太陽(yáng)系與整個(gè)宇宙相比，不像微塵那樣引人注目。與整個(gè)太陽(yáng)系相比，我們所在的藍(lán)色地球就像微塵一樣。

我們?nèi)祟?lèi)，在這粒微塵之上，仰望星空，想象著有朝一日，能夠遍訪(fǎng)宇宙中的所有星球，能夠游歷宇宙中的每一個(gè)角落。

在之前的系列中，金星和火星我們都已經(jīng)拜訪(fǎng)過(guò)，先是吹了空調(diào)，又是吃了土豆，悠哉游哉。然而科學(xué)考察不是請(qǐng)客吃飯，并不總是這樣愜意悠閑。為了科學(xué)，我們常常會(huì)在最為極端、最為艱苦、最為遙遠(yuǎn)的地方做長(zhǎng)期的、高強(qiáng)度的工作。這樣的工作，為人類(lèi)帶來(lái)了文明的光輝。

所以這一次，我們將前往水星——這顆離太陽(yáng)最近的行星——做一番科學(xué)的苦旅。

其實(shí)，大家可能都沒(méi)有意識(shí)到，水星是近年來(lái)，我們?nèi)粘Ｉ钪小俺鲧R率”最高的行星。大家常常會(huì)在XXX人的朋友圈里看到所謂“水逆退散”之類(lèi)的詞句，所謂“水逆”，就是水星逆行的簡(jiǎn)稱(chēng)。

NASA信使號(hào)拍攝的水星

其實(shí)由于參考系問(wèn)題，所有的太陽(yáng)系行星在地球上的觀(guān)察者看來(lái)，都會(huì)出現(xiàn)逆行現(xiàn)象，這也是“行星”一詞的由來(lái)之一，甚至還啟發(fā)了日心說(shuō)。

水星是距離太陽(yáng)最近的行星，其近日點(diǎn)高度0.307499AU（AU，天文單位，約等于地球到太陽(yáng)的距離，下同）遠(yuǎn)日點(diǎn)高度0.466697AU，半長(zhǎng)軸0.387098AU。水星的公轉(zhuǎn)軌道是太陽(yáng)系八大行星中離心率最大的（0.21），也即其軌道最扁，近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)偏差最大。

水星軌道

水星距離太陽(yáng)太近，在地球上的觀(guān)察者看來(lái)，水星總是會(huì)被太陽(yáng)遮擋，一年中只有很少一部分時(shí)間能夠看到水星，所以要想看到“水逆”這種現(xiàn)象，其實(shí)也是很難得的。中國(guó)古話(huà)說(shuō)得好，人生之不如意，十有八九，你的運(yùn)氣要是真由水星主導(dǎo)，那開(kāi)心還來(lái)不及呢！一年只有很少的時(shí)間會(huì)不順利。

然而，對(duì)于科學(xué)考察者來(lái)說(shuō)，要在水星科考，卻沒(méi)有這么順利了，水星目前資料匱乏，但是根據(jù)已知的水星資料，我們將遇到很多技術(shù)難關(guān)。

第一道難關(guān)：道阻且···費(fèi)油。

前面已經(jīng)說(shuō)到，水星有著很低的公轉(zhuǎn)軌道，這給科學(xué)考察帶來(lái)了一個(gè)極難解決的問(wèn)題——費(fèi)油。

根據(jù)開(kāi)普勒定律，在同一個(gè)公轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)，天體的軌道高度越低，其切向速度就越快，因此水星的公轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球的公轉(zhuǎn)速度。

水星的平均公轉(zhuǎn)速度大約是48km/s，地球的平均公轉(zhuǎn)速度則大約是30km/s，存在18km/s的速度差，如果要在水星和地球之間實(shí)施霍曼轉(zhuǎn)移（人造飛行器在兩個(gè)天體間進(jìn)行直接轉(zhuǎn)移的最省燃料的方案），那么就將需要至少18km/s的速度變量。如果要對(duì)一個(gè)1噸的飛行器（比家用小轎車(chē)還要輕一些）實(shí)行這種方案，這架飛行器將需要至少1620億焦耳的能量，相當(dāng)于瞬間釋放近4噸汽油的所有燃燒熱量——實(shí)際上能做到這一點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)根本不存在。

