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水星距离太阳最近,白天温度高至428℃,却储存了上千亿吨水?

魅力科学君  · 公众号  ·  · 2024-09-01 16:39

主要观点总结

本文介绍了水星的一些特殊现象和特性。水星距离太阳最近,存在3:2轨道共振现象,导致昼夜交替。由于几乎没有大气层,水星昼夜温度极端,但两极的“永久阴影区”是例外,可以保持极低温度。科学家通过雷达探测和“信使号”水星探测器的探测数据,发现水星两极存在大量水冰。这对未来人类在水星建造基地有重要意义。

关键观点总结

关键观点1: 水星距离太阳最近,存在3:2轨道共振现象。

水星每自转三圈,刚好就围绕着太阳公转了两圈,导致水星存在昼夜交替现象。

关键观点2: 水星昼夜温度极端。

由于水星距离太阳很近且几乎没有大气层,导致白天温度可高至428℃,夜晚温度急剧下降,最低可达-190℃。

关键观点3: 水星两极存在大量水冰。

科学家通过雷达探测和“信使号”水星探测器的探测数据,发现水星两极的“永久阴影区”中存在大量水分子,并以水冰的形式存在。

关键观点4: 水星上的水资源对未来人类建造基地有重要意义。

这些水资源可以让人类轻易地获取到大量水资源,并且因为这些区域的温度稳定,可以有效避免设备和设施暴露在水星严酷的昼夜温差之中。人类可以在“永久阴影区”的边缘外侧设置太阳能收集装置,保证能量的供应。


正文

在太阳系八大行星之中,水星距离太阳最近,它的自转与公转周期之间存在一种特别的现象,被称为“3:2轨道共振”,具体表现为,水星每自转三圈,刚好就围绕着太阳公转了两圈,而这样的现象,就使得水星上也像地球一样存在着昼夜交替(只不过昼夜周期要长得多)。

由于水星距离太阳很近,并且它几乎没有大气层,无法像地球一样通过大气层来调节温度,因此水星上的昼夜温度就很大,白天温度可高至428℃,而到了夜晚,温度又会急剧下降,最低可达-190℃。

有意思的是,尽管水星经历着如此极端的温度变化,它却储存了上千亿吨的水,不过这些水并不是液态的,而是以固态、也就是水冰的形式在水星的两极存在。

实际上,早在上世纪中叶,科学家就推测水星的两极可能会存在着水冰,这种推测基于水星自转轴的特殊性质——它几乎垂直于其公转轨道所在的平面,这就意味着,水星两极的那些陨石坑的底部,就是阳光始终照射不到的“永久阴影区”。

所以一个合理的推测就是,尽管水星表面大部分区域都在经历着极端的温度变化,但这些“永久阴影区”却是例外,由于阳光始终无法照射到,这些区域就可以一直保持极低的温度,可以轻松地将水星自身的、或者来自彗星或小行星撞击后遗留的水分冻结在这里。

随着雷达天文学的发展,到了上世纪90年代,科学家开始通过地面上的大型设备对水星进行雷达探测,在探测过程中,科学家注意到水星两极的一些异常现象。

通常情况下,水星表面反射回的雷达信号应该是比较弱的,因为它的表面大多是岩石和尘埃,然而在水星两极地区却存在着很多“亮斑”区域,科学家在这些区域中发现了异常强烈的雷达回波,这与我们在地球上观测到的极地冰盖的雷达信号非常相似。

尽管这些“亮斑”强烈地暗示了水星两极存在着大量水冰,但出于谨慎的考虑,科学家并没有就此下结论,毕竟除了水以外,其他的一些物质也可能造成类似的现象,而真正帮助科学家下结论的,则是来自“信使号”(MESSENGER)水星探测器的探测数据,该探测器发射于2004年,于2011年进入围绕水星的轨道,随后开始对水星表面进行详细的探测。

“信使号”首先利用激光高度计对水星表面的地形进行了精确测量,通过对两极地区的地形分析,科学家们发现,此前发现的“亮斑”所在区域,确实与水星两极的那些位于陨石坑的底部的“永久阴影区”重合。

在此之后,科学家通过“信使号”自身携带的中子光谱仪对这些“永久阴影区”中的物质成分进行了探测。

其原理简单来讲就是,当宇宙中的高能粒子(主要来自太阳)撞击水星表面时,会与水星表面的物质发生一系列的反应,进而释放出不同能量的中子,在这些中子中,能量较高的“快中子”会散射回太空,而由于水分子中的氢是一种有效的“中子吸收剂”,因此如果水星表面某个区域中存在大量水分子,那该区域中“快中子”数量就会明显降低。







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