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三分之一外壳是钻石水星可能是太阳系最“值钱”的行星储量是地球

发布日期:2022-05-13 23:59   来源:未知   阅读:

  原标题:三分之一外壳是钻石,水星可能是太阳系最“值钱”的行星,储量是地球的16倍!

  在近日举行的美国月球和行星科学会议上,行星科学家Kevin Cannon认为,水星在经受了几十亿的陨石撞击后,可能已经把它三分之一的石墨外壳变成了一个巨大无比的钻石矿。

  钻石和石墨都是由碳元素构成的。但钻石的形成需要非常极端的条件,需要非常高的温度和压力。在地球上,自然界中的钻石大部分是在地下至少150千米深的地方结晶而成的。但钻石也可以在陨石的撞击过程中形成。这是因为陨石的撞击也会创造类似的条件。

  针对水星的探测结果表明,水星残存有一个古老的石墨外壳。这个石墨外壳是在水星形成的初期,从水星表面的熔岩海中结晶出来的。水星的石墨外壳形成后,经受了长期的陨石轰击。今天水星表面的伤痕累累,正是那一时期的证明。

  在用计算机对水星石墨外壳经受的撞击进行了模拟之后,研究人员发现,如果水星拥有一个厚度为300米的石墨壳,那么45亿年的陨石撞击会产生总量大约16万亿吨的钻石——大约相当于地球钻石总储量的16倍。即使除去后期陨石撞击毁掉的部分,留下的钻石总量依旧十分惊人。

  2025年,欧空局和日本宇航研发机构合作的比皮-科伦坡探测器(BepiColombo)将抵达水星。由于钻石能够在红外波段上产生一种特殊的闪光,这些巨量的宝藏或许有机会被人类发现。

  水星在中国古代又称辰星,在西方被称为墨丘利,也就是罗马神话中的信使。传说他帽插双翅,脚蹬飞靴,手握魔杖,行走如飞,颇有水星运行疾速、稍纵即逝的特点。

  水星是离太阳最近的一个行星,到太阳的平均距离只有5791万公里,绕太阳运行的轨道是扁长形的,近日点仅有4600万公里,远日点却有7000多万公里。

  水星是围绕太阳跑得最快的行星。由于离太阳最近,太阳对水星吸引力很强,水星绕日公转的轨道速度每秒达48公里,比地球每秒快18公里,绕太阳一圈只要88个地球日。

  水星是八大行星中最小的行星,直径只有4879公里,是地球直径的三分之一;体积是地球的5 62%,18个水星合起来才能抵上一个地球;质量是地球的5%多一点,只比月球大三分之一。水星面对太阳一面的温度达427度,背对太阳一面的温度则低到零下173度,温差600度,被称为“冰与火的世界”。

  水星的外表很像月球。水星表面布满了环形山、大平原、盆地、辐射纹和断崖。环形山也以地球上的名人命名,不过月球环形山多以天文学家、科学家命名,水星则多以文学艺术家命名,在已命名的300多个环形山中,有15个是以中国历代文学艺术家的姓名命名的,像李白、白居易等都名列其中。

  水星的内部却更像地球。水星有磁场和磁层,虽然只有地球磁场强度的1%,但也是偶极磁场。水星也有地壳、地幔和地核。地核可能是一个巨大的铁疙瘩,比整个月球还要大,直径有3600公里,质量占水星全部质量的70%-80%,成为水星的支配者。外壳主要是硅酸盐,厚度只有500公里到600公里。

  人类对水星的探测很少,对水星上的许多现象缺乏了解,比如水星为什么存在磁层、是不是曾经有过火山活动、是不是存在水冰、为什么会有大气、地核为什么那样厚重等等,而对这些问题的探究又对认识地球的演变、行星的演变、太阳系的演变以及它们的相互影响都有着重要的意义。

  “水手”先期探路忙直到上个世纪70年代初,人类才用航天探测器对水星进行了近距离的探测。第一个对水星开展近距离探测的是美国发射的“水手10号”探测器。

  “水手号”是美国在上世纪60年代到70年代发射的系列行星和行星际探测器,主要探测金星和火星及其周围空间。这个系列探测器共计发射10个,最后一个“水手10号”是世界上第一个双星观测器,主要对金星和水星进行探测。

  “水手10号”是美国1973年11月发射的,在1974年2月探测了金星之后,借助金星的引力改变轨道,进入一条以176天为周期的绕日飞行椭圆形轨道。这条轨道的近日点正好与水星公转的椭圆形轨道的远日点交会,使“水手10号”每隔半年能与水星靠近一次,可对水星进行近距离探测。

  “水手10号”从1974年3月到1975年3月先后三次与水星相遇。第一次距离水星表面431公里,第二次距离4800公里,第三次最近只有320公里,共发回全景、近景和特写照片5000多张,覆盖了水星45%的表面,分辨率可达1000米,对研究水星提供了极其宝贵的资料。

  从图片中第一次发现,水星的表面酷似月球,密布着大大小小的环形山,保持着早期曾受陨石轰击的痕迹,证明未经风化,也说明水星大气非常稀薄。从图片上还发现包括卡路里盆地在内的100多个具有放射条纹的环形坑,四周布满蜘蛛网式的沟壑,没有发现被侵蚀的痕迹,说明不存在水。

  “水手10号”探测了水星的温度和大气,测出极其稀薄的大气中含有微量的氦、汽化钠和氧。发现水星有磁场,磁场位形与地球相似,因太阳风中带电粒子的压力,使水星磁场发生变化,也形成一个与地球类似的磁层。由于探测到水星的密度很大,推算水星可能有一个质量巨大的铁质内核。

