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
位於太陽系之中的水星，擁有很多標誌性的頭銜，比如，離太陽距離最近、軌道速度最快、表面溫差最大等，但這些都沒能影響它成為一顆令人難以捉摸的行星。它就像孩子一般地緊跟著自己的太陽母親，從地球這個角度來看，它們兩者總是處於大致相同的方向，如果不是在日食、黃昏和凌晨這樣特殊的時間節點，我們便無法看到水星的身影。儘管，它看上去只是一個逐漸收縮、且充滿金屬的微小星球，但卻無法忽視其對理解太陽系造成改變的可能性。那麼，水星到底具有哪些特殊的構造特徵，在其形成過程又經歷了怎樣的演變？
水星的坑窪表面揭示暴力的早期太陽系
事實上，就水星的外觀而言，它與我們地球的月亮存在一定的相似性，比如其表面所呈現出的大小不一的坑窪形態，便是該星球保留下的早期太陽系充滿暴力的證據。早前，科學家們就通過MESSENGER軌道飛行器探測了卡諾裡斯盆地全區域，即太陽系中面積最大、年齡最小的撞擊特徵之一。其周圍被大約2公裡高的山脈所環繞，且地面上火山口的延伸也達到了1550公裡左右，這個位於盆地邊緣的火山口，表明了火山在這個小世界的塑造過程中扮演著重要角色。
與此同時，在那些被飛行器發現的火山口中，有許多都出現了傾斜的情況，正如卡諾裡斯盆底的部分地面所呈現的那樣，其傾斜高度已超過它的邊緣。簡單來說，這樣的發現說明了水星當下的狀態仍然較為活躍，只是我們沒有在其噴發或擠壓的時刻正好觀察到。而水星上的最低點就位於拉赫瑪尼諾夫，這個大約只有十億年的年輕撞擊盆地上，其光滑的底部平原中還有熔巖流的存在。並且，在相對光滑的平原上呈現出 「皺紋脊」存在的痕跡，而這樣的特徵一般產生於行星擠壓在一起的時候。
雖然，這是一種在太陽系中看似普遍存在的現象，但水星所表現出的越來越緊密的壓縮情況卻最為顯著。科學家們表示，由於水星長時期以來都受到了太陽風的強烈衝擊，以至於它無法保持自己的大氣氛圍，所以存在著巨大的晝夜溫差。隨著該星球內部溫度的下降，其半徑預估已經縮小了1到2公裡左右，當大量的宇宙射線轟擊水星，其表面元素中的中子也因此而被剝離。研究人員通過對這些物質進行的分析發現，在該行星的表面上有矽和鉀存在的痕跡，而水星不具有構造板塊的這一特徵，正是其表面可數十億年保留這些坑窪形態的原因之一。
水星核心與其形成和早期生命有關
在太陽系中，星體密度僅次於地球的行星水星，擁有一個相對龐大的金屬核心，且半徑達到了1800到1900公裡之大，大約佔據了星球半徑值得85%。然而，就我們目前的觀測來看，其巖心形態並不是固體，而是熔融液體的形式。倘若行星的形成過程是快速的，那麼其現有的表面早已因為上升的太陽溫度而蒸發，並僅能保留它超薄的外殼。雖然地球和水星都具有鐵芯，但前者分為了外部液體和內部固體兩個區域，並通過增長的內核擁有了地球磁場所需要的能量。
然而，水星的磁場卻表現得完全不同，表明了該行星鐵芯中的鐵是從其外圍的液態形式轉變為固態。儘管兩個鐵芯中都包含了鐵和其他相對更輕的元素，在為自身磁場供電的同時也防止了物體的完全凝固，但卻產生了其他同類行星上沒有的分層效應。研究人員通過MESSENGER地精確探測，發現該星球上集中了與大型碰撞盆地有關的大量重力，並發現了「質量瘤」的存在。並且，科學家們認為，該行星的形成、乃至早期生命，都與這個太陽系裡、所有行星中含鐵最多的行星核心，存在著密切的關聯。
行星中相對罕見的水星演化路徑
不管是水星擁有的超薄外殼、還是巨大的熔融形態鐵芯，都讓其在太陽系中顯得格外不同，我們也因此可以確定，在生命的早期，水星的外層至少經歷了一次被剝奪的過程，從而使得其核心成為了星球的主導者。並且，在水星的演變程中，不管遭受到的是單一的正面撞擊、還是短暫性的雨水衝擊，都註定了它的進化路徑和其他行星並不相似。太空飛行器在該行星上檢測到了較高含量的鈉，而這種物質通常容易在像撞擊這樣的高溫事件中丟失，因而，研究人員為了解開疑惑，便進行了針對不同情況的建模，以解釋這類元素持久存在的原因，甚至可揭示水星的形成過程。
從最終的研究結果來看，水星的形成更可能是通過兩次角度為28度、時速為每秒20公裡的撞擊事件所導致，並且，這樣的碰撞需要在較早的事件發生，而水星也年輕而高熱，這樣便可在減少更多質量的同時，排放出多餘的揮發物。之所以我們如此強調碰撞發生的條件，是因為這樣的過程需要足夠的時間來反應，比如，當吹散的物質碎片在冷卻之後，想要沉降到之前的行星上，那麼至少需要一千年左右的時間。
而每一次新的碰撞都會受到上一次碰撞的影響，因為圍繞水星的「熱物質雲」會在上一次的碰撞中，影響物質剝離的量級，只有當其有足夠的時間冷卻下來，才會具有保留更多材料的能力。事實上，關於水星的不同形成條件，科學家們都給予了較多的限定，儘管宇宙中圍繞恆星運行的行星數量很大，但關於它們的形成方式卻一直存在著諸多爭議。然而，通過多重條件的設定，我們了解到像水星這樣的金屬含量更高的行星相對比較罕見，再結合此類行星在系外世界中的低頻率出現，它們都說明了：在宇宙空間中，要形成富含金屬的水星類行星，則需要更為特殊的環境條件。