智慧之窗: (科學與信仰) 鐵製水星

2015年5月
文／黃小石

中華文明早就發現，空中有5顆不尋常的星，稱為「五星」，不像其他恆星，沒有固定的相對位置，而是在5宮28宿中遊走，是太陽系中較近地球的5個行星。二千多年前（西漢初年）寫成的《淮南子．天文訓》，即記載著「五星」：水、火、金、木、土；說到水星，則「北方水也，其帝顓頊，其佐玄冥……」。

◎水星無水

然而，我們對水星的認識極其有限，再加上它是太陽系中最內側的行星，離太陽不遠，比地球離太陽近62%（地球比水星離太陽遠3倍），從地球上看水星，距太陽最大「距角」只有28度，所以大部分時間水星都被太陽光吞沒，不易看見。直到1973年，美國太空總署發射「水手10號」水星探測器，我們才一睹其真面目。

若顧名思義，水星似乎應當有不少水才是，不然！其實，水星是鐵製的，像是個大鐵球，上面蓋著一層土石，故水星的平均密度很高，約5.43g/cc（比水密度高5.43倍），在所有行星中僅次於地球(5.54g/cc)。事實上，地球是因比水星重18倍，重力壓縮相對大得多，平均密度才比水星略高。

我們知道，一般岩石的比重只有2-3，科學家不難算出半徑約2,400公里的水星，裏面卻有個半徑約1,800公里的以鐵為主的核心。冥王星被除名後，8大行星中，水星是最小的行星，半徑只有地球的38%，比地球的衛星月亮大不了多少，所以多數科學家都以為，水星早已冷卻，內部鐵核亦應早已凝固，但卻意外發現，水星還有個不是很弱的磁場，意味著水星的鐵心尚未完全硬化。2007年，美國國家天文台報道證實，水星的確有個部分融化的核心，但卻沒人真的知道為何會如此，也許出於太陽重力的搓揉罷。

水星距太陽近，所以繞太陽公轉的速度很快，不然就會被太陽的重力吸進去，故西方人稱之為墨克利(Mercury)──羅馬神話中的諸神使者。它繞太陽一周只需88地球天，但自轉很慢（也是受太陽強大引力影響），轉一圈需58地球天。因它同時繞太陽而行，所以水星上的一天，為地球上的176天。若以公轉一周為一年，則人住在水星上，它的一天（從日出再到日出）剛好是兩年！水星公轉與其自轉速率相當，也造成一些意想不到的現象，最為奇特的乃是當水星靠近其「近日點」前4天（地球天）左右，太陽在天上先是從東往西行，後停止不動，再倒過來往東行；再過4天（地球天），又恢復從東往西的軌跡。這種太陽停止、倒行、一天（水星天）內兩次日出的奇觀，只有在水星才看得見。

◎牛頓預測

水星不但距太陽近，且「一天」漫長得出奇，故對著太陽那面就被烤得炎熱無比；水星上又沒有大氣（若從前曾有過氣層，也早被「太陽風」吹走了），其表面溫度完全得不到調節，使向陽面溫度高達攝氏423度，背光面溫度則低至攝氏零下173度，這光暗兩面的600度溫差，也稱得上是僅有的。水星表面溫度雖不及金星高，卻也足以把鉛融化。

天文學家很早已知水星呈橢圓形軌跡，不全然遵照牛頓的萬有引力定律。從地球觀察水星橢圓軌跡的「遠日點」，並不是靜止不動的，而是每年移動56秒（幾乎是1度的角度）。牛頓力學把其他行星的軌跡考慮進去之後，發現這「遠日點」每年只應移動55.57秒，於是這0.43秒的小小差距，帶來了科學界大大的爭論。

牛頓的預測非常準確，所以有些科學家猜想：在水星內側更靠近太陽的地方，一定還有一顆行星干擾了水星的軌跡，只因其離太陽太近而無法看到。事實上，曾有科學家根據天王星軌跡的小誤差，預言在它外側必有一個新行星，且預告了新行星的位置。後來，天文學家經仔細觀察，真在其所預告的位置找到一顆新行星──水王星。無怪乎他如此有把握地說：在水星內側，還有一個小行星。

科學家爭論許久未果，直到愛因斯坦的廣義相對論問世，認為太陽重力場強大，造成太陽附近空間扭曲，以致水星遠日點非常態移動。經過精密計算之後，發現與觀測值完全符合，因此成為支持愛因斯坦理論的一大證據。人從思考及理性中導出的理論和數據公式，居然與所觀測到的宇宙現象如此相符，實在是件不可思議的事。或許，真是上帝按著祂的形像造人的時候，把祂的原則(Logos)放在人的思想體系中，教人能夠認識宇宙。