摘要：对了，我们的文明火种科学思维营又要开始招募了，这不又要放寒假了嘛。开营的时间是2025年的2月5~9号，地点是在北京，这个营特别适合9~13岁的孩子，您要想给孩子报名，可以到科学声音的微信公号回复”火种营“或者是”科学营“都可以看到报名入口。当然啦，您在科学有

广告作在前边，12月27号晚上19:30，徐家汇图书馆三楼报告厅，我有一场文明夜课的讲座，标题是“ 远古的地球什么样？ ”。有兴趣的小伙伴，可以来听。

对了，我们的文明火种科学思维营又要开始招募了，这不又要放寒假了嘛。开营的时间是2025年的2月5~9号，地点是在北京，这个营特别适合9~13岁的孩子，您要想给孩子报名，可以到科学声音的微信公号回复”火种营“或者是”科学营“都可以看到报名入口。当然啦，您在科学有故事公号回复也可以。

好啦，广告做完啦，咱们还是书接上文。上文书讲到水手10号通过特殊的轨道3次掠过水星，拍摄了大量的照片，而且还发送回了大量的数据记录。我们人类第一次和距离太阳最近的水星有了一个亲密的接触。要知道，水星太靠近太阳了。探测器从地球飞进内太阳系是一个势能减少，动能增加的过程，因为要减速就太难了，所以这一次水手10号还专门利用路过金星的机会实现了拐弯和减速。这个轨道设计的十分巧妙。

不过呢，水手10号仅仅扫描了水星表面的45%，还有大片地区没有扫到。而且分辨率也不行。一个像素对应着地表的20公里见方。精细扫描的图像，一个像素代表140米见方。测量的其他数据，精确度也不算高，但是在当时来讲，也已经很可贵了。最起码确定了几点，首先就是水星的密度大得吓人。这说明水星有一个非常大的铁质内核。

我们内太阳系有4颗岩石行星。地球是最大的一个，密度达到5.51克/立方厘米，排第二的就是水星，密度达到5.43，接下来是金星，密度是5.24，火星就小的可怜，只有3.93。地球上密度最大的岩石是榴辉岩密度大概是在3.6~3.9之间。大理石的密度只有2.5左右，和玻璃差不多。所以石头看上去很重，其实密度并不算大。

所以啊，这些星球的密度普遍比石头大，这就说明，岩石星球的核心具有密度更大的铁镍成分，这样就办平均密度给拉大了。金星只比地球小一点，直径是地球的95%，如果等比例缩放，总质量应该是地球的85%，但是金星的总质量只有地球的81.5%，所以金星比地球的密度略略小了一点。这是为啥呢？道理很简单，地球的引力大，因此就有能力把自己的这个球捏得更“瓷实”一点，密度也就大了一点。

水星比火星还小，密度却比火星大得多，这就显得有些奇怪了，这说明水星拥有一颗大得出奇的铁镍内核，这个巨大的核心占了总质量的60%，跟月亮差不多大，外边再包上一层700公里厚的岩石层。这就是水星的基本结构。

上一次我们也讲过，水星的磁场非常弱，大约是地球的1%，但是水星的磁场却是一个比较标准的偶极场，也就像条形磁铁一样，拥有比较对称的南北极。这么规范的磁场，必然是由于内核还能像发电机一样旋转，这说明水星的内核必然含有液态分层。

我们知道行星的内核都是一个高温高压的世界，高压倾向于把内核变成固体，高温倾向于把物质熔融成液体。在地下高温高压的环境，究竟是那种因素占了上风，那就不一定了。所以行星的内核往往是分层的，水星内核也不例外。内核的外部是熔融状态，但是内部就是固态了。

正因为水星的内核大得不成比例，因此才有人怀疑，水星是一颗更大行星的内核，后来在撞击之下，岩石外壳被炸飞了，最后是一层薄薄的碎渣子包裹在铁镍核心之上，才形成了如此薄皮儿大馅儿的水星。不过呢，这个猜想也有问题。如果当年岩石外壳被炸飞了，和现在水星表面的岩石成分对不上。

当然啦，最新的研究提出了一个新的设想，太阳系形成的时候，来自于一大团的尘埃和云气，在引力作用下开始收缩。中间凝聚出一个巨大的气球，这就是太阳。周围绕着旋转的尘埃和气体形成了各种行星。这个过程，物质也是分层的，越是靠近太阳，密度大的尘埃颗粒就越多，挥发性的物质就越少。所以在靠近太阳系的地方形成了岩石行星。但是这个过程之中，我们不能忽视太阳磁场的作用。磁场也会吸引含磁性的铁镍矿物，把这些物质聚集到太阳附近。越是靠近太阳，这些物质就越多。因此水星形成那么重的一个内核也是理所应当的。

