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水星

太阳系中最靠近太阳的行星。在天文学中常以符号表示。中国古代又称水星为辰星。它最亮时目视星等达-1.9等,同太阳的角距离最大不超过28°。由于它离太阳很近,我们平时难于观察到,只有当它在大距(见行星视运动)附近时才能看到。至今尚未发现水星有卫星。

公转和自转

水星绕太阳公转轨道面和黄道面的夹角为7°。在太阳系中除冥王星外,水星轨道面和黄道面的交角最大。水星轨道半长径约为 5,790万公里。轨道很扁,偏心率为0.206,仅次于冥王星。水星在轨道上的平均运动速度为47.89公里/秒,是太阳系中运动速度最快的行星。它的公转周期为87.969日,会合周期为115.88日。

水星下合时常常穿过日面,那时我们会在太阳圆面上看到一个小黑圆点穿过,这种现象称为水星凌日。水星凌日的条件和发生日食的条件相似,每世纪平均发生13次。下次水星凌日将发生在1986年11月13日。观测水星凌日现象能更精确地测定水星的轨道。

水星除绕太阳公转外,还有自转。过去一直认为,水星的自转周期由于潮汐作用变成和公转周期相等,也是87.969日。1965年,射电天文学家测得水星的自转周期为58.646日,正好是它公转周期的三分之二。对这个问题迄今尚无恰当的解释。

水星近日点在它的轨道平面上移动,每一百年向前移动(天文学上称为进动)5,601″。用牛顿力学只能解释5,558″,还差43″,无法解释。这个值被称为水星近日点的反常进动。直至1915年爱因斯坦建立广义相对论后,这一现象才得到圆满的解释(见水星近日点进动问题、广义相对论的天文学验证)。

物理状况

水星的半径约为 2,440公里,是地球半径的38.3%。体积是地球的5.62%。质量为 3.33×1026克,是地球的5.58%。平均密度为5.46克/厘米3,比地球略小。水星表面的重力加速度为 373厘米/秒2,因此,水星表面上物体的逃逸速度也很小,为4.3公里/秒。水星和月球一样,本身不发光,只能反射太阳光。因此,通过望远镜可以看到水星有类似月相的变化。水星的反照率为0.06,比月球反照率0.07稍小;色指数为+0.91,也比月球的色指数+1.15略小。这说明,水星表面情况和月球表面情况相差不多。

美国发射的行星际探测器“水手”10号于 1974年3月29日、9月21日和1975年3月16日三次经过水星,探测到有关水星的许多情报。水星的表面很象月球,布满了大大小小的环形山。此外,还有平原、裂谷、盆地各种地形(见彩图)。其中有个中心位于北纬 30°、西经195°,半径达1,300公里的卡路里盆地,是太阳系诸行星中表面温度最高的地方。水星上有极稀薄的大气,大气压小于2×10-9毫巴,大气中含有氦、氢、氧、碳、氩、氖、氙等元素。有些高度超过3公里、长度超过500公里的悬崖分布在水星表面。这是水星上没有大气风化的证据。自从水星遭受严重的陨石轰击形成环形山以来,就不曾有过较多的大气。水星表面的大气既然如此稀薄,昼夜温度相差必然很大。白天太阳光直射处温度达到700K,夜晚冷到100K。

“水手”10号行星探测器拍摄的水星照片“水手”10号1975年3月在离水星5万公里处拍摄的水星表面。

水星的平均密度较大,在九大行星中仅次于地球,这说明它有类似地球那样的内核。据雷诺等人估计,水星内部有一个铁核,铁核约占水星质量的70~80%。铁核外面有一层厚约500~600公里的硅酸盐包层。

“水手”10号探测器还发现水星有磁场,在赤道上磁场强度为4×10-3高斯,在两极为7×-3高斯。水星磁场位形与地球相似,也是偶极场,南、北两磁极的连线与水星自转轴交角为12°。水星也有磁层。