水星

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水星（拉丁語：Mercurius；英語：Mercury），中國古稱辰星；到西漢時期，《史記‧天官書》作者天文學家司馬遷從實際觀測發現辰星呈灰色，與「五行」學說聯繫在一起，以黑色配水星，因此正式把它命名為水星。

水星是太陽系的八大行星中最小和最靠近太陽的行星，但有着八大行星中最大的離心率 ，軌道周期是87.969 地球日。從地球上看，它大約116天左右與地球會合一次，公轉速度遠遠超過太陽系的其它星球。水星的快速運動使它在羅馬神話中被稱為墨丘利，是快速飛行的信使神。由於大氣層極為稀薄，無法有效保存熱量，水星表面晝夜溫差極大，為太陽系行星之最。白天時赤道地區溫度可達432°C，夜間可降至-172°C。極區氣溫則終年維持在-172°C以下。水星的軸傾斜是太陽系所有行星中最小的（大約1⁄30度），但它有最大的軌道偏心率。

目錄

概述

由於水星十分接近太陽，時常被太陽光所籠罩，勘測相當困難，因此我們對水星的所知相當有限，迄今只有兩艘太空船曾大致勘察過水星。第一艘是1974至1975年的水手10號，只描繪了45%的水星表面圖。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。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，水星外觀很像月球，表面有許多的坑穴，沒有天然衛星，也沒有實際的大氣層；它有巨大的鐵核，磁場強度約是地球的1% 。由於水星有着巨大的核，它的密度非常高。水星的表面溫度為90至700K（～180至430 °C），日下點是最熱的地方，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公元前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」。今天英文中的名稱來自羅馬，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）和巴比倫的納布。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着有翅膀的頭盔持着眾神手杖（caduceus）的「傳信天使」。在公元前5世紀，希臘天文學家認為水星是兩個不同的天體，這是因為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，為了紀念太陽神阿波羅，它被稱為阿波羅。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，水星是五行之一，又稱為「辰星」。《晉書》內提及：「辰星曰北方冬水，智也，聽也。智虧聽失，逆冬令，傷水汽，罰見辰星。辰星見，則主刑，主廷尉，主燕趙，又為燕、趙、代以北；宰相之象。亦為殺伐之氣，戰鬥之象。又曰，軍於野，辰星為偏將之象，無軍為刑事。和陰陽，應效不效，其時不和。出失其時，寒署失其節，邦當大飢。當出不出，是謂擊卒，兵大起。在於房心間，地動。亦曰，辰星出入躁疾，常主夷狄。又曰，蠻夷之星也，亦主刑法之得失。色黃而小，地大動。光明與月相逮，其國大水。」

內部構造

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水星是太陽系內與地球相似的4顆類地行星之一，有着與地球一樣的岩石個體。它在赤道的半徑為2,439.7公里，是太陽系中最小的行星，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%的硅酸鹽材料組成，水星的密度是每立方公分5.427公克，在太陽系中是第二高的，僅次於地球的每立方公分5.515公克。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每立方公分5.3公克，相較之下地球物質只有每立方公分4.4。

從水星的密度可以推測其內部結構細節。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。水星的質量及重力是如此的小，它的內部不會被強力的擠壓，所以它要有如此高的密度，其核心必然是巨大的且含有許多的鐵。

地質學家估計水星的核心占有體積的42%；地球的核心只占體積的17%。水星富鐵的核心占據了其總質量的至少60%，它的半徑更是達到了水星半徑的四分之三。最近的研究強烈支持水星有一個熔融的核心，包圍着核心的是500–700公里厚的硅酸鹽地幔。太陽系類地行星中，只有水星和地球擁有全球性的磁場。天文學家認為這些磁場是由它們核心外層中的電流所產生。根據水手10號任務和從地球觀察的資料，水星的地殼被認為只有100-300公里的厚度。水星表面的一大特徵是有無數的窄脊，可以延伸到數百公里長，相信都是在水星的地殼凝固後，核心和地幔因冷卻而收縮造成的。

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着類于于常見的球粒隕石金屬-硅酸鹽比率的核心，被認為是太陽系內典型的岩石物質，質量大約是目前質量的2.25倍。在太陽系早期的歷史中，水星可能遭受到一顆直徑數百公里，質量約為其1/6的微行星撞擊。這次撞擊剝離了大量原始的地殼和地幔，留下的核心就相對的成為組成中較大的部分。這一假說得到了信使號分光儀對水星表面元素豐度觀測的支持。一個類似的假說，稱為巨大撞擊假說，被用來解釋地球的衛星，月球的形成。

