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根据人类理论，它是一颗不该存在的行星

根据人类理论，它是一颗不该存在的行星
【卡城华人网 www.calgarychina.ca】 2026-01-01 13:00

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【卡城华人网】根据人类理论，它是一颗不该存在的行星

水星长久以来让天文学家困惑：它比理论上应有的体积更小，与太阳的距离也比理论应有的近得多——它违背了我们对行星形成的大部分认知。一项预计在2026年到来的太空任务，或许能解开这个谜团。

乍看之下，水星可能是太阳系中最乏味的行星。它荒芜的表面缺乏显著特征，没有过去存在水的证据，大气层也极为稀薄。生命存在于它炙热的陨石坑中几乎不可能。然而，仔细观察，水星却是一个令人着迷、充满谜团的世界。

行星科学家对太阳系中最靠近太阳的行星存在感到困惑。这颗奇特的行星非常小，质量仅为地球的二十分之一，宽度几乎与澳大利亚相当。然而，由于拥有巨大的金属核心，水星是太阳系中仅次于地球的第二高密度行星。

水星的轨道紧贴太阳，也处于一个天文学家难以解释的位置。所有这些现象指向一个关键问题：我们完全不知道水星是如何形成的。从理论上看，这颗行星根本不该存在。“这有点令人尴尬，”法国波尔多大学行星形成与动力学专家尚恩·雷蒙德（Sean Raymond）说，“我们缺少某个关键的细节。”

水星的起源、形成过程以及它为何呈现如今的样貌，是太阳系最重大的谜团之一。

而答案或许即将要揭晓了。欧洲和日本合作的 “贝皮科伦坡号”（BepiColombo）于2018年发射，目前正前往水星。这将是十多年来首次有探测器造访水星。它预计在2026年11月进入轨道，尽管途中因推进器问题延误，核心任务之一就是弄清水星的起源。

了解水星的形成，不仅对理解太阳系的起源至关重要，也有助于研究其他恒星周围的行星——系外行星。“水星可能是我们拥有的最接近系外行星的行星，”美国麻省理工学院行星科学家萨韦里奥·坎比奥尼（Saverio Cambioni）说，“它是一个令人着迷的世界。”

1974年和1975年，美国太空总署（NASA）的“水手10号”（Mariner 10）探测器三次飞掠水星，当时太空人就意识到有些事情不对劲。这是人类首次造访太阳系最内侧的行星，这些飞掠提供了水星的初步重力测量，首次让我们窥见水星的内部结构，并揭示其异常的内在组成。

地球、金星和火星都有富含铁的核心，约占行星半径的一半。在地球，核心分为固态的内核与液态的外核，两者的运动产生保护地球的磁场。核心之上是地幔，再上面是我们居住的地壳。

水星则完全不同。它的核心约占半径的85%，仅覆盖一层薄薄的岩石地幔与地壳。这正是水星高密度的原因，但为何它的结构会如此仍不清楚。“水星的形成是一个重大问题，”德国航空太空中心行星科学家尼古拉·托西说，“我们仍不清楚水星为何呈现这样的样貌。”

后来，美国太空总署的“信使号”（Messenger）在2011至2015年间环绕水星，却带来更多疑问。水星距太阳仅3600万英里（6000万公里），白天温度可高达430°C（800°F），夜晚则降至-180°C（-290°F）。

然而，尽管温度如此极端，“信使号”发现水星表面存在挥发性元素，如钾和放射性钍，这些物质理应早已被太阳辐射蒸发。此外，还发现复杂分子如氯，甚至在水星极地阴影陨石坑中发现水冰。

这些发现进一步强化了水星“本不属于目前位置”的观点。天文学家长期困惑于水星在太阳系中的位置，因为我们认为在这个区域不可能形成像水星这样的行星。

我们知道，像太阳系这样的行星系统起初是一个环绕恒星的尘埃与气体盘。行星逐渐在这个盘中开辟空隙，并在吸收更多物质后成长。但根据行星形成模型，水星与金星的距离过大，无法合理解释其形成。无论动力学家如何调整参数，都无法让模型产生像今天的水星。“这真让人头痛，”尚恩·雷蒙德说，“结果是完全没有水星。”

