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信使

本·福斯特,伍迪·哈里森,吉娜·马隆,萨曼莎·莫顿,伊默恩·沃克

信使号信使号NASA的“信使”号水星探测飞船于2004年8月3日搭乘“德尔塔2”型火箭，在佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心点火升空明亮的火焰照亮了当时洒满月光的夜空辉映在大西洋上发射取得圆满成功，“信使”号开始了计划中的耗时6年半、飞行79亿公里的探测远征这次水星探测任务由美国宇航局、卡内基研究所以及约翰·霍普金斯大学共同研发承担“信使”号探测飞船由霍普金斯大学应用物理实验室负责设计、制造这是30年来人类探测器首次对水星进行全面的环绕探测 2004年08月03日——发射；2005年08月02日——在2,348km高空飞掠地球；2006年10月24日——在2,987km高空飞掠金星；2007年06月05日——在338km高空再次飞掠金星；2008年01月14日——在200km高空飞掠水星表面，并向地球发回了第一批水星照片；图解“信使号”任务图解“信使号”任务2008年10月06日——第二次飞掠水星；2009年09月29日——在228km高空第三次飞掠水星；2011年03月18日12时45分（UTC）进入水星轨道，成为首颗围绕水星运行的探测器美国东部时间2015年4月30日下午3点26分（北京时间5月1日凌晨3点26分），“信使号”以撞击水星的方式，结束其探测使命，在水星北极附近留下一个相当于NBA篮球场大小的撞击坑（直径约15米） “信使”飞船的基本部件包括：科学载荷：用来收集“信使”的科学数据的仪器遮阳伞：用来保护飞船免受太阳直射，使飞船的电子设备和仪器即使在水星这样的热环境里也能正常运行太阳能电池板：为飞船提供动力 "信使"还携带着一块蓄电池，可以把太阳能电池板产生的电能储存起来，供其他系统使用助推器：通过喷射燃料发生推力，改变飞船的轨道和姿势助推火箭适配器：它是飞船发射的联系点，当"信使"与助推火箭脱离后，适配器就没有作用了 “信使”携带的科学仪器包括：水星双重成像系统：这是一部带有广角镜头和窄角镜头摄像机，可以单色、彩色和立体成像伽玛射线和中子谱仪：将用它来绘制水星表面的元素构成图 X射线分光计：也被用于绘制水星外壳物质的元素构成情况磁力计：绘制水星磁场的详细结构和动力，寻找磁化的地壳岩石区水星激光高度计：用来测算水星的地形水星大气与表面合成分光计：测算水星大气的情况，寻找水星表面物质里的矿物成份高能粒子和等离子分光计：用于测算水星磁气圈内部和周围的带电粒子的构成与特性美国宇航局的要求是：用更少的钱，办更多的事所以，"信使"必须做到在科学上无可挑剔，必须有持久的生命力它通过整合现有的技术和有效的工程学设计，达到了宇航局规定的目标：飞船各重要系统都有备用系统，一旦一个系统瘫痪，另一个系统（或备份系统）可以接过它的任务 "信使"使用了现成的部件和标准的数据界面，减少了对未经证明的造价昂贵的新技术的需求 "信使"飞船采用了其他执行太空探索任务的飞船子系统设计使用的天线不是展开式，而固定式，这样便减少了在天线展开过程中与地球控制人员失去联系的的可能遮阳伞的陶瓷材料采用了"被动热设计"，这样飞船就没有必要配备耐高温的电子仪器水星双重成像系统（Mercury Dual Imaging System）：这是一部带有广角镜头和窄角镜头摄像机可以单色、彩色和立体成像伽马射线和中子谱仪（Gamma-Ray and Neutron Spectrometer）：将用它来绘制水星表面的元素构成图X射线仪（X-Ray Spectrometer）：也被用于绘制水星外壳物质的元素构成情况磁力计（Magnetometer ）：绘制水星磁场的详细结构和动力，寻找磁化的地壳岩石区水星激光高度计（Mercury Laser altimeter）：用来测算水星的地形水星大气和表面组合探测仪：测算水星大气的情况，寻找水星表面物质里的矿物成份高能粒子和等离子体探测仪（energetic particle plasma spectrometer）：用于测算水星磁气圈内部和周围的带电粒子的构成与特性温度控制由于水星距离太阳很近，“信使”号在绕水星轨道运行时必须经受住高温和强太阳辐射的考验为此，任务规划人员专门为“信使”号打造了一把“遮阳伞”，也就是具有高反射性的耐热遮阳罩研究人员表示，遮阳罩安装在“信使”号前端的一个钛结构上，高大约8英尺（约合2 