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标题: 长尾巴的不肯定是彗星，另有大概是水星！ [打印本页]

作者: 谦晓 时间: 2022-9-23 17:26
标题: 长尾巴的不肯定是彗星，另有大概是水星！
Mercury

这是一张2022年4月27日在西班牙拉帕尔马岛拍摄的图片，图片上方是著名的昴星团，下方带着尾巴的天体并不是一颗彗星，而是水星。仔细观察这张照片我们会发现，水星的尾巴呈黄色，上辈子是元素周期表的同砚都知道，这是钠被引发后产生的现象，有一个认识的名词归纳了这种现象——焰色反应。

图1、拉帕尔马岛位于加那利半岛，是仅次于夏威夷的天文观测所在，图为赫歇尔望远镜与云海
这张照片衍生出两个题目：水星为什么会有尾巴？又为什么会是钠尾？我们可以很简单的将这两个题目办理。如同彗星一样，水星会有尾巴也是由于受到太阳风的吹拂，特别是作为离太阳近来的行星，受到的太阳风更为剧烈；而钠尾则表明水星外貌含有丰富的钠，因此才气形成钠尾。那么，为什么含有丰富的钠呢？这是一个很好的题目，这个题目终极也会指向水星的起源题目。要办理这个题目，我们需要对水星有一些了解。

水星的科学史
在望远镜发明之前，人们对水星是知之甚少的，乃至连水星凌日也观测不到，伽桑狄于1631年初次观测到了水星凌日。20世纪，随着大型望远镜和一些仪器的利用，人们对水星有了更多的了解。科学家发现水星外貌情况和月球的情况有很多相似的地方：利用光度计丈量水星的亮度，科学家终极分析出了水星的外貌泥土的某些特性，这些特性与月球十分相似，而水星的泥土乃至更暗一些。通过偏振计研究水星的泥土，水星便有了环形山存在的证据。别的，水星有一个特点是月球没有的，而且超乎各人的想象——水星上有大气：天文学家试过很多种方法去发现水星大气的存在，终极水手十号于1976年提供了一个最坚实的证据。不外这个大气并非我们风俗认知中的大气层，而是一个外逸层：不断有物质从中离开水星，钠自然也是此中之一。
令人意想不到的是，水手十号还发现水星具有一个稳定的磁场，而且是环球性的磁场，强度为地球磁场的1%。水星有一个由铁和镍等金属组成的熔融的核心，直径约为水星的3/4，体积约为水星的57%（地球分别为1/2和 17%）。另外，水星的密度仅仅是略低于地球，但是如果清除引力压缩的影响，水星可以称得上是密度最大的行星。这样特殊的情况超出了太阳系老手星的常态，科学家们提出疑问：缘故原由是什么？

图2、水星内核与地球内核比力

水星形成假说
如今最为广泛担当的理论是巨型碰撞假说。这种假说以为，水星在形成早期和其他类地行星没有区别，但是被一颗质量为水星1/6的行星撞击，由于水星的逃逸速度较低，而且水星轨道上碰撞行星之间的相对速度较高，这次撞击剥离了水星大部门的地壳和地幔，这样导致水星巨大的核占比。关于水星的大碰撞理论进一步指出，水星初始大概在今天的小行星带的位置，被碰撞之后转入了今天的轨道。在这个意义上，水星和月球相似度进一步提高了，由于月球如今最为广泛的起源假说也是碰撞说。

图3、月球：我真的有一个亲戚吗？
另外一种假说以为，水星大概是受到原始太阳星云的影响，在恒星云的后期，水星的位置温度大概高达2500-3500°K，这样的温度可以融化大部门的岩石地幔并将他们带走。另有一种假说以为太阳在水星形成早期拦阻了水星的吸积，这导致水星得不到一个足够厚的地壳，而且2011-2015年环绕水星的信使号的探测发现水星地表的钾和硫等物质含量高于预期，这对于大碰撞和星云假说都是一个挑衅。或许终极是第三种假说胜利，不外，进一步的讨论需要新的探测器，科学就是这样在不断否定自我中前进的。

