2011年3月17日，美國(guó)宇航局宣布，已在太空飛行6年半之久的信使號(hào)航天器當(dāng)天終于進(jìn)入環(huán)繞水星的軌道運(yùn)行，開始對(duì)其進(jìn)行為期一年的在軌探測(cè)，這引起了人們對(duì)信使號(hào)使命的關(guān)注。
　　水星是離太陽(yáng)最近的行星，它到太陽(yáng)的平均距離為5791萬(wàn)千米。其直徑的平均值為4879千米，約是地球的三分之一。論個(gè)兒大小水星在太陽(yáng)系八大行星中排行老末，但其平均密度卻達(dá)5.46克/立方厘米，僅次于地球。由此計(jì)算下來(lái)，水星的體積和質(zhì)量都是地球的5.6%左右。它和金星一樣，沒有天然衛(wèi)星，顯得特別寂寞。
　　水星不像地球那樣斜著身子繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，因而也沒有隨緯度不同的四季變化。作為類地行星的水星，有些物理參數(shù)接近地球，如宻度和年齡，其表面形狀和對(duì)陽(yáng)光反射率又類似月球，故而對(duì)其探測(cè)和研究，可以幫助人類深化對(duì)地球和月球演變歷史和趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)。
　　
　　水手10號(hào)的探測(cè)
　　
　　在信使號(hào)之前，人類只向水星發(fā)射過一個(gè)航天器—水手10號(hào)。它于1973年11月3日發(fā)射升空，最終進(jìn)入一條繞日運(yùn)行的周期為176天的橢圓軌道。該軌道的近日點(diǎn)與水星公轉(zhuǎn)軌道的遠(yuǎn)日點(diǎn)交會(huì)，以使航天器能對(duì)水星進(jìn)行探測(cè)。由于水手10號(hào)對(duì)水星采用飛掠式探測(cè)方式，故而探測(cè)次數(shù)有限，只有3次。
　　水手10號(hào)共向地球發(fā)回5000多張照片，覆蓋了將近水星一半的表面，分辨率可達(dá)1000米。照片用射頻電波發(fā)回地球后，科研人員用計(jì)算機(jī)將其進(jìn)行強(qiáng)化處理合成出了水星的半球景象圖。照片表明，水星表面酷似月球，密布著大大小小的環(huán)形山，保持著早期曾遭隕石轟擊的記錄，其周圍仍有明顯的輻射條紋，證明未經(jīng)風(fēng)化，亦即水星大氣非常稀薄。以水星北緯30度、西經(jīng)195度為中心，有個(gè)名為卡路里的盆地，直徑竟達(dá)2600千米。在水星表面未曾看到被侵蝕過的痕跡，說(shuō)明它不存在水。由于大氣稀薄和無(wú)水，故而水星是個(gè)高溫而又干燥的天體。它離太陽(yáng)很近，正午時(shí)赤道地區(qū)溫度可達(dá)430℃，而到夜晚，長(zhǎng)時(shí)間的熱量散失使其溫度最低可達(dá)零下180℃。在這種環(huán)境下自然沒有生命存活。
　　
　　水手10號(hào)還發(fā)現(xiàn)水星有磁場(chǎng)。雖然其磁場(chǎng)強(qiáng)度僅為地球磁場(chǎng)的1%左右，但磁場(chǎng)位形與地球相似，也是偶極場(chǎng)。同時(shí)，由于太陽(yáng)風(fēng)中帶電粒子的壓力作用，使水星磁場(chǎng)發(fā)生變化，也形成一個(gè)與地球類似的磁層。
　　鑒于水星密度較大，有的科學(xué)家估計(jì)，它的內(nèi)部有一個(gè)鐵核，鐵核外部是500～600千米的巖石殼體。然而對(duì)水手10號(hào)資料的詳盡分析，并未檢測(cè)出水星外殼巖石中有鐵存在。當(dāng)然，這并不能否定水星含有鐵質(zhì)內(nèi)核。
　　
　　信使號(hào)的飛行路線
　　
