【npaau】介绍一个修仙的好地方——水星

太阳系与整个宇宙相比，不像微尘那样引人注目。与整个太阳系相比，我们所在的蓝色地球就像微尘一样。

我们人类，在这粒微尘之上，仰望星空，想象着有朝一日，能够遍访宇宙中的所有星球，能够游历宇宙中的每一个角落。

在之前的系列中，金星和火星我们都已经拜访过，先是吹了空调，又是吃了土豆，悠哉游哉。然而科学考察不是请客吃饭，并不总是这样惬意悠闲。为了科学，我们常常会在最为极端、最为艰苦、最为遥远的地方做长期的、高强度的工作。这样的工作，为人类带来了文明的光辉。

所以这一次，我们将前往水星——这颗离太阳最近的行星——做一番科学的苦旅。

其实，大家可能都没有意识到，水星是近年来，我们日常生活中“出镜率”最高的行星。大家常常会在XXX人的朋友圈里看到所谓“水逆退散”之类的词句，所谓“水逆”，就是水星逆行的简称。

NASA信使号拍摄的水星

其实由于参考系问题，所有的太阳系行星在地球上的观察者看来，都会出现逆行现象，这也是“行星”一词的由来之一，甚至还启发了日心说。

水星是距离太阳最近的行星，其近日点高度0.307499AU（AU，天文单位，约等于地球到太阳的距离，下同）远日点高度0.466697AU，半长轴0.387098AU。水星的公转轨道是太阳系八大行星中离心率最大的（0.21），也即其轨道最扁，近日点和远日点偏差最大。

水星轨道

水星距离太阳太近，在地球上的观察者看来，水星总是会被太阳遮挡，一年中只有很少一部分时间能够看到水星，所以要想看到“水逆”这种现象，其实也是很难得的。中国古话说得好，人生之不如意，十有八九，你的运气要是真由水星主导，那开心还来不及呢！一年只有很少的时间会不顺利。

然而，对于科学考察者来说，要在水星科考，却没有这么顺利了，水星目前资料匮乏，但是根据已知的水星资料，我们将遇到很多技术难关。

第一道难关：道阻且···费油。

前面已经说到，水星有着很低的公转轨道，这给科学考察带来了一个极难解决的问题——费油。

根据开普勒定律，在同一个公转系统内，天体的轨道高度越低，其切向速度就越快，因此水星的公转速度远远大于地球的公转速度。

水星的平均公转速度大约是48km/s，地球的平均公转速度则大约是30km/s，存在18km/s的速度差，如果要在水星和地球之间实施霍曼转移（人造飞行器在两个天体间进行直接转移的最省燃料的方案），那么就将需要至少18km/s的速度变量。如果要对一个1吨的飞行器（比家用小轿车还要轻一些）实行这种方案，这架飞行器将需要至少1620亿焦耳的能量，相当于瞬间释放近4吨汽油的所有燃烧热量——实际上能做到这一点的发动机根本不存在。

一辆特斯拉Model S轿车就有2吨重了

如果使用当前最为优秀的火箭发动机，欧空局研制的VINCI，来进行这样一次转移加速，运送1吨的飞行器有效载荷，将需要60吨燃料。而如果让马斯克的SpaceX公司来执行这样一个任务，使用他们比冲最高的Merlin-1C发动机，需要180吨燃料——然而人类迄今为止最大的火箭，NASA的土星五号火箭，也最多将140吨载荷送入低地球轨道。

曾经将阿波罗11号送去月球的土星五号火箭

更何况，1吨的飞船，是绝对不足以满足载人航天的需求的，道理显而易见——你能开着你家车去月球吗？哪怕汽油充足，零食、宠物、三五好友也是少不了的吧？

所以，如果我们想要去水星进行一番科学考察，首先要解决的，就是发动机技术——这是全人类的“卡脖子技术”，是人类迈向更深的星空必然要解决的难题。

正因为“费油”，目前人类只有两架无人探测器曾经到达过水星。首先是NASA的水手10号探测器，它三次飞掠了水星，获得了最早的一批原位测量的水星科学资料，后来是NASA的信使号探测器，它进入了水星轨道，正在对水星进行详细的测量。

这两架探测器都没有使用霍曼转移，而是借助了地球、金星、水星的引力弹弓。引力弹弓是节省飞船燃料的重要手段，但是缺点在于将会消耗数倍于霍曼转移的时间——而人类的肉体凡胎，是等不起的。

信使号

第二道难关：度日如···两年

在天体的世界里，万有引力，主宰了各种各样的现象。其中就有“潮汐现象”。

如图左半，地球对月球形成潮汐锁定，

导致月球始终一面对着地球

我们现在都已经知道，地球上海洋的潮汐，是由太阳和月亮的万有引力共同形成的。但是，潮汐力并不仅仅存在于大海之中。高山、深谷、幽邃的地下，整颗星球，都无时不在被潮汐力影响着。这种潮汐，在我们地球科学领域，被称为固体潮。

水星距离太阳如此之近，受到强烈的太阳引力。而其公转轨道又不是很圆，因此，水星上每一点与太阳之间的万有引力，随着水星公转和自转，不断发生改变。万有引力忽大忽小，相应的，水星上不同地区的形状也就发生着类似于海洋的潮汐现象，潮汐导致内部摩擦，不断损耗水星自转的能量——最终，水星的自转和公转达到共振，使潮汐降到最低。

