如何在不着陆情况下探索一颗行星的内部？从观察行星的自转开始，然后非常非常仔细地测量航天器是如何绕其轨道运行的，这正是NASA行星科学家所做的，他们使用了NASA前水星任务的数据进行研究发现了一些秘密。人们早就知道水星和地球都有金属内核。
和地球一样，水星的外核也是由液态金属构成，但只有迹象表明水星最内层核心是固态的。现在，在一项新研究中，来自马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的科学家们发现了证据，证明水星内核确实是固态的，而且大小与地球的内核非常接近。
博科园：一些科学家将水星比作一颗炮弹，因为它的金属核心占据了整个星球近85%的体积。与太阳系中其他岩石行星相比，这颗巨大核心一直是关于水星最引人入胜的谜团之一。科学家们也想知道水星是否有一个坚固的内核。发表在《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)中描述水星固体内核的发现，肯定有助于更好地理解水星，但还有更大的影响。行星的核心有多么相似，又有多么不同，这可能会给我们一些线索，让我们了解太阳系是如何形成，以及岩石行星是如何随着时间而变化的。
- 这张彩色水星图片是由信使号主要任务期间彩色基色地图成像运动的图像制作。图片：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
罗马萨皮恩扎大学(Sapienza University of Rome)助理教授安东尼奥·热诺瓦(Antonio Genova)在美国宇航局戈达德(NASA Goddard)领导了这项研究。水星内部的冷却速度比地球内部要快。水星可以帮助我们预测地核冷却时地球磁场的变化。为了弄清楚水星核心是由什么构成的，热那亚和同事们不得不象征性地靠近水星。该小组利用信使号任务(水星表面、空间环境、地球化学和测距)的几个观测结果来探测水星内部。最重要的是，研究人员观察了这颗行星的自转和重力。
信使号宇宙飞船于2011年3月进入水星轨道，花了四年时间观察这颗离太阳最近的行星，直到2015年4月它被故意带到水星表面。信使号无线电观测被用来确定重力异常(局部质量增加或减少的区域)及其旋转极点位置，这使科学家能够了解行星的方位。每颗行星都绕着一个轴旋转，这个轴也被称为极。水星自转比地球慢得多，它的一天大约持续58个地球日。科学家经常利用物体旋转方式的微小变化来揭示其内部结构线索。2007年从地球上进行的雷达观测揭示了水星自转的微小变化，称为天平动，这证明水星的一些核心一定是液态熔融金属。
- 水星内部结构图示，图片：Antonio Genova
但是，仅仅对自旋速率的观察还不足以清楚地测量出内核是什么样。科学家们想知道是否有一个坚固的内核潜伏在地下？重力可以帮助回答这个问题。戈达德的研究人员桑德·古森斯(Sander Goossens)说：重力是观察行星内部深处的有力工具，因为它取决于行星的密度结构。信使号在执行任务的过程中绕水星轨道运行，并越来越接近水星表面，科学家们记录了飞船在行星重力影响下是如何加速的。行星密度结构可以在航天器轨道上产生微妙的变化。在任务后期，“信使号”在地面上空飞行了120英里，在最后一年飞行了不到65英里。
最后低空轨道提供了迄今为止最好的数据，并能使热那亚和团队对水星的内部结构进行迄今为止最精确测量。Genova和团队将信使号上的数据输入一个复杂计算机程序，这个程序可以调整参数，并计算出水星的内部组成，以匹配水星自转的方式和宇宙飞船围绕水星加速的方式。结果表明，为了最佳匹配，水星必须有一个大的，坚实的内核。估计固态铁核约有1260英里(约2000公里)宽，占水星整个核心(约2440英里，约4000公里)的一半。相比之下，地球的实心直径约为1500英里(2400公里)，占整个地核的三分之一多一点。
NASA戈达德行星科学家埃尔万·马扎里科说：从许多领域收集信息，测地学、地球化学、轨道力学和重力，以找出水星的内部结构。科学家们需要接近水星以了解其内部的更多信息，这样精确地测量水星自转和重力在地球上是不可能的。此外，这个结果使用了MESSENGER多年来收集的数据，所有科学家都可以使用这些信息。几乎可以肯定，信使号档案中一定会有关于水星的新发现，每一个关于太阳系行星邻居的发现，都让我们更好地了解水星之外的世界，关于我们太阳系的每一个新信息都有助于我们了解更大的宇宙。
博科园-科学科普｜研究/来自: 美国宇航局的戈达德太空飞行中心
参考期刊文献:《地球物理研究快报》
DOI: 10.1029/2018GL081135
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