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另一假說為，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。當時水星的溫度可能在2,500-3,500K，並且可能高達10,000K，水星表面許多的岩石成分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。

第三種假說認為，太陽星雲造成水星吸積的物質被拖曳，這意味着水星表面較輕的物質會從吸積的材料中丟失。每種假說預測的水星表面有不同的成分，信使號和即將執行的貝皮可倫坡號任務都試圖經由觀測來測試上述的學說。信使號已經發現表面的鉀和硫的含量在預測水準之上，巨大撞擊假說的地殼和地幔的汽化未曾發生，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。

信使號的分光儀已經測量水星的組成，科學家發現水星的岩石所含的鎂比起地球或月球表面要多得多，而鋁則少得多。

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地質活動狀態。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。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」。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着不同的來源，取自已經過世的人名。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着傑出或基礎的貢獻。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的水星之神名稱來命名。懸崖或峭壁以科學探險船命名；山谷或谷地則使用電波望遠鏡命名。

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)、懸崖（Rupes）和谷地（山谷）。

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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，在38億年前結束，可能是獨立發生的後期重轟炸期。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，行星表面整個都被隕石坑覆蓋着。在這個期間，行星有着火山的活動，像是卡洛里盆地等盆地都被來自行星內部的岩漿覆蓋着，形成如同在月球上發現的海一樣的平原。

信使號於2008年10月28日飛越水星，讓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。

行星之最

在太陽系的八大行星中，水星獲得了幾個「最」 的記錄：

離太陽距離最近

水星和太陽的平均距離為5790萬公里，約為日地距離的0.387倍（0.387天文單位），比其它太陽系的行星近，到目前為止還沒有發現過比水星更近太陽的行星。

軌道速度最快

因為距離最近，所以受到太陽的引力也最大，因此在它的軌道上比任何行星都跑得快，軌道速度為每秒48公里，比地球的軌道速度快18公里。這樣快的速度，只用15分鐘就能環繞地球一周。

表面溫差最大

因為沒有大氣的調節，距離太陽又非常近，所以在太陽的烘烤下，向陽面的溫度最高時可達430℃，但背陽面的夜間溫度可降到零下160℃，晝夜溫差近600℃，奪得行星表面溫差最大的冠軍，這真是一個處於火和冰之間的世界。

衛星最少

太陽系中發現了越來越多的衛星，總數超過60個，但水星和金星是根本沒有衛星的行星。

時間最快

水星年

地球每一年繞太陽公轉一圈， 而「水星年」是太陽系中最短的年，它繞太陽公轉一周只用88天，還不到地球上的3個月。這都是因為水星圍繞太陽高速飛奔的緣故，難怪代表水星的標記和符號是根據希臘神話，把它比作腳穿飛鞋手持魔杖的使者。

水星日

在太陽系的行星中，「水星年」時間最短，但水星「日」卻比別的行星更長，水星公轉一周是88天（以地球日為單位）而水星自轉一周是58.646天（地球日），地球每自轉一周就是一晝夜，而水星自轉三周才是一晝夜。水星上一晝夜的時間，相當於地球上的176天。與此同時，水星也正好公轉了兩周。因此人們說水星上的一天等於兩年，地球人到了水星上多麼不習慣。

星體運動

水星離太陽的平均距離為5790萬公里，繞太陽公轉軌道的偏心率為0.206，故其軌道很扁。太陽系天體中，除冥王星外，要算水星的軌道最扁了。水星在軌道上的平均運動速度為48公里/秒，是太陽系中運動速度最快的行星，它繞太陽運行一周只需要88天，除公轉之外，水星本身也有自轉。過去認為水星的自轉周期應當與公轉周期相等，都是88天。1965年，美國天文學家戈登、佩蒂吉爾和羅·戴斯用安裝在波多黎各阿雷西博天文台的、當今世界上最大的射電望遠鏡測定了水星的自轉周期，結果並不是88天，而是58.646天，正好是水星公轉周期的2/3。水星軌道有每世紀快43″的反常進動。

由於水星在近日點時總以同一經度朝着太陽，在遠日點時以相差90°的經度朝着太陽，所以水星隨着經度不同而出現季節變化。

公轉

水星的運行軌道是偏心的，半徑從4600萬～7000萬公里變化。圍繞太陽的緩慢歲差不能完全地被牛頓經典力學所解釋，以致於在一段時間內很多人用設想的另外一個更靠近太陽的行星（有時被稱為火神星）來解釋這個混亂。這稱為「水星近日點進動」。無論如何，愛因斯坦的廣義相對論後來提供了一種可以消除這個小誤差的解釋。

