水星，这颗坚硬如卵石般的行星在太阳系内部巡逻，长期以来一直是一个有点神秘的矮子。但现在科学家们终于有机会近距离观察它，水星正被证明和它那些较大的兄弟姐妹一样，具有十足的个性。
太阳系中最小的行星在 2008 年之前并没有受到太多研究关注，当时 NASA 的信使号宇宙飞船在前往今年早些时候进入水星轨道的途中进行了首次飞掠。[在此处阅读更多关于信使号旅程的信息。]
正如卡内基科学研究所华盛顿行星科学家和信使号首席研究员肖恩·所罗门所说，水星曾被视为一颗“燃尽的煤渣”，但事实证明它绝非如此。自信使号于 3 月进入水星轨道以来，第一批大量研究结果描绘出一幅行星的景象，它不符合预期，也与太阳系中的其他天体不太相符。《科学》杂志 9 月 30 日刊登的七项基于早期信使号数据的研究揭示了一个世界，它拥有广阔的火山活动足迹、奇异的表面成分以及遍布其表面的令人费解的地质特征。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
“我认为这是一个比人们预期的更有趣的地方，”卡内基科学研究所的宇宙化学家、新研究的首席作者拉里·尼特勒说。水星一直被机器人探测器忽视，部分原因是它难以到达。在 20 世纪 70 年代，世界只看到了 NASA 的水手 10 号宇宙飞船的短暂访问，而且在信使号到来之前，一半的行星甚至从未被拍摄过照片。直到 1985 年，一位名叫陈万彦的研究人员才设计出一种将轨道飞行器送往那里的实用方法。进一步任务的动力并没有因为水星看起来像一个死寂、干涸的世界，一个超大版本的地球卫星月球而得到加强。“当水手号拍摄了这片布满陨石坑的地形，并且它看起来像月球时，这有点令人失望，”布朗大学的行星地球科学家詹姆斯·海德说。
即使水手 10 号在飞掠水星时只看到了它的一部分，它也确实表明这颗行星拥有平坦的平原，那里的撞击坑已被抹去或填满。但是，水星的平原是被古代熔岩覆盖，还是被陨石撞击喷射出的物质覆盖，尚不确定。“35 年来，我们真的不知道水星上的平原是否是火山成因，”海德说。“现在，我是一名火山学家，这真是令人沮丧。”
信使号对水星的三次飞掠解决了这个问题——平原是在数十亿年前的一次溢流火山活动中被填满的。现在信使号已经更充分地探索了这颗行星，那次火山活动的规模正变得清晰起来。海德和他的同事在新研究中的一篇报告中指出，北半球的火山溢流平原覆盖了近五百万平方公里，超过了水星表面积的 6%。（相比之下，北部熔岩平原的面积是德克萨斯州的七倍。）根据熔岩填充的陨石坑的宽度，研究人员估计，火山平原在某些区域的厚度为一到两公里。
海德和他的同事们总结说，大约在 38 亿年前，火山活动在塑造水星表面方面发挥了重要作用。“我们在这里发现的是，我们认为，有证据表明水星非常热，并且在非常短的时间内喷发了大量的熔岩，可能就像我们在早期地球上看到的那样，”海德说。
今天的水星表面与地球截然不同——几乎与任何可以与之比较的天体都不同。信使号上的 X 射线光谱仪显示，这颗最靠近太阳的行星表面富含元素硫，其丰度是地球上的 10 倍以上。硫是一种挥发性元素，这意味着它很容易汽化并从表面逸出。而它留存下来的事实说明了水星形成的条件。“事实证明，当岩石融化时，硫的行为方式在很大程度上取决于氧化态，”表面化学研究的首席作者尼特勒说。尼特勒说，硫的丰度表明，水星是由氧化程度低于形成其他类地行星的物质形成的物质形成的。
这可能与水星在太阳系中的位置有关；附近的太阳可能将有助于形成行星的原行星颗粒与伴随它们的富氧冰分离开来。一些被称为顽辉石球粒陨石的陨石也可能作为低氧化性的构建块，促成了行星的形成。
另一项使用信使号上不同光谱仪进行的研究也表明，球粒陨石是水星可能的建造材料。该研究发现，水星含有过多的钾，另一种挥发性元素，这与早期涉及极端加热的形成理论不符。
“水星现在靠近太阳，它可能形成于靠近太阳的地方，并且它的内部具有使其金属成分比例非常高的过程，”所罗门说。有些人曾提出这样的想法，即水星曾经有一个岩石外壳，但后来被一次巨大的撞击炸飞了。所罗门说，人们的期望是，水星应该富含能够承受如此极端条件的难熔元素和化合物。“最令人惊讶的事情之一显然是，水星显示出大量证据表明它保留了挥发性成分，”他说。
尼特勒和他的同事们还发现，相对于月球岩石，水星的铝和钙含量较低，这表明该行星表面上与月球的相似之处掩盖了一个非常不同的地壳。
信使号才刚刚开始揭示水星的表面成分——它还无法分辨出细微的区域差异——但即使是其初步数据也是前所未有的。“它告诉我们水星表面的化学成分是什么样的，这是我们以前根本不知道的，”尼特勒说。“我们有很多想法，但数据却非常非常少。”
水星表面近距离观察的样子也是如此。来自信使号的高分辨率图像揭示了一种奇特的地貌，其发现者称之为“洼地”，位于许多撞击坑的底部。洼地是浅洼地，其中一些长达几公里，其中许多具有明亮的内部。它们类似于某种外星的塌陷坑。从信使号图像中识别出洼地的研究人员表示，他们尚不知道是什么产生了这些奇怪的洼地。“这真是一个惊喜，”约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家大卫·布莱维特说，他是这项研究的负责人。“在任何月球陨石坑中都没有类似的东西。”
洼地可能是与水星大规模火山活动相关的塌陷坑，也可能是地壳中挥发物的另一个例子。例如，凝结的火山气体可能被熔岩流掩埋，从而与逸入水星稀薄大气层的气体隔绝。“后来，当它被撞击或某种东西暴露出来时，它就会升华消失，”布莱维特解释说。“我们发现的大多数洼地都与陨石坑有关，所以你会认为容易形成洼地的物质是从地表下暴露出来的物质。”
在人类首次近距离观察这个最靠近太阳的世界仅仅六个月后，有一件事已经很清楚：水星，尽管身材矮小，但在行星群中却显得格外突出。“信使号真的揭示了一颗行星，它在我们能够测量的每一个特征上都是一个完全的怪胎，”布莱维特说。“我们不知道表面上有什么类型的岩石，我们不知道是什么导致了它的颜色，它的重力很奇怪，它的磁场也很奇怪。它就是一颗奇怪的行星。”