第七章 太阳系的成员（2）
二、水星
1.难以观测的水星
水星是最早发现的五颗大行星之一。我国古人称它辰星，西方叫它麦邱立。这是罗马神话中商神的名字。麦邱立头上戴着有翅膀的帽子，穿着长翅膀的靴子，提着一根作拐杖的棍子，神秘地跟在太阳的身边，忽而在东方发白的天空露一露脸，却又匆匆跑到西方天空，探头向人间窥看。它出现时，只把半个面孔微微一露，便又缩了回去，给人以神奇莫测、诡秘无穷的感觉。
水星在太阳系八大行星中体积最小，质量最小。由于水星距太阳最近，因此它的轨道速度是八大行星中最大的。水星和太阳的这种靠近的关系，长久以来给观测这颗行星的工作带来一系列障碍。水星和太阳对地球的角度，从未超过28度。这意谓着水星无论作为日出前的晨星，或是日落后的昏星，它只能在地平线附近被人见到。从地球上看去，它总是在太阳的周围忽隐忽现，象和我们捉迷藏一样，有时跑到太阳的后面，看不见它，有时又跑到太阳的前面，淹没在强烈的太阳光辉里。只有当它运行到太阳的两边时，也就是地球上的春分前后时节日落以后的西方，和秋分前后日出之前的东方才能看到它几十分钟。虽然水星是一颗相当明亮的天体，但是由于它在空中的位置很低，对水星的观察要通过厚度很大，有着风暴骚扰、并能使其形象受到歪曲的大气层，这就使人们难于在地球上对它进行研究。天文学家们不得不选择障碍相对较小的白天，对它进行观察。然而在这种条件下，人们对水星的细节几乎是看不到的。直至最近，天文学家们对于水星的自转周期，尚不能作出准确的估计。
水星这种时而“晨星”
(出现在东方)、时而“昏星”(出现在西方)的特点，在古代很长一段时期里，人们都把它误认为是两颗不同的星星。后来，发现这个在东西两个方向上交替出现的星星，原来就是同一颗星。从此，人们十分惊奇地认为它一定长着一双强劲的“翅膀”，行动非常敏捷，不然，它怎么会跑得那么快呢?因此，一直到今天，天文学上代表水星的符号还画着一对凌空飞翔的翅膀。
水星在地球轨道内运转的特点．使我们从地球上看它，和月球一样也有盈亏圆缺的位相变化。有时，它把被太阳照亮的一面对着我们，有时又把背着太阳的一面对着我们。特别有趣的是，这种位相更替同时还伴随着大小的变化。相当于“满月”那样，整个光亮面朝向我们时，正是水星距地球最远的时候，因此，看起来比较小，后来，慢慢开始“缺”了，离我们却愈来愈近了。当明亮部分逐渐变小时，体积却愈来愈大。当它运行到地球和太阳之间、距地球最近、体积最大时，正好是黑暗面对着我们，反而看不见它了。300多年前，哥白尼在创立“日心说”时，根据水星与地球相对位置的关系，就预言了水星(还有金星)会有这种位相变化。但是，由于当时还没有望远镜，无法证实这个正确的预言。因此，一些反对哥白尼的人，曾借此反驳“日心说”，哥白尼坚定地告诉他们：“当人们发明仪器之后，有一天你是会看到的。”果然，17世纪初，哥白尼的这一预言，被伽俐略看到了。
2.水星概况
在太阳系已知的八大行星中，水星是距太阳最近的一颗大行星。它在紧紧围绕太阳运行的椭圆形轨道上，走到距太阳最近时(近日点)只有4600万公里，距太阳最远时(远日点)却有7000万公里，平均是5800万公里，远、近距离之差如此之大，说明它走的是一条拉长了的道路。事实也正是如此。它是八大行星中轨道偏心率最大的。水星的公转轨道是一个偏心率为0.206的椭圆。如果水星上有人，“水星人”不但看到太阳大小在时时变化，而且看到太阳的运动是快一阵、慢一阵的，有时还会倒退。这是其他行星上绝对看不到的奇景！
由于距离太阳最近，按照开普勒行星运动定律，水星的轨道速度是八大行星中最大的。水星在轨道上的运行速度也像地球一样，各处是不相等的，平均是每秒47.89公里。水星88天就能围绕太阳跑完一圈。
水星是一个固体行星，也有自转。1965年，波多黎各的阿雷西博城的一部雷达测出，水星自转周期为58.646天，并且以167天到185天之间的周期交替着昼夜。由它的自转和公转周期算来，太阳连续两次从水星某一特定地点的“地平线”上升起的时间相隔176天，和雷达观测值非常接近。水星上“一天”是176天，“一年”是88天，“一天”等于“两年”。这是水星的一大奇观!