4米），宽大约6英尺（约合1 8米）能够很好地保护这颗探测器在水星距离太阳最近时，遮阳罩前方的温度可达到700华氏度（371摄氏度）但在遮阳罩的后面，“信使”号以及所携仪器的温度却保持在室温状态，即大约70华氏度（20摄氏度）左右，精确测控信使号需要将近7年的时间才能进入水星轨道，整个行程接近80亿公里，对于这么漫长的时空距离，做好卫星的精确测控是另一个必须解决的难题中国科学院院士中国探月工程首席科学家欧阳自远：距离太远，但是你必须把它的轨道控制得非常好，让它能够按照科学家的需要进行探测，这里面又产生一个问题就是必须精确的测控降低速度信使号从地球前往水星，受太阳引力影响（势能转化为动能），它的速度越来越快，如果直接到达水星大约只需要3个月，为了使用较少的燃料降低速度，信使号在长达6年半的飞行时间里，飞行了约79亿千米，进行了5次轨道修正，更重要的是6次飞掠内太阳系行星，借助引力弹弓来减速即使这样，信使号大半重量都是燃料，总重1092千克，其中燃料607千克，燃料占比高达55 6% 水星距地球约9100万公里，“信使”号直接飞到水星只要3个月左右，而为进入水星轨道，“信使”号要先在太阳系内飞行6年多的时间，其中主要原因在于，为了尽量压缩太空探测项目的开支，美国宇航局不能把探测器研制得过大、过重 “信使”号如果要直接进入环水星轨道，需要携带更多燃料，这就意味着需要更大载荷的运载火箭和更高的科研成本受发射运载重量的限制，“信使”号没能携带足够的燃料上天因而“信使”号需在太阳系内部先进行数年长途环绕漫游使自身减速它将在飞经地球一次、飞经金星两次、环绕太阳15圈获得足够引力支持后，在第三次飞过水星时由于引力作用，“信使”号会先被猛烈甩向金星，然后借助“弹弓效应”，于地球时间2011年3月再次被弹向水星顺势“滑进”水星轨道，开始为期一年的环水星飞行；其间，“信使”号探测飞船上的7种科研仪器将对水星的表面、空间环境、地质化学及空间距离等进行全面探测，收集相关数据这次“信使”号的水星轨道探测项目，是美国宇航局雄心勃勃的行星探测系列项目“发现计划”的一部分多年来美国太空探测的庞大开支及其实用性一直受到美国纳税人的质疑，美国宇航局在向联邦政府申请科研经费时也颇费思量因而美国宇航局在1994财年正式启动行星探测“发现计划”时，提出以更快、更好、更省为方针要求连续进行科研目标高度集中、而又花钱不是太多的项目，以解答太阳系内许多不为人类所知的行星之谜美国国家航空暨太空总署，2008年2月1日公布“信使号”太空船飞越水星未知地表时所拍到的影像和资料水星是太阳系最小的行星，也是与太阳距离最近的行星华盛顿卡内基研究所“信使号”任务首席研究员索罗门在记者会中表示：“这次飞行让我们看到太空船以前从未见过的水星部份，我们的小太空船已传回像金矿般令人兴奋的资料美国宇航局的“信使”号探测器拍摄的1213张照片中的一部分在30日公开，它们有助于支持这样一个观点：水星上点缀着古代留下的火山，随着时间推移，这颗行星在不断收缩，形成像皱纹般的山脊但是其他一些图片非常令人惊讶和迷惑不解任务首席科学家、卡耐基华盛顿研究所的肖恩?索罗门表示，其中一张照片中捕捉到的蜘蛛形状的地貌“跟我们在太阳系其他地方看到的情形都不一样 ”这张图片上显示出一个像大陨石坑的图形，周围延伸出很多模糊的线条水星是最靠近太阳的行星，人们经常把它和地球的卫星――黑白分明的月球进行对比但是这些最新照片显示了水星不为人知的一面，通过它们科学家了解到这颗行星的多彩一面，它上面曾有火山活动在美国宇航局不断改进的高科技设备的帮助下，“信使”号拍摄到的照片显示出淡蓝色和暗红色负责美国宇航局的“信使”任务的设备科学家约翰-霍普金斯大学的路易斯?