水星和金星为什么被称为地内行星

伤我心太深

　　在太阳系的八大行星中，水星和金星因其运行轨道处在地球轨道之内而被称为太阳系的地内行星。它们时而走到地球和太阳之间，时而又走到太阳的背面，所以它们像月球那样，在不同的时间以不同的位相呈现在我们面前。地内行星(这里以金星为例)有四个特殊位置：上合、下合、东大距与西大距。天文学中把地内行星和太阳黄经相等时称为合日，简称为合。上合与下合，都符合黄经相等这个要求，所区别的是上合时地内行星离地球最远，下合时离地球最近。


　　当地内行星与地球的连线和地内行星的轨道相切时，或者说，地内行星与太阳、地球三者成直角三角形时，称为大距。因为从地球上看，此时地内行星离太阳的角距最大，所以称大距。大距有东大距与西大距之分。由于水星离太阳的最大角距为28°，金星离太阳的最大角距为42°至45°，所以我们只能在日出之前的东方天空或日落之后的西方天空看到它们，或者说它们只能作为晨星或昏星被看到。如同对月球的探测所经历过的那样，我们对地内行星水星和金星的探测也经历过从肉眼观测到望远镜观测再到太空观测以至发射行星探测器作近距观测或着陆实地勘测几个阶段，使我们对它们的了解不断深入。

　　一、酷似月球的水星


　　水星是太阳系中离太阳最近的行星，它离太阳最大角距不到30°，看到它的时间不超过一个时辰(2小时)，所以水星又称为辰星。在太阳系八大行星中，水星是运动速度最快的，西方人因此而以信使之神墨丘利的名字称呼它。




　　太阳系八大行星中，水星最小，它只比冥王星大一些。水星的半径为2440千米，约为地球的2/5。水星的质量约为地球的5.5%。它的轨道明显是比较扁的椭圆，它的偏心率为0.21。这意味着，所观测到的水星的最大角距实际上取决于观测到的水星是接近近日点还是远离近日点而发生变化。水星因为它接近太阳，几乎经常被黄昏或黎明的太阳光辉所淹没，只有当它与太阳的角距离达到最大值，即28°附近，才可能用肉眼看到。

　　传说，为天文事业奋斗了一生的哥白尼，始终没有见过水星，为此抱憾终生。不管这个传说本身是否属实，但水星确是难以见到。尽管水星体积略大于月球，但其距离比月球远200多倍，所以在我们眼中只不过是一个视角为10角秒左右的亮点。它在太阳前后出没的时间不会超过两小时，只有在日出和日落刚刚高于地平线很短一点时间内才能看到。哥白尼居住的托伦城纬度较高，水星在地平线上逗留的时间更短，所以他看不到水星不足为奇。


　　按照哥白尼的太阳系学说，这颗行星在望远镜中应呈现出位相。目视观测者有时记录到这颗行星有与用肉眼在月球上所看到的相仿的不变的斑点。最初，天文学家曾经推测水星的自转周期与它在其轨道上的公转周期相等，这意味着除去因轨道的偏心率造成的天平动之外，水星是保持以同一半球面朝向太阳。但是，雷达搜索证实，水星的自转周期约为59天，与它围绕太阳运行的88天公转周期有显著差别，但相当接近88天的公转周期的2/3。由于行星的昼夜长度TH与其自转周期TZ和公转周期TG这三者有如下关系：1/TH=1/TZ-1/TG，由此可知水星的一昼夜长为179个地球日，也就是说一个水星日比两个水星年还长。


　　水星在某些下合时会发生凌日。这时会看到有一颗小黑点掠过被投射出来的太阳像。由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上，而是有一个7度的倾角。二者只有两个交点：升交点与降交点。因此，只有水星处于轨道上的这两个交点附近，而日水地三者又恰好排成一条直线时，在地球上可以观察到水星凌日现象。地球每年5月8日前后经过水星轨道的降交点，每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。所以，水星凌日只能发生在这两个日期的前后。水星凌日平均每百年出现十三次。最近几次的水星凌日出现日期是：2003年5月7日、2006年11月8日、2016年5月9日。





　　“水手10号”宇宙飞船对水星的探测得到的资料表明，水星表面酷似月球，环形山星罗棋布，还有山脉、盆地及平原，上面覆盖着一层绝缘灰尘。水星平均密度和地球差不多，为5.46克/立方厘米。它的表面重力加速度只有地球的2/5，所以水星表面上的物体只要有4.3千米/秒的速度就可以脱离水星而逃逸掉。水星的体积比地球小得多，而密度却与地球相当，因而估计它具有一个巨大的铁质核心。这个内核一部分处于液态。水星表面类似月球，而核心又类似于地球，这是它独特的一点。由于没有大气和水的调节，自转缓慢，水星昼夜温差极大，白天在太阳直射的地方温度超过400℃，夜晚降低到-200℃左右。昼夜温差超过600℃。


