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水星（英語：Mercury，拉丁語：Mercurius），中國稱為辰星，是太陽系八大行星最內側的一顆。它也是最小的，並且有著八大行星中最大的離心率[lower-alpha 1]。它的軌道每87.969地球日繞行太陽一週，而每公轉2圈時也自轉了3圈。 水星有著太陽系行星中最小的軌道傾角。水星軌道的近日點每世紀比牛頓力學的預測多出43角秒的進動，這種現象直到20世紀才從愛因斯坦的廣義相對論得到解釋。[11]。
水星，是一顆內側行星，只會出現在凌晨成為晨星，或是黃昏出現作為昏星，但是它比另一顆內側行星，金星，更難以見到。從地球看水星的亮度有很大的變化，視星等從-2.3至5.7等，但是它與太陽的分離角度最大只有28.3 °。當它最亮時，在技術上應該很容易就能從地球上看見，但因為在天空中太靠近太陽，實際上並不容易找到。因除非有日食，否則在陽光的照耀下通常是看不見水星的。在北半球，只能在凌晨或黃昏的曙暮光中看見水星；當大距出現在赤道以南的緯度時，在南半球的中緯度可以在完全黑暗的天空中看見水星。
目錄
[隐藏]
- 1 概述
- 2 內部構造
- 3 表面地質
- 4 表面狀態和"大氣層" (外逸層)
- 5 磁場和磁氣層
- 6 公轉和自轉
- 7 座標系統
- 8 觀測
- 9 水星探索
- 10 關於水星的科幻
- 11 在文化中
- 12 相關條目
- 13 參考文獻
- 14 註解
- 15 參考資料
- 16 外部鏈結
[编辑] 概述
由於十分接近太陽，勘測有困難度，我們對水星的所知相當有限，迄今只有兩艘太空船曾略勘水星。第一艘是1974至1975年的水手10號，只描繪了45%的水星表面圖[12]。第二艘是信使號，在2008年1月14日掠過水星，描繪了另外30%的表面[12]。信使號於2011年3月17日再度抵達水星，並且進入環繞軌道，開始對水星表面進行全面的探測。
實際上，水星在外觀上很像月球。它的表面有許多的坑穴，沒有天然的衛星，也沒有真實的大氣層；它有個巨大的鐵核，磁場強度大約是地球的1% [13]。由於有著巨大的核，它是高密度的行星。表面的溫度從90至700K（-180至430 °C）。日下點是最熱的地方，在靠近地理極的坑穴底部是溫度最低之處。
水星的觀測紀錄可以追溯到西元前3,000年的蘇美爾人，希臘的赫西俄德時代稱之為Στίλβων（拉丁化：「Stilbon'」）（「the gleaming」）和「Hermaon」。今天我們所用的名稱來自羅馬，是羅馬神話中眾神的信使墨丘利（Mercurius），相當於希臘的赫耳墨斯（Hermes）和巴比倫的Nabu。在天文學上的符號是一個古老的星占符號，一個很有風格的版本是帶著有翅膀的頭盔持著眾神手杖（caduceus）的「傳信天使」。在西元前5世紀，希臘天文學家認為水星是兩個不同的天體，這是因爲它時常交替地出現在太陽的兩側；一顆出現在日落之後，它被叫做墨丘利；另一顆則出現在日出之前，爲了紀念太陽神阿波羅，它被稱爲阿波羅。畢達哥拉斯後來指出他們實際上是相同的一顆行星。
在印度，水星被稱為「Budha」（बुध），是月亮之神（「Chandra」）的兒子；在希伯來，稱為「Kokhav Hamah」（כוכב חמה），意思是來自太陽的炎熱之星。
在中國，水星又稱為「辰星」，是五行之一。
- 晉書：志第二 天文中（七曜 雜星氣 史傳事驗）內提及：
