水星是太阳系八大行星中个头最小，也最靠近太阳的行星。到目前为止，人类在水星上已命名了近500个地貌，其中20多个来自中国。这些不朽名字代表着东方古老文明的记号，永远留在了太空。下面我们将来认识一下它们，并尝试探索它们背后的星球故事。
水星及其探测历史简介
水星和其他类地行星一样，拥有硅酸盐壳幔和金属核。不过水星也有很多独特性，例如跟其他行星相比，在表面成分上极度富含硫、碳而贫铁，在内部结构上“皮薄馅大”，具有巨大铁核，因而构成了类地行星中的一个独特端元。探测水星能够帮助认识太阳系的起源、行星的形成演化以及星球宜居性等重要科学问题。由于太阳的巨大引力作用和表面极端环境，水星探测难度很大。至今仅有美国1973年发射的“水手10 号”和2004年发射的“信使号”对水星进行了近距离观测。水手10 号采用了3次飞掠的方式，在1公里分辨率下覆盖了45%的水星表面。信使号为环绕飞行器，完成了250米分辨率的全球覆盖。欧日联合发射的“贝比科隆博号”正在飞行途中，预计2025年到达。水手10 号（左）和信使号（右）探测器 ▏图源：NASA
行星和水星地貌命名规则
水手10 号和信使号探测器揭开了水星的面纱。它拥有包括撞击坑、火山盆地和各种线性构造在内的多样性地貌，记录了长期而复杂的地质演化过程。为了便于科研和制图，科学家会为各种特征地貌取个朗朗上口的名字。理论上，任何人都可以提交水星地貌命名申请。提交名称需遵循简洁明晰、无害性、不重复原则，并且考虑文化多样性和国家均衡。对同一地貌特征，通常会有来自多个文化或国家的候选名称。国际天文学联合会（IAU）下属的专门工作组投票通过后，便会得到科学界的承认。看到这里，估计不少人就跃跃欲试了。然而根据IAU规则，想要命名某个地貌，还得特别考虑如下问题：首先，命名应基于科学研究需求，否则不予考虑；其次，对尺度小于100米的地貌，除非有特殊科学意义，一般不予命名。为了保证充足的名称来源，IAU为不同行星和卫星建立了独立的命名系统，遵循各自的一套规则。比如同为撞击坑，在水星上主要以已故的著名艺术家、音乐家、画家和文学家的名字命名，在金星上则采用女性的名字命名。水星表面的光斑采用不同语言中与“蛇”有关的名称命名，而在木卫三上则取自古埃及神话中的地名。如果一切顺利，通常在命名申请提交后4到6周便会有结果。
水星上的中国名字
迄今为止，以中国人名命名的水星撞击坑有21个，另有一个为水星表面光斑，取自中文银蛇（Yinshe）。这些名字中，以古代的画家和诗人占主导，比如如雷贯耳的李白、杜甫等；也有的来自现代人，如鲁迅和齐白石。从年代来看，命名主要完成于上世纪80年代前，英文拼写采用威妥玛式拼音法（Wade-Giles），看起来略显古怪。从2008年开始逐渐又有新的命名，英文拼写遵循了我们熟悉的汉语拼音法。查询IAU记录发现，除了1985年名列命名委员会的紫台前台长张钰哲（Y.C. Chang）和信使号团队的个别华人科学家外，并无其他华人参与上述命名。2020年最新命名的文天祥撞击坑和银蛇光斑来自英国The Open University的David Rothery教授团队。以中国人名字命名的水星地貌列表 ▏内容摘自IAU网站以中国人名字命名的水星地貌（请横屏观看） ▏图源：NASA
中国名字背后的水星故事
这二十多个中国名字的主人都有着精彩的故事，但遗憾的是，此处他们都只是作为地貌的代称。仅有那些有着重要科学意义的地貌才会有人关注，并被请到舞台的中央。下面我们将结合水星的研究进展，介绍几个有着重要科学意义的名字，以及这些地貌背后的科学故事。不同板块之间的漂移和碰撞是塑造地球表面形貌的主要机制。与地球不同，水星上没有板块运动。其他天体物质的高速撞击和全球性热收缩才是塑造水星表面形貌的主要推手。这里我们先介绍全球性热收缩。水星体格虽小，却拥有似乎不成比例的巨大金属核，远高于太阳系内其他类地行星。形成后金属核缓慢地冷却固化，导致水星半径收缩达7公里。这种径向收缩使得水星壳受到水平挤压，形成了大量的逆冲断层和相关地貌。蔡文姬是家喻户晓的东汉才女，传说著名古琴曲《胡笳十八拍》便是由她所作。以她名字命名的撞击坑将陨石的撞击和全球性热收缩这两种主要机制呈现给了我们。直径约124公里的蔡文姬撞击坑位于水星北半球，拥有略退化的坑缘和明显的中央峰。一条与逆冲断层有关的线性构造贯穿撞击坑南北。蔡文姬撞击坑大约形成于35亿到10亿年前。逆冲断层相关构造切割该陨石坑说明断层形成更晚，水星的全球性热收缩可能持续了非常长的时间。清代华岩绘《文姬归汉图》局部（左）和蔡文姬撞击坑（右） ▏图源：网络
〇 水星极区水冰
水作为生命存在的重要指标，是地外行星探索的永恒话题。与其他类地行星相比，水星所处的极端热环境，以及无大气层保护，使得人们难以想象其表面还能存在水冰。然而在1992年，利用现已坍塌的波多黎各阿雷西博射电望远镜，科学家在水星南极阳光无法到达的撞击坑底发现了雷达波亮斑，可能与水冰有关。极区水冰得到了信使号探测器的证实。它所携带的中子谱仪，激光测高仪，双镜头成像系统等先进仪器，强有力地证明了水冰存在于极地撞击坑的永久阴影区。人们还发现，与月球极地水冰不同，水星极区水冰纯度高且厚度较大，可达数米甚至更厚。同时科学家发现这些水冰似乎较为年轻，显示其到达水星表面较晚，或者经历过再沉积。但对这些水冰的来源，存续时间以及如何赋存等问题，科学家还在继续研究。赵孟頫是宋元之交的著名官员、书法家、画家和诗人，他卓越的艺术成就和跌宕起伏的人生是中国文化史的永恒话题。以他名字命名的撞击坑位于水星南极，直径约140公里。水星的地理南极位于赵孟頫撞击坑的边缘。撞击坑底部无法接收到太阳光的直接照射，为永久阴影区，因而温度极低，是保存水冰的理想位置。赵孟頫自画像（左）与《行书十扎卷》局部（右） ▏图源：网络赵孟頫撞击坑也是水星两极所有撞击坑中，雷达高回波信号区域最大的一个，显示拥有大量水冰。这个有着中国名字的水星南极最大撞击坑，可能是未来水星水冰探测的最好去处。水星南极地形图（左）和雷达波反射率图（右），最大者为赵孟頫撞击坑[5]
