水星

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水星（拉丁语：Mercurius；英语：Mercury），中国古称辰星；到西汉时期，《史记‧天官书》作者天文学家司马迁从实际观测发现辰星呈灰色，与“五行”学说联系在一起，以黑色配水星，因此正式把它命名为水星。

水星是太阳系的八大行星中最小和最靠近太阳的行星，但有着八大行星中最大的离心率 ，轨道周期是87.969 地球日。从地球上看，它大约116天左右与地球会合一次，公转速度远远超过太阳系的其它星球。水星的快速运动使它在罗马神话中被称为墨丘利，是快速飞行的信使神。由于大气层极为稀薄，无法有效保存热量，水星表面昼夜温差极大，为太阳系行星之最。白天时赤道地区温度可达432°C，夜间可降至-172°C。极区气温则终年维持在-172°C以下。水星的轴倾斜是太阳系所有行星中最小的（大约1⁄30度），但它有最大的轨道偏心率。

目录

概述

由于水星十分接近太阳，时常被太阳光所笼罩，勘测相当困难，因此我们对水星的所知相当有限，迄今只有两艘太空船曾大致勘察过水星。第一艘是1974至1975年的水手10号，只描绘了45%的水星表面图。第二艘是信使号，在2008年1月14日掠过水星，描绘了另外30%的表面。信使号于2011年3月17日再度抵达水星，并且进入环绕轨道，开始对水星表面进行全面的探测。

实际上，水星外观很像月球，表面有许多的坑穴，没有天然卫星，也没有实际的大气层；它有巨大的铁核，磁场强度约是地球的1% 。由于水星有着巨大的核，它的密度非常高。水星的表面温度为90至700K（～180至430 °C），日下点是最热的地方，靠近地理极的坑穴底部是温度最低之处。

水星的观测纪录可以追溯到公元前3,000年的苏美尔人，希腊的赫西俄德时代称之为Στίλβων（拉丁化：“Stilbon'”）（“the gleaming”）和“Hermaon”。今天英文中的名称来自罗马，是罗马神话中众神的信使墨丘利（Mercurius），相当于希腊的赫耳墨斯（Hermes）和巴比伦的纳布。在天文学上的符号是一个古老的星占符号，一个很有风格的版本是带着有翅膀的头盔持着众神手杖（caduceus）的“传信天使”。在公元前5世纪，希腊天文学家认为水星是两个不同的天体，这是因为它时常交替地出现在太阳的两侧；一颗出现在日落之后，它被叫做墨丘利；另一颗则出现在日出之前，为了纪念太阳神阿波罗，它被称为阿波罗。毕达哥拉斯后来指出他们实际上是相同的一颗行星。

在印度，水星被称为“Budha”（बुध），是月亮之神（“Chandra”）的儿子；在希伯来，称为“Kokhav Hamah”（כוכב חמה），意思是来自太阳的炎热之星。

在中国，水星是五行之一，又称为“辰星”。《晋书》内提及：“辰星曰北方冬水，智也，听也。智亏听失，逆冬令，伤水汽，罚见辰星。辰星见，则主刑，主廷尉，主燕赵，又为燕、赵、代以北；宰相之象。亦为杀伐之气，战斗之象。又曰，军于野，辰星为偏将之象，无军为刑事。和阴阳，应效不效，其时不和。出失其时，寒署失其节，邦当大饥。当出不出，是谓击卒，兵大起。在于房心间，地动。亦曰，辰星出入躁疾，常主夷狄。又曰，蛮夷之星也，亦主刑法之得失。色黄而小，地大动。光明与月相逮，其国大水。”

内部构造

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水星是太阳系内与地球相似的4颗类地行星之一，有着与地球一样的岩石个体。它在赤道的半径为2,439.7公里，是太阳系中最小的行星，水星甚至比一些巨大的天然卫星，像是甘尼米德和泰坦，还要小－虽然质量较大。水星由大约70%的金属和30%的硅酸盐材料组成，水星的密度是每立方公分5.427公克，在太阳系中是第二高的，仅次于地球的每立方公分5.515公克。如果不考虑重力压缩对物质密度的影响，水星物质的密度将是最高的。未经重力压缩的水星物质密度是每立方公分5.3公克，相较之下地球物质只有每立方公分4.4。