由于水星上一昼夜长达176天，因此日照时间和夜晚时间都很长。长时间的日照和长时间的黑夜，加上没有空气和水调节气温，致使水星表面的温差大得惊人。在水星的背日面，温度下降到零下173摄氏度，而在太阳直射的向日面，最高温度在427摄氏度以上。由于水星靠太阳近，向日面的高温可以说是这个星球的特点。强烈的太阳辐射，使这里没有什么四季之分。近日点时，太阳给它的光和热大约等于给地球的十一倍。即使在远日点，它从太阳接受的热量也是地球得到的四倍半。换句话说，就象七月酷暑时有4．5个太阳一齐照在我们头上那样。如果有一天宇宙航行员登上这个星球的白昼地区时，他也许会看到一些熔化了的金属聚集在低凹地带形成的“湖泊”，当然，在这些“湖泊”里装的不是水，而是象铅、锡或其他熔点较低的金属熔液。
水星在公转过程中，有时走到太阳和地球中间。这时，地球上的人就看到太阳圆面上似乎出现一个移动的小黑点，这种现象叫做水星凌日。水星凌日发生的条件和日食相似。所不同的是，水星到地球的距离比月亮远，视圆面小，不能像日食那样将整个日面挡住，只能挡住一点点。水星凌日平均每个世纪大约发生13次。出现水星凌日时是测定水星轨道的极好时机。
在太阳系八大行星中，水星最小。水星的半径为2440公里，还不到地球半径的十分之四，比月球稍大一点，体积只有地球体积的二十分之一，太阳系内一些大卫星，例如木卫一3和土卫一6都比它大。水星的体积和重量大约都是地球的十八分之一，因此它们的密度也差不多。具体地说，地球是每立方厘米5.53克，水星是每立方厘米5.48克。这些数据表明，水星的核心也和地球类似。科学家估计，水星的核心成份主要是铁。“铁核”约占水星总质量的70～80％。在“铁核”外面是一层500～600公里厚的硅酸盐包层。
虽然水星密度和地球差不多，但它的表面重力加速度却比地球小得多。地球表面重力加速度是980厘米／秒^2，水星只有363厘米／秒^2。因此，水星上的吸引力比地球上小得多。在水星表面上，跳高容易，腾飞也不难。只要具有每秒4.2公里的速度，就能飞出水星。而要从地球表面飞出，没有每秒11.2公里以上的速度是万万不行的。
水星也是不发光的天体，依靠反射太阳光而发亮。用望远镜看水星，它像一个小月亮，也有位相变化，也布满了大大小小的环形山，水星的环形山和内部平地之间的坡度较为平缓，不像月亮环形山那样，相互叠错，错综复杂。
3.水星探测
20世纪70年代以后，美国曾发射“水手——4号”宇宙飞船3次观测过水星，发回大量照片。这些照片表明，水星的确很像月亮，也有磁场。水星磁场的发现，曾使科学家们惊讶不止。水星的磁场是它固有的。
当1974年“水手——10号”飞船在水星上空不到一万公里的地方掠过，并送回地球2000多张照片后，我们所掌握的有关水星的知识，便比以前增加了好多倍。这些照片所揭示出的水星表面形态和月亮表面形态极为相近。水星上地形粗糙、荒凉，到处都是坑坑洼洼的环形山，说明水星和月球一样，长期以来就不断地遭受着外来小天体的撞击。象月亮那样，水星也有两个不同形态的半球。一个半球是较扁平的，类似于月球上的高地。其中包括一些平原和有证据表明发生过大量熔岩流的某些区域。另一个半球上多山而多尘埃，有着巨大的受激烈碰撞而生成的环形山。有些环形山的直径达20公里，象月海一样，里面充满了熔岩。
引人注目的是，在这些环形山的中间，常常夹着一条条巨大的悬崖断壁。其中有的高达3000米，蜿蜒绵长约500公里。这是月球和火星上都不曾发现过的特殊地貌特征。目前，还没有足够的证据来判明它的成因。地质学家们认为这些宏大的构造，可能是约40亿年前，当水星表面渐渐冷却、收缩时那种淡水星表面发生褶皱的压缩力量造成的结果。另一个不寻常的特征，被人们恰如其份地称为“不可思议”的地形。这就是面积为5800平方公里，其中包含有小山以及侧壁已经坍的陨石坑。这个地貌形态恰好同位于另一个半球上的叫做卡洛利斯的盆地相对。后者的直径大约为1300公里。这两种特殊的地貌形态的位置暗示，它们之间可能存在着因果关系。地质学家们认为，造成卡洛利斯盆地的流星或小行星极为猛烈地撞击了水星；可能使非常巨大的震波，穿过了整个水星。在这种震波的能量集中之处，即在沿水星直径和撞击点相对应的球面上那一点，这种振波造成了现在的“不可思议”的地形。