当然啦，要验证这个理论，就必须找到另外一个太阳系，看看靠近它们那个太阳的是不是也有密度很大的岩石行星存在。这些事儿，只能留给科学家去处理了。现在也还没有定论。

既然水星的内核如此之大，而且时至今日依然还有活力，还没有冷凝，想来在水星历史上，火山爆发是很多的。但是水手10号发现水星表面坑坑洼洼的，既然经常火山爆发，为啥看不到岩浆溢流造成的大面积平原呢？这让科学家门困惑不解。后来才发现，这是一场误会，纯粹是因为分辨率比较差，照片比较糙，很多平原看不出来。日后信使号探测器发回来高清晰度照片，就会发现水星上岩浆平原其实比比皆是。

当然，水星按理说没有多少板块运动，但是水星表面有长长的条纹，这些条纹甚至可以长达几百公里，有的是悬崖，有的是深沟，有的是一条鼓起来的山脊。圆形的火山口很好理解，就是火山喷发造成的额，陨石坑也很好理解，就是陨石砸的。这些沟沟坎坎是怎么来的呢？

所以，科学家们推测，这些沟沟坎坎都是因为水星在收缩，导致表皮上出现了皱纹。按照水手10号发送回来的数据，水星一边冷却一边收缩，直径起码少了2公里多。根据后来观测的数据，哪里是2公里多啊，水星的直径起码缩小了11公里，难怪表面有那么多皱纹呢。

水星表面的温差很大，晒太阳那一面温度甚至可以飙升到450度，背面可以冷到零下212度。按理说，水星表面是不可能存在水的，但是，水星南北极有些陨石坑的坑底永远也晒不到太阳，所以有可能存在水冰。反正科学家用雷达波探测水星的南北极，发现了很强的回波信号，到在这些陨石坑的底部有些啥，我们现在也不知道，但是这个现象很不寻常。

对了，说到雷达波，科学家们还用雷达波探测到了水星的自转速度，因为雷达波信号被水星旋转的表面所反射，造成多普勒频移，从这个信号就可以计算出水星的转速。过去大家认为，水星应该被太阳潮汐锁定了，也就是一个面永远朝着太阳。自转周期和公转周期应该保持一致，是88天。但是科学家们通过对雷达波的研究，发信啊水星的自转周期是59天，而不是88天。也就是说，水星的自转周期和公转周期呈现3:2锁定。自转3圈，公转2圈。

我们地球自转一圈只要一天，水星却需要59天，而且自转周期和公转周期相差不大，因此水星上的日出日落可不是自转一圈的时间，而是足足88个地球日。而且水星的轨道偏心率也很大，这种特性也就造成了非常极端的现象。比如你就站在卡路里盆地之中，太阳刚从盆地边上爬上来的时候，看上去不算大。尽管如此，也比地球上看大两倍多了。

然后呢，太阳就会逐渐的变大，运行逐渐变慢，中午时分，太阳就停留在了卡路里盆地的正上方，几乎停住不动了。运行速度极慢，这时候的太阳几乎有脸盆那么大，卡路里盆地的温度越来越高，甚至可以达到420度以上。岩石缝隙里甚至会冒出极少量含有钾和钠的气体。然后呢，太阳逐渐越来越斜，也越来越小，最后逐渐落山了，卡路里盆地突然陷入一片黑暗。

水星上没有大气层，也就不存在什么晚霞余晖，要黑就是突然变黑的。从日出到日落，足足88个地球日。水星的自转轴差不多垂直于自己的轨道面，因此水星几乎没有什么四季交替，阳光直射点几乎不会南北移动，总是停在赤道附近。卡路里盆地因为恰好总是在阳光直射点上，也因此变成了一个极端暴热的地方，大家知道为啥叫卡路里盆地了吧，卡路里不就是热量的意思嘛。

总之水星是一颗非常奇特的行星。人类拜访水星的机会非常少，所以这么多年来，进展也不是太大。

好啦，我们还是扯回来，苏联人在火星探测器遭遇到一连串麻烦的情况之下，还是把工作重点转移到了金星探测上。你别说，苏联人在金星探测上成功率还是蛮高的。1975年6月份，苏联接连发射了金星9号和10号探测器。到了10月22号，金星9号发动机制动点火成功。进入了环绕金星运行的轨道，绕一圈需要48.3个小时。由此，金星9号成了第一个进入环绕金星运行的探测器。

金星9号轨道器上边装了照相机，拍了7张金星云层的紫外图像。前前后后一共拍了17张照片，分辨率达到了6.5公里。探测器上的其他仪器还研究了云层的性质，发现金星的云层起码分3层。距表面50公里以下为下层，除了有二氧化碳和水蒸气外，还有氢氟酸。距星面50～100公里高度就是最浓密的云层了，也最亮，主要由硫酸液滴组成，还有少量盐酸、氢氟酸和氟硫酸等等，反正都不是好惹的玩意儿，把你的衣服烧几个大洞是没问题的。距星面100～500公里就是上层稀薄大气了，在太阳风、宇宙射线这些高能带电粒子的作用下被气体被电离而形成电离层。