天文学家花了多年时间改进模型并测试假说，提出了几个主要理论。其中最多讨论的一个是：水星曾经大得多，可能是现在的两倍，甚至接近火星大小，并且可能在更远离太阳的地方运行。这一理论得到水星表面钾和钍含量的支持，因为这些元素与火星的成分更为接近，而火星形成于距太阳更远的位置。

理论认为，在水星存在的最初1000万年间，这颗“原始水星”曾遭遇一个巨大的天体撞击，可能是一颗火星大小的行星。这次碰撞剥离了水星的外层——地壳和地幔，只留下富含铁的核心，形成了我们今天看到的水星。

法国尼斯蔚蓝海岸天文台的行星动力学专家亚历山德罗·莫比德利（Alessandro Morbidelli）表示，这种解释目前最受天文学家支持。他说：“普遍的解释是，水星遭受了一次巨大的撞击，移除了大部分地幔。”

这次撞击必须是“擦撞”，没有完全摧毁水星。然而，虽然早期太阳系中撞击频繁，但要剥离如此大量的物质，需要超过224000英里/小时（约每秒100公里）的高速碰撞，根据萨韦里奥·坎比奥尼的说法，这种情况被认为不太可能，因为大多数天体在太阳周围运行时速度相近，类似于环形道路上的车辆。

此外，这样的撞击理应剥离水星的挥发性元素，包括钍，但“信使号”却检测到它们仍存在，这使得理论更加复杂。它们是如何在如此剧烈的事件中幸存的？

即使没有撞击，也不清楚这些元素为何仍存在于水星上。“如此接近太阳的天体不应该富含挥发性物质，”英国公开大学（The Open University）行星地质学家大卫·罗瑟里（David Rothery）说——他共同领导“贝皮科伦坡号”上的水星X射线光谱仪（MIXS）研究，该仪器将分析水星的挥发性元素，“那么，水星是否起源于更远的位置？或者形成水星的物质是否来自更远的地方？”

另一种假说认为，水星并非被撞击，而是撞击者本身，曾与另一颗行星（如金星）发生“擦撞”，然后停留在目前的位置。这种“撞了就跑”的碰撞更容易解释水星为何失去大量质量。比利时鲁汶天主教大学的行星地质学家奥利维耶·纳穆尔（Olivier Namur）说：“如果水星是撞击者而不是被撞击者，解释起来更容易。”

它并不是早期太阳系中唯一的“行星级炮弹”。我们的月球被认为是由一颗火星大小的天体“忒伊亚”（Theia）撞击早期地球后形成的，当时剥离了大量物质。在任何水星撞击的假说中，仍有一个问题：为何被抛入太空的岩石碎片没有重新落回水星，或形成卫星（水星没有卫星）？

一种可能的解释是一个叫“碰撞研磨”（collisional grinding）的过程，即水星被抛出的物质逐渐被磨碎成尘埃，然后被太阳风的猛烈轰击吹散。

加拿大多伦多大学行星形成专家珍妮佛·斯科拉（Jennifer Scora）说：“碰撞研磨指的是碎片彼此摩擦，逐渐分解成越来越小的颗粒。最终，你会得到一颗更小、更高密度的水星。”然而，她指出，要让这个过程奏效，所需的研磨速率非常高，可能远超我们预期。另一种情况是，根本没有发生巨大撞击，而是水星确实由靠近太阳、富含铁的物质形成。

倾向于这种可能的瑞典隆德大学行星形成专家安德斯·约翰森（Anders Johansen）认为，水星形成于太阳系中比其他行星更热的区域，年轻的太阳释放的能量蒸发了水星位置的大部分轻质尘埃，只留下较重、富含铁的物质凝聚成行星。他说：“这样就能形成一颗富含铁的行星。”

但问题在于，如果这理论成立，为何水星没有继续增长，而是停留在目前的大小？“周围应该有大量物质，”约翰森说，因此不清楚为何我们最终只得到一颗如此小的行星。

在其他恒星周围，我们确实观测到类似水星的更大版本，被称为“超级水星”（Super Mercuries）。这些行星富含铁，密度高，比地球更大、更重，但仍拥有巨大的铁核心。我们尚未发现与水星大小相同的行星，原因是它们太小，难以在母恒星的强光和引力影响下被探测到。

