如果被问起,太阳系中哪颗行星与地球的平均距离最近,相信很多人给出的答案都是金星,然而实际上,金星只是其公转轨道与地球的距离最近,而行星之间的平均距离与地球最近的,其实是水星。
需要知道的是,尽管太阳系中各大行星都在围绕着太阳公转,但它们的公转却不是同步的,这样的情况就会造成行星间的距离并不会是一个固定的值,随着时间的流逝,行星间的距离也在有规律地不断变化。
根据已知的观测数据,金星与地球的实际距离在大约0.275至1.725个天文单位之间变化,其变化周期约583.92个地球日,而由于水星与太阳更近,其公转速度也更快,因此水星与地球之间的实际距离的变化范围就要小得多,大约为0.613至1.387个天文单位,其变化周期则只有大约115.93个地球日。
在这种情况下,虽然金星与地球的最近距离比水星更近,但在金星与地球之间距离变化的一个完整周期之中,它们真正靠近的时间并不多,而在大部分时间里,它们之间的实际距离反而比地球和水星的实际距离更大,也正因为如此,水星就成了与地球平均距离最近的行星。
有意思的是,在太阳系中的各大行星中,尽管水星与地球平均距离最近,但它却被认为是最难抵达的行星,为什么会这样呢?我们接着看。
众所周知,太阳占据了太阳系绝大多数的质量,其强大的引力主宰了整个太阳系。作为距离太阳最近的行星,水星与太阳的平均距离只有大约0.38个天文单位,远小于地球与太阳的平均距离(1个天文单位),这就意味着,当我们尝试向水星发射探测器时,探测器将越来越接近太阳。
如此一来,从地球飞向水星的探测器就会在太阳引力的作用下不断加速,速度越来越快,也越来越难以控制,稍不小心,探测器就会脱离预定轨道,导致任务失败。
另一方面来讲,水星是太阳系中质量最小的行星,其质量只相当于地球质量的大约5.53%,所以水星的引力场其实是很弱的,而这就进一步增加了任务的难度。
因为当探测器试图进入到围绕水星的轨道时,它必须非常接近水星表面才可能被水星的引力捕获,进而稳定地围绕水星运行,而与此同时,太阳的引力还会带来持续的干扰,进而让探测器会受到双种力量的“拉扯”,一方是太阳强大的引力,另一方是水星弱小的引力。
所以在此过程中,只要稍有偏差,探测器就可能因无法进入稳定轨道而与水星“擦肩而过”,或者因为距离水星地表太近而失控坠毁,甚至还可能直接坠入太阳。
除此之外,水星又是太阳系中公转速度最快的行星,其公转速度大约为每秒48公里(相比之下,地球的公转速度大约为每秒30公里),所以如何在如此高速的情况下稳定地进入围绕水星的轨道,也是一个很大的挑战。
正是因为这些原因,才使得水星被认为是太阳系中最难抵达的行星,实际上,迄今为止,只有一个探测器成功地抵达了水星,它就是“信使号”(MESSENGER)水星探测器。
“信使号”于2004年8月3日发射升空,在此之后,它沿着一个复杂的轨道“小心翼翼”地向水星接近(如上图所示),期间多次借用了地球和水星的“引力弹弓”为自己减速以及修正方向,最终于2011年03月18日成功进入围绕水星的轨道,整个过程耗时6年多,飞了大约79亿公里(约52.81个天文单位)。