探測器列傳：19.水星一日

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好啦，廣告做完啦，咱們還是書接上文。上文書講到水手10號透過特殊的軌道3次掠過水星，拍攝了大量的照片，而且還發送回了大量的資料記錄。我們人類第一次和距離太陽最近的水星有了一個親密的接觸。要知道，水星太靠近太陽了。探測器從地球飛進內太陽系是一個勢能減少，動能增加的過程，因為要減速就太難了，所以這一次水手10號還專門利用路過金星的機會實現了拐彎和減速。這個軌道設計的十分巧妙。

水手10號拍攝的水星

不過呢，水手10號僅僅掃描了水星表面的45%，還有大片地區沒有掃到。而且解析度也不行。一個畫素對應著地表的20公里見方。精細掃描的影像，一個畫素代表140米見方。測量的其他資料，精確度也不算高，但是在當時來講，也已經很可貴了。最起碼確定了幾點，首先就是水星的密度大得嚇人。這說明水星有一個非常大的鐵質核心。

我們內太陽系有4顆岩石行星。地球是最大的一個，密度達到5.51克/立方厘米，排第二的就是水星，密度達到5.43，接下來是金星，密度是5.24，火星就小的可憐，只有3.93。地球上密度最大的岩石是榴輝巖密度大概是在3.6~3.9之間。大理石的密度只有2.5左右，和玻璃差不多。所以石頭看上去很重，其實密度並不算大。

所以啊，這些星球的密度普遍比石頭大，這就說明，岩石星球的核心具有密度更大的鐵鎳成分，這樣就辦平均密度給拉大了。金星只比地球小一點，直徑是地球的95%，如果等比例縮放，總質量應該是地球的85%，但是金星的總質量只有地球的81.5%，所以金星比地球的密度略略小了一點。這是為啥呢？道理很簡單，地球的引力大，因此就有能力把自己的這個球捏得更“瓷實”一點，密度也就大了一點。

水星的核心顯得非常大

水星比火星還小，密度卻比火星大得多，這就顯得有些奇怪了，這說明水星擁有一顆大得出奇的鐵鎳核心，這個巨大的核心佔了總質量的60%，跟月亮差不多大，外邊再包上一層700公里厚的岩石層。這就是水星的基本結構。

上一次我們也講過，水星的磁場非常弱，大約是地球的1%，但是水星的磁場卻是一個比較標準的偶極場，也就像條形磁鐵一樣，擁有比較對稱的南北極。這麼規範的磁場，必然是由於核心還能像發電機一樣旋轉，這說明水星的核心必然含有液態分層。

我們知道行星的核心都是一個高溫高壓的世界，高壓傾向於把核心變成固體，高溫傾向於把物質熔融成液體。在地下高溫高壓的環境，究竟是那種因素佔了上風，那就不一定了。所以行星的核心往往是分層的，水星核心也不例外。核心的外部是熔融狀態，但是內部就是固態了。

夏天你有沒有用模具凍過冰塊？我就有一個橡膠的模具，可以凍出一個大冰球。凍好了拿出來以後，為了把模具掰開，我先得讓這個冰球表面融化一點，這時候，就明顯能感覺到，冰球和模具之間有一層化掉的水，搖一搖還能感覺內部冰球在旋轉晃動。水星的核心大概就是這個樣子。核心轉動就導致了水星產生了磁場。

正因為水星的核心大得不成比例，因此才有人懷疑，水星是一顆更大行星的核心，後來在撞擊之下，岩石外殼被炸飛了，最後是一層薄薄的碎渣子包裹在鐵鎳核心之上，才形成了如此薄皮兒大餡兒的水星。不過呢，這個猜想也有問題。如果當年岩石外殼被炸飛了，和現在水星表面的岩石成分對不上。

原行星盤

當然啦，最新的研究提出了一個新的設想，太陽系形成的時候，來自於一大團的塵埃和雲氣，在引力作用下開始收縮。中間凝聚出一個巨大的氣球，這就是太陽。周圍繞著旋轉的塵埃和氣體形成了各種行星。這個過程，物質也是分層的，越是靠近太陽，密度大的塵埃顆粒就越多，揮發性的物質就越少。所以在靠近太陽系的地方形成了岩石行星。但是這個過程之中，我們不能忽視太陽磁場的作用。磁場也會吸引含磁性的鐵鎳礦物，把這些物質聚集到太陽附近。越是靠近太陽，這些物質就越多。因此水星形成那麼重的一個核心也是理所應當的。