普罗克特说：“水星有颜色分明的红色和蓝色区域它看起来和月球并不一样太空总署表示，信使号的仪器提供水星阴暗面的陨石坑地形轮廓与其他地质特征资料，这些特征在太阳系独一无二水星表面有绵延数百公里的巨大悬崖，透露出这个行星早期历史断层活动的型态，太空总署说，这艘太空船也发现另一个独特特征：从复杂中心地区辐射出超过一百条狭窄而平坦的低谷，这是此前在水星和月球上都不曾见过的，科学家将之称为“蜘蛛” 罗德岛布朗大学科学团队的共同研究员海德说：“接近蜘蛛的中心有一个陨石坑，但陨石坑究竟是原始构成还是之后才出现，此刻仍不清楚，信使号将在二零一一年最后一次飞掠水星，并进入水星轨道进行长达一年的研究在那之前，它还会两度飞越水星分别在二零零八年十月和二零零九年九月这艘太空船从二零零四年八月发射以来，已经飞越地球一次，金星两次当它完成长达六年半的探索之旅时总共将飞行七十八亿公里信使号飞船于2008年1月15日凌晨飞掠水星，其轨道距离水星表面最近时只有约200公里这是人类探测器时隔30多年后再次飞掠水星 10月6日第二次近距离飞越水星，拍摄了大量水星表面图像，并收集到一系列科学观测数据美国宇航局发布的消息说，“信使”号这次在整个飞越过程中拍摄了1200多幅图像，其轨道距水星表面最近时仅200公里左右，预计美国东部时间7日凌晨就可以开始接收到“信使”号传回的图像和数据　据美国宇航局专家介绍“信使”号此次水星之行重在为六大问题寻找答案破解这些疑团不仅有助于研究水星，也会促进科学家们更深入了解地球等类地行星的形成和演化 1、水星的密度水星的体积与月球相似，而其密度则比月球大得多，仅比地球略低，在太阳系内部的类地行星中位居第二而如果没有行星自身引力对内部的压缩作用，水星的密度将比地球更大科学家们曾根据其密度推测，水星中有65%是富含铁等金属的内核，这一比例约相当于地球的2倍 “信使”号携带的多种分光计能够测量水星表面的元素构成，有关结果有望用于验证有关水星密度的各种理论 2、水星的地质史1974年和1975年，美国“水手10”号飞船曾对水星45%的表面区域进行了拍照，照片上的水星表面古老并布满了坑与月球表面颇为相似但“水手10”号所拍照片并未提供有关水星表面形成机制的足够细节，“信使”号上的仪器可拍摄水星整个表面，并分析其表面岩石的矿物和元素构成，科学家们希望能在此基础上确定塑造了水星表面的各种地质过程发生的顺序 3、水星内核结构“水手10”号曾意外地发现，水星拥有分布于整个星球的磁场在其他类地行星中，只有地球具备相同特征地球磁场据认为由外层地核中液态岩浆的运动所形成，体积比地球小得多的水星，照理说其内核早就应该冷却并完全固化现今的水星磁场是该行星早期原始磁场的残余物，还是说水星内核并非完全是固体从而导致了磁场的形成“信使”号对水星内核结构的研究，将有助于更好解释地球这样的类地行星如何产生磁场 4、磁场特性地球磁场会对太阳风和太阳耀斑等太阳活动作出反应，经常产生高度动态的变化 “水手10”号曾发现水星磁场也会有类似动态变化，但该飞船的探测结果未能很好揭示出水星磁场的特性 “信使”号将利用磁强计等对水星磁场展开长时间的详细观测，进而确定水星磁场强度及其变化规律 5、两极的冰水星是距离太阳最近的太阳系行星，表面温度最高可达450℃，但其两极巨大的环形山内侧却永远照不到阳光那里的恒定温度低于零下212℃ 1991年，科学家们首次根据雷达观测图像发现，水星两极环形山内侧具有很强反射能力，最为普遍的一种看法认为，这些区域存在着冰 “信使”号的一个任务是检验水星上到底有没有冰，6、水星的挥发物水星拥有极为稀薄的大气层，水星大气层中已知存在氢、氦、氧、钠、钾和钙等6种元素，这些元素据认为来自于各种渠道，通过不同方式进入水星大气层 “信使”号将借助多种分光计研究水星大气层的构成，并确定其中的各种分子究竟通过什么方式而产生7、水星背面什么样美国宇航局的“水手10号”是曾经探索过太阳系内这个神秘世界的唯一一艘飞船但是它仅拍摄到水星不到45%的表面（一个陨石坑地形）图像这意味着除了地面上的雷达进行的少量观测外，我们几乎对这颗行星的一大半一无所知亚利桑那州霍普金斯山多镜面望远镜天文台的主管菲斯·维拉说：“关于水星的另一面是什么样子，我们不能过于自信到现在为止，每一颗太阳系天体都与另一颗看起来非常不一样我们正期待着水星另一面给我们带来的巨大惊喜 ”8、水星靠近太阳的一面有冰信使号水星探测器信使号水星探测器在水星最靠近太阳的一面，温度最高可达800多华氏度（425摄氏度），这种环境下有冰存在着实令人震惊对雷达来说，冰的反光性更高，据地面雷达显示，在水星极地永远得不到阳光照射的黑暗的陨石坑深处，可能有结冰的水沉积物存在这些水可能来自水星的内部气体，或者是来自陨星相撞时产生的水汽 “信使号”飞船将在水星上永远处在阴暗处的极地陨石坑底部寻找氢如果这艘飞船能发现氢，就说明它可能已经在这个像地狱的世界里发现了冰 