，最后飞散出来的行星自然只能被称为“小弟”了。

探测水星的意义

在太阳系中，水星“出生”最晚，且最靠近太阳。

通过探测水星的体积大小、密度高低、物质组成、大气层状态、磁场分布等特性，可以发现太阳原初的“母体中子块”在飞散出“行星级中子碎块”的过程中逐步出现星球体积变小、频次变少的现象。水星诞生之后，太阳系中再也没有新的行星形成。深入探测太阳系中年龄最小、离太阳最近的行星，对研究太阳系的形成和演化过程意义重大。

水星的特性

水星主要由金属和硅酸盐组成，它的直径约是4 878千米，质量约是3.302×1023千克，密度约是5.427克/厘米3。水星的质量和密度都与地球接近且略小。相比太阳系小行星带外的几大行星，水星的物质特性较接近地球，地球是太阳系中物质特性最为丰富的星球，且拥有诸多的生命。然而，科学探测表明，水星上没有生命存在。由于水星距太阳最近，因而受到的太阳光照最为强烈，表面温度高达约430℃。

探索水星的历程

回顾历史，人类对水星的探索可以溯到几个世纪前。最初，人们观察和记录的是水星的运动轨迹。水星离太阳较近，因而观察较为困难。17世纪，伽利略通过望远镜首次观测到水星表面有几个明亮斑点。随着科学技术的发展，望远镜的口径越做越大，人类对水星的探测自然越发深入。20世纪中叶，航天技术得到快速发展，人们不再满足在地球上用望远镜观察水星，而是希望发射水星探测器实现近距离观测。

01

水手10号探测水星

1973年11月3日，美国国家航空航天局发射水手10号探测器（简称水手10号），先后对金星和水星进行了探测。水手10号是人类制造的首个飞向水星的探测器，它向地球传回了第一套详细数据，绘制了40%~45%的水星表面。水手10号探测发现，水星拥有的稀薄大气层主要由氦组成。

太阳引力巨大，水手10号在从地球飞向水星的过程中会受此影响加速。如果探测器飞行速度过快，将不利于对水星的观测。对此，水手10号选择飞掠观测，它每176天飞掠水星一次。水手10号共3次飞掠水星，合计拍摄2 800张照片。对它拍摄的照片进行分析后判定，水星表面存在大量的陨石坑和纵横交错的悬崖。探测结果还表明，水星拥有微弱的磁场，其强度约为地球的1%。

水手10号

图片来源：NASA/JPL

02

信使号探测水星

2004年8月3日，美国发射信使号水星探测器（简称信使号）。经过6年半的时间，它完成了长达79亿千米的旅程，于2011年3月18日首次进入水星的轨道。信使号的主要目标任务是探测水星表面的化学成分、地质历史、磁场性质、星球大小、状态测定以及水星外域性质等。

为了更好地完成水星探测目标任务，信使号携带了摄像机、磁力计、激光高度计、X射线分光仪、γ射线分光仪、高能粒子分光仪、大气和表面成分分光仪共7种科学仪器。早在1990年，天文观测到水星的某些亮区雷达反射率非常高，疑似存在水冰。通过信使号对水星地表近距离的详细观测及数据分析，科学家对水星的内部结构和地质活动有了深入充分的了解，最终证实水星极地地区存在大量的水冰。

2015年3月，信使号燃料即将耗尽，它已经围绕水星运行了4年。4月30日15点26分，信使号撞击水星，向大家告别。

2015年4月30日，信使号发送的最后一张图像

图片来源：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

03

贝皮科伦坡号探测器

为了进一步揭开水星的神秘面纱，2018年10月20日，法属圭亚那的库鲁航天发射中心发射了贝皮科伦坡号探测器（简称贝皮科伦坡号）。这是人类历史上第三次对水星进行探测。

贝皮科伦坡号是日本和欧洲联合开发的水星探测器，由两颗卫星组成，一颗是水星行星轨道器，另一颗是水星磁层轨道器。行星轨道器主要研究水星的表面特征和内部结构，磁层轨道器则主要研究水星的磁场和大气。这两颗卫星互相配合和补充，从不同的角度和距离对水星进行观测和分析，以期揭示水星的多面性和复杂性。它搭载了11台科学仪器，重点对水星进行观测和测量，收集有关水星表面、内部、磁场、大气等方面的数据。

贝皮科伦坡号预计于2025年12月进入水星轨道，此后将提供更多、更精确的关于水星的信息。

贝皮科伦坡号的监控相机1拍摄的照片

图片来源：ESA

当时，贝皮科伦坡号正在迅速靠近水星，距水星约121 000千米。

对水星的3次探测获得了相当的数据和图像，科学家通过这些逐步揭示水星的真实面貌，掌握其表面特征和内部结构的信息。随着科学技术的不断进步，人类对水星的探测也将越来越深入、全面。

人类对水星探测的步伐不会停止。未来，不仅将有环绕水星的探测器，而且会出现更新、更好的水星探测着陆器或地面探测飞行器。各类探测器上装载着先进仪器，将完成更全面、精确的水星地质勘探、水星磁场测量、水星大气成分分析等。

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《科学画报》2024年第7期