Question

行星世界之水星

Answer 1

在九大行星中水星在轨道上前进的速度最快。水星以平均每秒47.89千米的速度在轨道上飞跑，绕太阳1周仅仅只需要87.969日。水星与地球的会合周期是115.88日，大约是个月的时间，当水星经过太阳和地球之间，如果正碰上水星在远日点的位置时，水星和地球的距离最近。这时它们相距只有8000万千米，它的视直径只有12″。不过这个时候水星被太阳照亮的一面背对着我们，所以我们无法看到它。当水星转到和地球相对的太阳另一面时，它与地球的距离可以远到22000万千米。那时它向着我们的一面被太阳照亮，很容易在望远镜里看到它，但是它的圆轮直径已经缩小到只有4″.5了。

水星是内行星，所以它像月亮有月相一样，表现出一连串的相位变化，在它与地球的一个会合周期里这些位相连续地变化着。

由于我们只用肉眼是看不到水星的视圆面，所以也看不到水星的位相变化。当哥白尼提出日心论的时候，那些维护地心论的人就以水星、金星没有相位变化来为地心论辩解；他们说：“如果水、金两星在地球的轨道之内环绕太阳运行，它们便应该表现位相”芦正。哥白尼当时就回答他们说：“上帝将使人们发明仪器帮助视力，有一天你们会看见这些位相的。”后来果然如哥白尼预言的那样，伽利略发明了天文望远镜以后，他首先看到了内行星的位相变化，给哥白尼的日心论以强有力的支持。

水星在绕太阳公转的同时本身也在自转着。过去一直、认为水星的自转周期与公转周期相等，也是87.969日。后来逗扮测量仪器有了发展，在1965年利用射电方法测得水星的自转周期是58.646日。天文学家立刻就发现水星的这个新测定的自转周期恰与它的公转周期之比为2: 3，也就是说水星每自转3圈所需的时间，恰好是它绕日公转两圈的时间。这种现象在天体力学上称为自转-公转耦合现象。耦合当然不是巧合，它是行星动力学演化的结果，是揭示太阳系起源和演化所必须研究的一个内容。

3由于水星自转-公转耦合现象，使水星上的时间和季节概念与地球上大不相同。如果我们把两次日出东方的时间间隔称为一个太阳日，那么水星上的一个太阳日竟长达176个地球日，也就是说水星上的一天等于地球上的两年。在太阳系九大行星当中，水星的昼夜是最长的了，水星上的时间是多么有趣呀！在九大行星中它离太阳最近，转动。又最快，所以水星的一年最短，可是水星上的一天却又最长！

水星没有卫星，所以在那里没有“月”的概念。水星的自转轴与它公转轨道面几乎垂直，所以在水星上没有随纬度不同的季度变化。由于水星在近日点时总是以同一经度朝着太阳，在远日点时总是以相差90 的经度朝着太阳，所以在水星上会随着经度不同出现季节变化，这也是太阳系中的一大奇观。

水星比地球小得多，它的半径是地球半径的38.3%，约2440千米。它的质量是3.33 1026克，平均密度是5.46克/厘米，只比地球的平均密度略小一些。水星表面上物体的逃逸速度很小，只有每秒4.3千米。

美国在1973年11月3日发射的“水手10号”行星际探测器，是迄今为止向水星发射的唯一的探测器。在“水手”10号飞向水星和环绕水星飞行的17个月旅途中，它在1974年3月29日、9月21日和1975年3月16日三次经过水星附近。在靠近水星的时候它探测到许多有关水星的情报，发回了大量清晰的电视传真照片和大量的宝贵数据。

由于水星的直径比地球小得多，密度却又与地球差不多，因此估计水星具有一个巨大的铁质内核。水星核的质量占水星总质量的70% 80%，铁核的一部分处于液态。在铁核的外面有一层厚约500 600千米的硅酸盐包层山哗灶。水星有一个和地球相似的内核，又有一个与月球相近的表面，这是它与其它行星都不相同的独特之处。

水星是离太阳最近的一颗行星吗？这个问题已经提出多年了。早在1859年法国天文学家勒维耶发现水星近日点进行值偏高，比根据牛顿定律算出来的理论值要快，大约每世纪要快38″。当时就引起天文学家们的猜测，这偏高的值会不会是由于一个比水星更靠近太阳的行星引力所引起的呢？于是在天文学界掀起了一个搜寻水内行星的热潮，甚至有人声称发现了这颗行星，并给它起名为“火神星”。后来虽经过多年的努力搜索，却谁也没有看到过这颗“火神星”。而且理论计算也解决了这个偏高值的问题，看来根本就不存在什么水内行星。尽管如此人们仍不放弃对它的搜索。

水星近日点进动是一个很有趣的天文现象，对它的研究也很有意义。

水星近日点进动主要是由于各大行星作用在水星上的万有引力引起的。但是在经过仔细地计算了各大行星的摄动以后，还剩下一些进动找不到影响的原因。这个多出来的进动值很小，据纽康的测定每一百年只有约43″。别看这个近动值很小，但是正是由于它的存在向牛顿定律提出了巨大的疑问。人们找不到水内行星，只好设想各种因素的影响以解释这多余的进动，但是一直没有得到比较满意的解答。直到爱因斯坦创立了广义相对论以后才成功地给出了答案。根据广义相对论的理论计算，行星在绕太阳1周以后，它在轨道上的近日点将向前进动。

对于水星的近日点进动所计算的值与用牛顿万有引力定律所计算的值每世纪相差43″.03，这个差值与观测到的情况十分接近。广义相对论不但解决了水星近日点进去之谜，而且反过来水星近日点的进动成为天文学家对广义相对论的最有力的验证之一。当然影响水星近日点进动的因素还很多，任何一个微小的因素，比如太阳的扁率都对它有直接影响，因此进一步深入研究这个课题仍然是十分必要的。