水星上有水冰存在嗎？

在太陽系的眾行星中，水星是離太陽最近的。白天，水星的表面溫度可以達到絕對溫標700K（427℃）以上。因為水星的自轉方向與公轉方向相同，在水星上真有一種“度日如年”的感覺，一晝夜長達176天。因為相對太陽的這種緩慢的轉動，太陽在天空中幾乎是不動的，因此水星的表面長時間的受太陽光炙烤。所以說，在太陽系的行星中，水星上存在冰的可能性該是最小的。
盡管如此，地球上的雷達成像系統顯示，水星的南北兩極附近對雷達波有著很高的反射率。這種現象可能預示著這些地方有水冰存在。雷達圖像還顯示，在這些地方還有幾十個環形山區域，可能是彗星撞擊後留下的痕跡。這些地方陽光可能永遠都照射不到，並且溫度足夠低，這為水冰長期存在提供了可能。同時，關于對月球上是否有水存在的探測與討論，更激發了科學家對水星上是否有水存在的興趣。

如何觀測水星上有水冰的證據？
在地球上對水星進行觀測主要依賴位于波多黎各的阿雷西搏大型射電望遠鏡、茶色玻璃天線以及射電望遠鏡巨陣。茶色玻璃無線／射電望遠鏡巨陣利用美國航宇局太空跟蹤網70米的茶色玻璃拋物線型衛星天線，發射頻率為8.51GHz。功率為460kW的垂直圓極化雷達波信號進行探測。反射回來的雷達波由美國國家射電天文台的26個射電望遠鏡巨陣的天線進行接收。對反射信號進行校準、處理後發現，水星北極區域對雷達波的反射率比較高，雷達圖像比較明亮。
阿雷西博射電望遠鏡能夠發射S波段（頻率為2.4GHz）、功率為240kw的垂直圓極化雷達波。通過對反射回地面的雷達回波進行接收、處理、過濾後，就可以繪制一幅水星表面的雷達波反射率地圖，這張地圖的精確度可以達到15千米。在水星的兩極區域，大約有20個不規則的雷達波反射區域，這些區域反射的雷達波也有明顯的去極化特征。

為什麼雷達圖像明亮的區域可能有水冰存在？
水冰對雷達波有著很高的反射率，並且反射回來的雷達波有著明顯的去極化特征，而水星表面　酸鹽成分的岩石則不然。雖然沒有太陽系內其他的一些冰質衛星比如木衛二、木衛三、木衛四等對雷達波的反射率高，但是較之于普通的岩石來說，水星的兩極區域還是值得科學家們矚目的︰阿雷西博射電望遠鏡的探測結果表明，水星兩極的雷達波高反射區域主要集中在極地的環形山區域。在水星的南極地區，最大的一塊類達波高反射區域的位置與最大的一個名叫Chao Meng-Fu的環形山的位置驚人地接近，其他的一些小的區域則對應著一些已經勘定的小型環形山。而在水星北極的大部分地區，包含著一些雷達波亮點的區域沒有被成像，因此不能和北極地區的一些已知的環形山對應起來。可是，大致上來說，雷達回波圖像中的明亮區域還是和水星兩極地區的已知的環形山相關聯的。
水星兩極附近的環形山能夠給冰的保存提供永久性或者說幾乎是永久性的陰冷環境，雷達回波的顯示結果表明，那些雷達圖像的明亮區域可能和一些純淨的沒有受到污染的水冰有關。然而，相對于純淨的水冰的高反射率的特性，那些坑中對雷達波表現出低反射率的區域可能意味著冰被塵土或者土壤抑或是其他的一些物質給覆蓋了。
盡管現在還沒有直接的證據表明水星的兩極區域內有冰存在，然而雷達圖像的大塊明亮區域對應的由環形山造成的幾乎是永久性的陰影地帶，可以看成是水星上存在水冰的有力證據。然而，對雷達波的積吸反射也可以被理解成是由其他的一些物質所造成的結果，比如，一些金屬的硫化物、金屬的冷凝物、鈉鹽的沉積物等。當然這和冰的存在沒有任何關系。

