自转
1889年意大利天文学家夏帕里利经过多年观测认为水星自转时间和公转时间都是88天。直到1965年,美国天文学家才测量出了水星自转的精确周期58.646天。
在一些时候,在水星的表面上的一些地方,在同一个水星日里,当一个观测者(在太阳升起时)时观测,可以看见太阳先上升,然后倒退最后落下,然后再一次的上升。这是因为大约四天的近日点周期,水星轨道速度完全地等于它的自转速度,以致于太阳的视运动停止,在近日点时,水星的轨道速度超过自转速度;因此,太阳看起来会逆行性运动,在近日点后的四天,太阳恢复正常的视运动。
直到1965年使用雷达观测后,观察数据否决了水星对太阳是潮汐固定的的想法:自转使得所有时间裏水星保持相同的一面对着太阳。水星轨速振谐为3:2,这就是说自转三次的时间是围绕太阳公转两次的时间;水星的轨道离心使这个谐振持稳。最初天文学家认为它有被固定的潮汐是因为水星处于最好的观测位置,它总是在3:2谐振中的相同时刻,展现出相同的一面,就如同它完全地被固定住一样。水星的自转比地球缓慢59倍。
因为水星的3:2的轨速比率,一个恒星日(自转的周期)大约是58.7个地球日,一个太阳日(太阳穿越两次子午线之间的时间)大约是176个地球日。
天体磁场
不管它的缓慢自转,水星有一个相对强劲的磁场,是地球产生的磁场力的1%。这个磁场以一个方式类似地球的方式被产生,是藉着核心金属液体的流动产生的电场;目前的估计水星的核心不足以热到来液化镍-铁合金,但是它应该可以液化一些低熔点的物质例如说硫或锍。也可能水星的磁场是一个现在已经停止的早期的发电机效应产生的残余产品,磁场已经“冻结(保存)”在了固体磁性材料中。
水星有没有磁场?70年代以前,也是谁都不知道。而一般估计,这么小的一个天体大概是不会有磁场的。
1973年11月,第一个也是到目前为止唯一的一个水星探测器发射成功,它的既定考察任务中,有一项就是探测水星究竟有没有磁场。它就是美国的“水手10号”探测器。探测器曾经3次从水星上空飞过,那是在1974年的3月29日和9月21日,以及1975年3月16日。
“水手10号”第一次飞越水星时,最近时距水星只有720多公里。探测器上的照相机在拍摄布满环形山的水星地貌的同时,磁强计意外地探测到水星似乎存在一个很弱的磁场,而且可能是跟地球磁场那样有着两个磁极的偶极磁场。水星表面环形山和磁场的发现使科学家很感兴趣,因为这些都是前所未知的。但是,磁场的存在必须得到进一步的证实,这就要等待到“水手10号”与水星的另一次接近。
水星上既无水,也没有空气。水星外观同月球相似,只是水星上有更多的环形山,高地平原参差不齐。与月面有所不同的是,水星表面分布着隆起的陡壁和山脊,宛如苹果因水分蒸发而表面收缩形成的皱纹。水星表面宁静、平滑,过去可能发生过火山活动,有火山熔岩形成的平面状地区,还遍布着大大小小的陨石坑。水星上有一个巨大的同心圆构造,它位于赤道地带,直径约有1300千米,被科学家命名为“卡路里盆地”。水星表面有100多个具有放射条纹的坑穴,还有大量断崖,有的长达数百千米。水星的密度与地球接近,并有一全球性的磁场。水星磁场的发现,表示水星内部可能是一个高温液态的金属核,这个既重又大的铁镍内核直径超过水星直径的1/3,有整个月球那么大。水星磁场强度只有地球的1%,磁力线的分布图形简直就是地球磁场按比例的缩影。
总之,水星没有空气,没有水分,也没有卫星。其上的温差很大,运行速度快,没有什么惊人的奇观,更没有任何生物痕迹。但是水星这种既像月球又像地球的特征,是宇宙中物质多样性的生动证明,也是研究太阳系形成和起源的宝贵资料。
由于水手10号仅拍摄到水星表面的37%,所以人类对水星的了解还很少。
“水手10号”探测器的飞行轨道是这样安排的:在到达水星区域时,它每176天绕太阳转一圈。我们知道,水星每88天绕太阳一周,也就是说,水星每绕太阳两圈,“水手10号”来到水星附近一次,飞越水星并进行探测。
“水手10号”第二次飞越水星时,距表面最近时在48000公里左右,对水星磁场没有发现什么新的情况。为了取得包括磁场在内的更加精确的观测资料,科学家们对探测器的轨道作了校准,使它第三次飞越水星时,离表面只有327公里,而且更接近水星北极。观测结果是十分令人鼓舞的:水星确实有一个偶极磁场。从最初发现到完全证实,刚好是一年时间。
水星的偶极磁场与地球的很相像,极性也相同,即水星磁场的北极在水星的北半球,其南极在南半球。
水星磁场有多强呢?
磁场强度一般用一种叫做“高斯”的单位来表示,水星赤道上的磁场约0.004高斯,两极处略微强些,约0.007高斯。跟地球磁场强度比较一下就更清楚些,地球表面赤道上的磁场强度
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