一輛特斯拉Model S轎車(chē)就有2噸重了

如果使用當(dāng)前最為優(yōu)秀的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，歐空局研制的VINCI，來(lái)進(jìn)行這樣一次轉(zhuǎn)移加速，運(yùn)送1噸的飛行器有效載荷，將需要60噸燃料。而如果讓馬斯克的SpaceX公司來(lái)執(zhí)行這樣一個(gè)任務(wù)，使用他們比沖最高的Merlin-1C發(fā)動(dòng)機(jī)，需要180噸燃料——然而人類(lèi)迄今為止最大的火箭，NASA的土星五號(hào)火箭，也最多將140噸載荷送入低地球軌道。

曾經(jīng)將阿波羅11號(hào)送去月球的土星五號(hào)火箭

更何況，1噸的飛船，是絕對(duì)不足以滿(mǎn)足載人航天的需求的，道理顯而易見(jiàn)——你能開(kāi)著你家車(chē)去月球嗎？哪怕汽油充足，零食、寵物、三五好友也是少不了的吧？

所以，如果我們想要去水星進(jìn)行一番科學(xué)考察，首先要解決的，就是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)——這是全人類(lèi)的“卡脖子技術(shù)”，是人類(lèi)邁向更深的星空必然要解決的難題。

正因?yàn)椤百M(fèi)油”，目前人類(lèi)只有兩架無(wú)人探測(cè)器曾經(jīng)到達(dá)過(guò)水星。首先是NASA的水手10號(hào)探測(cè)器，它三次飛掠了水星，獲得了最早的一批原位測(cè)量的水星科學(xué)資料，后來(lái)是NASA的信使號(hào)探測(cè)器，它進(jìn)入了水星軌道，正在對(duì)水星進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量。

這兩架探測(cè)器都沒(méi)有使用霍曼轉(zhuǎn)移，而是借助了地球、金星、水星的引力彈弓。引力彈弓是節(jié)省飛船燃料的重要手段，但是缺點(diǎn)在于將會(huì)消耗數(shù)倍于霍曼轉(zhuǎn)移的時(shí)間——而人類(lèi)的肉體凡胎，是等不起的。

信使號(hào)

第二道難關(guān)：度日如···兩年

在天體的世界里，萬(wàn)有引力，主宰了各種各樣的現(xiàn)象。其中就有“潮汐現(xiàn)象”。

如圖左半，地球?qū)υ虑蛐纬沙毕i定，

導(dǎo)致月球始終一面對(duì)著地球

我們現(xiàn)在都已經(jīng)知道，地球上海洋的潮汐，是由太陽(yáng)和月亮的萬(wàn)有引力共同形成的。但是，潮汐力并不僅僅存在于大海之中。高山、深谷、幽邃的地下，整顆星球，都無(wú)時(shí)不在被潮汐力影響著。這種潮汐，在我們地球科學(xué)領(lǐng)域，被稱(chēng)為固體潮。

水星距離太陽(yáng)如此之近，受到強(qiáng)烈的太陽(yáng)引力。而其公轉(zhuǎn)軌道又不是很圓，因此，水星上每一點(diǎn)與太陽(yáng)之間的萬(wàn)有引力，隨著水星公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，不斷發(fā)生改變。萬(wàn)有引力忽大忽小，相應(yīng)的，水星上不同地區(qū)的形狀也就發(fā)生著類(lèi)似于海洋的潮汐現(xiàn)象，潮汐導(dǎo)致內(nèi)部摩擦，不斷損耗水星自轉(zhuǎn)的能量——最終，水星的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)達(dá)到共振，使潮汐降到最低。

