水星的体积与要素：在别的星球上研究水星

对于我们刚刚指出的关于水星能见度的问题，还有另一个因素在雪上加霜，那便是水星的微小体积，这使人类对水星的研究更加棘手。确实，我们现在关注的这颗星球是太阳系九大行星中体积最小的一颗，它的直径只有4800千米(1)。比起地球来，水星的体积与月球更接近，因为地球的体积是水星体积的20倍。从另一个角度而言，水星总表面积是地球陆地表面积的1/2。

然而，从比例而言，这颗渺小的星球却是太阳系中最重的天体。水星的物质密度比地球的物质密度还要高：以水的密度为单位1，水星密度将近6.2，而地球的密度为5.5(2)。已知水星的直径和密度，人们可以计算出水星的表面重力是我们在地球上所承受的2/5。在水星上，我们的1千克可能只显示出400克的重量；一个人即使没有享受过在月球上的轻盈感，在水星上也会明显体验到这种感觉，同时，由于人的力量加倍，在地球上费力才能稍微抬起的重物，在水星上却能轻轻松松举起。

地球、月球与水星之间的直径比较 Terre：地球 Mercure：水星 Lune：月球

我们在这里只是纯粹做个比较，因为人类永远不可能体验到水星上的现场环境。此外，即使人类到了水星，也很有可能无法在水星的表面环境里坚持下去，特别是由于本身的自转，它的环境更加恶化了。关于这一点，之后我们会更加详细地讲述。

关于水星自转问题的分歧存在了相当长的时间，在此我们有必要介绍一二。

任何行星的自转都是通过人类发现的其表面各种高低不平的斑点的位移才得以被凸显。我们会更深入地研究水星上显现出来的外貌，但解释这一外貌需要的清晰观察却面临着种种困难：水星的渺小、与地球之间的遥远距离，特别是观察水星的不利条件。目前，我们仅能列出对于观察到的不同外貌的研究结果。

上个世纪初，德国天文学家施罗特在对水星、金星进行长期研究后宣称，水星的自转周期为24小时0分50秒，也就是说几乎与地球的自转周期相同。很长时间以来，这一数字被公认为真理，以至于在许多相对现代的天文学论文中仍然有所提及。

1891年，戏剧性的变化发生了。当时最优秀的天文观察者之一、曾揭露奇特而神秘的火星构造的斯基亚帕雷利带来了关于水星的新发现。经过细致的研究，这位著名的意大利天文学家宣布，与施罗特及其拥趸的结论不同，他的研究表明，水星的自转运动非常慢，完整的自转周期与其公转周期一样长，因此这颗行星以同一面朝向太阳，如同我们眼中的月球以同一面面对地球。

斯基亚帕雷利的发现并未马上赢得一致赞同，许多施罗特的拥护者还在抵抗，但随着大部分现代天文观察者对此进行检验，水星自转速度缓慢这一观点最终得到了公认。

产生分歧的原因很简单：观察水星遇到的困难非常棘手。在大部分时间里，水星的细节外貌并不引人注目，甚至在人类的目力极限之外。椭圆形的轨道导致水星在移动时速度变化巨大，而与此同时，自转速度却保持不变。不过，如果人们回顾上一章对月球及其天平动的解释，便可想象到这一机制同样适用于水星。然而，由于水星的轨道速度，这颗天体的天平动效果表现得非常迅速，同时远比月球的天平动明显。在水星朝向太阳的那一面的边界两侧，有23.7经度的摆动交替发生，这些区域轮流接收到光照。这一明显移动以及同期——例如东大距时的夜晚——进行的一系列观察使水星上的斑点看上去分别占据相位明暗界线处的不同位置。因此，观察者将面对水星自转所产生的后果：它将同一斑点带回原地，相对于观察者基于的地球有一定偏移。事实上，如果地球大气层纯净到足以使人在白天分辨出水星，人们就可以连续几小时追踪它的身影（同观察其他行星一样，只是后者的观察是在晚上进行的），并因此认识到水星表面显露的斑点并未展现出任何可感知的位移。在如此长时间的观察里，水星表现得就像月球一般，不管水相如何，水星的轮廓总是保持不变。在这一点上，水星的运动在我们眼中与其他大多数行星截然不同，通过其在旋转运动影响下呈现出的连续外貌，人们很容易判断水星自转速度的快慢。(www.xing528.com)

如此看来，水星的行为毫无疑问与太阳有关。我们在这里将提出的依据是水星的自转周期与公转周期一样长，均为88天(3)；这一情况产生了许多非常重要的特殊后果。

从另一方面而言，还未被确切阐明的便是水星自转轴与其轨道平面的倾斜角这一问题了。过去，根据施罗特的观察，人们认为该自转轴非常倾斜。在其时代所能允许的细致的研究过程中，施罗特以看起来环绕着的阴暗带状外形为依托——将这一阴暗地带看作类似赤道带的结构。人们在翻译他的论文时却犯了一个错误，误将“该阴暗地带的倾斜角”译为“自转轴的倾斜角（70度）”。这是一个几乎横卧的方向，可能会导致极端夸张的季节性环境，但事实上，自转轴的倾斜角只有20度，这决定了水星接受太阳照耀的幅度不如地球。

同水星之前的自转周期一样，这一数值似乎也不是最终定论。对水星表面斑点的研究表明，在水星年中它们的位置没有显示出任何缘自自转轴倾角的明显变化；无论如何，水星自转轴的倾角都不会超过10度(4)。对于测定这样一个渺小的行星图像而言，观察以及精确测量的可能性都是需要克服的严重障碍。

施罗特观察到的水星的两种外貌

无论如何，季节变化严格说来对水星并没有什么重要性；正如我们将看到的那样，季节变化产生的影响在任何情况下都远远不及距日距离产生的影响（水星轨道的偏心率造成了距日距离的不均等）。

(1)　水星半径2440千米，可算得直径4880千米。（NASA）

(2)　水星的平均密度现测定为5.427克/立方厘米，地球的平均密度现测定为5.513克/立方厘米。

(3)　水星的自转周期的确很慢，但现测定其自转周期为58.65天，而非88天。

(4)　现测定水星的自转轴倾角接近0度，这极小的自转轴倾角使得水星上几乎没有四季和昼夜长短的变化。