自轉

1889年意大利天文學家夏帕里利經過多年觀測認為水星自轉時間和公轉時間都是88天。直到1965年，美國天文學家才測量出了水星自轉的精確周期58.646天。

在一些時候，在水星的表面上的一些地方，在同一個水星日裡，當一個觀測者（在太陽升起時）時觀測，可以看見太陽先上升，然後倒退最後落下，然後再一次的上升。這是因為大約四天的近日點周期，水星軌道速度完全地等於它的自轉速度，以致於太陽的視運動停止，在近日點時，水星的軌道速度超過自轉速度；因此，太陽看起來會逆行性運動，在近日點後的四天，太陽恢復正常的視運動。

1965年使用雷達觀測後，觀察數據否決了水星對太陽是潮汐固定的的想法：自轉使得所有時間裡水星保持相同的一面對着太陽。水星軌速振諧為3:2，這就是說自轉三次的時間是圍繞太陽公轉兩次的時間；水星的軌道離心使這個諧振持穩。最初天文學家認為它有被固定的潮汐是因為水星處於最好的觀測位置，它總是在3:2諧振中的相同時刻，展現出相同的一面，就如同它完全地被固定住一樣。水星的自轉比地球緩慢59倍。

因為水星的3:2 的軌速比率，一個恆星日（自轉的周期）大約是58.7個地球日，一個太陽日（太陽穿越兩次子午線之間的時間）大約是176個地球日。

軌道變動

水星擁有太陽系8大行星中偏心率最大的軌道，通俗的說，就是它的軌道的橢圓是最「扁」的。而最新的計算機模擬顯示，在未來數十億年間，水星的這一軌道還將變得更扁，使其有1%的機會和太陽或者金星發生撞擊。更讓人擔憂的是，和外側的巨行星引力場一起，水星這樣混亂的軌道運動將有可能打亂內太陽系其他行星的運行軌道，甚至導致水星，金星或火星的軌道發生變動，並最終和地球發生相撞。

凌日現象

水星凌日當水星走到太陽和地球之間時，我們在太陽圓面上會看到一個小黑點穿過，這種現象稱為水星凌日。其道理和日食類似，不同的是水星比月亮離地球遠，視直徑僅為太陽的190萬分之一。水星擋住太陽的面積太小了，不足以使太陽亮度減弱，所以，用肉眼是看不到水星凌日的，只能通過望遠鏡進行投影觀測。水星凌日每100年平均發生13次。在20世紀末有一次凌日是在1999年11月16日5時42分。

在人類歷史上，第一次預告水星凌日是「行星運動三大定律」的發現者，德國天文學家開普勒（1571至1630年）。他在1629年預言：1631年11月7日將發生稀奇天象--水星凌日。當日，法國天文學家加桑迪在巴黎親眼目睹到有個小黑點（水星）在日面上由東向西徐徐移動。從1631年至2003年，共出現50次水星凌日。其中，發生在11月的有35次，發生在5月的僅有15次。每100年，平均發生水星凌日13.4次。

水星探索

早期

水星最早被閃族人在（公元前三千年）發現，他們叫它 Ubu-idim-gud-ud。最早的詳細記錄觀察數據的是巴比倫人，他們叫它 gu-ad 或 gu-utu。希臘人給它起了兩個古老的名字，當它出現在早晨時叫阿波羅，當它出現在傍晚叫赫耳墨斯，但是希臘天文學家知道這兩個名字表示的是同一星體。希臘哲學家赫拉克利特甚至已經認為水星和金星（維納斯星）是繞太陽公轉的而不是地球。水星的觀測因為它過於接近太陽而變的非常複雜；在地球可以觀測它的唯一時間是在日出或日落時。

美國國家航空航天局

靠近過水星的唯一航天器是水手10號。最近有一個被美國國家航空航天局批准的項目，項目被命名為MESSENGER（「信使號」，是MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging的字母縮寫，意為 「水星表面，空間環境，地理化學和全向遙測」），信使號已在2004年8月發射，2011年3月18日進入圍繞水星運行的軌道，成為首顆圍繞水星運行的探測器。

水手10號

第一艘探測水星的太空船是NASA的水手10號 (1974年～1975年)。這艘太空船使用金星的引力調整它的軌道速度，使它能夠接近水星，並使它成為第一艘使用重力助推效應，和NASA第一次拜訪多顆行星的太空任務。水手10號提供了第一批的水星表面特寫影像，其中立刻顯示出水星有大量環型山的性質，並透漏許多其他類型的地質特徵，像是巨型的陡坡，後來歸因於水星的鐵核冷卻時稍為收縮造成的。不幸的是，由於水星軌道公轉周期的長度，使得水手10號每次接近時觀察的都是水星的同一側。這使得水手10號不可能觀察到完全的水星表面，結果是完成的水星表面地圖少於45% 。