這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“潮汐鎖定”，同樣的現(xiàn)象發(fā)生在太陽(yáng)系的各個(gè)角落，離我們最近的就是月球——我們都知道月球總是同一面對(duì)著地球，這就是因?yàn)樵虑驅(qū)Φ厍颍缤菍?duì)太陽(yáng)——形成了潮汐鎖定。

所不同的是，水星對(duì)太陽(yáng)形成的不是1：1的潮汐鎖定，而是3：2的潮汐鎖定。水星每公轉(zhuǎn)1圈，就會(huì)自轉(zhuǎn)1.5圈。做一個(gè)簡(jiǎn)單的減法就能知道，對(duì)于水星表面上的一個(gè)點(diǎn)，每繞太陽(yáng)一圈，太陽(yáng)就會(huì)在這個(gè)點(diǎn)上前進(jìn)大約180度。所以，每?jī)蓚€(gè)水星年，才會(huì)度過(guò)一個(gè)水星天。

所謂“度日如年”，毫不夸張，甚至可以說(shuō)是“度日如兩年”。

好在，一個(gè)水星年是87.9691個(gè)地球日，一個(gè)水星天也就是大約176天，可能，大概，也許，也不算很長(zhǎng)。如果有在南極北極的極晝極夜下工作的經(jīng)驗(yàn)，那么這樣的日子，還是可以勉強(qiáng)接受的，大不了就趁著日光正好，修仙。

第三道難關(guān)：冰與火···之睡覺(jué)

這樣長(zhǎng)的晝夜，當(dāng)然也帶來(lái)了很多的問(wèn)題。

首先晝間輻射很強(qiáng)，在水星赤道日下點(diǎn)，太陽(yáng)光強(qiáng)大約能達(dá)到4.6-10.1倍于地球附近太空的太陽(yáng)光強(qiáng)度，更何況水星沒(méi)有大氣層遮光。此時(shí)地表的溫度將會(huì)很高，會(huì)迅速飆升至427攝氏度，絕對(duì)不適合任何戶(hù)外活動(dòng)。

這樣的高溫下，水星表面的巖石都會(huì)氣化。水星實(shí)際上有一層非常稀薄的外逸大氣層，主要是由水星表面氣化的巖石組成，你看看這成分——42%的分子氧，29%的鈉，22%的氫，6%的氦，0.5%的鉀，以及其他一些痕量的成分。簡(jiǎn)直可以說(shuō)是非常硬核了，那些原本在地球以固態(tài)形式存在的鈉和鉀，在水星就變成了氣體。

這層大氣層的壓強(qiáng)大約是0.5nPa，比地球大氣壓小了至少14個(gè)數(shù)量級(jí)，人幾乎是感覺(jué)不到的。熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)也因此而非常輕微。只要能夠遮擋住陽(yáng)光，例如藏身在洞穴中，就可能躲過(guò)水星表面晝間的極端高溫。

比如窯洞就是很不錯(cuò)的住所

而且，根據(jù)信使號(hào)對(duì)水星的觀(guān)察，在水星表面的深坑洞穴這些從未暴露在太陽(yáng)光下的地方，很可能蘊(yùn)藏著不少的固態(tài)水資源，這將是科學(xué)家在水星表面做考察的首要生命保障。

到了夜間，還是由于幾乎沒(méi)有大氣層，水星幾乎完全沒(méi)有保溫能力，最低溫度會(huì)驟降至-173攝氏度。這樣的溫度，配合上稀薄近乎不存在的大氣，其實(shí)反而適合人類(lèi)工作。整體的環(huán)境，會(huì)與月球夜間非常類(lèi)似（月球的最低溫度大約也是-173攝氏度）。