冰在水星上是怎樣保存下來的？
像上文提到的那樣，水星表面的絕大部分區域都會持續暴露在太陽光下幾乎90個地球日左右，表面的溫度會超過絕對溫標700K。再加上水星微弱的地心引力以及幾乎不存在的環境大氣，在這種環境下，如果沒有永久性的寒冷的環境，冰水就會在一瞬間變成水蒸汽逃逸到太空里去了。這也意味著水冰從來都不會在暴露在太陽光下的地方存在。水冰唯一可能存在的地方就只剩下水星的兩極區域了。那里的環形山可能會足夠深，並且能夠提供永久性的陰暗區域。不過那些能夠提供永久性陰影的坑是否存在現在尚存疑問。
事實上，直到1974年，科學家們對水星的表面仍一無所知。從望遠鏡里能看到的只是一個上面有模糊陰影的靠近太陽的小天體。1974∼1975年，美國的“水手10號”探測器改變了我們對水星的認識。“水手10號”曾3次近距離地接近水星，最近的一次是從距離水星表面271千米的地方飛過，它向地球發回了差不多半個水星表面的詳細圖像。科學家關于水星表面的知識大都來自于這些圖像，因為人類以後再也沒有向水星發射過探測器。
水手10號與水星的3次親密接觸都是在被太陽照射的同一半球上空發生的，因此水星的另一半的面目就鮮為人知了。當然關于極區的其他詳細、確鑿的資料也很匱乏，即使有，也希望是關于環形山以及陰影的資料。
在極地附近，太陽總是出現在地平線上。理論上的研究認為，典型的環形山的尺度表明，極區的環形山內側區域的溫度不會超過絕對溫標102K（-171℃），即使是環形山內比較平坦的表面，溫度也不會超過167K（-106℃）。其他的一些研究也表明，水星極區環形山內的冰水保存得非常穩定，這些冰水存在的時間可能超過太陽系形成的年齡。

水星上的冰是從哪里來的？
水星上的冰主要有兩個來源︰隕星的撞擊與行星本身的釋氣作用。攜帶大量的水的隕星與水星表面撞擊的話，很可能就把水留在了那里。水星內部本身因為地層運動而引發的釋氣作用也可能把星體內部的水帶到表面，這雖然有一定的投機成分，但同樣是一個不能忽視的因素。不管是天外來客還是自身的作用，水星兩極環形山的永久性陰影區域因為能夠提供足夠低的溫度而使得水冰長時間地保存下來。如果真的是這樣的話，在未來的某一天，航天員或許可以在水星極地的天然溜冰場溜冰呢。
在水星其他地方的水，因為高溫和低重力的緣故頃刻之間變為水汽，其中的一部分可能會飄散到兩極地區，並被那里陰冷的環境所捕獲。當然，在漫長的歲月里，高能量的太陽風可能也會把水分子從水星上“刮走”。一部分水就這樣逃逸到了外層空間。

怎樣才能檢驗水星上有水？
在地球上直接對水星進行觀測實際上非常困難，因為水星畢竟離太陽太近了。觀測水星兩極的有效途徑除了通過雷達波之外，就是發射攜帶成像裝置以及光譜分析設備的太空探測器了。
水星距離太陽的平均距離只有5790萬千米，因此太陽引力對它的作用也就格外強，水星圍繞太陽運行的平均速度達到48千米／秒。因此向這一顆“飛奔”的行星發射探測器並不是一件容易的事情。當年水手10號雖然3次近距離飛越水星，但拍攝的照片都是被陽光照射的同一半球。兩極地區環形山內部的陰影區域因為太黑暗，也沒有拍下效果很好的照片，里面究竟有沒有水冰存在，同樣也就不得而知了。
隨著信使號水星探測器的發射，人們期待進一步揭開水星的秘密。