　　是“水手10号”宇宙飞船从210000千米的距离上所拍摄到的水星集成照片，显示出“水手10号”宇宙飞船所发现的水星结构上的最大特征：一个直径为1300千米的盆地被2千米高的山脉所围绕。其底面明显地为许多破碎部分和隆起部分所分割，其大小与月亮上的风暴洋相仿，并且几乎肯定是由直径几十千米的天体撞击而造成的。这个盆地在水星表面北纬30°、西经195°的地方。当“水手10号”宇宙飞船飞越该盆地时，水星正好运行到轨道上的近日点，这个盆地恰好处于太阳的直射点上，温度骤升，不仅成为水星最热的地方，而且也成为太阳系所有行星表面最热的地方之一。


　　这个盆地被称为卡路里盆地。卡路里在拉丁语里的意思是热。这个热盆地貌似月球上的“月海”，因此，也有人称它为水星上的“海”。从照片上看，它在左边昼夜交界线处呈现出来。环形山辐射的光很明亮，如蛛网似的向外延伸着一条条明亮的辐射线。


　　在水星的两极地区，由于太阳光的入射角度接近地平线，所以在像圆坑形的洼地底部，就会成为一年到头都没有日光直射的永久阴影区，其表面温度约为-210℃，冰可以在这样的地方持续存在几十亿年。通过从地球向水星发射电波，再观测其返回的信号，发现可能有直径超过100千米规模的冰层存在。根据月球探勘者号探险测器的观测，在月球两极地区也有冰层存在。如果这是事实的话，大概可以说这是行星的永久阴影地区的普遍特征。


　　二、明亮的金星


　　按离太阳由近及远的顺序，金星是第二颗围绕太阳转动的行星，是天空中除了太阳和月亮之外最亮的一个天体，视亮度最亮时达-4.4等，比最亮的恒星天狼星亮14倍。金星就像镶嵌在夜空上最亮的一颗宝石，发出极为美丽的银白色光芒，若夜间没有路灯，仅凭金星就可为我们照亮回家的路。金星又称太白金星，西方人则用最美丽的女神维纳斯的名字称呼它。

　　在大小和质量方面，金星与地球最接近，简直是地球的孪生兄弟。金星没有天然的卫星，在“水手2号”起航之前，它的质量是根据它对其他天体的引力作用间接测得的，约为地球质量的81.5%。在1967年前，在凌日时和在狮子座处的掩星时测得它的半径为6150±25千米。潘坦吉尔及其同事用雷达测得它的修正值为6050±1千米。环绕金星的人造卫星则进一步提高了这个修正值的精度。也就是说，金星的半径约为地球的95%，金星平均密度为每立方厘米5.2克，也与地球的平均密度相差无几。


　　早在17世纪初，伽利略在用望远镜观测金星时就发现，金星像月亮一样有盈亏变化。金星的视大小与位相有着。当这颗行星在它最接近地球时(下合)以其黑夜面出现在我们面前。这一点连同其浓密不透明的大气使我们在它比任何其他同类天体更接近地球时丧失了观测的有利时机。当金星处于上合时，离地球最远，却以相当于“满月”的样子呈现在我们面前。当金星处于东大距与西大距时，则以相当于“上弦月”与“下弦月”的样子呈现在我们面前。金星在上合前后呈现成“凸月”的样子，而在下合前后则呈现成“娥眉月”的样子。在金星的亮度最大时，它有可能在日落后照射得出地球上物体的阴影。当它的角距减小到下合时，它变得暗谈起来，虽然与地球逐步靠近，较小的位相仍使其难于观测。作为一颗晨星，它位于太阳的西面，并随着它的位相的增大而变亮。





　　金星凌日不如水星频繁，金星凌日以两次凌日为一组，间隔8年，但是两组之间的间隔却有100多年。最近一组金星凌日发生在2004年6月8日和2012年6月6日。上一组金星凌日发生在1874年12月9日和1882年12月6日至7日。下一组是2117年12月11日和2125年12月6日至7日。由此可知，任何一个人一生中最多只可看到两次金星凌日，最少的一次也看不到。