〇 水星火山活动与挥发分
信使号在2008年确认水星上存在火山活动，为科学家打开了从表面了解其内部元素组成和演化历史的窗口。与地球上类似，水星火山活动也可以分为溢流型和爆发型，前者熔岩多但气体含量少，后者熔岩体积小而富含气体。水星上广布的平坦平原很可能与溢流型火山活动有关。而爆发型火山活动通常会形成凹陷的不规则状破火山口，以及环绕伴生的火山碎屑沉积物。这些火山碎屑沉积物虽然很薄，但通常分布可达数百公里，同时由于反照率比水星上的其他物质高，因此在遥感数据上非常显眼，被称为“光斑”（Facula）。由于光斑和火山活动紧密相关，因此能够用来估算火山源区挥发组分含量和成分，以及火山活动的时间。“银蛇”是毛泽东词作《沁园春·雪》中用来形容北方雪景里壮美山川的著名意象。银蛇光斑位于水星南半球，直径约41公里，是水星上获得命名的25个光斑之一。光斑较周围的火成碎屑沉积物明显更亮更红，同时近中央位置也有一个凹陷的不规则状火山口，为科学家研究水星火山和挥发分活动历史提供了一个理想样本。
〇 水星年轻撞击坑
太阳系天体物质之间的相互撞击从未停止，大量新的撞击坑仍然在不断形成，塑造着行星形貌并注入外来物质。水星上也存在大量的年轻撞击坑，它们的特征之一便是拥有醒目的辐射纹。这些辐射纹是高速撞击形成的，反照率高而显得明亮，但随着时间流逝会因空间风化而逐渐变暗并消失。部分科学家认为，水星极地的水冰，便来源于那些最近撞击水星表面的富含水的小行星或彗星。萧照是南宋著名的宫廷画师，擅长山水、人物和异松怪石。以他命名的萧照撞击坑位于水星赤道附近，直径较小，仅24公里。然而它具有壮观的辐射纹，展布远大于撞击坑的实际直径。萧照名作《山腰楼观图》（左）和萧照撞击坑（右） ▏图源：NASA在南半球还有一个类似的韩干撞击坑，它和萧照撞击坑一样，是水星上不多见的直径小，但辐射纹异常发育的坑，是研究水星年轻撞击坑历史的理想对象。不知是否是巧合，这两个以唐、宋著名画家命名的撞击坑，在遥远的水星表面，也浓墨重彩地勾画了几笔。值得一提的是，我国科学家还在萧照撞击坑内发现了具有极低反照率的暗斑，很可能是硫化物强烈去气作用形成。它们比年轻的撞击坑形成更晚，表明水星的内部可能在几亿年前还发生过去气作用，甚至持续至今。
结语
命名权昭示着文明影响力的边界。而在包括水星在内的类地行星的地图上，彰显着中华文明印记的中国名字仍然稀疏。我国目前尚未公布水星探测计划，但有理由相信，随着我国科技实力的逐步增强，相应的探测计划将被提上日程，会有越来越多的国内科学家将目光投向这颗离太阳最近的奇特星球，为人类探索水星奥秘贡献中国力量，未来也将有更多来自中华文明的伟大名字被镌刻在水星的地图上。致谢
感谢USGS的Tenielle Gaither博士和中山大学肖智勇博士在写作过程中提供支持。
参考文献：
[1] Harmon J. K. and Slade, M. A. (1992). Radar mapping of Mercury: Full-disk images and polar anomalies. Science, 258(5082), 640–643.
[2] Moore P. (2006). Moore on Mercury: The Planet and the Missions. Springer Science & Business Media.
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[4] Xiao Z. Y., et al. (2013). Dark spots on Mercury: A distinctive low‐reflectance material and its relation to hollows. JGR: Planets, 118, 1752–1765.
[5] Chabot N. L., et al. (2018). Investigating Mercury's south polar deposits: Arecibo radar observations and high-resolution determination of illumination conditions. JGR: Planets, 123, 666–681.
[6] Deutsch A. N., et al. (2019). Age constraints of Mercury's polar deposits suggest recent delivery of ice. EPSL, 520, 26–33.
[7] Xiao Z. Y., et al. (2021). Recent dark pyroclastic deposits on Mercury. GRL, 48.9: e2021GL092532.
[8] Rothery D. A., et al. (2021). On the asymmetry of Nathair Facula, Mercury. Icarus, 355: 114180.
中国科学院紫金山天文台天体化学和行星科学实验室副研究员，研究方向：陨石学和天体化学。
