水星是怎样一颗星球，它的磁场是否随着时间而改变？
环球科学猫2019-09-09 09:47
本文参加百家号科学#了不起的天文航天#系列征文
作者：文/虞子期
作为与太阳距离最近的行星，在围绕太阳旋转的速度这个维度上，水星比任何其他行星都更快。众所周知，水星是太阳系的八大行星中最小的一颗，其低表面重力的特征，让气氛的保持成为了一种挑战。虽然它并不是太阳系中温度最高的行星，但也足以使其无法维持稳定的大气层环境，并且，它的气氛甚至比我们熟知的火星还要薄。这个太阳系中最小的行星，比我们地球的月亮略大，由于撞击物没有受到气氛的干扰，因而这个星球上也布满了大大小小的陨石坑，并且，其中的浅陨石坑可能会隐藏厚厚的冰水。
与此同时，除了太阳系中的地球之外，水星也是唯一具有显著磁场的行星，尽管它的磁场强度还不到地球的1%。我们地球上的生命之所以能够得以生存，其中很大的一个因素就是地球的磁层，是它让我们免于遭受大量的宇宙辐射和太阳辐射。通常情况下，我们都将行星的磁场定义为，金属核心中流体运动所导致的一种现象，而环绕行星的磁层就是通过磁场创造出来的。那么，水星这个确认可通过熔融核心产生磁场的星球，到底具有怎样的气候和天气？而它的神秘磁场，又是否会因为时间的推移而发生变化？
水星是太阳系中最奇怪的星球之一
水星以每小时180000公里的速度绕太阳运行，只需要接近88个地球日便能完成一次完整的轨道运行，这个速度快于太阳系中的其他所有行星。水星的质量一直在减小，其核心的冷却导致了凝固、以至于行星的体积变小，这不仅体现在它过去已经失去的部分，直到今天也仍在持续缩小。在其充满褶皱的表面，形成的悬崖和大峡谷，可绵延数百英里的长度。水星也是在地球之后，太阳系中第二密集的行星，它拥有一个庞大的金属核心，占据星球直径的75%左右，达到了3600到3800公里宽，这个庞大的核心，以及丰富的元素结合都让我们感到困惑不已。
虽然水星并不是太阳系中温度最高的星球，但由于该星球并没有足够的大气氛围来吸收热量，以至于其表面温度依然达到了450摄氏度左右，而它的夜间温度可低至零下170摄氏度，其超过600摄氏度的温度波动成为了太阳系之最。水星并不具有充实的大气层，而是一个超薄的外层，主要由太阳风、太阳辐射、微流星体撞击其表面是所喷出的原子构成，总是快速从水星外层逃离到太空的它们，就这样形成了一个粒子的尾巴。由于水星的轨道距离太阳只有几百万英里，这导致了该岩石行星总是不断地遭受到太阳天气的轰击，比如从该恒星吹来的快速移动的风，会让水星的表面受到这些带电粒子的撞击。
我们可以在水星的表面看到诸多陨石坑，而它们都是太阳系早期充满暴力的最佳证据，比如，大约40亿年前，水星被一颗100公里左右宽的小行星撞击，留下了一个大约1550公里宽的撞击坑。并且，科学家们在观察14000个陨石坑之后发现，原来，在水星两极附近的地表之下，竟然有厚厚的水冰沉积物存在，并且，这里的水冰结构似乎更加混乱而复杂。为了对水星陨石坑中的水冰有更好的理解，科学家们将它与月球类似位置的水冰进行了比较，并在这个过程中发现这些隐藏了厚厚冰块的陨石坑，只是它们并没有比水星上的其他陨石坑更浅。
水星的磁场是否随着时间而改变
为了更好的理解磁场的演化过程，以更多地了解太阳系行星的不同阶段，人类不仅需要对地球的磁场有清晰的认知，同时还需对地球以外的行星进行磁场方面的研究。水星磁场的历史大约已有将近40亿年，尽管这个类似于地球的磁场格外微弱，但这并不影响科学家们对水星磁场进一步探索。科学家们在之后的研究中发现：水星的极地位置与其古老的磁极相距甚远，也就是说，水星的磁极在这个维度其实也跟地球一样，它们都会因为时间的递进而发生一些微妙的变化，而水星磁极相关的内容，远比我们之前预想的更加复杂。
虽然水星的磁场会随着时间而发生变化，但它却并不是太阳系行星中的特例，通常情况下，科学家们都是通过岩石行星来研究磁场的演化。比如，就我们所生活的地球而言，它每年的北磁极大约都会漂移10到15公里左右，并在过去的大约45亿年时间里，实现了磁场取向翻100倍以上。或许你有所不知，磁场在岩石冷却时的状态可以通过冷却熔岩形成的火成岩来记录，如果它们都是磁性材料，那么核心区域便会与冷却的磁性材料对齐，这个过程被科学家们称为热永久磁化，而地球的最后一次磁场反转时间，则通过对火成岩的分析确认为大约78万年前。由于尚未收集到其他行星的岩石样本，因而科学家们对于月球和地球磁极变化的研究，成为了行星体磁极变化仅有的少数案例，只有永久磁化的岩石，才能帮助我们找到那些过去的线索。
过去，我们没能实现对水星的低空观察，难以对其地壳磁场进行研究，直到宇宙飞船MESSENGER于2015年降落到行星表面，才得以在三个月的时间里，收集到关于水星低空的重要信息。在之后的时间里，科学家们通过其中的一些信息，了解到水星地壳磁化的诸多细节，并通过那些位于不同位置的地壳区域，对古老水星的“核心磁结构”进行了推断。在航天器收集到的低空检测数据中，存在着不同于大部分地形、具有磁性特征的古老陨石坑，它的形成时间大约为38到41亿年前，或许可以为水星上的古生物提供一些重要线索。并且，该陨石坑或许存在着热永久磁化岩石，在材料凝固之后保留了行星磁场的位置和方向。
为了准确的模拟古代水星磁场，科学家们使用了飞行北半球部分地区时收集到的测量数据。通过数据的筛选和分析，科学家们意外发现水星的磁场，竟然与之前对它的认知有所不同，其古代磁极和该星球目前的地理南极相距甚远，以至于其可能会随着时间的推移而发生一些微妙的变化。科学家们曾预估这些极点的主要聚集地，是该星球北部和南部的两个距离旋转轴更近的点上，但实际探索中的极点却都是在南半球被发现，并且呈现出了随机分布的状态。正因为磁北极和地理南极并没有对齐，所以表明了该星球的偶极磁场已经产生了移动，这同时也说明了，水星磁性的演化和其他行星（包括地球）存在着一些明显的不同。
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