从水星的密度可以推测其内部结构细节。地球的高密度，特别是核心的高密度，是由重力压缩所导致的。水星的质量及重力是如此的小，它的内部不会被强力的挤压，所以它要有如此高的密度，其核心必然是巨大的且含有许多的铁。

地质学家估计水星的核心占有体积的42%；地球的核心只占体积的17%。水星富铁的核心占据了其总质量的至少60%，它的半径更是达到了水星半径的四分之三。最近的研究强烈支持水星有一个熔融的核心，包围着核心的是500–700公里厚的硅酸盐地幔。太阳系类地行星中，只有水星和地球拥有全球性的磁场。天文学家认为这些磁场是由它们核心外层中的电流所产生。根据水手10号任务和从地球观察的资料，水星的地壳被认为只有100-300公里的厚度。水星表面的一大特征是有无数的窄脊，可以延伸到数百公里长，相信都是在水星的地壳凝固后，核心和地幔因冷却而收缩造成的。

水星核心含有的铁高出太阳系内任何主要的行星，已经有几种理论被提出来解释。得到最广泛支持的理论是水星原本有着类于于常见的球粒陨石金属-硅酸盐比率的核心，被认为是太阳系内典型的岩石物质，质量大约是目前质量的2.25倍。在太阳系早期的历史中，水星可能遭受到一颗直径数百公里，质量约为其1/6的微行星撞击。这次撞击剥离了大量原始的地壳和地幔，留下的核心就相对的成为组成中较大的部分。这一假说得到了信使号分光仪对水星表面元素丰度观测的支持。一个类似的假说，称为巨大撞击假说，被用来解释地球的卫星，月球的形成。

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另一假说为，水星在太阳输出的能量稳定下来之前就已经在太阳星云中形成。这颗行星原本的质量是目前的两倍，但在原行星的收缩过程中。当时水星的温度可能在2,500-3,500K，并且可能高达10,000K，水星表面许多的岩石成分在如此的高温下可能都汽化，成为大气层中的“岩石蒸汽”，然后被太阳风带走了。

第三种假说认为，太阳星云造成水星吸积的物质被拖曳，这意味着水星表面较轻的物质会从吸积的材料中丢失。每种假说预测的水星表面有不同的成分，信使号和即将执行的贝皮可伦坡号任务都试图经由观测来测试上述的学说。信使号已经发现表面的钾和硫的含量在预测水准之上，巨大撞击假说的地壳和地幔的汽化未曾发生，因为钾和硫都会在这些事件的高温下被驱离。此一发现似乎倾向于较轻的行星材料受到拖曳而离开，造成较重的金属材料被浓缩。

信使号的分光仪已经测量水星的组成，科学家发现水星的岩石所含的镁比起地球或月球表面要多得多，而铝则少得多。

地质

水星的表面与月球很相似，呈现出像海的广大平原和大量的撞击坑，显示它数十亿年来都处于非地质活动状态。我们对水星地质的认识建立在1975年飞越水星的水手10号和地面的观测，它是我们了解最少的类地行星。当信使号最近飞越水星的资料被处理过后，这方面的知识将会有所增进。例如，科学家们已经发现一个不寻常的火山口辐射槽，称之为“蜘蛛”。稍后，被重新命名为阿波罗多罗斯。

在水星表面特征的命名有着不同的来源，取自已经过世的人名。坑穴使用艺术家、音乐家、书画家和作家，他们都在各自的领域中有着杰出或基础的贡献。山脊或皱脊，以对水星的研究有贡献的科学家命名；洼地或地沟以建筑师来命名。山脉以各种不同语言中热门的单词来命名；平原或平原低地以各种不同语言的水星之神名称来命名。悬崖或峭壁以科学探险船命名；山谷或谷地则使用电波望远镜命名。

反照率特征指使用不同领域的望远镜观测，明显的有不同反照率的地点。水星拥有山脊（有时也称为皱脊），像月球的高地、山脉 （山）、平原或平原低地 (Planitia)、悬崖（Rupes）和谷地（山谷）。

