8月28日，水星迎來2022年第五次大距，也是第三次東大距。如果你對水星進行觀測、拍照，或許能夠幸運地發(fā)現(xiàn)水星也像彗星一樣，有一條“尾巴”。水星的尾巴呈黃色，這是鈉被激發(fā)后產(chǎn)生的現(xiàn)象。
(資料圖片僅供參考)
那么，水星為什么會有尾巴？又為什么會是鈉尾？如同彗星一樣，水星會有尾巴也是因為受到太陽風(fēng)的吹拂，特別是作為離太陽最近的行星，水星受到的太陽風(fēng)更為猛烈；而鈉尾則表明水星表面含有豐富的鈉，因此才能形成鈉尾。那么問題又來了，為什么水星會含有豐富的鈉呢？這個問題的答案，或與水星的起源有關(guān)。
水星三種誕生假說
在望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前，人們對水星知之甚少，甚至連水星凌日也觀測不到。20世紀(jì)，隨著大型望遠(yuǎn)鏡和一些科學(xué)觀測儀器的投入使用，人們對水星有了更多的了解。利用光度計測量水星的亮度，科學(xué)家最終分析出了水星表面土壤的某些特征，這些特征與月壤十分相似。通過偏振計研究水星的土壤，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了水星存在環(huán)形山的證據(jù)。此外，水星有一個特點是月球沒有的——水星上有大氣。不過這個大氣并非我們認(rèn)知中的大氣層，而是一個外逸層——不斷有物質(zhì)從中離開水星，鈉也是其中之一。
要知道，水星大氣的組成與水星地表的組成相關(guān)。因此，水星的鈉尾表明水星地殼含有豐富的金屬。依據(jù)“水手十號”的探測數(shù)據(jù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水星有一個由鐵和鎳等金屬組成的熔融核心，其直徑約為水星的3/4，體積約為水星的57%。另外，水星的密度僅略低于地球，如果排除引力壓縮的影響，水星可以稱得上是太陽系中密度最大的行星。
那么，核心密度如此高的行星，是怎么形成的？
目前，被人廣泛接受的理論是大碰撞假說。這種假說認(rèn)為，水星在形成早期和其他類地行星沒有區(qū)別，但是被一顆質(zhì)量為水星1/6的行星撞擊，由于水星的逃逸速度較低，而且兩者相對速度較高，這次撞擊剝離了水星大部分的地殼和地幔，才導(dǎo)致了水星如今巨大的核占比。此外，大碰撞假說認(rèn)為，水星的誕生位置可能在今天的小行星帶，被碰撞之后才轉(zhuǎn)入了今天的軌道。
第二種假說認(rèn)為，水星可能是受到原始太陽星云的影響，在原始太陽星云的演化后期，水星所在的區(qū)域溫度可能高達2500—3500開爾文，這樣的溫度可以融化大部分的巖石地幔。因此，如今的水星核占比才會如此之高。
第三種假說認(rèn)為，太陽在水星形成早期阻礙了水星的吸積，這導(dǎo)致水星不能形成一個足夠厚的地殼。
2011年至2015年環(huán)繞水星運行的“信使”號水星探測器，發(fā)現(xiàn)水星地表鉀和硫等物質(zhì)的含量高于預(yù)期。要知道，無論是大碰撞產(chǎn)生的高溫，還是原始太陽星云的高溫，都會導(dǎo)致鉀、硫等物質(zhì)的揮發(fā)。所以，此次發(fā)現(xiàn)在一定程度上動搖了前兩種假說。
當(dāng)然，要想真正揭開水星誕生之謎，還需要進一步的探測研究。
鈉尾的預(yù)測與發(fā)現(xiàn)
通過探測水星的外逸物質(zhì)，科學(xué)家可以推斷出水星地殼的化學(xué)組成；反過來，科學(xué)家也能通過水星地殼的化學(xué)組成對其空間的一些現(xiàn)象做出解釋。
1985年，科學(xué)家在檢測水星外逸層的夫瑯禾費光譜時發(fā)現(xiàn)了鈉的存在。這些鈉是怎么產(chǎn)生的呢？一些學(xué)者認(rèn)為，這是水星外殼和隕石撞擊時產(chǎn)生的物質(zhì)，而水星自身的高金屬含量也成為鈉的重要來源。將鈉噴射到外逸層是熱蒸發(fā)、光子激發(fā)、沖擊蒸發(fā)與離子濺射等多個物理過程的綜合結(jié)果。
不過，有意思的是，這些物理過程的產(chǎn)生都有其特定的時間與空間限制，而且大多數(shù)物理過程不能將鈉加速到逃逸速度，那么水星是如何形成鈉尾的？科學(xué)家模擬了太陽輻射對從不同表面發(fā)生的鈉原子逃逸軌跡的影響并得出結(jié)論：只要初始速度大于2千米/秒，鈉原子便可以從輻射加速度中獲得足夠的能量，使水星形成類似于彗星彗尾的鈉尾。
在2000年和2001年，科學(xué)家終于觀察到了水星鈉尾。鈉尾之所以如此難以觀測，是因為水星常年在太陽附近，只有在很少的日子里的日出前、日落后的半小時內(nèi)才能觀測到?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，太陽輻射對鈉尾的加速最終使得鈉尾末端的速度高達11千米/秒，橫向速度也有2—4千米/秒。根據(jù)他們的估計，水星尾巴末端的鈉總通量約為（2—5）×1023個原子/秒，這是一個非常高的數(shù)值，約等于水星生成鈉總量的1%—10%，為形成可觀測的鈉尾提供了物質(zhì)保障。
（據(jù)石頭科普工作室公眾號）
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