在1974年3月27日，首次飛越水星的兩天前，水手10號的儀器意外的發現水星附近有大量的紫外線輻射，這導致初步認定水星有衛星。不久之後，過量的紫外線被確認是巨爵座31號星的，而水星的衛星就成為天文歷史書上的一個註腳。

這艘太空船三度飛臨水星，最接近時與表面的距離只有327公里。在第一次接近時，儀器偵測到水星有磁場，這使得行星地質學家大為驚訝－因為水星的自轉極為緩慢，不致於產生髮電機效應。第二次的接近主要是要拍攝影像，但在第三次接近時，獲得了廣泛的磁性資料。這些資料顯示水星的磁場非常類似於地球，使得水星周圍的太陽風產生偏離。水星磁場的起源依然有幾個主要的理論在相互競爭。

在1975年3月24日，就在最後一次接近水星之後8天，水手10號耗盡了燃料。由於不再能精確的控制他的軌道，於是任務控制者關閉了探測器的儀器。水手10號被認為仍然環繞着太陽，每隔幾個月仍會接近水星一次。

信使號

信使號是NASA前往水星的第二艘太空船，於2004年8月3日使用波音戴爾他2型火箭從卡納維拉爾角空軍基地發射。它在2005年8月飛越地球，並在2006年10月和2007年6月掠過金星，將它調整至正確的軌道，以達到能環繞水星的軌道。在2008年1月14日，信使號首度飛越水星，2008年10月6日再度飛越，並於2009年9月29日第三度飛越。在這幾次的飛越中，將水手10號未曾拍攝的半球都拍攝了。探測器在2011年3月18日成功進入繞行水星的橢圓軌道。信使號是在一個大橢圓軌道上以12小時為周期繞水星轉動，距離水星表面最近時距離為200千米，最遠則可達15,193千米。它軌道的最低點位於水星北緯60度的上空，之所以這樣選擇部分是為了能詳細地研究巨大的卡洛里盆地。這個盆地直徑1,550千米，是水星最大的表面特徵。並在2011年3月29日獲得了第一張在軌道上的水星影像。探測器已經完成一年的製圖任務，現在正在進行預定在2013年完成的另一年延伸探測任務。除了繼續觀測水星和繪製地圖之外，信使號也將觀察2012年的太陽極大期。

這項任務要理清六個關鍵的問題：水星的高密度、地質歷史、磁場的本質、核的結構、兩極是否有冰？以及稀薄的大氣是如何形成的。為了達到這些目的，探測器攜帶了比水手10號的儀器分辨率更高許多的影像成像設備，各式光譜儀測量地殼中元素的豐度，和磁強計等設備來測量帶電粒子的速度。詳細測量探測器在軌道速度上的微小變化，用來推斷水星內部構造的詳細資訊。

貝皮可倫坡號

歐洲空間局計劃和日本合作，以兩艘太空船環繞水星：一艘描繪水星地圖，另一艘研究它的磁氣層，稱為貝皮可倫坡號的探測計劃。在2018年10月20日發射太空船，預期將於2025年前抵達水星。載具將釋放一個磁強計進入環繞水星的橢圓軌道，然後化學火箭將點燃，讓繪製地圖的探測器進入圓軌道。這兩個探測器都將運作一個地球年。繪圖探測器將攜帶類似於信使號的光譜儀，和在許多不同的波長上研究這顆行星，包括紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線。

俄國人計劃在2011年～2012年之間用聯盟火箭送出他們的飛船，飛船將在四年後到達水星，將會環繞軌道飛行，繪製地圖並且研究它的磁場。

成為人類殖民地的可能

在水星南北極的環形山是一個很有可能適合成為地球外人類殖民地的地方，因為那裡的溫度常年恆定（大約～200℃）。這是因為水星微弱的軸傾斜以及因為基本沒有大氣，所以有日光照射的部分的熱量很難攜帶至此，即使水星兩極較為淺的環形山底部也總是黑暗的。適當的人類活動將能加熱殖民地以達到一個舒適的溫度，相比周圍大部分區域來說，較低的環境溫度將能使散失的熱量更易處理。

關於水星的科幻

水星是科幻小說作者感興趣的題材。主題主要包括暴露在太陽輻射下的危險；停留在水星緩慢移動的晨昏圈（白天與夜晚之間的界線）上被過度輻射所傷害的可能和獨裁政府（可能因為水星表面溫度很高的緣故）。

視頻

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