[编辑] 內部構造
水星是太陽系內與地球相似的4顆類地行星之一，有著與地球一樣的岩石個體。它是太陽系中最小的行星，在赤道的半徑是2,439.7公里[3]。水星甚至比一些巨大的天然衛星，像是甘尼米德和泰坦，還要小 － 雖然質量較大。水星由大約70%的金屬和30%的矽酸鹽材料組成[14]，水星的密度是5.427公克/公分3，在太陽系中第二高的，僅次於地球的5.515公克/公分3[3]。如果不考慮重力壓縮對物質密度的影響，水星物質的密度將是最高的。未經重力壓縮的水星物質密度是5.3公克/公分3，相較之下的地球物質只有4.4公克/公分3[15]
從水星的密度可以推測期內部結構的詳細資料。地球的高密度，特別是核心的高密度，是由重力壓縮所導致的，水星是如此的小，因此它的內部不會被強力的擠壓。所以，它要有如此高的密度，它的核心必然是大且含有許多的鐵[16]
地質學家估計水星的核心佔有體積的42%；地球的核心只佔體積的17%。最近的研究強烈的支持水星有一個熔融的核心[17][18]，包圍著核心的是500–700公里厚的矽酸鹽地函[19][20]。根據水手10號任務和從地面觀察的資料，水星的地殼被認為只有100-300公里的厚度[21]水星表面的一大特徵是有無數的窄脊，在長度上可以延伸到數百公里。相信這些都是在地殼已經凝固以後，水星的核心和地函因冷卻而收縮造成的[22]。
水星核心含有的鐵高出太陽系內任何主要的行星，已經有幾種理論被提出來解釋。得到最廣泛支持的理論是水星原本有著類於於常見的球粒隕石金屬-矽酸鹽比率的核心，被認為是太陽系內點行的岩石物質，質量大約是目前質量的2.25倍[23]。在太陽系早期的歷史中，水星可能遭受到一顆直徑數百公哩，質量約為其1/6的微行星撞擊[23]。這次撞擊剝離了大量原始的地殼和地函，留下的核心就相對的成為組成中較大的部分[23]。一個類似的過程，稱為巨大撞擊假說，被用來解釋地球的衛星，月球的形成[23]。
或許，水星在太陽輸出的能量穩定下來之前就已經在太陽星雲中形成。這顆行星原本的質量是目前的兩倍，但在原行星的收縮過程中，水星的溫度可能在2,500-3,500K (與攝氏溫標相當，但是高273度)，並且可能高達10,000K[24]。水星表面許多的岩石成份在如此的高溫下可能都汽化，成為大氣層中的"岩石蒸汽"，然後被太陽風帶走了[24]。
第三種假說建議，太陽星雲造成水星吸積的物質被拖曳，這意味著水星表面較輕的物質會從吸積的材料中丟失[25]。每種假說預測的水星表面有不同的成分，兩個即將進行的太空任務，信使號和貝皮可倫坡號，兩者都將經由觀測來測試它們的學說[26][27]。信使號已經發現表面的鉀和硫的含量在預測水準之上，巨大撞擊假說和地殼和地函的汽化未曾發生，因為鉀和硫都會在這些事件的高溫下被驅離。此一發現似乎傾向於較輕的行星材料受到拖曳而離開，造成較重的金屬材料被濃縮[28]。
[编辑] 表面地質
水星的表面與月球很相似，呈現出像海的廣大平原和大量的撞擊坑，顯示它數十億年來都處於非活動狀態。我們對水星地質的認識建立在1975年飛越水星的水手10號和地面的觀測，它是我們了解最少的類地行星[18]。當信使號最近飛越水星的資料被處理過後，這方面的知識將會有所增進。例如，科學家們已經發現一個不尋常的火山口輻射槽，稱之為「蜘蛛」[29]。稍後，被重新命名為 阿波羅多羅斯。
