很快，可能就在 4 月 30 日，一艘重半吨的航天器将 以约每秒 4 公里、近每小时 9,000 英里的速度撞向水星表面。水星是距离太阳最近的行星。这艘航天器是 NASA 的 MESSENGER （“水星表面、太空环境、地球化学与测距”探测器），它于 2011 年 3 月成为史上首艘环绕水星运行的航天器。
MESSENGER 于 2004 年发射，由约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室负责运行。它十年任务的最后行动将是“脱轨”（NASA 更喜欢用这个词，而非“坠毁”），进入水星。这将形成一个宽 15 米的撞击坑，欧洲的 贝皮科伦坡号 任务于 2024 年抵达水星时将对其进行研究。但这并不是以这种方式处置 MESSENGER 的原因——航天器只是燃料耗尽了，而太阳的影响以及水星引力场的微小不对称性正将 MESSENGER 向下拖拽。
在 MESSENGER 抵达水星后的前三年，任务控制人员将其轨道最低点保持在水星表面上方 200–450 公里处。2014 年，他们允许航天器降至 100 公里以下，有时低至 30 公里，然后使用宝贵的联氨燃料将轨道抬高；但在 最后六周里 ，它的轨道最低点一直在 5–35 公里之间。由于没有燃料将其推高，任务控制人员在最后三次中巧妙地通过释放加压氦气来抬高 MESSENGER 的轨道——如今氦气也已耗尽。
离太阳最近的岩质行星
但这项任务的成果何其丰硕。此前唯一探访水星的任务是 水手 10 号，它在 1974–1975 年进行了三次飞掠，只提供了不完整的观测图景。MESSENGER 详细揭示了整个行星，尤其是北半球；由于其 刻意设计的偏心轨道 ，航天器曾最接近北半球，随后又向上飞升，以避开表面 400°C 的高温。
如今显而易见的是，水星是一颗 格格不入的行星 ，似乎不该出现在我们发现它的位置。即使对岩质行星而言，它的密度也偏高，显示其富含铁的核心占行星体积的 80% 以上。核心外部仍必定处于熔融状态，因为水星的磁场正是在那里产生的——这一特征与地球相同，而金星、火星和月球都不具备。
水星可能的内部结构；其磁场由导电外核中的发电机运动产生。
Rothery
富含挥发性物质的行星
在 MESSENGER 探访之前，人们将水星岩石外壳薄、核心异常巨大的现象解释为：它在离太阳太近的地方生长，无法凝结出大量岩石；或者是一次灾难性碰撞剥去了行星原有的大部分岩石成分。MESSENGER 的数据否定了这两种解释，揭示水星富含挥发性物质；在碰撞的高温和剧烈作用下，这些物质本应比常见岩石物质损失得更多，或者从一开始就不可能存在。
例如，硫占其表面的 2–5%，还有钾、钠等轻金属。大部分地形由广袤的古老熔岩平原构成（类似地球上的玄武岩，但富含镁、铁含量较低）。这些地形十分古老，已有 30 多亿年历史；但 MESSENGER 的高分辨率图像还发现，火山喷口穿透熔岩和撞击坑底部，显然这些地方曾发生较近期的爆炸性火山喷发。爆炸性喷发必定由膨胀气体驱动，气体从行星内部逸出——这进一步证明水星富含挥发性物质。
此外，还有“空洞”——一种此前未知的地貌特征。这些凹陷侧壁陡峭、底部平坦，水星表面最上方约 10 米的物质就此消失。水星没有大气，因此没有风蚀作用；也没有迹象表明地表塌陷进入地下空腔。由此我们只能得出结论：地下某种物质变成蒸气并散失到太空中。
我们不知道这种物质是什么，也不知道它是受热后由固态变为蒸气（这一过程称为升华），还是因为某种辐射打断了化学键而发生这种变化。这又是拼图中的一块；总有一天，我们必须将它拼合起来，才能理解太阳系中最小、距离太阳最近的行星是在何处、如何形成的。
本文由 The Conversation合作发表。本文发表不代表世界经济论坛认同其中观点。
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作者：David Rothery 是 英国开放大学行星地球科学教授。
图片：NASA 的水星表面、太空环境、地球化学与测距探测器（简称 MESSENGER）拍摄的水星图像，见于 NASA 于 2015 年 4 月 16 日发布的一张未注明日期的照片。路透社/NASA/约翰斯·霍普金斯大学。
