阳光里的徘徊者——水星

●　戴　明

水星对于大多数人来说既熟悉又陌生。人们很少谈起水星，是因为对于同是内行星的金星来说，它所扮演的角色是那么不显眼。众所周知，水星是九大行星中最靠近太阳的行星，公转轨道半径只有0378个天文单位，故常被淹没在太阳光辉中不为人所见。水星的半径也很小，仅为2440千米，18个水星才有一个地球大。由于没有大气的保护，在强烈日光照射之下的白昼，水星表面的最高温度竟可以使铅熔化!而到了夜晚，温度直线下降，最低时可使温度计中的酒精凝固。所以，水星表面的昼夜温差之大确是太阳系之最。但是，在水星的极地，一年之中温度环境如何，尚不可知。那里的环形山底部，太阳光永远也达不到，在那里也许有冰。在19世纪，意大利科学家计算出水星的自转周期同公转周期相同，可惜这个错误的结论竟被沿用了一个世纪。直到1965年，天文学家才用雷达测出了真正的自转周期——58646日，是公转周期的2／3。公转与自转的相互作用使水星上的“一天”竟等于“两年”，这样，如果站在水星上看太阳，你会发现太阳在水星的天空中运行得极慢，有时甚至还会向西退着走。水星上几乎没有空气，没有水分。所以即使在白天，尽管太阳比地球上更大更明亮，但就在耀眼的太阳旁边，仍可看见繁星争辉，整个天空仍像黑丝绒那样深沉乌黑。

水星离太阳很近，强大的太阳引力向空间探测技术提出挑战。美国人为他们的“水手10”号探测器精心设计了一条飞行轨道：先让它飞往金星，在金星附近受金星引力的影响改变为绕太阳飞行的椭圆轨道。这个轨道的巧妙之处是使“水手10”号可以连续探测水、金两颗行星。从空间探测器发回的照片来看，水星的外观酷似月球：表面布满了大大小小的环形山，其中直径100千米以上的数以千计，而类似月海的平原却很少。在水星平原与月海中都能观察到熔岩流的痕迹，但月海同其周围的高地相比明显呈黑色，水星平原则与周围高地的颜色没有多大差异，这也许是因为它的成因与月海有所不同。水星表面甚至还有类似月球表面上的辐射纹，有的辐射纹长达1000多千米。一个半径约1300千米的巨大同心圆构造是水星上最大的盆地——卡路里盆地；还有许多令人胆战心惊的断崖地形，人们称之为“皱脊”。这是水星内部冷却，水星整体热收缩时形成的皱折，如位于北极附近的“维多利亚悬崖”，高度超过3000米。这些“皱脊”是了解水星内部结构和演化过程的重要线索，因而备受科学界关注。探测数据显示，水星有一个很大的核，半径约1830千米，相当于水星半径的3／4，比月球还大。这个核的主要成分是铁、镍和硅酸盐，其中铁的质量占整个水星的60％左右，核的外层是厚厚的岩石壳。因此说，水星的内部结构类似地球。水星上还有与地球类似的磁场，但强度只有地磁的1％。“水手10”号是迄今为止飞向水星的惟一飞船，它在1974年和1975年间三次近距离探测了水星，拍摄了57％的水星表面，发回了5000多张清晰的照片，有的近距离照片分辨率达204米!根据这些宝贵的资料，科学家绘制了水星图，为水星研究开创了良好条件。

寻 找 水 星

要想对水星进行观察，首先要找到水星，而水星恰恰是较难观测的行星之一。据说哥白尼从1506年回到故土波兰后，直到他1543年去世，也未曾见到过这颗行星。在地球上看，水星始终徘徊在太阳身旁：白天它在天空中，夜晚在地平线之下，只有当它处于大距时才能看到。然而水星的大距角最大不过28°，就是说，当太阳完全沉入地平线下，它才在西方地平线上28°左右，但那时天空还很亮，大约再过四五十分钟才会变得昏暗起来。这时，它离地平线已不过10°左右了，像这种出现于黄昏的内行星叫“昏星”。相反，当水星变为“晨星”时，我们只能在日出前的东方地平线上找到它。这两种情况的可见时间都不超过1个小时。再者，地平线附近的星光要穿透比天顶厚几倍的大气，由于大气的吸收和散射，星光亮度大减。倘若观测条件再有不利，如有城市灯光、建筑物的干扰，都会使我们丧失宝贵的观测机会。所以说水星对大多数人是“熟悉而陌生”的，就是这个道理。

