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在太阳系的众行星中,水星是离太阳最近的,其表面长时间地受太阳光炙烤。所以说,在太阳系的行星中,水星上存在冰的可能性是最小的。但是在1991年,以地球为基地对水星的雷达拍摄揭示了水星南北极附近存在着雷达波高反射区。通常纯净的(水)冰对雷达波的反射率都很强。因此科学家们揣测,这一现象可能说明水星表面存在冰。雷达图像还显示,在这些地方还有几十个环形山区域,可能是彗星撞击后留下的痕迹,或者是太阳系早期的遗物,因为处在水星的两极不会被太阳晒到,且温度足够低,这为冰的长期存在提供了可能。在度过了许多年头之后,偶然被我们发现。
雷达波高反射区域就有(水)冰存在?
既然太空上的哈勃望远镜对水星无能为力,那么地球上的射电望远镜就派上了用场。
用于水星观测的主要依赖位于波多黎各的阿雷西沃(Arecibo)大型射电望远镜、茶色玻璃天线以及射电望远镜巨阵。从水星反射回来的雷达波由美国国家射电天文台的26个射电望远镜天线巨阵进行接收。通过对反射回地面的雷达回波进行接收、处理、过滤后,就可以绘制一幅水星表面的雷达波反射率地图,这张地图的精确度可以达到15千米。在水星的两极区域,大约有20个不规则的雷达波反射区域,这些区域反射的雷达波也有明显的去极化特征。
从阿雷西沃射电望远镜的探测结果科学家分析,水星两极的雷达波高反射区域主要集中在极地的环形山区域。在水星的南极地区,最大的一块雷达波高反射区域的位置与Chao Meng-Fu(赵孟頫)环形山的位置惊人地接近,其他的一些小的区域则对应着一些已经勘定的小型环形山,而在水星北极的大部分地区,包含着一些雷达波亮点的区域没有被成像,因此不能和北极地区的一些已知的环形山对应起来。可是,大致上来说,雷达回波图像中的明亮区域还是和水星两极地区的已知的环形山相关联的。
实际上,水星两极附近的环形山的确能够给冰的存在提供永久性或者说几乎是永久性的阴冷环境。相对于纯净的(水)冰的高反射率的特性,那些坑中对雷达波表现出低反射率的区域可能有可能冰被尘土或者土壤抑或是其他的一些物质给覆盖了。
尽管现在还没有直接的证据表明水星的两极区域内有冰存在,然而雷达图像显示的大块明亮区域对应的的阴影地带,它是由环形山造成的而且几乎是永久性。这一现象可以看成是水星上存在(水)冰的证据。但是,对雷达波的积极反射也可以被理解成是由其他的一些物质所造成的结果,比如,一些金属的硫化物、金属的冷凝物、钠盐的沉积物等。当然这和冰的存在没有任何关系。
(水)冰在水星上是怎样保存下来的?
水星表面的绝大部分区域都暴露在太阳光下,表面的温度极高。再加上水星微弱的地心引力以及几乎不存在的大气,在这种环境下,如果没有永久性的寒冷的环境,(水)冰就会在一瞬间变成水蒸汽跑到太空里去了。这也意味着(水)冰从来都不会在暴露在太阳光下的地方存在。(水)冰唯一可能存在的地方就只剩下水星的两极区域了,而那里的环形山可能会足够深,并且能够提供永久性的阴暗区域。这可以看作雷达波高反射区主要在两极的一个佐证。但是就目前的研究而言,那些能够提供永久性阴影的坑是否存在还是个疑问。
事实上,直到1974年,科学家们对水星的表面仍一无所知。从望远镜里能看到的只是一个上面有模糊阴影的靠近太阳的小天体,是1974~1975年美国的“水手”10号探测器改变了我们对水星的认识。科学家关于水星表面的知识大都来自于这些图像,因为人类以后再也没有向水星发射过探测器。
“水手”10号与水星的3次“亲密接触”都是在被太阳照射的同一半球上空发生的,因此水星的另一半的面目就鲜为人知了。当然关于极区的其他详细、确凿的资料也很匮乏,即使有,也希望是关于环形山以及阴影的资料。
探测器是否能检验水星上有水?
在地球上直接对水星进行观测非常困难,因为水星毕竟离太阳太近了。观测水星两极的有效途径除了通过雷达波之外,就是发射携带成像装置以及光谱分析设备的太空探测器了。
水星距离太阳的平均距离只有5790万千米,因此太阳引力对它的作用也就格外强,水星围绕太阳运行的平均速度达到48千米/秒。因此向这一颗“飞奔”的行星发射探测器并不是一件容易的事情。当年“水手”10号虽然3次近距离飞越水星,但拍摄的照片都是被阳光照射的同一半球。两极地区环形山内部的阴影区域因为太黑暗,也没有拍下效果很好的照片,里面究竟有没有(水)冰存在,同样也就不得而知了。
随着“信使”号水星探测器的发射,人们期待着进一步揭开水星的秘密。