这种现象被称为“潮汐锁定”，同样的现象发生在太阳系的各个角落，离我们最近的就是月球——我们都知道月球总是同一面对着地球，这就是因为月球对地球，如同水星对太阳——形成了潮汐锁定。

所不同的是，水星对太阳形成的不是1：1的潮汐锁定，而是3：2的潮汐锁定。水星每公转1圈，就会自转1.5圈。做一个简单的减法就能知道，对于水星表面上的一个点，每绕太阳一圈，太阳就会在这个点上前进大约180度。所以，每两个水星年，才会度过一个水星天。

所谓“度日如年”，毫不夸张，甚至可以说是“度日如两年”。

好在，一个水星年是87.9691个地球日，一个水星天也就是大约176天，可能，大概，也许，也不算很长。如果有在南极北极的极昼极夜下工作的经验，那么这样的日子，还是可以勉强接受的，大不了就趁着日光正好，修仙。

第三道难关：冰与火···之睡觉

这样长的昼夜，当然也带来了很多的问题。

首先昼间辐射很强，在水星赤道日下点，太阳光强大约能达到4.6-10.1倍于地球附近太空的太阳光强度，更何况水星没有大气层遮光。此时地表的温度将会很高，会迅速飙升至427摄氏度，绝对不适合任何户外活动。

这样的高温下，水星表面的岩石都会气化。水星实际上有一层非常稀薄的外逸大气层，主要是由水星表面气化的岩石组成，你看看这成分——42%的分子氧，29%的钠，22%的氢，6%的氦，0.5%的钾，以及其他一些痕量的成分。简直可以说是非常硬核了，那些原本在地球以固态形式存在的钠和钾，在水星就变成了气体。

这层大气层的压强大约是0.5nPa，比地球大气压小了至少14个数量级，人几乎是感觉不到的。热对流和热传导也因此而非常轻微。只要能够遮挡住阳光，例如藏身在洞穴中，就可能躲过水星表面昼间的极端高温。

比如窑洞就是很不错的住所

而且，根据信使号对水星的观察，在水星表面的深坑洞穴这些从未暴露在太阳光下的地方，很可能蕴藏着不少的固态水资源，这将是科学家在水星表面做考察的首要生命保障。

到了夜间，还是由于几乎没有大气层，水星几乎完全没有保温能力，最低温度会骤降至-173摄氏度。这样的温度，配合上稀薄近乎不存在的大气，其实反而适合人类工作。整体的环境，会与月球夜间非常类似（月球的最低温度大约也是-173摄氏度）。

后排：火星、水星

前排：月球、冥王星、妊神星

但是夜间，新的问题也将引入进来，人类目前的空间探测任务，主要依赖太阳能电池板来提供所需的电源。夜间的温度适合工作，但是夜间的能源却成问题。所以，到时候可能就要像玉兔2号一样，白天睡大觉，晚上翻个身，走两步，继续睡大觉了。

兔：我仿佛听见有人在黑我。。。

说了这么多困难，但实际上，水星也具备一些独到的好处——相比较我们之前讲过的金星和火星。这些益处，实际上降低了在水星表面科考的难度，提高了水星表面科考的价值。

首先，水星是有磁层的

磁层，犹如一面盾牌，挡住了大部分的来自太阳的致命的高能粒子。地球磁层是地球能够演化出生命的重要保护层。太阳系的四颗类地行星中，地球和水星是拥有磁层的，而金星和火星并不具备。

水星，金星，地球和火星的对比

要知道金星和火星的体积和重量要比水星大出很多，金星和火星的大气层也比水星浓郁很多很多倍，但是偏偏是这么个小不点，具备了两个大个子都不具备的东西。

按照目前的理论，磁层的存在依赖于行星内生的偶极磁场，而这种偶极磁场的产生，则依赖于行星是否具有液态的核心。根据目前的探测结果，金星和火星都已经失去了这种活跃的液态的核心，但是水星和地球还依然具备！

水星的核——水核，根据目前的测算，占到水星体积的55%（地核只占地球体积的17%），并且呈现液态。科学家们推测，可能是在水星形成的过程中，水星的表面物质因为某种原因丢失了，只剩下了一个超大的核。

水星圈层结构

水星因此也像地球一样，有一个防护罩，可以保护其表面少受高能粒子的轰击，所以在表面进行科学考察的科学家们，身体健康问题会有比较好的保障。同时，其地表的成分受到辐射的干扰也会降低。

其次，水星地质不活跃

水星表面的地貌，都是十数亿年前就已经形成的，其地壳非常厚，早已停止了活动。水星上面的撞击坑，可以追溯到太阳系形成的年代。几乎没有大气层的表面，也几乎没有受到任何剥蚀。所以地球科学家们在上面每挖一铲子，就是十几亿年前的古董，研究价值无法估量。

信使号绘制的水星地形图，紫色最低，红色最高

那么，来总结一下，我们这一程科学苦旅的规划吧！

“

首先，带足燃料，准备最强劲最先进的火箭发动机；

第二，带好铲子，锤子，如果可能的话还有炸面儿——来挖一个舒适温馨的窑洞居住；

第三，备足电池和咖啡，做好昼伏夜出，熬夜加班工作的准备；

第四，扛起那些科学仪器，向着太阳系的古老遗迹进发；

最后，带好毛巾，这将是一趟辛苦的旅程！

”

看上去不算太难对不对？是的，那是因为人类的好奇心，一定能战胜一切的不可能。