　　2004年8月13日發(fā)射升空的信使號(hào)航天器全名為“水星表面、空間環(huán)境、地質(zhì)化學(xué)與測(cè)距宇宙飛船”。它攜帶著攝像機(jī)、磁力計(jì)、激光高度計(jì)、X射線分光儀、r射線分光儀、高能粒子分光儀、大氣和表面成分分光儀共7種科學(xué)儀器?？茖W(xué)家們希望它能完成對(duì)整個(gè)水星表面的測(cè)繪工作，驗(yàn)證水星極高密度的理論，分析水星的地質(zhì)史，研究水星內(nèi)核結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)，對(duì)水星的化學(xué)組成成分等進(jìn)行確定，同時(shí)在水星兩極背陽(yáng)的環(huán)形山中尋找固態(tài)水。由于終年不見陽(yáng)光的水星極地環(huán)形山陰影內(nèi)，溫度一直在0℃以下，故而可能存在大量水冰。
　　按照計(jì)劃，信使號(hào)航天器發(fā)射升空后，相繼飛掠地球1次、金星2次、水星3次，借助這3顆行星的引力以減速，最終進(jìn)入水星軌道運(yùn)行。選擇這樣一條迂回路線的目的，就是為了免帶實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速的額外燃料，從而減輕信使號(hào)的重量，降低成本。
　　信使號(hào)2008年1月14日第一次飛掠水星時(shí)，拍攝了1200多張水星圖片，記錄了一些以前從未見到的地形。其攜帶的科學(xué)儀器首次探測(cè)了水星表面的礦物化學(xué)組成，研究了水星磁場(chǎng)和引力場(chǎng)情況，還對(duì)水星環(huán)境進(jìn)行了探測(cè)，用分光儀拍攝了水星稀薄的大氣，并記錄了水星磁層中的高能粒子和等離子體。根據(jù)信使號(hào)提供的數(shù)據(jù)資料，科學(xué)家在水星一處盆地周圍發(fā)現(xiàn)了火山口存在的證據(jù)，證明火山活動(dòng)在水星表面平原形成過程中起了重要作用；水星表面除了平原，還存在褶皺、斷層等其他多種地形。
　　2008年10月6日，信使號(hào)第二次飛掠水星，首次窺見了水星西半球的真面目，對(duì)此前未被觀測(cè)面積的30%進(jìn)行了拍攝。更重要的是，它的激光高度計(jì)還獲得了水星的地形測(cè)量數(shù)據(jù)。這使科學(xué)家能夠首次把水星表面的高清晰度地貌圖片和高分辨率地形測(cè)量數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)，對(duì)水星地表地質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)與月球、火星的表面不同。尤為令人注目的是，科學(xué)家竟然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為750千米被命名為倫勃朗的盆地。該盆地可能是40億年前外來(lái)物頻繁撞擊水星時(shí)形成的。雖然時(shí)間遙遠(yuǎn)，但它是迄今為止在水星表面發(fā)現(xiàn)的最年輕的坑洞。在第二次飛掠水星過程中，信使號(hào)還用分光儀對(duì)水星大氣層最外圈進(jìn)行了觀測(cè)，并搜尋到鈉、鈣、鎂以及氫原子的蹤跡，其中鎂是首次得到確認(rèn)。此前已顯示鎂存在的跡象，但不知道鎂元素可能是水星表面的重要組成物質(zhì)。
　　由于信使號(hào)第一次和第二次是分別飛掠水星的東半球和西半球，故使科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這顆行星的磁場(chǎng)是高度對(duì)稱的。本來(lái)，水星白天溫度很高，其重力加速度又較小，僅為地球的38%，這使水星大氣層非常稀薄，如無(wú)物質(zhì)補(bǔ)充，大氣層早就消失了。科學(xué)家根據(jù)信使號(hào)兩次探測(cè)發(fā)現(xiàn)的水星磁場(chǎng)位形，經(jīng)研究后認(rèn)為，太陽(yáng)風(fēng)到達(dá)水星磁場(chǎng)時(shí)，風(fēng)中的帶電粒子受到磁場(chǎng)的作用力，其運(yùn)動(dòng)方向會(huì)有所偏轉(zhuǎn)，本應(yīng)無(wú)法到達(dá)水星表面。