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水星在46亿年前形成时，曾经经历过彗星和小行星短暂的轮番轰击，在38亿年前结束，可能是独立发生的后期重轰炸期。在这些剧烈形成陨石坑的期间，由于缺乏大气层来减缓撞击，行星表面整个都被陨石坑覆盖着。在这个期间，行星有着火山的活动，像是卡洛里盆地等盆地都被来自行星内部的岩浆覆盖着，形成如同在月球上发现的海一样的平原。

信使号于2008年10月28日飞越水星，让研究人员获得更多鉴别水星表面浑沌地形的资料。水星的表面比火星和月球更为复杂（诡异），它包含了大量在两者上都值得注意的类似地质，像是海和平原等。

行星之最

在太阳系的八大行星中，水星获得了几个“最” 的记录：

离太阳距离最近

水星和太阳的平均距离为5790万公里，约为日地距离的0.387倍（0.387天文单位），比其它太阳系的行星近，到目前为止还没有发现过比水星更近太阳的行星。

轨道速度最快

因为距离最近，所以受到太阳的引力也最大，因此在它的轨道上比任何行星都跑得快，轨道速度为每秒48公里，比地球的轨道速度快18公里。这样快的速度，只用15分钟就能环绕地球一周。

表面温差最大

因为没有大气的调节，距离太阳又非常近，所以在太阳的烘烤下，向阳面的温度最高时可达430℃，但背阳面的夜间温度可降到零下160℃，昼夜温差近600℃，夺得行星表面温差最大的冠军，这真是一个处于火和冰之间的世界。

卫星最少

太阳系中发现了越来越多的卫星，总数超过60个，但水星和金星是根本没有卫星的行星。

时间最快

水星年

地球每一年绕太阳公转一圈， 而“水星年”是太阳系中最短的年，它绕太阳公转一周只用88天，还不到地球上的3个月。这都是因为水星围绕太阳高速飞奔的缘故，难怪代表水星的标记和符号是根据希腊神话，把它比作脚穿飞鞋手持魔杖的使者。

水星日

在太阳系的行星中，“水星年”时间最短，但水星“日”却比别的行星更长，水星公转一周是88天（以地球日为单位）而水星自转一周是58.646天（地球日），地球每自转一周就是一昼夜，而水星自转三周才是一昼夜。水星上一昼夜的时间，相当于地球上的176天。与此同时，水星也正好公转了两周。因此人们说水星上的一天等于两年，地球人到了水星上多么不习惯。

星体运动

水星离太阳的平均距离为5790万公里，绕太阳公转轨道的偏心率为0.206，故其轨道很扁。太阳系天体中，除冥王星外，要算水星的轨道最扁了。水星在轨道上的平均运动速度为48公里/秒，是太阳系中运动速度最快的行星，它绕太阳运行一周只需要88天，除公转之外，水星本身也有自转。过去认为水星的自转周期应当与公转周期相等，都是88天。1965年，美国天文学家戈登、佩蒂吉尔和罗·戴斯用安装在波多黎各阿雷西博天文台的、当今世界上最大的射电望远镜测定了水星的自转周期，结果并不是88天，而是58.646天，正好是水星公转周期的2/3。水星轨道有每世纪快43″的反常进动。

由于水星在近日点时总以同一经度朝着太阳，在远日点时以相差90°的经度朝着太阳，所以水星随着经度不同而出现季节变化。

公转

水星的运行轨道是偏心的，半径从4600万～7000万公里变化。围绕太阳的缓慢岁差不能完全地被牛顿经典力学所解释，以致于在一段时间内很多人用设想的另外一个更靠近太阳的行星（有时被称为火神星）来解释这个混乱。这称为“水星近日点进动”。无论如何，爱因斯坦的广义相对论后来提供了一种可以消除这个小误差的解释。

自转

1889年意大利天文学家夏帕里利经过多年观测认为水星自转时间和公转时间都是88天。直到1965年，美国天文学家才测量出了水星自转的精确周期58.646天。

在一些时候，在水星的表面上的一些地方，在同一个水星日里，当一个观测者（在太阳升起时）时观测，可以看见太阳先上升，然后倒退最后落下，然后再一次的上升。这是因为大约四天的近日点周期，水星轨道速度完全地等于它的自转速度，以致于太阳的视运动停止，在近日点时，水星的轨道速度超过自转速度；因此，太阳看起来会逆行性运动，在近日点后的四天，太阳恢复正常的视运动。