所以，金星大气也是有电离层的，金星几乎没有磁场，但是太阳风带电粒子和金星的电离层相互作用，居然也搞出了一个离子尾。这一点倒是比较奇特。

金星9号还释放了一个着陆器，这一次着陆器也没有掉链子，这个着陆器以20~30度的角度一头扎进了金星大气，着陆器大开了3个直径2.8米的小降落伞，进过20分钟的气动减速，着陆器就把降落伞给扔了。着陆器本来是个球形，现在把外壳抛弃了。内部的探测器下面伸出几个支架，这是用来缓冲用的。顶上有一个圆形的宽边草帽一样的结构，用这个东西来减速就足够了。

因为金星大气足够稠密，探测器的落地速度也不算快，当然啦，这个着陆器为了拍照光线好，必须在金星的亮面着陆，但是地球上恰好看不见，无线电信号就必须靠轨道器来转播。从进入大气层到着陆以后的所有数据都要发给金星9号轨道器。轨道器把这些都录到磁带上，等飞到能看见地球的位置，再用无线电信号发送回地球。

在着陆器落地以后，在高温高压环境下，探测器足足撑了53分钟，探测器内部的温度飙升到了60度，仪器停止工作，这家伙已经算是够坚挺的了。探测器从金星表面发送回了第一张表面照片，本来应该是360度全景，但是因为有一个摄像管盖子没打开，所以只拍下来180度，尽管如此，也已经是人类的一次突破了。

从照片上看，着陆器落在了一个斜坡上，整个有探测器倾斜了15~20度。周围有很多大石头，测一测这些石头的密度，大概是2.8克/立方厘米。应该说玄武岩。而且着陆器上的放射性探测器也检测到了石头的放射性，没错，应该就是玄武岩啦。玄武岩在太阳系已经司空见惯，到处都有这东西。这些岩石看上去没有什么岁月的沧桑，应该都很新的。这说明，降落地点是一个地质活跃的山地。

3天以后，金星10号也到了。这个探测器也很顺利。轨道器进入了环绕金星的运转轨道，同时释放了着陆器，着陆器降落在了距离金星9号着陆器2200公里的地方，周围也都是大石头，这个着陆器足足坚持了65分钟，360度的全景相机也是有一个镜头盖没打开，只能拍180度的照片。看来这个一批相机品控有问题，都有缺陷，而且还是同一个缺陷。

苏联人根据上次金星8号的经验，阳光大部分都被云层反射了，能够照射到地面的，只有5~10%，所以苏联人在着陆器上安装了照明灯，苏联人想的还是挺周到的。不过呢，这一次太阳角度比较高，光照还算充足，也就是说不开灯也能拍清楚。

不管怎么说把，苏联人终于抢在美国人之前，把探测器扔到了另一颗行星的表面。苏联人探测金星总是比探测火星做得更好。有可能是因为金星有稠密的大气，减速比较省事。如果是像月亮这样，完全没大气，索性从头到尾都用火箭反推，那倒也简单。

火星就太麻烦了，尽管火星大气稀薄，你也依然不能当它不存在。但是你要说它顶用吧，它是真的不顶用。反正是降落伞和反推火箭全都要用。这两者之间的衔接问题就很麻烦，容易出幺蛾子。

金星9号和10号的轨道器还联合对金星表面进行了雷达扫描。只有靠雷达才能穿透层层迷雾，看透金星表面的各种地形。但是这只是实验性质，扫描范围并不大，但是分辨率还不错，跟地球雷达卫星的扫描精确度差不多。这两个探测器对金星上一个宽200公里，长1200公里的区域进行了一维扫描。金星10号还对5个小区域进行了2维扫描，可以形成长条状的雷达图像，金星的地形起伏可以看得清清楚楚。这就为日后解开金星温室效应为什么失控这个迷提供了线索。

3个月后，因为无线电故障，这两个探测器就和地球失去了联系。金星9号和10号的任务就此结束。

金星和地球的早期阶段，应该是很类似的。在40亿年前的太古宙，地球大气层之中的二氧化碳含量是现在的10~2500倍，甲烷的含量是现在的100~1000倍。氮气比现在略少一点，氧气几乎是没有的。那个时代的地球大气成分和今天的金星很相似。

即便是到现在，真要把地球和金星上的二氧化碳总量做个对比，也依然是差不多的。只是金星很多二氧化碳在大气之中，地球上的碳元素更多的是以碳酸盐的形式变成了固体，不在大气之中。

我们再推测一步，为啥地球很金星的二氧化碳数量差不多呢？因为地球本来就跟金星差不多大。这些二氧化碳是当初行星形成的时候，从太阳系原始材料库里面分配来的，周围大环境几乎是一致的。

那么，为啥地球上就有蓝天白云，金星上到处都是硫酸云呢？这个差异是怎么造成的呢？我们下回再说。

来源：东窗史谈一点号