金星是距离太阳第二近的行星,白天地表温度可高达465℃,是太阳系八大行星中最“热”的一颗。如果按照距离来算,你一定会觉得水星离太阳更近,那它的温度才应该是最热的才对,但实际上却并非如此。

白天水星的温度高达到426℃,但是夜晚的温度也会骤降,最低可至-173℃左右,在这样的环境下,根本不可能有液态水的存在。然而,根据信使号探测器传回的数据表明,在水星的两极拥有约1000-3000亿吨的冰,这究竟是怎么回事?今天我们就来聊聊水星。
金星为什么比水星更热?首先金星与太阳的平均距离约1.082亿千米,水星与太阳的平均距离约为5791万千米,两者与太阳的距离差了将近一倍,却还能做到温度比水星还要高,答案就藏在它的厚厚的大气层中,金星的大气层非常厚,且二氧化碳浓度高达96.5%-97%以上,接近地面的含量甚至高达99%。

当太阳光穿透大气到达金星地面后,地面会受热升温,并以长波辐射的形式向外散发热量,二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用,使大量的热量留在大气中,难以散发出去,就像给金星盖了一层厚厚的棉被一样,导致温度不断升高,最终创造出太阳系内最强大的温室效应,比理论温度高了 500℃。

而对水星来说,它的质量较小,所以引力也较小,引力小就难以束缚住足够多的气体分子,使得大气中的气体容易逃逸到太空中。并且水星离太阳非常近,强烈的太阳辐射能够使气体分子获得足够的能量,运动速度加快,更容易摆脱水星的引力,所以水星的大气层非常稀薄,这就导致水星无法有效保存热量。

1991年,阿雷西博射电望远镜曾向水星发射了一组强电磁波信号,大约过了十多分钟,电磁波从水星返回并被绿岸射电望远镜捕获。经过分析,科学家们意外发现,雷达信号的反射率要比预想的高许多倍,并提到”只有纯度高达90%,而且厚度超过数米的冰层才能达到这么高的雷达反射率“,于是首次猜测水星上可能含有上千亿吨的冰。

尽管水星夜晚的温度极低,但到了白天,温度也有426℃,那么多的冰是怎么留存下来呢?实际上,除了有大气层的影响外,关键就在于水星两极区域的“永久阴影区”。
水星的自转和公转周期存在一个奇妙的比例,水星每绕太阳公转两圈(约176个地球日),自身恰好自转三次(约58.6天/次)。 这种特殊运动让水星拥有"一日两年"的奇观:从日出到日落需要88个地球日(相当于一个公转周期),而完整的昼夜交替则需要176天。

因此水星表面某些区域会经历长达数月的“冰火交替”。科学家通过信使号探测器发现,这种轨道共振不仅塑造了水星独特的地质结构,还帮助它保持稳定的自转轴,自转倾斜角度仅为0.034°,几乎与公转轨道平面垂直,避免了像月球那样被潮汐锁定始终单面朝向太阳,所以在水星两极区域,太阳彷佛被定格在了地平线附近。

再加上水星轨道的离心率仅有0.2,近日点与远日点温差再次强化了阴影效应,水星两级的低洼之处就会被周边较高的地形环绕遮蔽,阳光照不到,于是就形成了“永久阴影区”,这些“永久阴影区”的温度常常在零下100℃,如此寒冷的环境就为冰的储存提供了有利条件。
水星上的冰从何而来?NASA的信使号探测器数据显示,对水星来说,约90%的冰都是由外源输入的。而太阳系中含有许多彗星和小行星,它们本身就含有大量的冰。在太阳系形成之初,这些彗星和小行星撞击水星时,就会将水冰带到水星表面,这些水冰就会在“永久阴影区”储存下来。

除此之外,太阳风也做出了一定的贡献。水星表面的矿物质中含有羟基(-OH),太阳风含有氢原子核等物质,当这两者接触到一起的时候就会发生反应,生成水分子,每天可为水星提供10的13次方个水分子,换算下来每年可生成约1000吨水,尽管会因为表面高温消散许多,但仍有一部分会”跑“到永久阴影区,最终长久的保存下来。