9、水星的体积在缩小随着水星内核冻结，这颗行星可能正在收缩 “水手10号”飞船拍摄到的照片显示，水星表面似乎有从内部延伸出来的褶皱导致水星上出现一条1英里高、数百英里长的巨大悬崖“信使号”飞船将留心观察水星背面的此类褶皱迹象并将通过分析该行星的磁场来研究它的金属核 10、水星轨道内有祝融小行星科学家不知道是否有一群号称“祝融小行星”的天体位于水星的轨道内部，隐藏在炫目的阳光之中虽然“信使号”飞船在靠近水星期间探测这些小行星的机会非常有限，但是它还是有一次探测这些小行星的机会为了避免被太阳烤干“信使号”将一直躲在朝向太阳的遮阳伞内，飞船上的科学仪器将远离太阳 “信使号”任务的主要调查员肖恩·索罗门表示不过科学家还将利用“信使号”“查找那里可能仍然存在现代祝融小行星的任何线索，11、水星的大气来自哪里水星那令人难以置信的稀薄大气非常不稳定，经常从这颗行星的微弱重力的束缚中逃逸出去科学家还不清楚水星的大气从哪里获得源源不断的补充研究人员怀疑，水星大气中的氢和氦正是借助太阳风（太阳发出的带电超声波粒子流）被不断地带到这里其他气体可能是从水星表面蒸发出的，或者是从这颗行星内部渗出的还有可能是被蒸发掉的陨石带来的维拉表示，“信使号”将对这颗行星的大气进行近距离观测以查明水星大气是如何产生的，12、为什么水星有磁性“水手10号”获得的一个完全出乎意料的发现是，水星有磁场从理论上来说，行星只有快速旋转和拥有熔融核时才能产生磁场然而水星旋转一周需要59天，并且它是如此小，大约仅是地球体积的三分之一因此它的内核应该在很久以前就已经变凉了为了揭开这个谜团，“信使号”将探测水星的磁场一些天文学家认为这颗行星的磁场已经静止了但是前几年科学家发现水星似乎有一个熔融核，因此这颗行星仍然能有效地产生磁场 13、为什么水星的金属含量如此高水星的密度极其大，因此研究人员估计这颗行星铁含量丰富的内核的重量可能占整个星体重量的近三分之二这是个令人吃惊的数字，它是地球、金星或火星重量的两倍换句话说就是，水星的内核可能占据这颗行星直径的四分之三有关这种与众不同的密度的一种解释是，在数十亿年前的猛烈撞击过程中，水星最初的外表被剥落这次撞击还把水星移向太阳，到达所处的位置另一个理论显示，水星就是在这个位置形成的为了查明两个有关水星起源的理论哪个更正确，“信使号”的小型化科学仪器将探测该行星的地质状况了解水星的形成过程将有助于天文学家进一步认识行星的演变过程 5，美国宇航局的“信使”号探测器开始实施一系列水星轨道制动动作，并于2004年3月17日顺利进入水星轨道这是人类航天史上首次成功将一颗探测器送入水星轨道信使号（MESSENGER），是“MErcury Surface,Space ENvironment,GEochemistry,and Ranging”的缩写，意为：“水星地表，空间环境，地质化学和全向遥测” 美国宇航局局长查尔斯·博尔顿（Charles Bolden）说：“这项任务将在接下来的一年时间内继续带给我们有关水星的最新数据”他正在位于马里兰州约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的“信使号”飞船控制中心内此时，工程师们正忙着接收探测器发回的测控数据，以便确认探测器确实已经正确入轨他说：“美国宇航局的探测计划正在不断改写着我们的教科书而信使号计划正是我们不断努力扩展人类知识边疆的最好例证 ”美国东部时间21:10信使号已经按照既定程序关闭了反冲发动机，探测器已经顺利进入环绕水星的轨道，但工程师们仍然需要等待探测器发回更多的精确数据 10:45，信使号的高增益天线指向地球并开始传送数据经过分析之后地面控制工程师们正式宣布，信使号探测器已经成功完成轨道制动并顺利进入了水星轨道没有发现异常在制动过程中，信使号的主发动机点火约15分钟，将飞船减速，从而被水星引力捕获，进入轨道这一动作发生在距离地球约9600万英里（约合1 54亿公里）外的深空 “自从差不多6年半之前信使号发射升空以来，这次是最大的一个里程碑，”彼得·巴德尼（Peter Bedini）说他来自应用物理实验室，是信使号的项目经理他说：“这一成就是各位项目组成员辛勤努力的结果，导航控制、飞行引导和其他各小组的成员都非常了不起，正是他们确保了探测器能长途跋涉49亿英里（78 