探秘太阳系：水星为何如此 “高冷”，难测程度超乎想象！

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金星一号探测器

1961 年 5 月 19 日，苏联向金星发射了金星一号。这是人类历史上第一次向地球以外的行星发射探测器。时至今日，人类的探测器已经拜访了太阳系中所有行星。然而令人惊讶的是，除了远在几十亿公里之外的天王星和海王星之外，平均距离只有 7400 万公里的水星居然是探测器到访次数最少的行星。迄今为止，只有美国的水手十号和信使号探测器到过水星。这是为什么呢？
水星探测之所以这么冷门，主要有两个原因。

水星

第一个原因很简单，起初天文学家们对水星不感兴趣。水星是太阳系中距离太阳最近的行星。最初的时候，很多人认为水星就是一个被太阳不断烘烤且十分枯燥乏味的不毛之地。没有人愿意花费大量的人力物力去探测它。20 世纪 60 - 70 年代，美国航空航天局搞了一个水手计划来探测太阳系内的类地行星。水手计划一共发射了 10 个探测器，其中有 3 颗去了金星，6颗飞往火星，只有最后的水手 10 号去了水星。水手 10 号让人们第一次看到了水星的表面 ——布满陨石坑，跟月球十分相似。
第二个原因就比较复杂了。探测器想要成功抵达水星是非常困难的。水星不但是太阳系中最小的行星，而且还是最靠近太阳的行星。水星轨道的近日点距离太阳只有 4600 万公里。太阳的质量是水星的 600 万倍。水星和太阳相比，就如同一头 6 吨重的非洲象和 1 克重的蜜蜂相比，相差太悬殊了。

水星凌日（太阳上的黑点是水星）

小小的水星不仅被太阳的强大引力所控制，而且还在以每秒钟 48 公里的速度在轨道上运行着。它是太阳系中公转速度最快的行星。这使得它成为了一个难以接近的行星。而探测器想要进入到环绕水星的卫星轨道更是难上加难。

信使号探测器

探测器要飞到水星那里究竟有多困难呢？信使号任务的天体化学家拉里?尼特勒曾经这样解释道：“将航天器送入环绕水星轨道有两大挑战：引力和预算。当探测器从地球飞向水星时，它就会落入太阳的引力陷阱当中。探测器越靠近太阳时速度就会越快。如果选择直接从地球飞向水星，那么当探测器抵达水星附近时就需要大量的燃料来减速，可是这样做就会远远超出工程和预算的承受能力。”

太阳和水星

我们可以想象一下，整个太阳系在太阳的引力控制下就像是一个巨大的旋涡。位于太阳身边的小小水星就如同处于巨大旋涡的中心。如果不是水星以高速的公转来对抗太阳的强大引力，它就会掉到太阳上面了。而我们向水星发射探测器，就是朝着这个由太阳强大引力形成的巨大旋涡的中心飞去，稍有差池就会掉入其中啊！由此可见探测器飞向水星有多难！也正因为如此，在水手十号探测器发射后又过了 40 年，信使号才得以发射。

信使号探测器飞行路线

在预算可控的前提下，信使号探测器选择了一条非常复杂的航线飞向了水星。2004 年 8 月 3 日，信使号探测器发射升空，并于 2011 年 3 月 18 日进入环绕水星轨道。这么算来，信使号用了 6 年 7 个月 16 天才成功进入环绕水星轨道。前面我们提到过，水星到地球的平均距离只有 7400 万公里，为什么信使号探测器却用了这么久的时间才成功抵达呢？原来为了避免因速度过快无法进入环绕水星轨道，信使号探测器在飞往水星的途中多次利用行星的引力弹弓效应来给自己减速。它在发射后先后掠过地球1次，2次掠过金星，3次飞掠水星。这样整个过程下来，它总共飞行大约 79 亿公里。这段距离比冥王星的远日点还要远大约 5 亿公里，大约是水星到地球平均距离的 107 倍。因此，信使号探测器消耗了大量的时间用来给自己减速。

水手十号探测器

即使探测器成功地进入环绕水星轨道后也会面临严峻的考验。由于离太阳非常近，水星表面的温度非常高。白天温度最高的时候能够达到 432℃。如果探测器在靠近水星时没有足够的时间冷却，那么水星表面反射的强烈阳光就会把探测器上的焊料融化。因此，信使号探测器采取了一个离心率非常大的椭圆轨道。它离水星最近的时候有 200 公里，最远的时候则有 10000 公里。这样它在远离水星的时候就有充分的时间来冷却自己的元件了。
总之，水星之所以难以探测就是因为它离太阳太近了。飞往水星的探测器稍有不慎就会被太阳的引力俘获而与水星失之交臂。因此，我们说水星是太阳系中最难探测的行星一点都不为过啊。

文章参考资料：《行星》、《漫步太阳系》、《宇宙视觉史》。个人观点，仅供参考。