水星真面目：除地球外唯一拥有磁场的岩石行星（下）【4P】

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水星的两个半球水星的两个半球

　　水星的形成

　　除此之外，信使号探测器对水星地表的详细观测也更新了我们对于水星历史的观点。天文学家此前或多或少的认为水星在过去的数十亿年间是基本没有发生过变化的，而只是在接近太阳的轨道上静静地接受着高温的炙烤。而现在我们了解到，这颗行星曾经经历过狂暴的历史。

　　保罗·拜恩（Paul Byrne）是设在美国德克萨斯州休斯敦的月球与行星研究所（LPI）的一名信使号项目组成员。他指出：“水星早期历史上可能曾经存在过剧烈的火山活动。”

　　水星上过去曾经存在火山活动的证据是显而易见的。水星地表有许多线性构造，这是水星地表曾经发生开裂的证据。信使号还观测到长达25公里的火山岩浆管道，这是当年流动的岩浆在水星地表留下的痕迹。

　　这样的火山活动一直持续到大约10亿年前才逐渐平息下来——持续时间之久，结束时间之晚出乎意料！拜恩表示：“我们原先以为水星上所有的地质活动基本在40亿年前就已经完全停止了。”

　　甚至还有证据显示水星上存在溢流型岩浆喷发。大量岩浆涌出地表，覆盖了广泛的区域，其中规模最大的一次发生在水星的北半球极地区域附近，该区域现在被称作“北部火山平原”（Northern Volcanic Plain）。这一巨大的岩浆平原占据了水星地表总面积的大约6%。

　　涌出地面的大量岩浆掩盖了此前存在的大量撞击坑，其中一些被熔岩覆盖的陨坑现在仍然能够隐约看得到，但也只能大致分辨出其外部边缘，因而它们被称作“幽灵陨坑”（ghost craters）。

水星地表的撞击坑，熔岩平原和断层峡谷水星地表的撞击坑，熔岩平原和断层峡谷

　　但让人感到奇怪的是，大部分的水星平原区域的年龄都非常接近，这就意味着它们都是在大致相同的时间内形成的。

　　拜恩表示：“最后一次大型岩浆平原形成过程是一次性完成的。这就意味着巨大的热量，只有这样才能导致如此巨量的岩浆一次性涌上地表。”

　　今天的水星上已经不存在火山活动。这是因为曾经驱动了水星火山活动的内部热量已经逐渐冷却下来了。

　　而由于这一冷却过程，水星整体会发生收缩。大约40亿年前，当水星地壳最初形成之时，水星的半径要比今天大7公里左右。水手10号飞船拍摄的图像上已经可以识别出这一现象的最初迹象，但信使号飞船传回的数据表明这样的冷却收缩程度要比科学家们原先想象的更加严重。

　　然而尽管存在这样的冷却和收缩，水星的内部却并未完全冷却下来，其仍然保有着足够的热量能够产生其他类似大小的天体不敢奢望的东西：磁场。

信使号坠毁地所在的水星表面区域信使号坠毁地所在的水星表面区域

　　水星磁场

　　在太阳系中水星是除了地球之外唯一一个拥有全球性磁场的岩石行星——尽管它的磁场强度还不到地球磁场强度的1/100。有证据显示火星在过去也曾经拥有过一个全球性的磁场，但随着行星的整体冷却，火星磁场已经消失了。

　　地球的磁场是由地球内部的高温液态金属内核转动产生电流所驱动的。而信使号的考察结果认为水星磁场的产生机制也应当与此类似。

　　但这里也存在一些令人感到奇怪的地方——水星的磁场并非以水星的核心为中心，而是存在大约相当于其半径20%的偏离。

　　据所罗门博士的说法，这一现象时此前所有的模型模拟中从未预料到的情况。他说：“我们此前认为水星磁场可能就是缩小版本的地球磁场。”

　　但现在看来，我们此前的想法出错了，水星的磁场是独特的。从某些角度上来讲，这一小插曲只能证明我们对于行星磁场形成机制的无知。我们事实上并不清楚行星究竟如何产生出磁场，我们也不知道早期地球的磁场是何种模样。

　　今天的地球磁场是以地球内核为中心的，于是物理学家们便据此认为所有的行星磁场都应该是这样的。但或许这样的看法是错误的。正如所罗门所言：或许早期的地球也曾经拥有一个与水星相类似的磁场。

　　在2015年，信使号项目团队发现水星的磁场非常古老，它已经持续存在长达约40亿年之久。加拿大不列颠哥伦比亚大学的凯瑟琳·约翰逊（Catherine Johnson）和同事们检查了水星表面带有磁性的岩石，这些岩石记录了水星磁场变化的历史。

　　结果显示水星的古代磁场强度要比现在强得多。其强度甚至可以与今天地球的磁场强度接近。约翰逊表示产生这一磁场的内在机制在行星历史的早期可能与今天稍有差异，因而才能允许产生强度如此之高的磁场。

左图：信号好拍摄的第一张水星图像；右：信使号拍摄的最后一张水星图像左图：信号好拍摄的第一张水星图像；右：信使号拍摄的最后一张水星图像

　　其他行星世界

　　与地球相似的，水星同样大致形成于45亿年前。然而这两颗行星之间却仍存在重大差异。而我们的邻居金星和火星则在向我们诉说着完全不同的故事。

　　所罗门表示，天文学家们如此迫切想要了解水星的各项性质，他们的着眼点并非仅仅局限于水星本身。对于水星的考察将帮助我们了解各类行星作为一个整体的一些性质。

　　如果我们想要了解地球是如何形成的，我们就需要了解形成太阳系内所有其他行星的机制和过程。所罗门表示：“仅仅在我们的太阳系内部，形成类地行星的相同过程却会产生出如此不同的结果。”

　　而同样的情况也适用于对太阳系外行星的研究。截至目前科学家们已经发现超过2000颗系外行星，另外还有数以千计的目标等待被确认。如果我们能够搞清楚行星形成的机制和过程，那么我们就能够更有把握的估算出在各种不同的情况下将会形成何种类型的行星。

　　举例来说，地球表面岩石圈拥有不同的板块结构，但水星却只有一整块的岩石圈。

　　造 成这种差异的原因在于，相比水星，地球拥有更多的内部热量能够用于驱动板块的移动。因此，到今天，地球上仍然存在着火山与地震现象，地球是一颗充满活力的 生机勃勃的星球。如果一颗系外行星拥有足够的内部热量能够形成板块构造，那么它将更有可能产生类似地球的面貌。而如果它没有足够的内部热量，那么它的面貌 或许就会跟水星更为接近。

　　拜恩表示：“水星可以被作为开展系外行星研究时‘单板块’行星类型的原型代表，以便我们能够基于今天对水星情况的观察和了解，更容易地理解那些遥远行星的地质学历史。”

　　换句话说，我们并非仅仅在研究水星。我们可能实际上正在对数以千计的行星体开展研究，而其中的大部分我们还从未曾目睹，但通过对水星的考察和研究，我们将能够了解有关这些未知世界的许多信息。