虽然水星和月亮的表面十分相似，但其内部密度差异很大。月亮的平均密度为水的3.34倍。这说明月亮主要是由岩石性物质组成。而相比之下，水星的密度是水的5.4倍，这一事实再加上水星上存在一个行星磁场，表明水星可能象地球那样，有一个金属核心。
航天器上的紫外光度计还测到水星有一层非常稀薄的大气，它的密度大约等于地球大气密度的3‰，气压值相当于地球上空50公里处的大气压力，而构成这层大气的成分和地球大气的成分很不相同，主要是氦、氢、氧、氩、氖、氙等元素。许多天文学家认为：水星过去可能也和月球一样，曾经有过一段大气密度较大的时期。但由于水星质量小、引力小，运动的物体只要达到每秒3.6公里的速度就可以脱离水星。这个数值约为地球脱离速度的三分之一。同时，水星的日照面温度又那么高，许多大气分子很容易达到这个速度。因此，日久天长也就逐渐跑掉了。航天器送回的照片表明，水星上的环形山几乎没有因大气风化造成的痕迹。这似乎意味着：早在环形山形成之前，水星的大气已经相当稀薄了。
高温、严寒、没有水、极为稀薄的大气，这些条件加在一起，使水星完全成了一个荒漠千里的死寂世界，几乎可以肯定，没有任何生命或生命痕迹存在，除了那繁星点点的天空以外，什么也没有。
航天器送回的大量资料告诉我们：水星太不适宜于人类活动了。因此，从当前宇宙航行的技术水平来说，人类要飞到这个星球上去，虽然并不是十分困难的事，但到目前为止，人们似乎还没有把它列为近期的目的地之一。不过，将来总有一天，人类必定还是要涉足其上的。
知识点：远日点
行星、卫星、小行星和彗星的绕日运行轨道离太阳最远的那一点。轨道离太阳最远的一点；单词“远地点”（apogee）用于绕地球公转时的最远点,单词apoapsis用于绕其他星体公转时的最远点。(与近日点相对)
根据开普勒定律，地球是在椭圆轨道上绕太阳公转的，太阳在椭圆的一个焦点上，这样就出现了近日点和远日点！以太阳为焦点，地球运动单位时间扫过的面积相等。
当天体轨道为椭圆时，该天体仅有一个远日点。
当天体轨道为双曲线或抛物线时，没有远日点。
地球上远日点时间：七月初地球离太阳最远，为152，100，000公里，在远日点地球公转速度较慢。北半球为夏季，南半球为冬季。
延伸阅读
宇宙飞船 (英语名为 space ship)，是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月，一般乘2到3名航天员。
世界上第一艘载人飞船是前苏联的"东方"1号宇宙飞船，于1961年4月12日发射。它由两个舱组成，上面的是密封载人舱，又称航天员座舱。这是一个直径为2.3米的球体。舱内设有能保障航天员生活的供水、供气的生命保障系统，以及控制飞船姿态的姿态控制系统、测量飞船飞行轨道的信标系统、着陆用的降落伞回收系统和应急救生用的弹射座椅系统。另一个舱是设备舱，它长3.1米，直径为2.58米。设备舱内有使载人舱脱离飞行轨道而返回地面的制动火箭系统，供应电能的电池、储气的气瓶、喷嘴等系统。“东方”1号宇宙飞船总质量约为4700千克。它和运载火箭都是一次性的，只能执行一次任务。
至今，人类已先后研究制出三种构型的宇宙飞船，即单舱型、双舱型和三舱型。其中单舱式最为简单，只有宇航员的座舱，美国第1个宇航员格伦就是乘单舱型的“水星号”飞船上天的；双舱型飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成，它改善了宇航员的工作和生活环境，世界第1个男女宇航员乘坐的前苏联“东方号”飞船、世界第1个出舱宇航员乘坐的前苏联“上升号”飞船以及美国的“双子星座号”飞船均属于双舱型；最复杂的就是三舱型飞船，它是在双舱型飞船基础上或增加1个轨道舱（卫星或飞船），用于增加活动空间、进行科学实验等，或增加1个登月舱（登月式飞船），用于在月面着陆或离开月面，前苏联/俄罗斯的联盟系列和美国“阿波罗号”飞船是典型的三舱型。联盟系列飞船至今还在使用。