要观测水星，纬度的高低几乎起着决定性的作用。在回归线上，黄道急剧地降到地平线以下，因此晨昏蒙影时间短，观测条件相对来说是最好的，向北或者向南离开赤道越远，条件就会迅速地变坏。在中纬度，黄道跟地平线的夹角较小，水星即使在大距的时候，也只能达到中等地平高度，我们可以在西方日落后不久的昏影中，或者在东方日出前不久的晨光中，并且总是在地平线的烟雾中看见水星。而在高纬度，黄道几乎有1／4都在地平线以下，想见水星更加困难。所以，哥白尼在意大利学习时，还有机会见到水星，但当他回到波兰的故乡托伦城，那里处于北纬53°，想见水星的确是勉为其难。尽管困难重重，仍有不少业余天文学家从事这方面的观测。

水星表面的观测

在低纬度，水星是一个较显著的天体，它最亮时可与天狼星媲美。但在中纬度，因为它太靠近地平线，可见条件较差，所以你不能期待在城市的灯光和楼群中看到它。即使是在郊外，一架优质的双筒望远镜也绝对帮得上忙。水星的亮度变化在－16等至＋17等之间，颜色是明显的淡黄色，而且星光稳定，我们可以从其他闪烁的恒星中将其区别出来。

观测水星被称作是行星观测之中的大挑战，它的半径很小，所以在地球上看来，它的角直径最大时也不到12角秒，所以，要想分辨圆面的细节至少要用大口径望远镜和200倍以上的倍率。区别小圆面上的细节极其困难，这不是因为望远镜的威力不够，而是由于近地平线处不利的可见条件造成的。事实上，大部分的水星观测者都是在白天进行观测工作，这样，滤镜成为必备的工具。选用适当的滤镜将会加强视稳定度和降低天光散射。有些呈灰色或淡棕色的斑纹在略带粉红色的水星表面上几乎无法直接看到，必须借助不同颜色的滤镜才能加以分辨，比如绿色滤镜，对水星临边增亮的效果特别显著。白天的观测虽然取得了一系列重要的资料，但是，这种观测只有口径相当大的望远镜才担负得起，业余天文学家用他们有限的手段是不能搞清楚许多细节的。所以，在晨昏蒙影期间观测还是很重要的。最早观测水星表面状况的是一个德国天文爱好者施里特，他在对水星的系统观测中见到了水星的位相变化，还看到了水星表面上的明暗区域。像这样良好的视觉效果不是随时都有的，取得观测成功最重要的因素是要在反差最强的时间观测水星，即星象不像在白昼天空中那样暗淡，也不像在昏影和晨光中那样明亮时，表面的细节才显得比较清楚。短暂的大气稳定期可使水星的细节清楚而且反差适中。但这种情况是十分少见的。一个优秀的观测者善于长时间在目镜后等待这个瞬间，这是他们取得成绩的关键所在。但是，大部分的等待都是徒劳的。经验证明，中等密度的滤色片对改善晨昏蒙影时星象的稳定性和反差作用效果十分明显。

尽管难度很大，经过意大利布雷拉天文台台长斯基帕雷利多年的仔细观测，第一张水星表面图终于问世。有人看到水星面表特征的某些变化，一部分是周期性的，一部分是永久性的。这可能是一种幻觉，但的确超出了业余天文学家能力所及。另一方面，由于水星有显著的天平动，业余天文学家可以较清楚地看到它的外貌变化。

水星凌日的观测

行星绕太阳公转的轨道面一般与黄道面斜交，这两个交点分别称为升交点和降交点。当内行星的下合正好发生在两个轨道交点附近时，则地球、内行星和太阳三者几乎位于同一直线上。从地球上看来，即是行星凌日。凌日是内行星的特有现象。水星或金星凌日时，我们可以看到一个小小的黑点，从太阳圆面上缓缓由东向西移动。凌日要同时满足上述两个条件，所以是极为罕见的天象。水星凌日平均每世纪13次，金星凌日则更少，约每243年发生4次。

正因为凌日的机会十分稀少，又相当有科学价值，所以许多观测者决不轻易放弃一次百年不遇的机会。水星凌日发生在水星下合出现在交点处的时候，持续的时间取决于它越过太阳圆面时所走过的长度。如果它越过太阳圆面中心，凌日时间可长达8小时；如果越过太阳边缘，就会变短。

观测凌日时应精确记录接触时间，包括凌始与凌既，即进入太阳圆面时的外接触和内接触；凌出与凌终，即离开太阳圆面时的内接触与外接触。另外还要注意在暗黑的水星圆面周围可能出现的晕。有些光学现象也要当心些，特别是黑“滴”，因为它会给凌既和凌出的测量带来困难。与水星这个黑色的小圆面相比，太阳黑子和暗影显得微微发紫或呈现淡灰色。值得一提的是，小而且全黑的水星表面出现在大而且明亮的太阳圆面上会引起许多光学幻觉，例如在水星圆面会看到一个明亮的小点，这种情况要小心处理。