在太陽系八大行星中,如果以“個頭”來排名,那木星就是當之無愧的“老大”,但如果以平均密度來排名,排名第一的,就是我們的地球。那平均密度排名第二的又是哪顆行星呢?對于這個問題,相信不少人都給出的答案都是金星,畢竟金星的質量和體積都只比地球略小,然而實際情況卻并非如此。
根據科學家的測算,地球的平均密度約為5.52克/立方厘米,金星則約為5.24克/立方厘米,可以看到,兩者確實相當接近,但令人意外的是,水星的平均密度比金星還要高一點,達到了大約5.43克/立方厘米,而這一點微弱的“優勢”,也使得水星成為了太陽系中平均密度排名第二的行星。
實際上,地球的平均密度在很大程度上受到其自身引力造成的壓縮效應影響。由于地球具有較大的質量,其引力足以對內部物質產生顯著壓縮,使得其密度遠高于表層,從而拉高了整個行星的平均密度。模擬研究表明,若將地球置于一個不受重力壓縮影響的理想環境中,其“非壓縮密度”僅約為每立方厘米4.4克。
相比之下,水星的質量只有地球的大約5.5%,其引力相對要弱得多,對內部物質的壓縮作用遠低于地球,模擬研究表明,即使在不考慮重力壓縮的情況下,水星的“非壓縮密度”仍高達每立方厘米5.3克。也就是說,如果按本身的物質構成來看,它其實比地球更加致密。為什么會這樣呢?我們接著看。
根據探測數據,水星的內部結構可以大致分為三層:最外層的固態硅酸鹽地殼,中層的硅酸鹽地幔,以及最內部由鐵鎳合金組成的金屬核心,這個核心又進一步細分為固態內核和液態外核。
重要的是,水星的金屬核心占據了水星總體積的大約42%,而其質量更是占據了水星總質量的大約60%,而相比之下,地球雖然也有一個類似的金屬核心,但其體積和質量,分別只占地球的大約16.2%和31.5%。
正是這個巨大的金屬核心,才使得水星具備了如此高的平均密度,但問題是,為什么它會有一顆與眾不同的“心”呢?對此,科學界普遍認為,水星應該有一個不同尋常的起源。
為了揭示水星身世之謎,科學家們提出了多種假說,其中認同度相對較高的一種觀點認為,在太陽系的早期階段,原始水星的尺寸可能遠大于我們今天所見,它當時擁有一個更為完整的、包含大量硅酸鹽物質的外層。
然而在原始水星的運行過程中,有一個巨大的天體與它發生了災難性的碰撞,這場高能量的撞擊事件,導致了原始水星大部分的外層物質被劇烈剝離并拋射出去,只留下了相對致密的一部分“殘骸”,而這部分“殘骸”,就逐漸演化成了現在我們所看到的水星。
需要知道的是,在太陽系的早期階段,這種劇烈的撞擊其實是比較常見的。
例如我們現在看到的月球,主流觀點就認為它是地球在早期和一顆火星大小的天體碰撞后,被撞出來的碎屑重新凝聚形成的。還有金星的“逆向自轉”、天王星“躺著自轉”、火星北半球巨大的巨大的低地平原,這些都被認為是劇烈的天體撞擊留下的痕跡。所以,原始水星也遭遇類似命運,也是合情合理的。
當然了,僅憑“合情合理”,還不足以令人信服,實際上,這種觀點能夠得到較多的認同,其實是因為它有一些的已知的現象來支撐。
例如探測數據表明,水星含有豐富的硫、氯、鈉、鉀等較輕的元素。從理論上來講,如果水星形成于當前位置附近,這些元素就不應該存在,因為強烈的太陽輻射和太陽風會將這些熔點較低、易于揮發的元素在行星形成初期就“吹走”或蒸發殆盡。
而如果原始水星形成于離太陽較遠的區域,這些易揮發元素能夠被大量保留下來。那么,如果真是這樣,水星是如何來到目前這個軌道位置的呢?這就與上述的觀點完美契合:那次巨大的撞擊,同時也是一次軌道擾動事件,使得水星的軌道發生了顯著變化,進而從較遠的區域“遷移”到了當前的近太陽軌道。
除此之外,水星軌道的近日點和遠日點的距離差異巨大(遠日點約為0.467天文單位,近日點約為0.307天文單位),其偏心率達到了大約0.2056,是太陽系所有行星中偏心率最高的軌道。
而這種軌道偏心率,也可以為上述觀點提供支撐,因為它可以被視為水星在早期經歷劇烈軌道擾動的結果。如果原始水星確實發生了從較遠區域向內側的軌道遷移,那么在遷移過程中與太陽以及其他天體之間的引力相互作用,將可以導致其軌道“變扁”。
不過就目前的情況來看,這種觀點也只能說是一種合理的推測,實際情況是否真是如此,還有待進一步的探索。
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