后排：火星、水星

前排：月球、冥王星、妊神星

但是夜間，新的問(wèn)題也將引入進(jìn)來(lái)，人類(lèi)目前的空間探測(cè)任務(wù)，主要依賴(lài)太陽(yáng)能電池板來(lái)提供所需的電源。夜間的溫度適合工作，但是夜間的能源卻成問(wèn)題。所以，到時(shí)候可能就要像玉兔2號(hào)一樣，白天睡大覺(jué)，晚上翻個(gè)身，走兩步，繼續(xù)睡大覺(jué)了。

兔：我仿佛聽(tīng)見(jiàn)有人在黑我。。。

說(shuō)了這么多困難，但實(shí)際上，水星也具備一些獨(dú)到的好處——相比較我們之前講過(guò)的金星和火星。這些益處，實(shí)際上降低了在水星表面科考的難度，提高了水星表面科考的價(jià)值。

首先，水星是有磁層的

磁層，猶如一面盾牌，擋住了大部分的來(lái)自太陽(yáng)的致命的高能粒子。地球磁層是地球能夠演化出生命的重要保護(hù)層。太陽(yáng)系的四顆類(lèi)地行星中，地球和水星是擁有磁層的，而金星和火星并不具備。

水星，金星，地球和火星的對(duì)比

要知道金星和火星的體積和重量要比水星大出很多，金星和火星的大氣層也比水星濃郁很多很多倍，但是偏偏是這么個(gè)小不點(diǎn)，具備了兩個(gè)大個(gè)子都不具備的東西。

按照目前的理論，磁層的存在依賴(lài)于行星內(nèi)生的偶極磁場(chǎng)，而這種偶極磁場(chǎng)的產(chǎn)生，則依賴(lài)于行星是否具有液態(tài)的核心。根據(jù)目前的探測(cè)結(jié)果，金星和火星都已經(jīng)失去了這種活躍的液態(tài)的核心，但是水星和地球還依然具備！

水星的核——水核，根據(jù)目前的測(cè)算，占到水星體積的55%（地核只占地球體積的17%），并且呈現(xiàn)液態(tài)。科學(xué)家們推測(cè)，可能是在水星形成的過(guò)程中，水星的表面物質(zhì)因?yàn)槟撤N原因丟失了，只剩下了一個(gè)超大的核。

水星圈層結(jié)構(gòu)

水星因此也像地球一樣，有一個(gè)防護(hù)罩，可以保護(hù)其表面少受高能粒子的轟擊，所以在表面進(jìn)行科學(xué)考察的科學(xué)家們，身體健康問(wèn)題會(huì)有比較好的保障。同時(shí)，其地表的成分受到輻射的干擾也會(huì)降低。

其次，水星地質(zhì)不活躍

水星表面的地貌，都是十?dāng)?shù)億年前就已經(jīng)形成的，其地殼非常厚，早已停止了活動(dòng)。水星上面的撞擊坑，可以追溯到太陽(yáng)系形成的年代。幾乎沒(méi)有大氣層的表面，也幾乎沒(méi)有受到任何剝蝕。所以地球科學(xué)家們?cè)谏厦婷客谝荤P子，就是十幾億年前的古董，研究?jī)r(jià)值無(wú)法估量。

信使號(hào)繪制的水星地形圖，紫色最低，紅色最高

那么，來(lái)總結(jié)一下，我們這一程科學(xué)苦旅的規(guī)劃吧！

“

首先，帶足燃料，準(zhǔn)備最強(qiáng)勁最先進(jìn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)；

第二，帶好鏟子，錘子，如果可能的話(huà)還有炸面兒——來(lái)挖一個(gè)舒適溫馨的窯洞居??；

第三，備足電池和咖啡，做好晝伏夜出，熬夜加班工作的準(zhǔn)備；

第四，扛起那些科學(xué)儀器，向著太陽(yáng)系的古老遺跡進(jìn)發(fā)；

最后，帶好毛巾，這將是一趟辛苦的旅程！

”

看上去不算太難對(duì)不對(duì)？是的，那是因?yàn)槿祟?lèi)的好奇心，一定能戰(zhàn)勝一切的不可能。