當然啦，要驗證這個理論，就必須找到另外一個太陽系，看看靠近它們那個太陽的是不是也有密度很大的岩石行星存在。這些事兒，只能留給科學家去處理了。現在也還沒有定論。

既然水星的核心如此之大，而且時至今日依然還有活力，還沒有冷凝，想來在水星曆史上，火山爆發是很多的。但是水手10號發現水星表面坑坑窪窪的，既然經常火山爆發，為啥看不到岩漿溢流造成的大面積平原呢？這讓科學家門困惑不解。後來才發現，這是一場誤會，純粹是因為解析度比較差，照片比較糙，很多平原看不出來。日後信使號探測器發回來高畫質晰度照片，就會發現水星上岩漿平原其實比比皆是。

穿過環形山的懸崖必定是撞擊以後產生的

當然，水星按理說沒有多少板塊運動，但是水星表面有長長的條紋，這些條紋甚至可以長達幾百公里，有的是懸崖，有的是深溝，有的是一條鼓起來的山脊。圓形的火山口很好理解，就是火山噴發造成的額，隕石坑也很好理解，就是隕石砸的。這些溝溝坎坎是怎麼來的呢？

所以，科學家們推測，這些溝溝坎坎都是因為水星在收縮，導致表皮上出現了皺紋。按照水手10號傳送回來的資料，水星一邊冷卻一邊收縮，直徑起碼少了2公里多。根據後來觀測的資料，哪裡是2公里多啊，水星的直徑起碼縮小了11公里，難怪表面有那麼多皺紋呢。

水星表面的溫差很大，曬太陽那一面溫度甚至可以飆升到450度，背面可以冷到零下212度。按理說，水星表面是不可能存在水的，但是，水星南北極有些隕石坑的坑底永遠也曬不到太陽，所以有可能存在水冰。反正科學家用雷達波探測水星的南北極，發現了很強的回波訊號，到在這些隕石坑的底部有些啥，我們現在也不知道，但是這個現象很不尋常。

對了，說到雷達波，科學家們還用雷達波探測到了水星的自轉速度，因為雷達波訊號被水星旋轉的表面所反射，造成多普勒頻移，從這個訊號就可以計算出水星的轉速。過去大家認為，水星應該被太陽潮汐鎖定了，也就是一個面永遠朝著太陽。自轉週期和公轉週期應該保持一致，是88天。但是科學家們透過對雷達波的研究，發信啊水星的自轉週期是59天，而不是88天。也就是說，水星的自轉週期和公轉週期呈現3:2鎖定。自轉3圈，公轉2圈。

雷達回波和轉速的關係

我們地球自轉一圈只要一天，水星卻需要59天，而且自轉週期和公轉週期相差不大，因此水星上的日出日落可不是自轉一圈的時間，而是足足88個地球日。而且水星的軌道偏心率也很大，這種特性也就造成了非常極端的現象。比如你就站在卡路里盆地之中，太陽剛從盆地邊上爬上來的時候，看上去不算大。儘管如此，也比地球上看大兩倍多了。

然後呢，太陽就會逐漸的變大，執行逐漸變慢，中午時分，太陽就停留在了卡路里盆地的正上方，幾乎停住不動了。執行速度極慢，這時候的太陽幾乎有臉盆那麼大，卡路里盆地的溫度越來越高，甚至可以達到420度以上。岩石縫隙裡甚至會冒出極少量含有鉀和鈉的氣體。然後呢，太陽逐漸越來越斜，也越來越小，最後逐漸落山了，卡路里盆地突然陷入一片黑暗。

水星上沒有大氣層，也就不存在什麼晚霞餘暉，要黑就是突然變黑的。從日出到日落，足足88個地球日。水星的自轉軸差不多垂直於自己的軌道面，因此水星幾乎沒有什麼四季交替，陽光直射點幾乎不會南北移動，總是停在赤道附近。卡路里盆地因為恰好總是在陽光直射點上，也因此變成了一個極端暴熱的地方，大家知道為啥叫卡路里盆地了吧，卡路里不就是熱量的意思嘛。

卡路里盆地的直徑達到1500公里

總之水星是一顆非常奇特的行星。人類拜訪水星的機會非常少，所以這麼多年來，進展也不是太大。

好啦，我們還是扯回來，蘇聯人在火星探測器遭遇到一連串麻煩的情況之下，還是把工作重點轉移到了金星探測上。你別說，蘇聯人在金星探測上成功率還是蠻高的。1975年6月份，蘇聯接連發射了金星9號和10號探測器。到了10月22號，金星9號發動機制動點火成功。進入了環繞金星執行的軌道，繞一圈需要48.3個小時。由此，金星9號成了第一個進入環繞金星執行的探測器。

