2017年2月16日

水星

58 Beehive

圖一:水星    

相信大家都聽說過水星,它是太陽系的其中一顆行星。大家對水星的認識有多少呢?水星其實有不少特點值得我們了解。就讓筆者先簡單介紹水星,再以Q&A的方式告知大家更多水星的特點吧!

水星是太陽系內距離太陽最近的行星。其英文名稱Mercury,是取自羅馬神話中一個傳遞信息的使者墨丘利(拉丁語:Mercurius)的名字。相傳墨丘利穿著一對長有翅膀的涼鞋,所以他的移動速度非常快。這特徵正好與水星相符,剛才提及過水星是太陽系中離太陽最近的行星,因此它的公轉速度比太陽系內其他行星都要快——它公轉一週只需88天的時間。此外水星的體積、質量也是八大行星中最小的。水星亦沒有天然衛星,不似地球有月球圍繞。

Q&A

Q:水星的表面溫度為多少?晝夜溫差有多大?
A:水星的表面溫度的差異可以很大,它面向太陽的一面溫度最高可達約攝氏427度,背向太陽的一面溫度最低則可跌至約攝氏-173度。所以,水星晝夜溫差非常大,單是量度同一處地方,其溫差最大可達約攝氏600度。其實,這與水星的太陽日長度有關。太陽日是指太陽兩次運行到行星天頂的間隔時間。水星的太陽日長約176地球日,因此,水星的一面會長時間面向太陽而被太陽照射,而另一面則會長期背向太陽而沒有被太陽照射。另外,水星大氣層相當稀薄,不能為水星的表面保存熱力。以地球為例,地球的大氣只讓部分大陽輻射進入地球,大氣又會吸收一部分由地球表面釋放的紅外線,將多餘的紅外線釋放到太空。這使大氣及地表維持相當的溫度,有助減低日夜溫差。水星稀薄的大氣層不能為水星背向太陽的一面保存熱力,這兩個都是導致水星晝夜溫差極大的原因。

*Extra
水星其實有一個特別的現象與其太陽日有關:假如我們在水星上觀察太陽,會看見太陽停留,甚至逆行。讀者可以觀看以下模擬片段:http://www.messenger-education.org/Interactives/ANIMATIONS/Day_On_Mercury/day_on_mercury.php

讀者可以在上述影片「ORBITAL VIEW」的部分留意到水星圍繞太陽公轉的軌道是個橢圓形,為八大行星中軌道偏心率最高的行星。當水星運行到近日點時,其公轉角速度會比較快;相反,其公轉角速度在水星運行到遠日點時會比較慢。在抵達近日點的數天前,水星的公轉角速度與自轉角速度十分接近,所以水星上的觀察者會覺得太陽好像停留在天空中;當水星越來越接近近日點,它的公轉角速度會加快並超越它的自轉角速度。這個時候,太陽會出現逆行的現象,在水星的天空上反方向移動。當水星遠離近日點後,太陽又會回復原來的移動方向。假如太陽停留和逆行的現象在水星地平的位置發生,水星上的觀察者更有機會看見雙日出呢!以下為水星雙日出的模擬片段:https://youtu.be/BvQr0gQzTE8?t=1m9s

Q:水星的表面是怎樣的?
A:水星表面與月球十分相似,不同大小的環形山和隕石坑隨處可見。由於水星沒有足夠厚的大氣層保護水星的地表,所以隕石容易墜落水星表面,造成隕石坑。說到水星的隕石坑,不得不提的是卡洛里盆地 (Caloris Basin)。它是太陽系內已知的最大隕石撞擊坑,其直徑長度相當長,比香港離台北的直線距離還要多出約300公里。除了環形山和隕石坑,我們在水星的表面還可以找到懸崖峭壁和盆地。這些地表特徵大多是隕石撞擊、地底的岩漿活動及劇烈的火山爆發所致。

Q:我們能夠用肉眼觀察水星嗎?
A:理論上是可以的,但有不少的限制。由於水星鄰近太陽,所以我們在地球觀察水星時,水星距離太陽不會多於28度。但在太陽光的影響下,我們在白天不易看見水星。假如在水星距日大距前後數天的時間觀察,我們會較容易看見水星,因為這是觀察水星的最佳時機。

圖二:內行星與地球的相對位置及內行星的盈虧(Credit: 臺北市立天文科學教育館)
PS: 「外合」亦會被稱為「上合」,「內合亦會被稱為「下合」。

「合」和「大距」是表示內行星(水星和金星)與地球的相應位置的常用字眼,「合」其實亦可以表示外行星(火星、木星、土星、天王星和海王星)與地球的相應位置。「合」是指內行星運行到一個與太陽同一角度(黃經)的軌道位置,我們在地球會看見內行星與太陽的距離較不是「合」的時候近;假如我們正如上圖的角度般鳥瞰太陽系的話會看見地球、太陽與行星連成一線。內行星的「合」亦有分為「內合」和「外合」:「內合」是指接近地球時的「合」;「外合」是指遠離地球時的「合」。在「合」的情況下,水星十分接近太陽,我們一般極難觀察水星。

筆者接著想着墨介紹的是「大距」。「大距」指內行星運行到與太陽呈現最大視角距離的位置。「東大距」即內行星會以最大角距出現在太陽的東側;「西大距」即內行星會以最大角距出現在太陽的西側。

當水星接近「東大距」時,我們於日落後可以在西方的地平以上看見水星;當水星接近「西大距」時,我們於日出前可以在東方的地平以上看見水星。此外,正如上圖描述,內行星運行到與地球不同的相對位置時會像月球一樣出現盈虧,例如水星距日「大距」時,我們會見水星有弦月狀的盈虧,至於觀察水星的盈虧則需要使用望遠鏡了。假如正值日食時分,天空中幾乎所有的還要太陽光會被月球擋住,我們就有更大機會在白天的時候看見水星了。當然還要配合其他觀察條件,例如天氣、大氣透明度、地平能見度等。

Q:人類有沒有派探測船到水星?
A:當然有。NASA的兩架探測船——水手10號(Mariner 10)和信使號(MESSENGER)曾到訪過水星。水手10號於1973年升空,三次以飛越(flyby)的方式拜訪過水星。它發現了水星有微弱的磁場,還為水星45%表面拍攝了照片,讓我們可以根據這些照片為水星表面製作地圖。另外信使號於2004年升空,它在2008年至2009年間亦三度飛越水星,其後更於2011年開始環繞水星,為各方面的研究搜集數據,如水星的表面地質、大氣層、磁場和地表演化的歷史等。此外,這架探測船還拍攝了接近整個水星的表面照片。

然而,我們現在對水星的認識只是冰山一角,水仍有很多有待我們探索、考究的地方。希望這篇文章能解答讀者們對水星的疑問之餘,也能讓你們更了解水星、更想了解水星。


參考資料:
1.     Choi, C. Q (2016) “Planet Mercury: Facts About the Planet Closest to the Sun”. Retrieved from http://www.space.com/36-mercury-the-suns-closest-planetary-neighbor.html

2.     N.A.S.A. (2016). “Planet Mercury”. Retrieved from https://www.nasa.gov/planetmercury

3.     N.A.S.A. (2017). “MESSENGER”. Retrieved from https://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/main/index.html

4.     The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC. (2016).  “MESSENGER”. Retrieved from http://messenger.jhuapl.edu/index.html




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