　　金星的大气是浓密不透明的，严重地妨碍了对金星地面的目视观测，由先驱者号上的雷达测量仪进行的雷达观测表明，金星这颗行星拥有凹地、起伏的旷野、一些有巨大阴影的盆地和山谷以及两大高原——英奇塔高原和阿弗劳狄高原。麦克斯韦尔山是英奇塔高原中的最高标志，几乎高出这颗行星表面12千米，比地球上最高的珠穆朗玛峰还高出一截。由美国发射的麦哲伦号飞船通过雷达对金星98%的表面进行了制图，所获得的照片表明，金星上分布着许多大大小小的火山，尽管大部分金星火山早已熄灭，但不排除还有一些活火山仍在活动。


　　科学家用雷达探测金星时根据反射器反射回来的雷达波发现，金星的自转周期为243天，比它的公转周期225天还长。金星是逆向自转的，其自转轴几乎与其轨道平面相垂直。金星自转缓慢是与它比地球更接近太阳相符合的，因为太阳对金星的潮汐作用比对地球的潮汐作用大4倍。但是为什么金星自转的方向与其围绕太阳的公转方向相反，原因还未弄清楚。有人认为在金星形成的晚期曾有一个特大的星子从逆向撞到金星的边缘部分，于是金星自转方向才由“顺向”变为“逆向”。由金星的自转周期和公转周期可算出其一昼夜长为117个地球日。由于金星是逆向自转，所以从金星上看太阳，太阳是从西方升起，从东方落下，而且在一个金星年中只能看到两次太阳西升东落。


　　金星的大气成分及其在不同高度上密度和气压已经被美国和前苏联的宇宙探测器测量出来。美国的水手号进行了环绕金星的飞行;苏联的金星号进入金星大气并完成了软着陆，在着陆期间，其仪器进行了取样和测量。二氧化碳是金星大气的主要成分，占95%以上，而其余的气体大半是氮和稀有气体。金星4号测得低层大气中的水蒸气的上限是1.4%。


　　根据“金星号”飞船的探测，金星大气顶层温度为-55℃，可是其地表面的温度却高达465至485℃，比水星地表温度还高。这一方面是由于金星离太阳比地球离太阳近四千万千米，接受到在太阳热能为地球的二倍，更重要的原因是金星大气的二氧化碳产生非常强烈的“温室效应”，防止了热能的散失，从而形成了金星的高温。用气压表测得金星的大气压约为90个标准大气压，所以它是一个高温高压世界。如果金星存在一个类似于地球的偶极子磁场，那么由水手号上的测磁仪所揭示的偶极子磁场强度比地球磁场强度的5%还弱。


　　以前人们一直以为，金星地表温度太高，大气压力也太大，还有就是大气中含有大量极具腐蚀性的硫酸蒸汽，不适合生命的存在。但最近美国有些科学家提出一种新观点，认为在金星大气中可能存在生命。在金星上空约50千米处的温度为50℃左右，在该区域含有大量水蒸气。他们认为，金星大气中的暗斑很可能是某种微生物的大量聚集。


　　此外，在金星大气中还含有数量可观的硫氧化碳，在地球上这是一种只有微生物生命活动才能形成的物质。在金星大气中同时存在硫化氢和二氧化硫非常令人费解，这两种物质会彼此起作用并生成其他物质。虽然科学家不排除存在自然形成硫氧化碳和硫化氢的未知作用过程的可能性，但是它们的生物成因的可能性也不能完全否定。他们认为，金星上的生命最初不一定是在金星大气中诞生。或许，过去在金星上存在过海洋，而金星地表温度也没有现在这样高，当温室效应使金星地表不适合生命生存时，金星上诞生的生命后来迁移到了大气中。金星上的气候变化可能与地球气温逐渐升高一样。在这种情况下，微生物体可能逐渐适应了金星的高气温，并且生存下来。


　　澳大利亚科学家称，他们曾在地球云层中发现有微生物，而地球云层的温度和大气压与金星大气层某些部分基本相似。正是在这种新见解的推动下一度停止的金星探测又重新掀起高潮。2005年11月9日11时33分，俄罗斯联盟火箭将欧洲空间局的“金星快车”探测器送上太空。这是欧洲首次向金星发射探测器，也是近十多年来首次有人类探测器探访金星。“金星快车”在经过5个月4100万千米的长途飞行后于2006年4月份进入金星轨道工作。“金星快车”进入椭圆形的金星极地轨道，与金星表面的距离为250至6600千米。探测任务持续两个金星恒星日(约500个地球日)，其探测任务就是要去探索金星大气层并揭开金星为何具有如此残酷的环境之谜，并对美国科学家提出的金星大气层中存在生命的假设进行检验。