在水星表面特徵的命名有著不同的來源，取自人名的僅限於已經過世的。坑穴使用藝術家、音樂家、書畫家和作家，他們都在各自的領域中有著傑出或基礎的貢獻。山脊或皺脊，以對水星的研究有貢獻的科學家命名；窪地或地溝以建築師來命名。山脈以各種不同語言中熱門的單詞來命名；平原或平原低地以各種不同語言對水星之神的名稱來命名。懸崖或rupes以科學探險船命名；山谷或谷地則使用電波望遠鏡命名[30]。
反照率特徵指使用不同領域的望遠鏡觀測，明顯的有不同反照率的地點。水星擁有山脊 (有時也稱為皺脊)，像月球的高地、山脈 (山)、平原或平原低地 (Planitia)、Rupes (懸崖) 和谷地 (山谷)[31][32]。
水星在46億年前形成時，曾經經歷過彗星和小行星短暫的輪番轟擊，以及後來在38億年前結束，可能是獨立發生的後期重轟炸期[33]。在這些劇烈形成隕石坑的期間，由於缺乏大氣層來減緩撞擊[34]，行星表面整個都被隕石坑覆蓋著[32]。在這個期間，行星有著火山的活動，像是卡洛里盆地等盆地都被來自行星內部的岩漿覆蓋著，形成如同在月球上發現的海一樣的平原[35][36]。
從信使號於2008年10月28日飛越水星，研究人員獲得更多鑑別水星表面渾沌地形的資料。水星的表面比火星和月球更為複雜 (詭異)，它包含了大量在兩者上都值得注意的類似地質，像是海和平原等[37]。
[编辑] 撞擊盆地和坑穴
水星坑穴的範圍，在直徑上從小型的碗型腔到跨越數百公里的多環撞擊坑。從相對的新鮮亮麗到高度退化火山口的殘餘物，它們出現了所有退化階段的現象。水星的撞擊坑與月球的有著維妙的差異，它們的噴發物覆蓋的區域小得多，這顯示水星有較強的表面重力[38]。
已知最大的隕石坑之一是卡洛里盆地，直徑為1,550公里[39]。撞擊並創建卡洛里盆地的影響是如此的強大，它造成的火山熔岩噴發，留下高度在2公里以上的同心圓環圍繞著隕石坑。在卡洛里盆地的對蹠點是不尋常的、被稱為"怪異地形"的大片丘陵地形區域。這種地形起源的一種假說是：撞擊出卡洛里盆地的激震波環繞著行星，匯聚在盆地的對蹠點 (相距180度)，結果造成了高應力的裂縫錶面[40]。另一種說法則認為是噴出物直接匯聚在卡洛里盆地對蹠點的結果[41]。
整體而言，在已有的水星影像中大約已經發現15個撞擊盆地。一個顯著的盆地是400公里寬、有著多重環的托爾斯泰盆地，它的噴發物覆蓋造成的平原，從山脊和地板延伸達500公里。直徑625公里的貝多芬盆地有著相似規模的噴發覆蓋物[38]。和月球一樣，水星的表面也有遭受太空風化過程的影響，包括太陽風和微隕石撞擊的影響[42]。
[编辑] 平原
水星有兩種地質顯著不同的平原[38][43]。在坑穴之間，起伏平緩、多丘陵的平原，是水星表面可見最古老的地區[38]，早於猛烈的火山口地形。這些埋藏著隕石坑的平原似乎已湮滅許多較早的隕石坑，並且缺乏直徑在30公里以下，以及更小的隕石坑[43]。還不清楚它們是起源於火山還是撞擊[43]，這些埋藏著隕石坑的平原大致是均勻的分布在整個行星的表面。
平坦的平原是廣泛的平坦區域，布滿了各種大大小小的凹陷，和月球的海非常的相似。值得注意的是，它們廣泛的環繞在卡洛里盆地的周圍。不同於月海，水星平坦的平原和埋藏著隕石坑的古老平原有著相同的反照率。儘管缺乏明確的火山特徵，在地化的平台和圓角、分裂的形狀都強烈的支持這些平原起源於火山[38]。值得注意的是，所有水星平坦平原的形成都比卡洛里盆地晚，比較在卡洛里噴發覆蓋物上可察覺的小隕石坑密度可見一斑[38]。卡洛里盆地的地板填滿了獨特的平原地質，破碎的山脊和粗略的多邊形碎裂。不清楚是撞擊誘導火山熔岩，還是撞擊造成大片的融化[38]。