钠尾的猜测与发现
一个紧张的关系是，水星外逸层的组成与地壳的物质组成是有关系的，因此科学家们可以从外太空的研究中推断出水星地壳的化学组成，反过来，也能通过水星的化学组成对其空间的一些现象做出表明。这就是科学家为什么对水星大气云云感爱好的缘故原由了。
1985年，Drew Potter 和 Tom Morgan在检测水星大气的夫琅禾费光谱时发现了钠的存在。这些钠是怎么产生的呢？一些学者以为，这是来自于水星外壳和陨石撞击之间产生的物质，而水星自身的高金属含量也成为钠的紧张来源。将钠喷射到外逸层是热蒸发、光子引发、打击蒸发与离子溅射等多个过程综合的结果。

图4、可见光范围内的太阳光谱与夫琅和费线，此中两条D线便是著名的“钠双线”
不外，有意思的地方就来了，这些过程每个都有本身的时空依赖性，而且大多数不能将钠加快到逃逸速度，那么会形成钠尾吗？两位学者模拟了太阳辐射对从差别外貌发生的钠原子轨迹的影响，他们得出结论，只要初始速度大于2公里/秒，钠原子便可以从辐射加快度中得到足够的能量，形成类似于彗星的那种钠尾。

图5、2km时钠亮度分布，这是一张来自1986年的论文插图
在2000年和2001年，他们终于观察到了猜测的水星钠尾。之以是云云难观测是由于水星常年在太阳附近，只有在很少的时间段能在日出前后半小时内观测到。他们发现，太阳辐射对钠尾的加快终极使得钠尾末了的速度高达11公里/秒，横向速度也有2-4千米/秒。根据他们的估计，尾部钠的总通量约为1×10个原子/秒，对应于地球上钠估计总生产率的1%-10%，显然，这是一个非常高的数值，仅仅是水分离逸出来的钠尾便到达云云水平。一开始对钠尾的拍摄还是比力模糊的，随着科学仪器的优化，我们才得到了如今这张漂亮的图片。

图6 2020年5月的一张钠尾照片，看来好照片都是有着一个强盛的后期
不外，上辈子建成过科学大厦的同砚们都知道，本身的头顶一开始大概只是两朵乌云，但大概突然就是乌云漫天了。钠的分布在时间上与空间上的分布呈现丰富的多样性（低情商：复杂乃至看起来随机）；作为一种离子，它与水星磁气圈又密切干系；除此之外，科学家还发现辐射加快似乎不能提供完全的能量；以及与离子溅射、陨石蒸发等等之间的关系。（另有很多多少让人眼花缭乱难以组织语言的东西）
由于我们对水星可获取资料的限定，科学家们只能通过有限的资料创建更多的联系，这或许便是一种对抗内卷的方法吧。
Mercury

我们如今对水星似乎知道很多，但又似乎什么都不知道~
References
[1] Benz W, Slattery W L, Cameron A G W. Collisional stripping of Mercury's mantle[J]. Icarus, 1988, 74(3): 516-528.
[2] Cameron A G W. The partial volatilization of Mercury[J]. Icarus, 1985, 64(2): 285-294.
[3] https://www.csmonitor.com/Science/2011/0929/Messenger-s-message-from-Mercury-Time-to-rewrite-the-textbooks
[4] https://www.chemistryworld.com/news/messenger-sheds-light-on-mercurys-formation/3002463.article
[5] Hunten D M, Morgan T H, Shemansky D E. The mercury atmosphere[J]. Mercury, 1988: 562-612.
[6] Killen R, Cremonese G, Lammer H, et al. Processes that promote and deplete the exosphere of Mercury[J]. Space science reviews, 2007, 132(2): 433-509.
[7] Smyth W H. Sodium Atmosphere of Mercury.(Title only)[C]//Bulletin of the American Astronomical Society. 1985, 17: 712.
[8] Potter A E, Killen R M. Observations of the sodium tail of Mercury[J]. Icarus, 2008, 194(1): 1-12.
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编辑：云开叶落

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