水星表面二氧化硅含量或仅约37%，极端火山历史再添新线索

水星的岩石表面，可能比科学家过去认为的更加“贫硅”。一项新研究估计，水星表面硅酸盐中的二氧化硅（SiO₂）质量分数约为 37%，而此前估计约为 49%至60%。140

如果这一结果得到后续观测确认，它可能意味着水星的火山岩源自一个温度异常高、熔融程度极深的内部。不过，这个数字并不是对水星表面进行直接化学取样后的结果。由于水星形成于极度缺氧的环境，一部分硅可能并不是以二氧化硅形式存在，而是以金属硅或碳化硅等还原态物质存在。3342

没有水星样品，研究人员如何估算二氧化硅含量？

目前还没有探测器在水星表面着陆分析岩石，也没有水星样品被带回地球。因此，研究团队采用了一种间接的红外测量方法，关注被称为 克里斯蒂安森特征（Christiansen Feature） 的发射率峰值。对于硅酸盐材料而言，这一光谱特征的位置会随着二氧化硅含量变化。130

研究人员首先在实验室制作了多种与行星表面成分相关的玻璃珠，并测量它们的红外光谱。通过这些数据，他们建立了“克里斯蒂安森特征波长—玻璃中SiO₂含量”的经验校准关系。

随后，团队将这一关系应用于高分辨率月球红外观测，并把生成的月球二氧化硅分布图与阿波罗、月球号和嫦娥任务获得的月球样品进行比较。由于月球拥有返回地球的实物样品，这一步为校准方法提供了独立检验，然后研究人员才将其用于水星的望远镜红外观测。1

因此，约37%这一数字应理解为根据红外信号推断出的水星表面硅酸盐二氧化硅当量，而不是一次直接完成的全面化学分析。

低二氧化硅含量意味着什么？

如果水星表面确实如此贫硅，那么它的火山历史可能比传统模型所描绘的更加剧烈。水星广阔的平原覆盖了大面积表面，普遍被认为与火山活动有关。3637

要形成二氧化硅含量如此低的熔岩，可能需要水星早期地幔经历异常高程度的部分熔融，而且熔融发生在比通常设想更高的温度和更深的位置。140换句话说，水星今天的表面或许保留着其早期内部剧烈分异和广泛火山活动的痕迹。

不过，37%的估计并不能单独确定水星地幔的具体温度、熔融深度或唯一的地质演化路径。相关推断仍取决于：实验室制备的硅酸盐玻璃，是否足以代表水星这种化学成分非常特殊的行星表面。

另一种解释：硅可能根本没有全部形成SiO₂

水星是已知类地行星中化学还原程度最高的成员之一。此前的观测显示，水星表面硫含量较高，而铁和氧相对较低，这与水星在氧极度稀缺的环境中形成的判断相符。334244

在这种环境下，并非所有硅都必须与氧结合形成二氧化硅。一部分硅可能以金属硅、碳化硅等还原态形式存在。40这些物质也可能改变水星表面的红外信号，使其呈现出类似“低二氧化硅硅酸盐表面”的光谱特征。

这也是为什么不能把“37%”简单解读为“水星所有含硅物质中只有37%是二氧化硅”。更谨慎的说法是：在当前校准方法和相关假设下，水星表面的硅酸盐二氧化硅当量可能约为37%。

BepiColombo将如何检验这一结论？

欧日联合BepiColombo任务正接近决定性阶段。任务的水星转移舱计划于 2026年9月3日 分离，随后轨道器预计从 2026年11月21日 开始进入水星轨道的相关程序；两颗轨道器的完整科学任务计划于 2027年4月 开始。172426

其中，BepiColombo搭载的 MERTIS 仪器能够在热红外波段观测水星，包括包含克里斯蒂安森特征的光谱区域。30与此前只能获取整个水星盘面综合信号的观测相比，MERTIS有望把红外测量与水星表面的具体区域和地质单元对应起来。

这些观测可以帮助回答几个关键问题：

• 低二氧化硅含量是否普遍存在于水星表面？
• 火山平原、陨石坑密布的地形和其他地质单元之间，二氧化硅含量是否存在差异？
• 不同区域的分布模式是否支持更深部、更高程度的地幔熔融？
• 将红外结果与其他仪器的元素和矿物学测量结合后，能否证明部分硅以金属态或碳化物形式存在？

在这些数据到来之前，最稳妥的结论是：水星的火山表面可能远没有过去设想的那么富含二氧化硅。这一现象或许揭示了一个异常炽热、经历大规模深部熔融的地幔，也可能反映水星极端缺氧的独特化学组成，甚至是两种因素共同作用的结果。