水星是太陽系中最小的行星,與地球的月亮極為相似。像其他三個陸地行星一樣,水星包含一個被地幔和地殼包圍的核心。但是水星的核心構成了太陽系中其他星球的一部分,暗示著一個混亂的開端。
水星的表面
水星 的第一批圖像顯示了一個隕石坑,巖石般的行星,與地球的月球非常相似。在巖石行星形成之後不久,太陽系的早期是暴力的,不斷的碰撞,並且水星條件保留了許多這些影響的證據。
當NASA的MESSENGER軌道器在2008年訪問這個星球時,它成為第一個瞥見Caloris盆地全面擴散的太空船,這是太陽系中最大和最年輕的撞擊特徵之一。火山口橫跨地球表面延伸約960英裡(1,550公裡),周圍環繞著1.2英裡(2公裡)高的山脈。圍繞盆地邊緣的火山口表明火山活動有助於塑造這個小小的世界。
火山活動的其他證據包括幾個平原,這些平原在一些第一個隕石坑上平滑。大多數平原都被隕石坑覆蓋,這表明火山活動早就發生了。然而,MESSENGER發現許多隕石坑的地板已傾斜,卡洛裡斯盆地的部分地板已經高出其邊緣。這一發現表明水星在出生後仍保持活躍狀態。
「今天水星仍然活躍並不是不可能的,儘管我注意到這不太可能,」麻省理工學院的行星科學家Maria Zuber 在2012年告訴Space.com。「當然,我們沒有觀察到主動噴發或擠壓。」
水星最年輕的影響盆地之一拉赫瑪尼諾夫只有大約10億年的歷史。(290公裡)直徑的峰環衝擊盆地在其地板上有光滑的平原,暗示著熔巖流。地球上的最低點位於盆地內。
「我們將這些平原解釋為我們在水星上發現的最年輕的火山沉積物,」加利福尼亞噴氣推進實驗室的MESSENGER副項目科學家Louise Prockter在2010年表示。
雖然地球上的溫度可以高達801華氏度(427攝氏度),但信使號在一些極地隕石坑的陰影部分的表面上發現了水冰,太陽沒有到達。 根據美國國家航空航天局的說法,一種神秘的黑暗有機物覆蓋了一些冰,讓科學家感到困惑。
除了證明這個星球的早期火山活動之外,光滑的平原還顯示出皺紋脊的證據,這些皺紋是在行星擠壓在一起時產生的。這種情況很可能發生在內部冷卻時。儘管太陽系中的物體之間存在一些壓縮現象,但水星在其自身拉得更緊的情況下的壓縮是最重要的。科學家們估計,隨著溫度下降,行星半徑縮小了0.6到1.2英裡(1到2公裡)。
像水星這樣的小身體在最好的情況下很難保持氣氛。由於水星和太陽之間的距離很近,水星也會感受到太陽風的衝擊,太陽風不斷掃除地球確實聚集的稀薄氣氛。只有最不可忽視的大氣,夜晚和白天的溫度差別很大。
薄的大氣層允許大多數宇宙射線轟擊行星,從位於表面的元素剝離中子。MESSENGER研究了材料,並發現了鉀和矽的痕跡,表明元素位於行星表面。
水星的地殼可能非常薄,比地球的更薄。外殼厚度僅約300至400英裡(500至600公裡)。
這個星球沒有板塊構造,這是坑窪表面保存數十億年的部分原因。
問題的核心
雖然它是最小的行星,但水星是第二個最密集的行星,僅由地球填充。科學家們用計算的密度來確定水星是否含有大的金屬核心。半徑為1,100至1,200英裡(1,800至1,900公裡),核心佔地球半徑的85%左右。 從地球拍攝的雷達圖像顯示,核心是熔融液體,而不是固體。
水星的核心比太陽系中的任何其他行星都含有更多的鐵。科學家認為這與它的 形成 和早期生活有關。如果行星快速形成,不斷升高的太陽升溫可能會使大部分現有表面蒸發,只留下薄殼。
另一種選擇是,在太陽系暴力混亂的初期,更大的水星在其早期生命中被擊中。這種影響可能會剝奪它的大部分外殼,留下一個太大而不能留下行星的核心。
水星的鐵芯產生的磁場強度約為地球的1%。該場非常活躍,經常與太陽風相互作用,並將等離子體從太陽匯集到地球表面。從太陽風中捕獲的氫和氦有助於創造水星稀薄氣氛的一部分。
通過精確跟蹤信使,科學家們能夠測量行星的引力場。他們確定巖石世界有「mascons」,與大型衝擊盆地相關的巨大引力集中。
「它們最初是在1968年在月球上發現的,並且在阿波羅計劃中引起了很大的問題,因為它們拖著低軌道太空飛行器並導致導航困難,」Zuber說。
「隨後,在火星上發現了mascons,現在我們發現水星有它們,因此它們似乎是陸地行星體的共同特徵。」
但這個星球有其自身的差異。最近對其磁場的測量發現,其北半球的強度比南半球強三倍。研究人員使用這種奇怪的偏移來創建核心模型。
地球的鐵芯有一個內部固體區域和一個外部液體部分。隨著內核的增長,它提供了地球磁場背後的能量。但是這顆行星奇怪的磁場表明鐵在核心的外圍從液體轉變為固體。
加州大學洛杉磯分校教授克里斯多福羅素在一份聲明中說:「這就像一場暴風雪,其中積雪形成於雲層頂部,雲層中部和雲底部。」
「我們對水星磁場的研究表明,在這種為地球磁場供電的流體中,鐵正在下雪。」
兩個核心都包含較輕的元素以及鐵,從而防止整個磁場固化和供電。整個事物很可能被鐵和硫的堅固殼覆蓋,產生了其他陸地行星上不存在的分層效應。