水星真面目:除地球外唯一擁有磁場的巖石行星
2020-12-08 中國青年網水星的形成
水星的兩個半球
水星地表的撞擊坑，熔巖平原和斷層峽谷
除此之外，信使號探測器對水星地表的詳細觀測也更新了我們對於水星歷史的觀點。天文學家此前或多或少的認為水星在過去的數十億年間是基本沒有發生過變化的，而只是在接近太陽的軌道上靜靜地接受著高溫的炙烤。而現在我們了解到，這顆行星曾經經歷過狂暴的歷史。
保羅·拜恩（Paul Byrne）是設在美國德克薩斯州休斯敦的月球與行星研究所（LPI）的一名信使號項目組成員。他指出：「水星早期歷史上可能曾經存在過劇烈的火山活動。」
水星上過去曾經存在火山活動的證據是顯而易見的。水星地表有許多線性構造，這是水星地表曾經發生開裂的證據。信使號還觀測到長達25公裡的火山巖漿管道，這是當年流動的巖漿在水星地表留下的痕跡。
這樣的火山活動一直持續到大約10億年前才逐漸平息下來——持續時間之久，結束時間之晚出乎意料！拜恩表示：「我們原先以為水星上所有的地質活動基本在40億年前就已經完全停止了。」
甚至還有證據顯示水星上存在溢流型巖漿噴發。大量巖漿湧出地表，覆蓋了廣泛的區域，其中規模最大的一次發生在水星的北半球極地區域附近，該區域現在被稱作「北部火山平原」（Northern Volcanic Plain）。這一巨大的巖漿平原佔據了水星地表總面積的大約6%。
湧出地面的大量巖漿掩蓋了此前存在的大量撞擊坑，其中一些被熔巖覆蓋的隕坑現在仍然能夠隱約看得到，但也只能大致分辨出其外部邊緣，因而它們被稱作「幽靈隕坑」（ghost craters）。
但讓人感到奇怪的是，大部分的水星平原區域的年齡都非常接近，這就意味著它們都是在大致相同的時間內形成的。
拜恩表示：「最後一次大型巖漿平原形成過程是一次性完成的。這就意味著巨大的熱量，只有這樣才能導致如此巨量的巖漿一次性湧上地表。」
今天的水星上已經不存在火山活動。這是因為曾經驅動了水星火山活動的內部熱量已經逐漸冷卻下來了。
而由於這一冷卻過程，水星整體會發生收縮。大約40億年前，當水星地殼最初形成之時，水星的半徑要比今天大7公裡左右。水手10號飛船拍攝的圖像上已經可以識別出這一現象的最初跡象，但信使號飛船傳回的數據表明這樣的冷卻收縮程度要比科學家們原先想像的更加嚴重。
然而儘管存在這樣的冷卻和收縮，水星的內部卻並未完全冷卻下來，其仍然保有著足夠的熱量能夠產生其他類似大小的天體不敢奢望的東西：磁場。
水星磁場
信使號墜毀地所在的水星表面區域
左圖：信號好拍攝的第一張水星圖像；右：信使號拍攝的最後一張水星圖像
在太陽系中水星是除了地球之外唯一一個擁有全球性磁場的巖石行星——儘管它的磁場強度還不到地球磁場強度的1/100。有證據顯示火星在過去也曾經擁有過一個全球性的磁場，但隨著行星的整體冷卻，火星磁場已經消失了。
地球的磁場是由地球內部的高溫液態金屬內核轉動產生電流所驅動的。而信使號的考察結果認為水星磁場的產生機制也應當與此類似。
但這裡也存在一些令人感到奇怪的地方——水星的磁場並非以水星的核心為中心，而是存在大約相當於其半徑20%的偏離。
據所羅門博士的說法，這一現象時此前所有的模型模擬中從未預料到的情況。他說：「我們此前認為水星磁場可能就是縮小版本的地球磁場。」
但現在看來，我們此前的想法出錯了，水星的磁場是獨特的。從某些角度上來講，這一小插曲只能證明我們對於行星磁場形成機制的無知。我們事實上並不清楚行星究竟如何產生出磁場，我們也不知道早期地球的磁場是何種模樣。
今天的地球磁場是以地球內核為中心的，於是物理學家們便據此認為所有的行星磁場都應該是這樣的。但或許這樣的看法是錯誤的。正如所羅門所言：或許早期的地球也曾經擁有一個與水星相類似的磁場。
在2015年，信使號項目團隊發現水星的磁場非常古老，它已經持續存在長達約40億年之久。加拿大不列顛哥倫比亞大學的凱薩琳·詹森（Catherine Johnson）和同事們檢查了水星表面帶有磁性的巖石，這些巖石記錄了水星磁場變化的歷史。
結果顯示水星的古代磁場強度要比現在強得多。其強度甚至可以與今天地球的磁場強度接近。詹森表示產生這一磁場的內在機制在行星歷史的早期可能與今天稍有差異，因而才能允許產生強度如此之高的磁場。
其他行星世界
與地球相似的，水星同樣大致形成於45億年前。然而這兩顆行星之間卻仍存在重大差異。而我們的鄰居金星和火星則在向我們訴說著完全不同的故事。
所羅門表示，天文學家們如此迫切想要了解水星的各項性質，他們的著眼點並非僅僅局限於水星本身。對於水星的考察將幫助我們了解各類行星作為一個整體的一些性質。
如果我們想要了解地球是如何形成的，我們就需要了解形成太陽系內所有其他行星的機制和過程。所羅門表示：「僅僅在我們的太陽系內部，形成類地行星的相同過程卻會產生出如此不同的結果。」
而同樣的情況也適用於對太陽系外行星的研究。截至目前科學家們已經發現超過2000顆系外行星，另外還有數以千計的目標等待被確認。如果我們能夠搞清楚行星形成的機制和過程，那麼我們就能夠更有把握的估算出在各種不同的情況下將會形成何種類型的行星。
舉例來說，地球表面巖石圈擁有不同的板塊結構，但水星卻只有一整塊的巖石圈。
造 成這種差異的原因在於，相比水星，地球擁有更多的內部熱量能夠用於驅動板塊的移動。因此，到今天，地球上仍然存在著火山與地震現象，地球是一顆充滿活力的 生機勃勃的星球。如果一顆系外行星擁有足夠的內部熱量能夠形成板塊構造，那麼它將更有可能產生類似地球的面貌。而如果它沒有足夠的內部熱量，那麼它的面貌 或許就會跟水星更為接近。
拜恩表示：「水星可以被作為開展系外行星研究時『單板塊』行星類型的原型代表，以便我們能夠基於今天對水星情況的觀察和了解，更容易地理解那些遙遠行星的地質學歷史。」
換句話說，我們並非僅僅在研究水星。我們可能實際上正在對數以千計的行星體開展研究，而其中的大部分我們還從未曾目睹，但通過對水星的考察和研究，我們將能夠了解有關這些未知世界的許多信息。（晨風）
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據《每日科學》網站報導，水星和地球一樣，都是擁有堅硬內核的巖石星球，但水星內部的不同構造令其產生了一個奇怪的磁場。 美國宇航局NASA的信使號（Messager）太空飛行器對水星的磁場進行了測量，為該研究提供了基本數據。之所以說水星磁場特殊，是因為北半球磁場幾乎是南半球的三倍。UCLA博士後學者Hao Cao是該項研究的主要負責人，他建立了一個模型以解釋水星的內核如何引發了這麼不尋常的磁場。 磁場圍繞在行星周圍，將太陽高能粒子屏蔽於其外，磁場的強度各有不同。 -
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