研究金星和水星的演变史将会告诉我们哪些系外行星适合生命存在

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靠近太阳的地方躺着一对‘咝咝作响的煤块’。你可能会认为这些奇怪的世界是两个地狱的圆圈：水星，一个被‘晒’黑的平原，金星，一个被纯酸雨包围的闷热的世界。尽管他们的外表令人恐惧，但他们的内核却非常熟悉。除了地球和火星，它们构成了太阳系中唯一的岩石行星，与构成太阳系最外层世界的气态巨行星形成了鲜明的对比。在那些寻找外星生命的人的眼中，这样的行星被认为是潜在的宜居星球。事实上，如果我们在远离我们的太阳系中发现了水星或金星，我们甚至可以称它们为类地行星。

那么是什么让这些看起来像地球的行星变得如此荒凉呢？这是偶然的组成，还是在一个不适宜居住的环境中度过了数百万年？弄清这些问题的真相，了解岩石行星的多样性，对天文学来说是至关重要的。如果没有明确的答案，我们不仅对我们自己太阳系的历史一无所知，而且在寻找其他地方的生命时也变得狭隘。

问题在于，最内层的行星非常难以‘访问’。迄今为止，只有两艘航天器成功抵达水星，在众多的金星着陆器中，没有一艘存活超过90分钟。描绘更详细的图景将涉及新一代探测器，比如欧洲航天局和日本航空航天局的BepiColombo，它们目前正在前往水星的途中。虽然找到生命迹象的可能性接近于零，但它传回的数据将帮助我们在其他地方寻找生命迹象。

然而，要想找到关于水星的任何信息，我们首先必须到达那里。在计划水星之旅时，最大的问题是太阳。当你的邻居是一颗比你重600万倍、引力场强80倍的恒星时，‘游客’往往会被重新定向。

如果一艘宇宙飞船飞越水星的速度太快，它就会被太阳强大的引力困住，并被拖向末日。但即使是直接前往地球也不能保证一定会到达。一旦你火箭指向水星，速度就会太快，无法被水星的引力捕获。太阳的引力如此之大，直接飞往水星的任务将永远无法实现。

直到20世纪80年代中期才知道如何进入水星轨道，当时美国宇航局位于加州的喷气推进实验室的甄子万(Chen-Wan Yen)找到了办法。宇宙飞船必须走特定的路线，绕着地球和金星飞行，在进入轨道之前要多次掠过水星以减速。第一个造访的探测器是水手10号，它在1974年和1975年只飞过三次。第二个是信使号，它从2011年开始环绕水星运行了四年。英国开放大学的David Rothery说：“我们让水手10号经过，那里有很多陨石坑，一切都有点无聊。”

信使号直接体验到的一件事就是水星变得有多热。为了保持仪器的温度不会太高，轨道飞行器不得不周期性地远离水星，水星表面的温度高达430摄氏度。由于几乎没有任何大气层来储存热量，当太阳下山时，夜晚的温度会急剧下降，降到-175摄氏度左右。白天和黑夜也被拉长了：水星上从日出到日落平均有176个地球日。

这些极端的温度意味着水星上几乎不可能存在生命（按照地球上生命的标准）。在两极附近有一些没有阳光的陨石坑，那里可能有少量的水冰，但它们可能太冷了，不会存在液态水，没有或只有很少的氧气。伯恩说：“几乎每个地方都变得又热又冷，低表面压力和缺乏空气使它更不适宜居住。“

更多的问题来自内部，水星上有强烈的火山活动。整个北部平原地区(占地表面积的10%以上)都是凝固的熔岩。水星有火山爆发的迹象，并且一种更为剧烈的喷发。在相对较低的温度下沸腾的元素，即挥发物，会在熔岩中形成气泡，气泡在熔岩表面爆裂，向四面八方喷出热液体岩石。大多数喷发似乎发生在大约38亿年前，当时水星内部的大部分仍在形成热的作用下熔化。

挥发性的本质

从理论上讲，水星表面的大部分挥发性元素应该已经蒸发掉了，因为它离太阳很近。德克萨斯州月球与行星研究所的凯瑟琳·范德·卡登说：“在我们到达水星之前，我们有一个想法，那就是水星上的挥发性元素应该被耗尽。”“然后我们到达那里，我们意识到表面有很多这样的挥发物。”

