水星上有水嗎?科學家解開水星水冰形成謎團,且含量比月球還高!

2020-12-04 八兩科學

眾所周知,太陽系有八大行星,其中有幾顆是以「金、木、水、火、土」命名的。或許很多人小時候聽到八大行星的名字時,可能都會問到類似這樣一個問題「水星是不是都是水」「金星是不是金子做的」?

其實這些名字和行星的屬性沒有關聯!我國古代人早就發現了天上有五個行星,肉眼可見那種,加上古代講究陰陽五行之說,於是就以金、木、水、火、土命名而已(可能很多人都聽說過『九星連珠』的故事)。而水星(Mercury)英文名字有『水銀』的意思,但水星和水銀無關,「Mercury」這個名字主要是指希臘神話中的赫爾墨斯,速度超快的一個信使。

水星在古代也被稱為「辰星」,離太陽最近。它也是八大行星中最小的一顆,直徑只有4880公裡,體積約為地球的38%,質量則是地球的0.05倍左右。由於太過靠近太陽,表面缺乏大氣層,晝夜溫差大,白天溫度最高可達430℃,到了晚上又降至零下172℃。

因為水星又小又近太陽,科學家一直覺得水星不會有水。不過NASA探測衛星信使號(MESSENGER)在2011年拍到水星的北極地區隕石坑中有冰的存在。據最新發表於《天文物理期刊》(3月16日)的一篇研究報告稱,儘管水星晝夜溫差大,即使表面溫度高達430℃,但水星還是可以形成冰層的。

來自美國喬治亞理工學院生物化學教授託馬斯·奧蘭多(Thomas Orlando)領導的團隊,基於信使號(MESSENGER)探測器數據建立模擬模型,結果顯示在這個最熱、被認為最不可能有水的星球上可以找到水,而且以冰的形式堆積,並且認為極端溫差可能是關鍵。

原因很簡單:水星上的土壤含有各種羥基(-OH,氫、氧原子組成),當它們被太陽光加熱時,它們會互相釋放,釋放出水分子和氫。接著飄在空中的水分子被陽光蒸發。有些水分子漂到兩極,而極地地區終年維持溫度在零下172℃,在那裡它們沉降到地表,並在不暴露於陽光的火山口(隕石坑)中形成冰層。

而水星的土壤之所以含有羥基的關鍵是來自太陽風的大量質子。我們地球由於強大磁場的,阻擋了大部分質子等太陽風粒子。但水星的磁場僅有地球的1%左右,因此這些質子可降到水星表面,然後發生質子自遷移反應,後在礦物中形成羥基(-OH)。

奧蘭多表示:「水星上溫度的變化可作為「巨大的製冰化學實驗室」。自上世紀60年代末以來,已在研究中觀察到數十種基本化學原理。但將化學反應應用於行星等複雜表面,這是一個具有開創性的研究。」

此外研究表明,水星發現的水冰量可能遠超過月球的水冰量。團隊估計,在300萬年的時間裡,通過羥基轉化過程,水星兩極的隕石坑內可能形成了110億噸以上的冰,約佔水星冰總量10%。

目前科學家已經發現月球的兩極存在大量水冰的證據,但是水星上水冰含量竟然比月球還高,這不得不引起科學家們的深思。如果小行星的撞擊可以帶來水,那麼小行星的水又是哪裡來的呢?水星和月球的水冰量差異這麼大,難道水星以某種在月球不起作用的方式形成水?團隊表示,水星上發生的化學過程也可能是彗星和小行星上水冰起源的背後,不過需要更多的研究來證實這一理論。

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    假若你要在太陽系中尋找冰,水星這樣灼熱的行星絕不會是你的第一候選。然而NASA的「信使號」衛星任務(the MESSENGER)在2012年證實的信息可能會與你的推測大相逕庭,據科學家聲稱:水星這顆最靠近太陽的行星確實可以在極地的永久陰暗區域的隕石坑中保存有水冰。 然而,現在最新的有關水星有冰的研究卻提供了更多的反直覺細節:熱量很可能有助於形成冰。
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    我們知道,在太陽系中,水星是距離太陽最近的天體,同樣的,由於它離太陽過近,表面自然擁有異常的高溫,因此如果告訴你水星上有冰,你會相信嗎?雖然灼熱的水星可能不是你想到的第一個尋找冰的地方,但信使號在2012年的任務中證實,最接近太陽的行星確實在水星兩極附近的永久陰影環形山中有水冰。但是現在一項關於水星冰的新研究提供了更多關於這些冰是如何形成的細節。
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