86亿公里）并安全抵达水星，在接下来的数周内，应用物理实验室的工程师们将努力确保飞船各系统在水星附近的严酷环境中保持良好的工作状态飞船上的各种仪器将开机接受检查，信使号探测器将正式展开科学探测工作 “尽管距离地球并不是很远，但在过去的数十年间水星探测一直是一片空白，“西恩·所罗门（Sean Solomon）说他来自华盛顿卡内基研究院，是信使号项目的首席科学家 “这是历史上第一次，我们将一座天文台设置在了太阳系最内侧一颗大行星的轨道上我们将努力揭示水星的秘密，有关它的最新数据将帮助我们更好的理解类地行星的形成和演化机理，人类上一次探测水星，也是唯一的一次探测器考察行动是在1974年，当时美国的“水手10号”探测器近距离飞越了水星上空，但是由于技术原因无法进入轨道约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）设计并制造了信使号飞船受美国宇航局科学任务董事会的委托该实验室也负责飞船的运行和管理美国信使号探测器传回大量水星表面照片(9张)美国太空总署（NASA）3月30日公布宇宙飞船“信使号”传回的首批照片，这是史上首见由宇宙飞船在水星轨道拍摄的水星表面照片根据探测资料，水星日夜温差超过摄氏570度科学家期待宇宙飞船能在未来至少一年的任务中在水星上发现水水星是太阳系中最靠近太阳的行星经过六年半的飞行长达79亿公里的旅程“信使号”（Messenger）终于在三月十七日进入水星轨道，并传回数百张的首批水星照片马肖（Machaut）陨坑直径约为100公里，这张照片是信使号在2008年10月6日拍摄的 NASA表示：“今天清晨5点20分，信使号捕捉到水星的历史性画面，这是宇宙飞船首次于轨道上获得水星影像，信使号费时六个小时，拍了363张影像根据NASA发布的照片，第一张照片上方显示名为“德布西”的特殊黑色陨石坑，下方则是接近水星的南极地区过去没有宇宙飞船曾目睹这片区域，令人尤感兴趣的是水星南北两极的陨石坑阴影处由于阳光照不到极地，科学家期待信使号能在该处找到结冰的水，照片上标注出一些水星陨石坑水星表面温度非常极端，白天高达摄氏462度，熔点232度的锡和327度的铅等金属，在水星表面都会变成液态；到了晚上，温度骤降至摄氏零下148度，日夜温差574度任务发言人索罗门（Sean Solomon）表示：“信使号传回首批影像，及其设备所获得第一手测量数据，都只是开始预期未来几年将汇入更多新信息，过去美国“水手十号”（Mariner 10）宇宙飞船曾在一九七四和一九七五年两度飞越水星，趁飞越时在远处拍照“信使号”则是在距离水星地表最近200公里的轨道拍照，接下来信使号将展开至少一年的沿水星轨道绕行任务照片展示了之前从未见过的水星地表区域，携带照相机的信使号探测器在450公里的高空中拍下了这幅照片发生在照片区域之外的一次碰撞所产生的次级陨坑遍布整个视野，其中的一些陨坑形成了奇特的链状，进入水星轨道经过约6年半的飞行，美国宇航局的“信使”号水星探测器终于进入绕水星运行轨道，成为有史以来第一颗进入水星轨道的探测器尽管美国宇航局发射的“水手10号”探测器曾于1974~1975年从水星旁飞过，拍到过一些照片而且几十年以来天文学家们也一直根据这些照片进行研究，但是“水手10号”并没有拍到水星全貌，这些空白将由“信使”号来填补在为期一年的观测中，探测器将对水星地表进行详细测绘，同时会研究水星的构成、磁环境、稀薄的大气层以及其他特征水星阴暗区内的明亮沉积物可能就是水冰水星阴暗区内的明亮沉积物可能就是水冰根据美国宇航局“信使”号探测器获取的数据，水星极地地区的永久阴暗区陨坑深处可能存在水冰水星是太阳系内的最内侧行星，地表温度超过400摄氏度科学家一直怀疑在雷达扫描中发现的明亮沉积物可能就是水冰“信使”号传回的数据进一步提高了这一观点的可信度负责“信使”号成像系统的科学家，美国约翰斯-霍普金斯大学应用物理学实验室的南希-查伯特表示：“在此之前，我们从未获取过这些明亮沉积物所在区域的图像水星双重成像设备（MDIS）拍摄的图像显示，水星南极附近的所有明亮沉积物都位于永久阴暗区，北极附近的明亮沉积物也处在阴暗区，为水冰假设提供了佐证 ”但查伯特同时也指出这一发现并不是决定性证据，证明这些沉积物就是水冰发现这些明亮沉积物的陨坑温度较高需要存在一个隔热层，才允许水冰存在科学家正对相关数据进行分析 “信使”号于2011年3月进入水星轨道一天绕水星运转两周，已拍摄了近10万幅照片，同时对水星表面进行了400多万次测量 “信使”号共用了6年时间，飞行6000万英里（约合9656万公里），才进入水星轨道水星上的一个陨坑可能与轨道不稳定有关水星上的一个陨坑可能与轨道不稳定有关在《科学》杂志刊登的两篇论文中，研究人员详述了他们的发现研究论文合著者、麻省理工学院的地球地理学教授玛丽亚-祖博尔表示：“在‘信使’号进行全面观测前，很多科学家认为水星与月球非常相似，在太阳系历史非常早的时期便平静下来在其演化史上的大部分时间里，它都是一颗‘死星’ 现在，我们发现了强有力的证据证明水星内部存在与众不同的动力学现象，说明水星曾在很长时间内处于活跃状态 ”根据“信使”号的引力测量数据，研究小组推测水星可能拥有一个巨大的铁核占到水星半径的近85%，地幔和地壳只占15%，就像一层桔子皮宇航局戈达德太空飞行中心的科学家大卫-史密斯表示：“我们此前就提出一种有关水星内部结构的想法，但最初的观测数据并不支持我们的理论致使我们怀疑观测结果随后，我们又进行了更多研究，证实了观测结果的准确性而后重新研究有关水星内部结构的理论，与观测结果相符的理论利用水星表面的激光测量数据，研究人员对水星北半球的多个地貌特征进行了测绘，结果发现海拔变化幅度小于火星或者月球此外，他们还在水星卡诺里斯盆地发现了水星最大的陨坑，这大大出乎他们意料这个陨坑的底部部分区域高出边缘，说明来自水星内部的力量在陨坑形成后将其推高祖博尔和同事还发现了一个由低地构成的区域，几乎就以水星北极为中心根据他们的研究发现，这个低地区在水星漫长的演化过程中逐渐迁移到这一地区新发现研究显示水星表面45亿年前或存巨大岩浆洋水星过去表面想象图水星过去表面想象图据国外媒体报道，麻省理工学院的科学家通过对水星岩石化学成分分析的过程中发现这颗星球过去可能拥有一片巨大的岩浆海洋，时间点处于45亿年前，这项新的研究任务由“信使”号探测器完成，旨在分析水星表面、空间环境以及行星化学物质组成等自2011年3月起，NASA的探测器开始收集相关数据，一组科学家负责对X射线荧光光谱数据进行分析，该任务收集到了有关水星表面岩石的组分情况，科学家希望揭开水星到底发生了何种地质过程，导致其表面出现两种不同组成的岩石对此，科学家在实验室中创建了两类岩石，模拟高温高压环境下的地质演化过程通过实验科学家设想水星上曾经出现巨大的岩浆海洋，在这种环境下可演化出两种截然不同的岩石，通过结晶、凝固最后重新由熔岩喷发机制存在于水星表面根据麻省理工学院地质学教授蒂莫西·格罗夫介绍：“水星上发生的事件其实是非常惊人的地壳的年龄很可能超过了40亿岁因此这些岩浆海洋应该存在于非常古老的过去，为了回答这个问题，美国麻省理工学院的研究小组利用探测器获取的成分数据在实验室中配制合成了这两种岩石类型，并将这两类合成岩石至于高温高压环境下模拟经历各种不同的地质过程通过这些实验，科学家们发现只有一种机制可以解释所观察到的现象，那就是曾经有一个巨大的岩浆洋，这个岩浆洋形成了两层不同的结晶层并逐渐冷凝，随后又再次熔化成为岩浆并喷出到了水星地表据美国宇航局太空网报道，美国宇航局的“信使”号（Messenger）飞船在水星上发现了季节变化的迹象，它在这颗并不大的石质行星的表面发现了以前认为的含量更多的重金属元素铁，“信使”号探测器在9月29日第三次从水星旁边飞过时，进行了这项观测，期间获得大量测量数据，并拍摄了很多水星表面的隐蔽处及大气层的图片由于在飞越期间出现的数据故障对这艘飞船造成影响，计划要实施的测量工作大约只进行了一半，地球探索这个耗资4 46亿美元的探测器第三次飞越水星时，距离这颗行星表面不超过142英里（228公里）这次飞越观测到更多未知区域，目前已经绘制出98%的水星表面地形图这次飞越是为了借助水星的引力改变“信使”号的运行路线促使它在大约2011年进入水星轨道，稀薄的大气层科学家把水星的大气层称之为“外逸层”，它由水星表面扬起的原子构成水星大气非常稀薄，密度非常小这意味着大气里的原子很少能相撞在一起它还有一个从这颗行星向外延伸的小尾巴方向正好与太阳的方向相反在三次飞越过程中，“信使”号主要查看水星大气层里三种原子——钠、钙和镁的差异科学家发现，第三次飞越水星时这颗行星大气层里所含的钠原子比第二次飞越时更少一些，信使号探测器绘制的水星表面图(4张)任务科学家罗纳德·维尔瓦克（Ronald