在一个没有液态水和很少有气候的星球上，这些挥发物在塑造水星的表面特征方面扮演着关键角色。除了为它的火山提供动力外，这也是水星最不像地球的原因。这颗微小的行星没有大气层，而是有一个外逸层，一层稀薄的悬浮在表面的粒子层。意大利罗马国家天体物理研究所的瓦莱里娅·曼加诺说：“与其说它是大气层，不如说它是行星的缓慢蒸发。”

外逸层主要是氢和氧，还有一些氦、钠和钾。它可能是由来自太阳的带电粒子穿过地球的磁场并撞击到表面，使微小的尘埃和气体颗粒飞起而形成的。曼加诺说：“它不断地被创造出来，并不断地消失在太空中。”

你没看错，水星在慢慢缩小。这个过程也不只是由蒸发造成的。当它熔化的核心开始冷却，行星开始凝固，导致它的表面收缩。地表的悬崖长可达1000公里，高可达3公里，这表明，自地壳形成以来，它的直径已经缩小了几公里，同时破坏了地貌。由于水星的表面是一个壳层而不是几个构造板块，这些悬崖可能不会以其他方式形成。

但是尽管经历了数百万年的冷却，一些核心仍然是液态的。它占据水星半径的85%，远远超过我们所知的任何其他行星。只要在地壳上挖几百公里，你就会碰到富含铁水的地核。在地球上，你必须挖近3000公里才能到达地核的外缘。

这种覆盖在巨大内核上的薄层岩石，再加上意想不到的挥挥物，使一些研究人员得出结论，水星可能是在离太阳更远的地方形成的，然后在向内迁移的过程中撞上了另一颗更大的原行星，剥离了其岩石外层。它可能会成为年轻的地球或年轻的金星，并在这个过程中失去岩石，但不会失去挥发物。如果没有这颗撞了就跑的行星，水星可能会是一颗更大的行星，而且在结构上更接近地球。

行星科学家们仍然对信使号所揭示的奥秘感到不解。这就是BepiColombo的用武之地，希望它能回答其中一些问题。BepiColombo由两个轨道飞行器组成，当它们到达水星时将会分离，并提供我们所拥有的关于这个奇怪的小世界最全面的全球视野。它于2018年发射，但由于安全进入轨道所必需的复杂路径，它要到2025年底才能到达。

与此同时，金星最近一直不受欢迎。纽约布法罗大学的特雷西·格雷格说：“金星在某种程度上是排行中间的孩子。”1962年以来的27次成功访问中，只有5次是在1990年以后。这意味着我们对金星的知识甚至没有水星的新。并不是说金星特别难到达，而是即使到了那里，也很难了解它。格雷格说：“苏联着陆器在表面停留了一个小时到一个半小时，实际上。”地表温度在470°C左右，沉重的大气层产生的压碎压力是地球海平面的90倍。

金星的不适宜居住的环境与水星有着非常不同的原因。葡萄牙天体物理与空间科学研究所的佩德罗马查多说：“通常人们认为金星之所以如此高温是因为它比地球离太阳更近，但事实并非如此。”它的云反射了大约70%来自太阳的辐射。相反，金星高温是由于失控的温室效应——金星厚厚的二氧化碳大气层将热量困在表面附近。那厚厚的’雾霾‘，令人费解地比地球自转速度快60倍，这意味着热量分布在全球各地，而不是在晚上辐射到寒冷的太空中。

大气层也使金星表面不受轨道飞行器的影响，所以我们拥有金星云层下面的情况的数据非常有限。我们不知道金星是由什么构成的，我们不知道它是否还在构造活动，我们不知道陨石坑的速度是多少，我们不知道它的大气为什么移动得这么快。

金星是一个神秘的地方。从雷达数据中，我们可以看到它似乎有火山地貌：由熔岩雕刻的通道，火山岩平原和超过1600座主要火山——比太阳系的任何其他地方都多，尽管没有证据表明它们现在是活跃的。它也是太阳系中最长的通道的所在地，曾经有近7000公里的熔岩从这里流过。但是没有人知道熔岩从哪里来，也没有人知道它在形成’海峡‘之后去了哪里。我们没有看到这些通道尽头有一大堆熔岩。我们在这些通道的起点看不到火山山或火山口，金星上的这些通道没有源，但它们就在那里。”

也有一些奇怪的明亮地带，被称为特塞拉亚，那里往往充满了长长的山脊和凹槽，这是地壳由于构造活动而移动时形成的。有迹象表明，这些地区可能富含二氧化硅，就像地球上的大陆地壳一样。如果我们要确定特塞拉亚是大陆地壳，这将是一个重大的发现，因为这意味着那里的地质和化学情况比现在复杂得多。”

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