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焦點簡訊:長“尾巴”的不一定是彗星,還有可能是水星
發(fā)布時間:2022-08-30 19:44:59 文章來源:科技日報
長“尾巴”的不一定是彗星,還有可能是水星

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,隨著大型望遠鏡和一些科學(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。科學(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)  

關(guān)鍵詞: 不一定是

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