1965年使用雷达观测后，观察数据否决了水星对太阳是潮汐固定的的想法：自转使得所有时间里水星保持相同的一面对着太阳。水星轨速振谐为3:2，这就是说自转三次的时间是围绕太阳公转两次的时间；水星的轨道离心使这个谐振持稳。最初天文学家认为它有被固定的潮汐是因为水星处于最好的观测位置，它总是在3:2谐振中的相同时刻，展现出相同的一面，就如同它完全地被固定住一样。水星的自转比地球缓慢59倍。

因为水星的3:2 的轨速比率，一个恒星日（自转的周期）大约是58.7个地球日，一个太阳日（太阳穿越两次子午线之间的时间）大约是176个地球日。

轨道变动

水星拥有太阳系8大行星中偏心率最大的轨道，通俗的说，就是它的轨道的椭圆是最“扁”的。而最新的计算机模拟显示，在未来数十亿年间，水星的这一轨道还将变得更扁，使其有1%的机会和太阳或者金星发生撞击。更让人担忧的是，和外侧的巨行星引力场一起，水星这样混乱的轨道运动将有可能打乱内太阳系其他行星的运行轨道，甚至导致水星，金星或火星的轨道发生变动，并最终和地球发生相撞。

凌日现象

水星凌日当水星走到太阳和地球之间时，我们在太阳圆面上会看到一个小黑点穿过，这种现象称为水星凌日。其道理和日食类似，不同的是水星比月亮离地球远，视直径仅为太阳的190万分之一。水星挡住太阳的面积太小了，不足以使太阳亮度减弱，所以，用肉眼是看不到水星凌日的，只能通过望远镜进行投影观测。水星凌日每100年平均发生13次。在20世纪末有一次凌日是在1999年11月16日5时42分。

在人类历史上，第一次预告水星凌日是“行星运动三大定律”的发现者，德国天文学家开普勒（1571至1630年）。他在1629年预言：1631年11月7日将发生稀奇天象--水星凌日。当日，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点（水星）在日面上由东向西徐徐移动。从1631年至2003年，共出现50次水星凌日。其中，发生在11月的有35次，发生在5月的仅有15次。每100年，平均发生水星凌日13.4次。

水星探索

早期

水星最早被闪族人在（公元前三千年）发现，他们叫它 Ubu-idim-gud-ud。最早的详细记录观察数据的是巴比伦人，他们叫它 gu-ad 或 gu-utu。希腊人给它起了两个古老的名字，当它出现在早晨时叫阿波罗，当它出现在傍晚叫赫耳墨斯，但是希腊天文学家知道这两个名字表示的是同一星体。希腊哲学家赫拉克利特甚至已经认为水星和金星（维纳斯星）是绕太阳公转的而不是地球。水星的观测因为它过于接近太阳而变的非常复杂；在地球可以观测它的唯一时间是在日出或日落时。

美国国家航空航天局

靠近过水星的唯一航天器是水手10号。最近有一个被美国国家航空航天局批准的项目，项目被命名为MESSENGER（“信使号”，是MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging的字母缩写，意为 “水星表面，空间环境，地理化学和全向遥测”），信使号已在2004年8月发射，2011年3月18日进入围绕水星运行的轨道，成为首颗围绕水星运行的探测器。

水手10号

第一艘探测水星的太空船是NASA的水手10号 (1974年～1975年)。这艘太空船使用金星的引力调整它的轨道速度，使它能够接近水星，并使它成为第一艘使用重力助推效应，和NASA第一次拜访多颗行星的太空任务。水手10号提供了第一批的水星表面特写影像，其中立刻显示出水星有大量环型山的性质，并透漏许多其他类型的地质特征，像是巨型的陡坡，后来归因于水星的铁核冷却时稍为收缩造成的。不幸的是，由于水星轨道公转周期的长度，使得水手10号每次接近时观察的都是水星的同一侧。这使得水手10号不可能观察到完全的水星表面，结果是完成的水星表面地图少于45% 。

