抵达水星的“信使”

2011年3月17日，美国宇航局宣布，已在太空飞行6年半之久的信使号航天器当天终于进入环绕水星的轨道运行，开始对其进行为期一年的在轨探测，这引起了人们对信使号使命的关注。

水星是离太阳最近的行星，它到太阳的平均距离为5791万千米。其直径的平均值为4879千米，约是地球的三分之一。论个儿大小水星在太阳系行星中排行老末，但其平均密度却达5.46克/立方厘米，仅次于地球。由此计算下来，水星的体积和质量都是地球的5.6%左右。它和金星一样，没有天然卫星，显得特别寂寞。

水星不像地球那样斜着身子绕太阳公转，因而也没有随纬度不同的四季变化。作为类地行星的水星，有些物理参数接近地球，如度和年龄，其表面形状和对阳光反射率又类似月球，故而对其探测和研究，可以帮助人类深化对地球和月球演变历史和趋势的认识。

水手10号的探测

在信使号之前，人类只向水星发射过一个航天器―水手10号。它于1973年11月3日发射升空，最终进入一条绕日运行的周期为176天的椭圆轨道。该轨道的近日点与水星公转轨道的远日点交会，以使航天器能对水星进行探测。由于水手10号对水星采用飞掠式探测方式，故而探测次数有限，只有3次。

水手10号共向地球发回5000多张照片，覆盖了将近水星一半的表面，分辨率可达1000米。照片用射频电波发回地球后，科研人员用计算机将其进行强化处理合成出了水星的半球景象图。照片表明，水星表面酷似月球，密布着大大小小的环形山，保持着早期曾遭陨石轰击的记录，其周围仍有明显的辐射条纹，证明未经风化，亦即水星大气非常稀薄。以水星北纬30度、西经195度为中心，有个名为卡路里的盆地，直径竟达2600千米。在水星表面未曾看到被侵蚀过的痕迹，说明它不存在水。由于大气稀薄和无水，故而水星是个高温而又干燥的天体。它离太阳很近，正午时赤道地区温度可达430℃，而到夜晚，长时间的热量散失使其温度最低可达零下180℃。在这种环境下自然没有生命存活。

水手10号还发现水星有磁场。虽然其磁场强度仅为地球磁场的1%左右，但磁场位形与地球相似，也是偶极场。同时，由于太阳风中带电粒子的压力作用，使水星磁场发生变化，也形成一个与地球类似的磁层。

鉴于水星密度较大，有的科学家估计，它的内部有一个铁核，铁核外部是500～600千米的岩石壳体。然而对水手10号资料的详尽分析，并未检测出水星外壳岩石中有铁存在。当然，这并不能否定水星含有铁质内核。

信使号的飞行路线

2004年8月13日发射升空的信使号航天器全名为“水星表面、空间环境、地质化学与测距宇宙飞船”。它携带着摄像机、磁力计、激光高度计、X射线分光仪、r射线分光仪、高能粒子分光仪、大气和表面成分分光仪共7种科学仪器。科学家们希望它能完成对整个水星表面的测绘工作，验证水星极高密度的理论，分析水星的地质史，研究水星内核结构与磁场，对水星的化学组成成分等进行确定，同时在水星两极背阳的环形山中寻找固态水。由于终年不见阳光的水星极地环形山阴影内，温度一直在0℃以下，故而可能存在大量水冰。

按照计划，信使号航天器发射升空后，相继飞掠地球1次、金星2次、水星3次，借助这3颗行星的引力以减速，最终进入水星轨道运行。选择这样一条迂回路线的目的，就是为了免带实现制动减速的额外燃料，从而减轻信使号的重量，降低成本。

信使号2008年1月14日第一次飞掠水星时，拍摄了1200多张水星图片，记录了一些以前从未见到的地形。其携带的科学仪器首次探测了水星表面的矿物化学组成，研究了水星磁场和引力场情况，还对水星环境进行了探测，用分光仪拍摄了水星稀薄的大气，并记录了水星磁层中的高能粒子和等离子体。根据信使号提供的数据资料，科学家在水星一处盆地周围发现了火山口存在的证据，证明火山活动在水星表面平原形成过程中起了重要作用；水星表面除了平原，还存在褶皱、断层等其他多种地形。

