互动科普

图1. 从北斋环形山往外延伸的细条纹图案

图1为信使号拍摄的水星北半球的单色图。图像上方中央附近是北斋环形山。“北斋”（Hokusai）来源于日本浮世绘大师葛饰北斋的名字。水星上许多地形的名称是以世界各国文学艺术家的名字来命名的（注:其中以中国文学艺术家的名字命名的有伯牙、李白、李清照、鲁迅等十几个）。

从北斋环形山向外延伸的放射状、颜色明亮的线条叫做辐射纹。这是由于小行星撞击水星时，水星表面附近的物质向四处飞散而形成的图案，在地球的卫星——月球等星球上也存在。由于水星上几乎无大气层覆盖，所以飞散的物质会从撞击点飞出很远。北斋环形山的辐射纹长达1000千米左右。

撞击后，随着时间的推移，辐射纹逐渐地消失。这是因为微小陨石的撞击或太阳风（太阳吹出的高速粒子）会风化行星的表面。北斋环形山的辐射纹还非常清晰，由此推测，这些辐射纹是新近形成的。

图2. 水星收缩而形成的伤痕

上图为信使号拍摄的水星上的断层（卡内基断层）。我们可以看到，从图像左上到右下，断层的斜面不断延伸。图像中央略偏左的巨大环形山（杜乔环形山）直径约110千米。断层横切环形山，由此我们可以得知，断层形成的时间较晚。通过信使号的观测确认，这种断层遍布水星表面。

我们还不清楚断层形成的原因，但有可能是在水星冷却的过程中形成的。具体而言，随着时间的推移，水星内部不断冷却，水星整体的体积变小，但水星表面附近的岩石早已冷却，体积不会再发生变化，所以表面附近岩石之间就会相互挤压，从而导致了断层的产生。

图3. 水星特有的神秘洼地——空洞

此处介绍的3幅图是信使号发现的水星上特有的地形。这种地形被称为“空洞”，是深数十米至数百米的洼地。其大小从数十米往上，大的洼地超过1千米。

在图中我们可以看到，卡洛里斯盆地中有3个环形山，而空洞都集中在环形山的内部或边缘部位（明亮的浅蓝色部分）。为了凸显空洞，图中用颜色表示。放大空洞可以发现，空洞周围有许多微小的环形山，空洞上几乎没有环形山。由此我们可以得知，空洞是新近形成的。

空洞的形成原因目前还不得而知。但从其大多集中在环形山内部推断，可能是在环形山形成时地下深处的物质被挖掘出来，其中包含的挥发性成分升华（变成气体），从而形成了空洞。据说，类似的地形在火星南极极冠的干冰地域也可以看到。但是，水星的空洞是岩石，跟火星的不同。

图4. 炽热的水星上有水冰！

由于水星是太阳系内公转位置在最内侧的行星，所以给人强烈的“炽热”感。实际上，水星赤道附近的表面温度在白天最高可达430℃。但由于水星几乎没有大气层覆盖，背阴处的温度会低至-180℃左右。而且，水星的自转轴倾斜度几乎为0，所以在北极和南极附近，太阳光几乎是从正侧面（地平线附近）照射过来。因此，北极和南极的环形山里，从正侧面照射过来的太阳光被环形山边缘凸起的部分遮挡，环形山内部就可能会形成没有阳光照射的“永久阴影”。虽然水星距离太阳很近，但永久阴影区域的水能够一直稳定地保持冰的状态。实际上，波多黎各阿雷西博天文台的射电观测早已证实，水星的北极与南极散布着无线电波反射率异常高的点（暗示有冰的存在）。将信使号拍摄的水星北极附近的图像（上图）与阿雷西博天文台观测的无线电波异常反射点（图中黄色部分）重叠就会发现，无线电波的异常反射点与环形山位置一致。

在永久阴影内部，越容易形成水冰的地方温度越低，这一点已得到证实。另外，发现异常反射的区域的一部分，其温度对于保持水冰稳定存在略微偏高，但因其他物质覆盖了表面（无线电波能够穿过，所以可以观测到其下方的冰），因此冰的温度没有上升得过高。

（本文发表于《科学世界》2016年2期）