Vervack）说：“这是个激动人心的时刻，这一发现完全出乎我们的意料”因为当水星沿着太阳轨道运行时，太阳对它产生的辐射压会不断发生变化，这个过程改变了水星表面释放的钠原子的数量维尔瓦克表示，水星在围绕轨道运行期间，它的大气受到季节影响 “各个季节里”钙和镁原子发生的变化比钠原子更小，这显示出不同原子“拥有其独特的季节性变化” 了解这些季节性差异，将有助于科学家了解水星表面物质是如何丧失的以及这颗行星表面是如何随时间发生变化的美国马里兰州约翰霍普金斯大学应用物理实验室的维尔瓦克表示，水星的大气是“数亿年来这些过程的最终产物，这些过程从没停止过” 水星表面意外发现“信使”号飞越水星，还为科学家提供了有关这颗行星表面特定元素数量的第一手直接观测数据长期以来科学家根据早期的观测数据进行判断认为水星表面缺少铁和钛等重金属元素，他们认为这颗行星的灰口铸铁核的质量是水星总质量的60%，并认为水星是太阳系里最致密的岩质行星“信使”号的观测资料显示，水星的表面实际上有大量这种元素，它们的浓度几乎跟月球近地点月海玄武岩（nearside maria basalts）里的这些物质的浓度类似，这意味着有关该行星的形成和演变的模型必须进行修改约翰霍普金斯大学应用物理实验室的大卫·劳伦斯（David Lawrence）说：“对我们来说，这是个非常令人震惊的结果”第三次飞越还拍摄到未知区域的表面图该飞船的照相机和仪器拍摄到的高清彩色图片，还展示了该行星另外6%以前从没近距离进行观测的表面地形亚利桑那州立大学坦佩分校的成像科研组成员和博士后研究员布雷特·德尼维（Brett Denevi）说：“我们的这项工作对绘制整个水星地表图有帮助 ”这次飞越期间拍摄的图片显示的水星地表特征，我们以前都曾看见过，不过由于以前的数据不够详细因此无法绘制地表图从图上可以看到，一个不规则的低压区周围显然非常明亮，它四壁陡峭，形状非常奇怪德尼维说：“所有这些都是火山口的特点 ”其他图片上显示的是一个双环撞击盆地，直径大约有180英里（289 68公里）这个盆地的特征跟拉德特拉迪（Raditladi）盆地的特征非常相似 2008年“信使”号第一次从水星旁边飞过时观测到拉德特拉迪盆地，德尼维说：“其中一个相似之处，是拉德特拉迪盆地的年龄跟它非常类似，据估计，这个盆地大约有10亿岁对撞击盆地来说，这个岁数并不算大，因为大部分盆地的岁数大约都是它的4倍盆地内壁的年龄甚至比盆地本身更年轻，它跟周围颜色不同我们也许已经在水星上发现更年轻的火山物质 ”“信使”号需要行驶49亿英里（7 89 × 1012 米）才能进入水星轨道，现在它已经完成将近四分之三的路程全程包括围绕太阳旋转15圈除了飞越水星以外，“信使”号还在2005年8月从地球旁边飞过，并于2006年10月和2007年6月从金星附近越过，近日，科学家对“信使号”探测器2009年第三次飞越水星的观测数据进行了分析，最新结果发现水星表面最年轻的火山活动迹象，以及磁场亚暴的最新信息，并且在水星超稀薄外大气层中首次发现电离钙元素这项研究报告发表在7月15日出版的《科学杂志》网站上最年轻火山活动迹象信使号探测器首席调查员肖恩-所罗门（Sean Solomon）说：“信使号每次飞越水星都会获得新的发现我们发现水星是一颗颇具活力的行星，其活动性贯穿于整个历史阶段 ”在前两次勘测中，信使号探测器发现水星早期历史时期曾遍布着火山活动，在最新的第三次飞越水星勘测中，该探测器发现290公里直径的环状碰撞坑，这是迄今观测发现最年轻的水星表面坑状结构，科学家将它命名为“Rachmaninoff”，其底部具有非常平滑的平原美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室的路易丝-普罗克特（Louise Prockter）说：“我们认为Rachmaninoff环状坑底部平原是迄今在水星发现的最年轻火山迹象此外，我们在Rachmaninoff环状坑东北部发现漫射环状明亮物质环绕在不规则洼地周围，标志着这些不规则洼地是火山喷口，并且其直径比之前所勘测的火山喷口都大这项观测暗示着水星表面的火山活动性要比之前所认为的更持续，或许持续至太阳生命历史下半时期磁场亚暴磁场亚暴是一种太空气象，曾间歇地出现在地球上，通常每天会出现几次，持续1-3小时地球上的磁场亚暴常伴随着一系列特殊现象发生，比如：北极和南极上空出现的壮丽极光现象磁场亚暴也伴随出现危险的能量粒子，这将导致地球观测卫星和地面通讯系统灾难性事故，尤其是地球同步轨道区域地球磁场亚暴的能量来源于地球磁场尾部的磁性能量在信使号探测器第三次飞越水星时，该探测器装载的磁力计首次发现水星磁场尾部磁性能量中像亚暴一样“载荷”，这种水星磁场亚暴能量大约是地球磁场亚暴的10倍，其运行速度是地球磁场亚暴的50倍美国宇航局戈达德太空飞行中心的太空物理学家詹姆斯-斯莱文（James