水星云拍拍
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茫茫宇宙，明星无数。天空中点点繁星，在几十光年，几百光年之外，在它该出现的位置上，闪烁着自己独特的光芒。那么这点点繁星中，距离地球最近的是哪一颗呢？这个问题，从古至今，一直困扰着人们。当然，我们不考虑那阴晴圆缺的月亮，它实在是太特殊了，或者我们换个问法：“距离地球最近的行星是哪一颗呢？” 古人们经过仔细观察，发现在背景天空中不断运动着的星星有五颗，因为他们的位置在背景天空中不断变化，所以将其命名为行星，其中最明亮的是每天清晨或傍晚，在低空中常见到的金星，会想当然的以为它是距离地球最近的星星，后来托勒密创立地心说时，仔细观测每颗行星的运行周期，发现水星的最短，于是他断言水星是离地球最近的。 当然古人的猜测只是一种不严密的认识，在日心说被确立之后，当望远镜被发明，天王星，海王星被发现后，我们对自己的宇宙又有了新的认识。地理课本前几页上，相信一定印着一幅太阳系模型的示意图，一直线排列着水金地火木土天海几颗行星，或许早一些的书上外侧还有一颗小小的冥王星。这样，或许离地球最近的行星就被锁定到了金星与火星之间，我们在看一看半径，金星是0.72个天文单位，地球是1个天文单位，火星是1.55个天文单位，这样稍微做一下小学的加减法，很快就会发现金星是距离地球最近的行星，但是这个说法，真的对吗？ 在各类或真或假的科普文章中，总能看到诸如“金星是离我们最近的行星，为何科学家对火星情有独钟”此类标题比比皆是。或许许多人已经默认了这个说法。但是天文学也有它严谨的一面，是不能纯凭主观据理臆断的。 再审视一下自己的地理课本，还有许多奇怪的现象：比如地图上的航海线，为什么是一段圆弧，不是一条直线呢？其实大家忽略的，恰恰是一个小孩子都知道的事实：地球是圆的。最短航线必定是连接地球两点间的劣弧，投影在平面上也必定是一段圆弧。再比如，地球岩石圈表面离地心最近和最远的地方呢？可不要理所当然认为是马里亚纳海沟和珠穆朗玛峰，实际上人们又忽略的一个事实，那就是地球也不是一个完全标准的球体，赤道略鼓，两极略扁。事实上，离地心最近的地方是北极点附近北冰洋的底部，离地心最远的地方是南美洲赤道附近的钦博拉索山。地理可不是真空中的球形鸡，很多事情是通过对现实世界的探索一步一步完善的。那么仔细想一想，难道地理课本上的图示就是真实的太阳系吗？不，肯定不是，每个行星可不是一队等待购票的人，会乖乖待在自己的位置不动。实际上，每个行星都在以一个近圆形的轨道绕着太阳运动。有时，金星与太阳运行到地球的同一侧，这时毋庸置疑金星是离地球最近的行星，当金星运行到与地球相反的一侧时，处在地球附近的火星可能就成为了离地球最近的行星，还有时，当火星和金星都位于地球的另一侧时，小小的水星反而成为了距地球最近的行星。事实上，由于水星那离太阳很近的轨道，使得它距地球既不会太近，又不会太远。（如图1-3） 所以，如果从狭义的角度去理解，这个问题根本没有一个确切的标准答案，可能今天是金星，明天就变成了火星，但是如果换一个角度，在上万年的时间尺度上，谁“最可能是”离地球最近的行星呢？ 我们可以考虑这样一个问题，地球的半径是1个天文单位，假设另一颗行星的轨道半径是R个天文单位（为了计算简洁我们先按圆形轨道处理，真实情况后面会讲），如果对高等数学知识有一定了解的话，我们可以用一些平面几何知识（余弦定理），加上微积分知识计算某颗行星到地球的平均距离，它等于1/2π乘以（积分（√R²-2Rcosθ 1）对θ从0到2π），我们虽然不能求出这个积分的准确结果，但是利用一些软件不难验证这是一个关于R的单调增函数（如图6），换句话说，也就是地球到一颗其它行星的平均距离，是随着另一颗行星轨道半径的递增而递增的，所以从平均距离的角度来说，水星反而是离地球最近的行星。 至于实际上，如果按行星的实际轨道模拟（下面有模拟结果），给出了实际上的平均距离，与某行星距地球最近时间的所占比例，我们可以清晰看到，水星金星火星与地球的平均距离逐渐增加，而从时间的角度讲，水星有近半数的时间都是离地球最近的行星，金星约有三成，儿火星约两成。结果是不是有点出乎大家的意料呢？事实上，不仅是对于地球，对于金星，火星，乃至大块头的木星土星天王星海王星，水星都是距离最近的行星！对了，还有冥王星，那一颗惨遭除名的矮行星，结论仍然是正确的。 打个比方，如果你是地球，金星和火星可能是你两个远方关系很好的朋友，一年也没有几次能见得到面，但是一见面就能畅谈很久，总感觉有说不完的话，恨不得三五天也不想行至远方；而水星就是你隔壁的邻居，虽然每天都住的离你近在咫尺，但是又能有多少时间真正的一起交流呢，恐怕只有春节拜年那几天，或是凑巧在出门时，在楼道里寒暄几句罢了。城市里的人们，最有这个发言权，每个人都生活在自己的圈子里，互不干扰，试想未认全同班同学的人，或许没有几个？但是未认全{云拍拍}自己同楼栋的邻居的呢？想必多的很吧。那科学家又未尝不是这样的人呢？我们已经向火星发射了多枚探测器，了解到火星的基本地貌，有人制作了“火星仪”，还诞生了一门科学叫做“火星地理学”，但是水星呢？自从上世纪水手10号掠过水星，数十年来，再也没有科学家提起了探索水（云拍拍）星的兴趣。甚至由于水手10号只能对着水星的一部分表面拍摄，直到现在，我们竟没有了解到水星的全貌，“水星仪”等更是缥缈的幻想罢了。 谈到这里，不得不佩服古希腊人的智慧，水星的名称墨丘利，原意就是“信使”，如同这新时代飞速发展的快递行业，他进过每个人的家门，但是却没有谁对他提起了丝毫的注意。甚至由于离太阳过近，只能勉强在曙暮光里窥见身影，更使人们少了几分兴趣。但是水星就在那里，默默做着太阳系每颗行星的邻居。 还要多远才能进入你的心 还要多久才能和你接近 咫尺远近却无法靠近的那个人 要怎么探寻 要多么幸运 才敢让你发觉你并不孤寂 当我还可以再跟你飞行 环游是无趣 至少可以 陪着你 大家在遥望夜空时，要是看到这颗小小的水星，一定不要忘记这是我们最近的邻居 |
