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水星正在蒸發?實拍照片:在太陽炙烤下,水星尾跡長達240萬公里
2023/04/24

↑這是一張來自天文攝影師的實拍照片,照片中的這個拖著長長尾跡的天體,看上去就像是彗星一樣,但這個天體并不是彗星,它其實是名列太陽系八大行星之一的水星,根據天文學家的測算,照片中的水星尾跡長達240萬公里。

我們知道,當彗星接近太陽時,其表面物質會在太陽炙烤下不斷蒸發,隨后被太陽風「吹」走,進而在背離太陽的方向上形成長長的彗尾,那麼,這張照片中的水星尾跡,是否也意味著水星正在蒸發呢?答案是肯定的。

水星表面物質的蒸發方式主要有兩種,一種是熱蒸發,相信大家對此都很熟悉,就不解釋了,另一種則是沖擊蒸發,簡單來講就是當物質受到高能粒子的撞擊時,從表面逸出原子或分子的過程。

作為太陽系中距離太陽最近的行星,水星接收到的太陽輻射是八大行星中最強烈的,其向陽面的溫度可以高達700K左右,這足以讓水星表面的一部分物質出現熱蒸發現象。

另一方面來講,太陽風其實就是來自太陽的高速帶電粒子流,盡管水星有一個全球磁場,但這個磁場強度太低,大概只有地球的1%,而水星距離太陽又那麼近,所以強勁的太陽風會時不時地讓水星磁場的磁力線彎曲變形,甚至直接斷裂重連(這也被稱為磁重聯),進而穿透水星的磁場,直接轟擊水星表面,并使水星表面的物質出現沖擊蒸發現象。

不過水星再怎麼說也是有磁場保護的,太陽風也不可能「為所欲為」,因此水星表面被蒸發的物質就會在水星表面形成一層極為稀薄的大氣層,其大氣壓平均值約為10的負14次方巴,大概只有地球表面大氣壓的1萬億分之1。

但水星的質量太小了,其引力不足以對其大氣層形成有效的束縛,在太陽炙烤下,其中的物質就有可能向外逃逸,當達到一定高度時,這些物質就會被太陽風「吹」走。

水星大氣的主要成分是氫、氦、氧、鈉、鈣、鉀,這些元素的原子在高溫下會被激發,其電子會躍遷到更高的能級,當原子退激時,其電子會躍遷回基態,此時就會釋放出可見光,在它們之中,鈉元素的豐度相對較高,并且其釋放出的可見光是亮橙色,這相對更容易被拍攝到。

前面我們看到的實拍照片中的水星尾跡,其實就是拍攝到了鈉元素的原子在退激后釋放出的可見光,所以天文學家也將其稱為水星的「鈉尾」。

需要知道的是,想要拍攝到水星的「鈉尾」其實是并不容易,這是因為水星的「鈉尾」是很黯淡的,水星又離太陽很近,通常都會被太陽的光芒掩蓋。 所以天文攝影師需要在黎明或黃昏時,利用特殊的濾鏡對水星進行長曝光拍攝,才可以拍攝到帶著尾跡的水星,而想要達到最佳效果,則需要等待水星抵達近日點附近(因為此時水星的「鈉尾」最明顯)。

(↑利用589.3/1.0納米帶通濾波器拍攝到的水星及其尾跡)

看到這里,可能有人要問了,隨著水星蒸發過程的持續,水星在未來會不會蒸發殆盡呢?我們接著看。

探測數據表明,水星表面物質蒸發的速度極為緩慢,根據天文學家的估算,水星平均每一年只會因此損失大約1噸的質量,而水星本身的質量卻有大約3.3乘以10的23次方千克,與之相比,這種損失的質量可以說是不值一提。

更重要的是,水星表面蒸發的只是較輕的元素,而水星卻被稱為「金屬行星」 ,它的金屬含量高達70%,其中絕大部分都是像鐵、鎳這樣的難以蒸發的元素。

所以我們不必擔心水星會在未來會蒸發殆盡。當然了,水星也不會是一個永恒的存在,因為在大約50億年之后,太陽會因為核心的「燃料」耗盡而演化成一顆紅巨星,屆時它的直徑將膨脹到現在的兩百多倍,到了那個時候,別說是水星了,就連距離太陽更遠的金星和地球,都將被太陽吞噬。

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