根据观测，超级水星在银河系中可能相当普遍。坎比奥尼说，它们可能占所有行星的10%至20%。这带来新的问题：像水星一样，我们不知道它们是如何形成的——例如，它们太大，无法通过任何撞击理论形成。“它们的普遍性令人不安。”坎比奥尼说。

还有另一种理论认为，水星的形成与内行星的迁移有关。在某个太阳系模型中，水星、金星、地球和火星可能最初形成于太阳周围的两个不同物质环。雷蒙德说，地球和金星水星一起形成于内环，后来因质量较大而“迁移离开，留下水星”。

牛津大学行星动力学专家马特·克莱门特（Matt Clement）的模拟显示，岩质行星可能最初在水星目前轨道内形成，然后向外迁移。“水星被排除在外，并耗尽了物质，”他说。这一理论无法完全解释水星为何拥有如此大的核心，除非它移动到富含铁的区域，但它确实能解释水星的大小及与金星的距离。“我认为必须有迁移过程。”克莱门特说。

此外还有一些更奇特的假说。例如，水星可能不是典型的岩质行星，而是类似木星的气体巨行星的裸露核心，其大气层被剥离。虽然这种想法曾被提出，但坎比奥尼认为不太可能：“要剥离木星大小行星的大气层非常困难，因为它们拥有巨大的引力。”

所有这些理论为天文学家提供了许多线索，但仍未达成共识，水星究竟是如何形成的。“贝皮科伦坡号”（BepiColombo）或许能带来一些答案。当这项任务——事实上是由欧洲太空总署（ESA）与日本太空总署（JAXA）共同操作的两艘探测器——进入水星轨道时，两艘探测器将分离，并利用仪器绘制水星表面的组成图，同时研究该行星的重力、微弱的磁场，以及其他观测数据。

“贝皮科伦坡号将进行额外测量，帮助我们了解这颗行星的起源。” 德国航空太空中心行星科学家尼古拉·托西（Nicola Tosi）说。特别重要的是，探测器将揭示水星表面与地下的组成。“了解这些组成能限制（对）行星形成过程（的猜测）。”托西补充道。

如果水星曾经更大，后来被剥离，那么它应该曾拥有一层暂时熔融的地幔——一片巨大的岩浆海洋，今天我们可能仍能找到其痕迹。“这种固化方式有特定特征，”托西说，而贝皮科伦坡号可以寻找这些证据。

然而，要真正理解水星的起源，科学家梦想有一天能登陆水星——这原本是贝皮科伦坡号计划的一部分，但因成本与复杂性过高而早期取消——甚至希望能将样本带回地球。“我们真正想要的是水星的样本，”罗瑟里说，这将使我们能精确分析水星的组成。

目前没有任何登陆任务计划，但已有一些提案。罗瑟里说：“在没有登陆器的情况下，我们最好的希望是找到一块源自水星的陨石。”这并非完全不可能，因为地球已发现数百颗来自火星的陨石，但至今没有任何确定来自水星（或金星）的陨石。

有一种推测认为，地球上一类罕见的陨石——称为“奥布莱特陨石”（aubrites）——可能是原始水星的碎片，即那颗更大的初始行星在遭受撞击后留下的残骸。莫比德利称这仍属“大胆猜测”，但因其化学与矿物组成与我们推测的原始水星相似，仍具吸引力。

法国洛林大学岩石学家卡米耶·卡地耶（Camille Cartier）正领导一项研究，未来几年将检验这一可能性。她说：“我们拥有一个超级收藏”，团队已收集约20颗奥布莱特陨石样本，并将在实验室中分析它们是否真的是水星的碎片。

“我们应该能获得有力证据，支持或否定这一假说。”卡地耶说。

理解水星的形成，关乎我们对行星形成本质的认识。水星是否仅仅是一个偶然产物，是太阳系中一次高速碰撞的结果，还是更普遍的现象？“或许水星并非如此罕见，而是行星形成的自然结果。”托西说。

目前，水星起源的谜团仍未解开。为什么我们的太阳系中会有这样一颗异常小且超高金属含量的行星？其他恒星系统是否也有类似的水星？水星表面看似一个灰暗、布满陨石坑的世界，毫无趣味，但在其深处，这颗神秘的行星可能是太阳系中最令人着迷的地方之一。“水星可能只是一颗不太可能存在的行星，”斯科拉说，在大多数情况下，它根本不该存在——但在我们的宇宙中，它却存在着。

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