行星表面一個不尋常的特徵是眾多的壓縮皺褶或峭壁，在平原表面交錯著。隨著行星內部的冷卻，它可能會略為收縮，並且表面開始變型，造成了這些特徵。凹陷也在其它地形，像是坑穴和平滑的平原，頂部看見，顯示這些皺褶是在最近才形成的[44]。水星的表面也會被太陽扭曲 － 太陽對水星的潮汐力比月球對地球的強17倍[45]。
[编辑] 表面狀態和"大氣層" (外逸層)
由於缺乏大氣的氛圍，水星表面的赤道和兩極之間有著陡峭的溫度差，溫度範圍從100K至700K[46]。日下點的溫度在近日點時高達700K，而在遠日點時只有550K[47]；在行星夜晚的那一側，平均溫度是110K[48]。陽光的強度範圍是太陽常數 (1,370 W•m−2) 的4.59和10.61倍[49]。
雖然水星表面的溫度在白天是非常的高，但觀測的結果仍然強烈的支持冰 (凍結的水) 存在於水星。在極區深坑的底部從未被陽光直接照射過，溫度依然維持在102K以下，遠低於全球的平均溫[50]水冰強烈的反射了雷達，金石70米的望遠鏡和VLA在1990年代早期的觀測，透漏了在接近極區有非常高的雷達反射斑點[51]。雖然冰不是造成這些反射區域的唯一可能原因，但天文學家相信冰是最有可能的[52]。
相信冰的區域擁有大約1014–1015公斤的冰[53]，並且可能覆蓋著一層表岩屑，抑制了昇華[54]。 相較之下，地球南極的冰層大約有4×1018公斤的冰，火星南極的冰帽大約有1016公斤的冰[53]。水星上冰的來源還不清楚，但有兩種最可能的來源：從行星內部排放出來的，或是彗星撞擊造成的沉積[53]。
水星不僅太小，而且太熱，因此他的引力不足以長期的留住大氣層；但它確實有一個稀薄的、侷限在表面的外逸層[55]，包含著氫、氦、氧、硫、鈣、鉀和其它元素。這個外逸層並不穩定，原子會不斷的失去和由其它不同的來源獲得補充。氫和氦可能來自太陽風，並在逃逸回太空之前先擴散至水星的磁層。元素的放射性衰變是水星地殼內氦、鈉和鉀的另一個來源。信使號發現鈣、氦、氫氧化物、鎂、氧、鉀、矽和鈉的比例偏高。也有水蒸氣的存在，組合的過程發表如下：彗星撞擊其表面，濺射創造出的水，其中的氫來自太陽風，氧來自岩石，和在極區坑洞內永久陰影下儲存的冰昇華。檢測到許多由水釋出的離子，如O+、OH-、和H2O+則是一個驚喜[56][57]。由於這些為數可觀的離子是在水星的太空環境中發現的，因此科學家推測是被太陽風從水星表面或外逸層摧毀的分子[58][59]。
在1980-1990年待，在大氣層中發現鈉、鉀、鈣，相信主要是表面的岩石被微隕石撞擊汽化導致的[60]。在2008年，信使號探測器發現了鎂[61]。研究指出，鈉的排放是區域性的點，對應於這顆行星的磁極。這將顯示出在磁層和行星表面之間的交互作用[62]。
[编辑] 磁場和磁氣層
儘管水星很小和以59天的長週期自轉，水星仍有值得注意的全球性磁場。根據水手10號的測量，他的強度僅有地球的1.1%。在水星赤道的磁場強度大約是300nT[63][64]。像地球一樣，水星的磁場是雙極的[62]。不同於地球的是，水星的磁極和水星的自轉軸幾乎是一致的[65]。來自水手10號和信使號兩艘太空船的測量，都指出水星磁場的強度和
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