  1997年正式立项、2004年8月3日正式发射的“信使号”水星探测器是人类第一个真正意义上的水星探测器。

  根据地球与水星9100公里距离,探测器用3个月的时间就可直飞到达,但这需要带上一枚巨大的制动火箭来解决太阳对探测器的强大引力。美国华人女科学家陈婉妍设计了一种借助地球、金星和水星引力改变探测器飞行轨道的办法,达到绕飞入轨的目的,这就使飞行时间从3个月延长到6年半。

  按照这种设计,“信使号”从2004年8月发射升空,2005年7月一次飞越地球,2006年10月和2007年6月两次飞越金星,2008年1月、2008年10月和2009年9月三次飞越水星,直到2011年3月最终将探测器从绕太阳轨道送入环水星轨道。如此复杂的轨道设计充分展示了人类的聪明才智。

  “信使号”的全名是“水星表面、空间环境、地质化与测距宇宙飞船”,携带了7种科学仪器,科学目标有6项,主要是为什么水星的密度那么高、水星具有何种地质形成过程、水星核具有怎样的构成和形态、水星具有何种磁场特征、水星两极的异常物质是什么、水星表面的哪些不稳定物质对其外大气层的形成起了重要作用等。

  “信使号”已三次飞掠水星进行探测,每次都获得了新的突破。第一次飞掠时,拍摄了1200多张水星图片,记录了以前从未见过的地形地貌,发现了火山活动在水星表面平原形成过程中起了重要作用。第二次飞掠水星,首次窥见了水星西半球的线多张水星图片。从蜘蛛地形结构发现水星可能在不断收缩、老化。第三次飞掠使拍摄覆盖面积超过95%以上。

  今年3月正式进入的绕水星飞行轨道,是大椭圆形轨道,轨道距离水星表面最近距离为200公里,最远距离达15193公里,轨道周期为12小时。在这一轨道上将进行为期一年的探测,完成探测任务后将殒落在水星上。

  继美国的“信使号”之后,近年来,欧洲空间局和日本也在积极研制水星探测器,名为“贝皮·科伦布号”。

  这一探测器由欧洲空间局的“水星行星轨道器”、日本的“水星磁层轨道器”和一个“水星转移模块”组成。“水星行星轨道器”是主探测器,携带11台仪器,主要研究水星表面和内部成分;“水星磁层轨道器”是次探测器,携带5台仪器集中研究水星周围的磁层;为使两个探测器携手奔向水星,欧洲空间局研制了一个“水星转移模块”,将提供飞往水星的所需要的电推进和化学推进。

  “贝皮·科伦布号”主要完成5项任务:一是用高科技设备完成对水星最全面、清晰度最高的观测;二是拍摄首批热成像照片,确定水星表面成分,生成整体温度图;三是提供第一幅水星表面特征的整体三维图;四是对水星引力环境进行有史以来最全面的数字测量;五是首次进行双点研究,欧洲与日本的两个水星轨道探测器同时在两个地区对水星环境展开研究。

  “贝皮·科伦布号”计划在2013年8月用俄罗斯的火箭发射,将一方面利用太阳能电推进装置提供推力,一方面借用月球、地球、金星和水星本身的引力,形成一种新颖的力量组合,用6年多时间,飞行约70亿公里。

  在2019年抵近水星后,“水星转移模块”首先分离,两个轨道器进入围绕水星的极轨道;到达“水星磁层轨道器”的轨道时,“水星行星轨道器”再分离,逐步下降到自身工作轨道;“水星行星轨道器”上还有一个水星表面单元,将在水星的一极着陆,进行为期一周的水星表面探测。

  在水星上,我们每天都要过两次春节,白天一次,夜里还得再过一次。这是怎么回事呢?这实际上是由水星的自转和公转周期差异造成的。通常一个昼夜就是我们熟知的一天,也就是相对太阳自转一周(也称太阳日),而一年则是春夏秋冬四季的一次更替,也就是围绕太阳公转一周。水星的自转周期是公转周期的两倍,这就意味着水星的一个昼夜需要它绕太阳转整整两圈,也就是一天中要经历两次春夏秋冬的更替。虽然水星上一天可以过两次春节,但水星的一天远比地球一天长,相当于176个地球日,因此水星上的两天就大约等于地球上一年。这也使美国2004年发射的“信使”号水星探测器创造了探测时间“最短”的记录。“信使”号探测器在太空中飞行了6年半的时间,飞越了大约79亿公里,2011年3月才最终进入水星环绕轨道,开展仅仅“两天”——两个水星日(相当于地球12个月)的探测。

  此外,在水星上看到的太阳大小足足比地球上大了两倍半,而且每一天的日出日落也非常奇怪。太阳先升起,在天空中划过一道弧线,然后停下脚步,朝着日出方向的地平线倒退回去,然后再次止步,回头,朝着日落方向的地平线继续移动。水星上日出日落如此怪异的原因在于,水星自转360度(恒星日)三圈就会绕太阳公转两周,而且水星的公转轨道是个很“椭”的椭圆。因此,在水星上每一天都会看到太阳的两次升起和两次落下。

  由于水星在太阳系中距离太阳最近,不论是运动轨道,还是环境特征,都与我们熟知的地球存在巨大的差异,也就会存在很多“奇怪”的现象,这些,都等待着我们一步步去揭开它神秘的面纱。

  文章来源:《冰火纠结的世界——聚焦水星探测》何研、《揭秘水星的“怪”现象》王世杰团队