本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文
作者：文/虞子期
作為與太陽距離最近的行星，在圍繞太陽旋轉的速度這個維度上，水星比任何其他行星都更快。眾所周知，水星是太陽系的八大行星中最小的一顆，其低表面重力的特徵，讓氣氛的保持成為了一種挑戰。雖然它並不是太陽系中溫度最高的行星，但也足以使其無法維持穩定的大氣層環境，並且，它的氣氛甚至比我們熟知的火星還要薄。這個太陽系中最小的行星，比我們地球的月亮略大，由於撞擊物沒有受到氣氛的幹擾，因而這個星球上也布滿了大大小小的隕石坑，並且，其中的淺隕石坑可能會隱藏厚厚的冰水。
與此同時，除了太陽系中的地球之外，水星也是唯一具有顯著磁場的行星，儘管它的磁場強度還不到地球的1%。我們地球上的生命之所以能夠得以生存，其中很大的一個因素就是地球的磁層，是它讓我們免於遭受大量的宇宙輻射和太陽輻射。通常情況下，我們都將行星的磁場定義為，金屬核心中流體運動所導致的一種現象，而環繞行星的磁層就是通過磁場創造出來的。那麼，水星這個確認可通過熔融核心產生磁場的星球，到底具有怎樣的氣候和天氣？而它的神秘磁場，又是否會因為時間的推移而發生變化？
水星是太陽系中最奇怪的星球之一
水星以每小時180000公裡的速度繞太陽運行，只需要接近88個地球日便能完成一次完整的軌道運行，這個速度快於太陽系中的其他所有行星。水星的質量一直在減小，其核心的冷卻導致了凝固、以至於行星的體積變小，這不僅體現在它過去已經失去的部分，直到今天也仍在持續縮小。在其充滿褶皺的表面，形成的懸崖和大峽谷，可綿延數百英裡的長度。水星也是在地球之後，太陽系中第二密集的行星，它擁有一個龐大的金屬核心，佔據星球直徑的75%左右，達到了3600到3800公裡寬，這個龐大的核心，以及豐富的元素結合都讓我們感到困惑不已。
雖然水星並不是太陽系中溫度最高的星球，但由於該星球並沒有足夠的大氣氛圍來吸收熱量，以至於其表面溫度依然達到了450攝氏度左右，而它的夜間溫度可低至零下170攝氏度，其超過600攝氏度的溫度波動成為了太陽系之最。水星並不具有充實的大氣層，而是一個超薄的外層，主要由太陽風、太陽輻射、微流星體撞擊其表面是所噴出的原子構成，總是快速從水星外層逃離到太空的它們，就這樣形成了一個粒子的尾巴。由於水星的軌道距離太陽只有幾百萬英裡，這導致了該巖石行星總是不斷地遭受到太陽天氣的轟擊，比如從該恆星吹來的快速移動的風，會讓水星的表面受到這些帶電粒子的撞擊。
我們可以在水星的表面看到諸多隕石坑，而它們都是太陽系早期充滿暴力的最佳證據，比如，大約40億年前，水星被一顆100公裡左右寬的小行星撞擊，留下了一個大約1550公裡寬的撞擊坑。並且，科學家們在觀察14000個隕石坑之後發現，原來，在水星兩極附近的地表之下，竟然有厚厚的水冰沉積物存在，並且，這裡的水冰結構似乎更加混亂而複雜。為了對水星隕石坑中的水冰有更好的理解，科學家們將它與月球類似位置的水冰進行了比較，並在這個過程中發現這些隱藏了厚厚冰塊的隕石坑，只是它們並沒有比水星上的其他隕石坑更淺。
水星的磁場是否隨著時間而改變
為了更好的理解磁場的演化過程，以更多地了解太陽系行星的不同階段，人類不僅需要對地球的磁場有清晰的認知，同時還需對地球以外的行星進行磁場方面的研究。水星磁場的歷史大約已有將近40億年，儘管這個類似於地球的磁場格外微弱，但這並不影響科學家們對水星磁場進一步探索。科學家們在之後的研究中發現：水星的極地位置與其古老的磁極相距甚遠，也就是說，水星的磁極在這個維度其實也跟地球一樣，它們都會因為時間的遞進而發生一些微妙的變化，而水星磁極相關的內容，遠比我們之前預想的更加複雜。
雖然水星的磁場會隨著時間而發生變化，但它卻並不是太陽系行星中的特例，通常情況下，科學家們都是通過巖石行星來研究磁場的演化。比如，就我們所生活的地球而言，它每年的北磁極大約都會漂移10到15公裡左右，並在過去的大約45億年時間裡，實現了磁場取向翻100倍以上。或許你有所不知，磁場在巖石冷卻時的狀態可以通過冷卻熔巖形成的火成巖來記錄，如果它們都是磁性材料，那麼核心區域便會與冷卻的磁性材料對齊，這個過程被科學家們稱為熱永久磁化，而地球的最後一次磁場反轉時間，則通過對火成巖的分析確認為大約78萬年前。由於尚未收集到其他行星的巖石樣本，因而科學家們對於月球和地球磁極變化的研究，成為了行星體磁極變化僅有的少數案例，只有永久磁化的巖石，才能幫助我們找到那些過去的線索。
過去，我們沒能實現對水星的低空觀察，難以對其地殼磁場進行研究，直到宇宙飛船MESSENGER於2015年降落到行星表面，才得以在三個月的時間裡，收集到關於水星低空的重要信息。在之後的時間裡，科學家們通過其中的一些信息，了解到水星地殼磁化的諸多細節，並通過那些位於不同位置的地殼區域，對古老水星的「核心磁結構」進行了推斷。在太空飛行器收集到的低空檢測數據中，存在著不同於大部分地形、具有磁性特徵的古老隕石坑，它的形成時間大約為38到41億年前，或許可以為水星上的古生物提供一些重要線索。並且，該隕石坑或許存在著熱永久磁化巖石，在材料凝固之後保留了行星磁場的位置和方向。
為了準確的模擬古代水星磁場，科學家們使用了飛行北半球部分地區時收集到的測量數據。通過數據的篩選和分析，科學家們意外發現水星的磁場，竟然與之前對它的認知有所不同，其古代磁極和該星球目前的地理南極相距甚遠，以至於其可能會隨著時間的推移而發生一些微妙的變化。科學家們曾預估這些極點的主要聚集地，是該星球北部和南部的兩個距離旋轉軸更近的點上，但實際探索中的極點卻都是在南半球被發現，並且呈現出了隨機分布的狀態。正因為磁北極和地理南極並沒有對齊，所以表明了該星球的偶極磁場已經產生了移動，這同時也說明了，水星磁性的演化和其他行星（包括地球）存在著一些明顯的不同。