2008年10月6日，信使号第二次飞掠水星，首次窥见了水星西半球的真面目，对此前未被观测面积的30%进行了拍摄。更重要的是，它的激光高度计还获得了水星的地形测量数据。这使科学家能够首次把水星表面的高清晰度地貌图片和高分辨率地形测量数据联系起来，对水星地表地质进行研究，发现与月球、火星的表面不同。尤为令人注目的是，科学家竟然发现了一个直径为750千米被命名为伦勃朗的盆地。该盆地可能是40亿年前外来物频繁撞击水星时形成的。虽然时间遥远，但它是迄今为止在水星表面发现的最年轻的坑洞。在第二次飞掠水星过程中，信使号还用分光仪对水星大气层最外圈进行了观测，并搜寻到钠、钙、镁以及氢原子的踪迹，其中镁是首次得到确认。此前已显示镁存在的迹象，但不知道镁元素可能是水星表面的重要组成物质。

由于信使号第一次和第二次是分别飞掠水星的东半球和西半球，故使科学家发现这颗行星的磁场是高度对称的。本来，水星白天温度很高，其重力加速度又较小，仅为地球的38%，这使水星大气层非常稀薄，如无物质补充，大气层早就消失了。科学家根据信使号两次探测发现的水星磁场位形，经研究后认为，太阳风到达水星磁场时，风中的带电粒子受到磁场的作用力，其运动方向会有所偏转，本应无法到达水星表面。不过，太阳风自身的磁场会与水星磁场相互作用，扭曲成漩涡状结构，这便是被称作通量传输事件的天文学现象。这种磁场重联现象，虽然地球也有，但信使号的探测表明，水星发生的频率比地球高10倍。该种情况出现时，一部分太阳风中的带电粒子能够到达水星表面，可将足够的能量传递给水星表面粒子，使后者脱离水星表面逃逸到大气层中。这就是说，太阳风可能是水星大气层不断得到物质补充的重要原因。

信使号在2009年9月29日第三次飞掠水星时，又拍摄了水星的一些以前从未观测过的地方的照片，使得水星表面测绘面积扩大到98%。此次探测发现，水星有一处中间凹陷、四周明亮的区域。科学家分析认为，这可能是火山遗迹。信使号还发现一个直径达290千米的巨大双环撞击盆地，另外在水星表面还发现了大量的铁和钛。科学家通过对比前两次数据发现，水星上也存在“季节变换"，外大气层中的钠、钙、镁等的含量随季节都有不同的变化。这些研究结果对分析水星整个大气层提供了重要信息。

水星探测升温

从2011年3月17日开始，在太空疾驰了88.4亿千米的信使号终于转入环绕水星的椭圆轨道飞行，开始其一年时间的探测工作。实际上，信使号己成为水星的第一颗人造卫星，它能对水星整个表面进行拍摄、测绘和遥感考察，获得的探测资料要比水手10号丰富得多。

在执行任务期间，信使号传回地面的大量照片将能制作整个水星表面的高分辨率的彩图，通过激光高度计提供的数据资料将能绘制水星表面的三维图像，磁力计的探测结果有可能解开水星的磁场之谜，4种分光仪的测量能够给出水星空间及其表面的确切元素比例和表面岩石的组成，还能判断水星极地是否真的有冰存在。鉴于水星两极地区环形山底部永远见不到阳光，加之水星大气稀薄，不能像地球一样将赤道热量带到两极，故而科学家们推测那里冷得足以让水冻成冰。1991年天文学家们用地面射电望远镜向水星发射了电波，发现其南北极环形山底部有类似冰质的反射雷达波，是否确有水冰，信使号应能提供更为准确的资料。总之，信使号将对水星物理特征、化学组成、空间环境进行广泛搜索，其发现不仅有助于进一步了解水星，而且能够解释地球的形成成因。

鉴于水星、金星、火星都是太阳系的类地行星，其构成和演变都有相近之处，因而对水星的探测和研究，能够帮助人类对类地行星共性特点的认识。相对火星和金星的航天探测来说，水星显得冷清得多，这也是人们对信使号寄予厚望的原因。在信使号之后，日本和欧洲空间局也将于近几年先后向水星发射航天器，对这个神秘天体继续进行探测。