金星9號軌道器上邊裝了照相機，拍了7張金星雲層的紫外影像。前前後後一共拍了17張照片，解析度達到了6.5公里。探測器上的其他儀器還研究了雲層的性質，發現金星的雲層起碼分3層。距表面50公里以下為下層，除了有二氧化碳和水蒸氣外，還有氫氟酸。距星面50～100公里高度就是最濃密的雲層了，也最亮，主要由硫酸液滴組成，還有少量鹽酸、氫氟酸和氟硫酸等等，反正都不是好惹的玩意兒，把你的衣服燒幾個大洞是沒問題的。距星面100～500公里就是上層稀薄大氣了，在太陽風、宇宙射線這些高能帶電粒子的作用下被氣體被電離而形成電離層。

所以，金星大氣也是有電離層的，金星幾乎沒有磁場，但是太陽風帶電粒子和金星的電離層相互作用，居然也搞出了一個離子尾。這一點倒是比較奇特。

金星9號的著陸器落地過程

金星9號還釋放了一個著陸器，這一次著陸器也沒有掉鏈子，這個著陸器以20~30度的角度一頭扎進了金星大氣，著陸器大開了3個直徑2.8米的小降落傘，進過20分鐘的氣動減速，著陸器就把降落傘給扔了。著陸器本來是個球形，現在把外殼拋棄了。內部的探測器下面伸出幾個支架，這是用來緩衝用的。頂上有一個圓形的寬邊草帽一樣的結構，用這個東西來減速就足夠了。

因為金星大氣足夠稠密，探測器的落地速度也不算快，當然啦，這個著陸器為了拍照光線好，必須在金星的亮面著陸，但是地球上恰好看不見，無線電訊號就必須靠軌道器來轉播。從進入大氣層到著陸以後的所有資料都要發給金星9號軌道器。軌道器把這些都錄到磁帶上，等飛到能看見地球的位置，再用無線電訊號傳送回地球。

金星9號傳回了第一張金星表面照片

在著陸器落地以後，在高溫高壓環境下，探測器足足撐了53分鐘，探測器內部的溫度飆升到了60度，儀器停止工作，這傢伙已經算是夠堅挺的了。探測器從金星表面傳送回了第一張表面照片，本來應該是360度全景，但是因為有一個攝像管蓋子沒開啟，所以只拍下來180度，儘管如此，也已經是人類的一次突破了。

從照片上看，著陸器落在了一個斜坡上，整個有探測器傾斜了15~20度。周圍有很多大石頭，測一測這些石頭的密度，大概是2.8克/立方厘米。應該說玄武岩。而且著陸器上的放射性探測器也檢測到了石頭的放射性，沒錯，應該就是玄武岩啦。玄武岩在太陽系已經司空見慣，到處都有這東西。這些岩石看上去沒有什麼歲月的滄桑，應該都很新的。這說明，降落地點是一個地質活躍的山地。

金星9號著陸器的藝術繪畫

3天以後，金星10號也到了。這個探測器也很順利。軌道器進入了環繞金星的運轉軌道，同時釋放了著陸器，著陸器降落在了距離金星9號著陸器2200公里的地方，周圍也都是大石頭，這個著陸器足足堅持了65分鐘，360度的全景相機也是有一個鏡頭蓋沒開啟，只能拍180度的照片。看來這個一批相機品控有問題，都有缺陷，而且還是同一個缺陷。

蘇聯人根據上次金星8號的經驗，陽光大部分都被雲層反射了，能夠照射到地面的，只有5~10%，所以蘇聯人在著陸器上安裝了照明燈，蘇聯人想的還是挺周到的。不過呢，這一次太陽角度比較高，光照還算充足，也就是說不開燈也能拍清楚。

金星10號著陸發回的照片

不管怎麼說把，蘇聯人終於搶在美國人之前，把探測器扔到了另一顆行星的表面。蘇聯人探測金星總是比探測火星做得更好。有可能是因為金星有稠密的大氣，減速比較省事。如果是像月亮這樣，完全沒大氣，索性從頭到尾都用火箭反推，那倒也簡單。

火星就太麻煩了，儘管火星大氣稀薄，你也依然不能當它不存在。但是你要說它頂用吧，它是真的不頂用。反正是降落傘和反推火箭全都要用。這兩者之間的銜接問題就很麻煩，容易出么蛾子。

金星9號和10號的軌道器還聯合對金星表面進行了雷達掃描。只有靠雷達才能穿透層層迷霧，看透金星表面的各種地形。但是這只是實驗性質，掃描範圍並不大，但是解析度還不錯，跟地球雷達衛星的掃描精確度差不多。這兩個探測器對金星上一個寬200公里，長1200公里的區域進行了一維掃描。金星10號還對5個小區域進行了2維掃描，可以形成長條狀的雷達影像，金星的地形起伏可以看得清清楚楚。這就為日後解開金星溫室效應為什麼失控這個迷提供了線索。

3個月後，因為無線電故障，這兩個探測器就和地球失去了聯絡。金星9號和10號的任務就此結束。