在1974年3月27日，首次飞越水星的两天前，水手10号的仪器意外的发现水星附近有大量的紫外线辐射，这导致初步认定水星有卫星。不久之后，过量的紫外线被确认是巨爵座31号星的，而水星的卫星就成为天文历史书上的一个注脚。

这艘太空船三度飞临水星，最接近时与表面的距离只有327公里。在第一次接近时，仪器侦测到水星有磁场，这使得行星地质学家大为惊讶－因为水星的自转极为缓慢，不致于产生发电机效应。第二次的接近主要是要拍摄影像，但在第三次接近时，获得了广泛的磁性资料。这些资料显示水星的磁场非常类似于地球，使得水星周围的太阳风产生偏离。水星磁场的起源依然有几个主要的理论在相互竞争。

在1975年3月24日，就在最后一次接近水星之后8天，水手10号耗尽了燃料。由于不再能精确的控制他的轨道，于是任务控制者关闭了探测器的仪器。水手10号被认为仍然环绕着太阳，每隔几个月仍会接近水星一次。

信使号

信使号是NASA前往水星的第二艘太空船，于2004年8月3日使用波音戴尔他2型火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射。它在2005年8月飞越地球，并在2006年10月和2007年6月掠过金星，将它调整至正确的轨道，以达到能环绕水星的轨道。在2008年1月14日，信使号首度飞越水星，2008年10月6日再度飞越，并于2009年9月29日第三度飞越。在这几次的飞越中，将水手10号未曾拍摄的半球都拍摄了。探测器在2011年3月18日成功进入绕行水星的椭圆轨道。信使号是在一个大椭圆轨道上以12小时为周期绕水星转动，距离水星表面最近时距离为200千米，最远则可达15,193千米。它轨道的最低点位于水星北纬60度的上空，之所以这样选择部分是为了能详细地研究巨大的卡洛里盆地。这个盆地直径1,550千米，是水星最大的表面特征。并在2011年3月29日获得了第一张在轨道上的水星影像。探测器已经完成一年的制图任务，现在正在进行预定在2013年完成的另一年延伸探测任务。除了继续观测水星和绘制地图之外，信使号也将观察2012年的太阳极大期。

这项任务要理清六个关键的问题：水星的高密度、地质历史、磁场的本质、核的结构、两极是否有冰？以及稀薄的大气是如何形成的。为了达到这些目的，探测器携带了比水手10号的仪器分辨率更高许多的影像成像设备，各式光谱仪测量地壳中元素的丰度，和磁强计等设备来测量带电粒子的速度。详细测量探测器在轨道速度上的微小变化，用来推断水星内部构造的详细资讯。

贝皮可伦坡号

欧洲空间局计划和日本合作，以两艘太空船环绕水星：一艘描绘水星地图，另一艘研究它的磁气层，称为贝皮可伦坡号的探测计划。在2018年10月20日发射太空船，预期将于2025年前抵达水星。载具将释放一个磁强计进入环绕水星的椭圆轨道，然后化学火箭将点燃，让绘制地图的探测器进入圆轨道。这两个探测器都将运作一个地球年。绘图探测器将携带类似于信使号的光谱仪，和在许多不同的波长上研究这颗行星，包括红外线、紫外线、X射线和伽马射线。

俄国人计划在2011年～2012年之间用联盟火箭送出他们的飞船，飞船将在四年后到达水星，将会环绕轨道飞行，绘制地图并且研究它的磁场。

成为人类殖民地的可能

在水星南北极的环形山是一个很有可能适合成为地球外人类殖民地的地方，因为那里的温度常年恒定（大约～200℃）。这是因为水星微弱的轴倾斜以及因为基本没有大气，所以有日光照射的部分的热量很难携带至此，即使水星两极较为浅的环形山底部也总是黑暗的。适当的人类活动将能加热殖民地以达到一个舒适的温度，相比周围大部分区域来说，较低的环境温度将能使散失的热量更易处理。

关于水星的科幻

水星是科幻小说作者感兴趣的题材。主题主要包括暴露在太阳辐射下的危险；停留在水星缓慢移动的晨昏圈（白天与夜晚之间的界线）上被过度辐射所伤害的可能和独裁政府（可能因为水星表面温度很高的缘故）。

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