熾熱的水星上竟然有冰？

韓民范

1991年，地球上的天文學(xué)家向水星發(fā)射了雷達(dá)信號(hào)，收到的反饋揭示水星的兩極可能存在冰層，當(dāng)時(shí)就引起了天文學(xué)家極強(qiáng)烈的探索興趣。不過(guò)，這個(gè)現(xiàn)象直到20年后才被證實(shí)——2012年，美國(guó)宇航局的“信使號(hào)”航天器抵達(dá)水星上空，該航天器在水星北緯85°到極點(diǎn)的北極區(qū)域發(fā)現(xiàn)了巨大的水冰沉積物。至此，水星正式加入了“有水星球俱樂(lè)部”。在過(guò)去將近十年的時(shí)間里，科學(xué)家們對(duì)水星的冰層的具體位置、厚度、狀態(tài)等已經(jīng)有了較為深入的了解，不過(guò)一個(gè)核心的問(wèn)題一直沒(méi)有解決——水星上的冰從哪里來(lái)？

最新的研究顯示，水星上的冰層里的水分子其實(shí)是在其表面高達(dá)400℃的高溫環(huán)境下產(chǎn)生的。這有點(diǎn)令人意外，在我們看來(lái)，高溫和水貌似是不能同時(shí)存在的。據(jù)常識(shí)，只要溫度高于100℃，水分子便會(huì)蒸發(fā)得無(wú)影無(wú)蹤。沙漠之所以成為沙漠，很大一部分原因是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，水分都蒸發(fā)了。那水星上的水是怎么在高溫下產(chǎn)生的呢？

原來(lái)，水星表面礦物質(zhì)的組成成分里面含有羥基。羥基是一種常見(jiàn)的極性基團(tuán)，由一個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子連接組成，化學(xué)式為-OH，和水分子只差一個(gè)氫原子。羥基之間的反應(yīng)可生成水分子，但是要求的反應(yīng)條件較高，然而水星卻恰恰滿足了這些反應(yīng)條件——由于水星幾乎沒(méi)有大氣和磁場(chǎng)，無(wú)法阻擋來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子流（主要是質(zhì)子和電子）的襲擊。所以來(lái)自太陽(yáng)的質(zhì)子能直接沖入到水星表面的土壤中，與羥基結(jié)合，降低了羥基和礦物質(zhì)結(jié)合的能力。再加上水星表面極高的溫度激發(fā)了羥基，使它們頻繁地進(jìn)行相互碰撞，最終發(fā)生了羥基生成水分子和氫氣分子的反應(yīng)。生成的水分子中，有部分被陽(yáng)光分解，生成了氫氣和氧氣;有部分逃到了太空中，離開(kāi)了水星;有部分則飄到了水星的兩極，在太陽(yáng)永遠(yuǎn)也照不到的環(huán)形山下方的深處，那里的溫度可以低至-172℃以下，所以這部分分子便凝固成冰掉到地下，形成了厚厚的冰層。

雖然很多行星也有羥基，但這些行星無(wú)法滿足高溫的條件，所以它們要想獲得水，只能通過(guò)與攜帶大量水或水成分（氫和氧）的隕石相撞的方式。所以，與其他含水的行星不同，水星的水可是在高溫的條件下自己創(chuàng)造的。而且，水星的高溫造冰行為一直在持續(xù)：據(jù)估計(jì)，在未來(lái)的300萬(wàn)年內(nèi)，水星還將以此方式積累10萬(wàn)億噸的冰，這大約相當(dāng)于目前地球上可以觀測(cè)到的冰的總量的10%。