水星表面可能遠比想像中「少矽」

水星表面的二氧化矽含量，可能比科學家一直以來估計的低得多。一項新研究估算，水星的矽酸鹽表面按質量計約有37%二氧化矽（SiO₂），而過往估計約為49%至60%。140

如果結果最終獲得確認，水星表面的火山岩可能源自一個異常高溫、而且熔融程度非常深的內部地幔。不過，這個數字有一個關鍵限制：水星形成時的環境極度缺氧，部分矽元素可能不是以二氧化矽存在，而是以金屬矽或碳化矽等形式存在。3342

沒有水星岩石樣本，研究團隊如何估算？

至今沒有任何太空探測器在水星表面着陸分析岩石，亦沒有水星樣本送返地球。因此，研究人員採用一種間接的紅外線方法，觀察稱為Christiansen特徵的光譜訊號。

Christiansen特徵是一個與材料放射率有關的峰值位置；在矽酸鹽物料中，這個位置會隨二氧化矽含量改變。130

研究團隊首先製作並測量一系列成分接近行星表面的實驗室玻璃珠，建立Christiansen特徵波長與玻璃內SiO₂含量之間的經驗關係。之後，他們把這套校準方法應用於高解析度月球紅外線觀測，再將繪製出的月球二氧化矽分佈圖，與阿波羅、Luna及嫦娥任務取得的月球樣本作比較，以測試方法是否可靠，然後才將方法用於水星的望遠鏡觀測。1

所以，37%並不是直接化驗水星岩石所得的結果。更準確地說，它是根據水星紅外線訊號推算出的矽酸鹽二氧化矽等效含量，而且建基於實驗室校準所採用的假設。

二氧化矽偏低，對水星火山史有何啟示？

如果水星表面真的如此「少矽」，這會支持一個更極端的火山演化圖像。水星表面大片平原被認為主要由火山活動形成，而平滑平原覆蓋了行星相當大的範圍。3637

要形成二氧化矽含量這麼低的熔岩，可能需要地幔在比傳統模型所估計更高的溫度下，進行更大程度、亦更深層的部分熔融。140換句話說，水星今日所見的火山表面，可能記錄了其早期內部分化及火山活動最猛烈的一段歷史。

但研究結果未能單獨確定一個地幔溫度、熔融深度或唯一的地質演化路線。這些推論仍取決於實驗室玻璃的成分，是否足以代表水星這個化學環境非常特殊的星球表面。

另一個可能：矽未必全部變成二氧化矽

水星是目前已知化學還原程度最高的類地行星之一。過往觀測發現水星表面硫含量偏高，而鐵及氧含量相對偏低，顯示它形成於一個氧氣非常稀少的環境。334244

在這種缺氧條件下，並非所有矽元素都必須與氧結合成二氧化矽。部分矽可能以還原態存在，例如金屬矽或碳化矽。這些物質同樣可能改變紅外線訊號，令觀測結果看起來像是表面含有異常低比例的二氧化矽。40

因此，37%這個數字不應理解為「水星所有含矽物質之中，只有37%是二氧化矽」。較審慎的解讀是：在今次校準方法及相關假設下，水星表面的矽酸鹽二氧化矽等效含量偏低。

BepiColombo將如何驗證？

歐洲太空總署（ESA）與日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）合作的BepiColombo任務，正準備進入最關鍵的水星抵達階段。水星轉移模組預計於2026年9月3日分離，探測器的入軌程序預計於2026年11月21日開始，全面科學觀測則計劃於2027年4月展開。172426

BepiColombo上的MERTIS儀器，能夠在熱紅外線波段觀測水星，包括Christiansen特徵所在的光譜範圍。30與過往只能觀察整個水星圓面、難以分辨地區差異的觀測相比，MERTIS有望把紅外線訊號與水星表面的個別地區及地質單元連繫起來。

它可以協助回答幾個重要問題：

• 低二氧化矽含量是否大致代表整個水星表面？
• 火山平原、隕石坑密集地形及其他地質單元之間，含量是否有所不同？
• 地區性的分佈模式，是否支持地幔曾經歷異常深層的熔融？
• 將紅外線結果與其他儀器的元素及礦物觀測結合後，能否顯示部分矽元素其實儲存在還原態的金屬或碳化物之中？

在這些數據取得之前，最穩妥但同樣重要的結論是：水星的火山表面可能遠比過往假設的少二氧化矽。這可能反映一個異常高溫、熔融範圍廣泛的地幔；也可能反映水星更獨特的缺氧化學環境，甚至是兩者同時作用。