不過，太陽(yáng)風(fēng)自身的磁場(chǎng)會(huì)與水星磁場(chǎng)相互作用，扭曲成漩渦狀結(jié)構(gòu)，這便是被稱作通量傳輸事件的天文學(xué)現(xiàn)象。這種磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象，雖然地球也有，但信使號(hào)的探測(cè)表明，水星發(fā)生的頻率比地球高10倍。該種情況出現(xiàn)時(shí)，一部分太陽(yáng)風(fēng)中的帶電粒子能夠到達(dá)水星表面，可將足夠的能量傳遞給水星表面粒子，使后者脫離水星表面逃逸到大氣層中。這就是說(shuō)，太陽(yáng)風(fēng)可能是水星大氣層不斷得到物質(zhì)補(bǔ)充的重要原因。
　　信使號(hào)在2009年9月29日第三次飛掠水星時(shí)，又拍攝了水星的一些以前從未觀測(cè)過的地方的照片，使得水星表面測(cè)繪面積擴(kuò)大到98%。此次探測(cè)發(fā)現(xiàn)，水星有一處中間凹陷、四周明亮的區(qū)域?？茖W(xué)家分析認(rèn)為，這可能是火山遺跡。信使號(hào)還發(fā)現(xiàn)一個(gè)直徑達(dá)290千米的巨大雙環(huán)撞擊盆地，另外在水星表面還發(fā)現(xiàn)了大量的鐵和鈦?？茖W(xué)家通過對(duì)比前兩次數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，水星上也存在“季節(jié)變換"，外大氣層中的鈉、鈣、鎂等的含量隨季節(jié)都有不同的變化。這些研究結(jié)果對(duì)分析水星整個(gè)大氣層提供了重要信息。
　　
　　水星探測(cè)升溫
　　
　　從2011年3月17日開始，在太空疾馳了88.4億千米的信使號(hào)終于轉(zhuǎn)入環(huán)繞水星的橢圓軌道飛行，開始其一年時(shí)間的探測(cè)工作。實(shí)際上，信使號(hào)己成為水星的第一顆人造衛(wèi)星，它能對(duì)水星整個(gè)表面進(jìn)行拍攝、測(cè)繪和遙感考察，獲得的探測(cè)資料要比水手10號(hào)豐富得多。
　　在執(zhí)行任務(wù)期間，信使號(hào)傳回地面的大量照片將能制作整個(gè)水星表面的高分辨率的彩圖，通過激光高度計(jì)提供的數(shù)據(jù)資料將能繪制水星表面的三維圖像，磁力計(jì)的探測(cè)結(jié)果有可能解開水星的磁場(chǎng)之謎，4種分光儀的測(cè)量能夠給出水星空間及其表面的確切元素比例和表面巖石的組成，還能判斷水星極地是否真的有冰存在。鑒于水星兩極地區(qū)環(huán)形山底部永遠(yuǎn)見不到陽(yáng)光，加之水星大氣稀薄，不能像地球一樣將赤道熱量帶到兩極，故而科學(xué)家們推測(cè)那里冷得足以讓水凍成冰。1991年天文學(xué)家們用地面射電望遠(yuǎn)鏡向水星發(fā)射了電波，發(fā)現(xiàn)其南北極環(huán)形山底部有類似冰質(zhì)的反射雷達(dá)波，是否確有水冰，信使號(hào)應(yīng)能提供更為準(zhǔn)確的資料?？傊?，信使號(hào)將對(duì)水星物理特征、化學(xué)組成、空間環(huán)境進(jìn)行廣泛搜索，其發(fā)現(xiàn)不僅有助于進(jìn)一步了解水星，而且能夠解釋地球的形成成因。
　　鑒于水星、金星、火星都是太陽(yáng)系的類地行星，其構(gòu)成和演變都有相近之處，因而對(duì)水星的探測(cè)和研究，能夠幫助人類對(duì)類地行星共性特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。相對(duì)火星和金星的航天探測(cè)來(lái)說(shuō)，水星顯得冷清得多，這也是人們對(duì)信使號(hào)寄予厚望的原因。在信使號(hào)之后，日本和歐洲空間局也將于近幾年先后向水星發(fā)射航天器，對(duì)這個(gè)神秘天體繼續(xù)進(jìn)行探測(cè)。
　　【責(zé)任編輯】龐云