A Slavin）称，最新观测显示水星的磁场亚暴相对强度比地球磁场亚暴大，同时，我们还发现水星磁场尾部增强与唐吉周期（Dungey cycle）的一致性，唐吉周期是描述磁气圈内等离子循环的一个指标斯莱文说：“信使号探测器最新观测首次显示地球之外的另一颗行星上唐吉等离子循环时间可以确定亚暴持续的时间，这暗示着这种地球磁气圈特征是宇宙的一种普遍现象水星外大气层构成水星的外大气层非常稀薄，是由水星表面和太阳风中的原子和离子构成，信使号探测器对水星外大气层的观测将提供一个研究水星表面和其太空环境之间交互影响的机会，并能够探测水星表面的构成，该行星遗失至星系空间的物质有助科学家理解水星当前和历史时期的构成状况信使号探测器对水星外大气层的观测结果显示外大气层中中性和电离元素独特的空间分布特性，第三次飞越勘测首次探测到水星南极和北极外大气层的构成美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室的罗-弗瓦西克（Ron Vervack）说：“勘测显示水星外大气层中包含着钠、钙、镁元素，在这次飞越水星勘测中，信使号首次发现外大气层含有电离钙，信使号在最后一次轨道修正之前拍摄的照片信使号在最后一次轨道修正之前拍摄的照片3900天前，NASA发射了信使号探测器去访问内太阳系的行星；4年前，信使号终于抵达了它的目的地，进入了水星轨道，成为继1975年水手10号之后第一颗近距离访问水星的探测器它收集了大量水星的数据在燃料耗尽之后，它将坠毁在水星表面，时间预计为协调世界时4月30日19:26:02，北京时间UTC+8（即5月1日3:26） 2015年04月30日3时30分，信使号探测器结束使命，通过硬着陆的方式以3 9km/s撞击到水星表面预计将在水星表面形成一个直径为16米的大坑，在最后的日子里，它还在不断地发回高分辨率照片新的探测器将于2024年抵达，届时我们才能看到这个撞击坑的图像 1 一位马拉松选手水星与地球之间的距离并不算遥远，但是为了进入水星轨道，“信使”号需要大幅减速，所以自2004年发射升空以来“信使”号已经多次飞跃金星、地球和水星进行减速进入水星轨道时，“信使”号探测器已经飞行了大约79亿公里，2 短跑健将尽管旅途较为漫长，但“信使”号的飞行速度并不慢在6年半的太空飞行中，“信使”号相对于太阳的平均速度达到了约合每小时13 6万公里，这一速度几乎是美国宇航局的航天飞机在低地球轨道时的5倍有时候，“信使”号的飞行速度会达到每小时22 5万公里左右，接近史上探测器的最快飞行速度 3 一只“油老虎”2004年发射时，“信使”号的重量达到1100公斤左右，推进剂的比重占到了55%，达到600公斤 4 身躯并不庞大“信使”号的主体大约高1 42m，宽1 85m，长1 27m，体积与一个大的办公桌相当，它装有2个太阳能电池板翅膀面积大约为1 5m*1 65m，在探测器两侧展开 5 一身高科技装备不远万里去到水星，当然要好好“侦察”一番，一身的好装备是必不可少的 “信使”号共携带了7种不同的科学仪器以及一个无线电科学实验设备 6 “信使”有把遮阳伞由于水星距离太阳很近，“信使”号工作时必须经受住高温和强太阳辐射的考验，为此，人们给它配备了一把遮阳伞，也就是具有高反射性的耐热遮阳罩 7 任务为期仅“2天”尽管“信使”号雄心勃勃，但是任务为期只有区区两个水星日，水星的自转速度很慢，一个水星日大约相当于176个地球日与自转相比，水星以极快的速度绕太阳轨道运行，短短88天便可运行一周所以在为期12个地球月的在轨观测中，“信使”号将经历两个水星日，但所经历的水星年却超过四个 8 慷慨赴义“信使”号并没有足够的燃料帮助它重返地球，所以在探测任务结束后，水星——这颗他钟情一生为之奔赴探索的星球——将成为“信使”号最终的归宿，它将最终坠落于水星