水星表面可能遠比想像中更缺乏二氧化矽

水星的表面，可能比科學家過去認為的更「缺矽」。一項新研究推算，水星表面的矽酸鹽物質約有 37%（按質量計）是二氧化矽（SiO₂），明顯低於過往約 49%至60% 的估計。140

如果這項結果獲得後續觀測確認，水星表面廣泛分布的火山岩，可能源自一個溫度異常高、熔融程度極深的內部地函。不過，這個數字不能直接解讀為「水星所有含矽物質中只有37%是二氧化矽」：水星形成於極度缺氧、化學還原性很強的環境，部分矽或許以金屬矽或碳化矽等形式存在，而非與氧結合成為二氧化矽。3342

沒有水星岩石樣本，研究如何估算成分？

目前沒有任何太空船曾在水星表面著陸分析岩石，也沒有水星樣本被帶回地球。因此，研究團隊採用間接的紅外線方法，鎖定矽酸鹽材料特有的克里斯蒂安森特徵（Christiansen Feature）。

這是一個與熱輻射率有關的光譜特徵，其出現波長會隨材料中的二氧化矽含量改變。130 研究人員先製作出一系列符合行星表面化學組成的實驗室玻璃珠，測量它們的紅外線訊號，建立「克里斯蒂安森特徵波長」與玻璃中SiO₂含量之間的經驗校準關係。

接著，他們把這套校準方法應用於高解析度的月球紅外線觀測，並將結果與阿波羅、Luna及嫦娥任務取得的月球樣本進行比對。月球提供了重要的測試場景：研究人員可以用已知成分的返回樣本檢驗紅外線推算是否可靠，再將方法延伸至水星的望遠鏡觀測。1

因此，37%並不是直接化學分析得出的數字，而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。

低二氧化矽含量，暗示水星曾經歷更劇烈的熔融

水星表面的大面積平原普遍被認為與火山活動有關；其中平滑平原覆蓋了水星相當大的區域。3637 若這些火山岩確實具有如此低的二氧化矽比例，便可能代表它們來自比傳統模型更熱、熔融更深的地函。

換句話說，水星早期的內部分異與火山活動，可能比目前理解的更為極端。要形成低二氧化矽的熔岩，通常需要地函發生非常高程度的部分熔融，讓深部、較熱的物質大量熔化並上升至表面。140

但研究結果尚不能單獨確定水星地函的具體溫度、熔融深度或唯一的地質演化路徑。這些推論仍取決於實驗室玻璃的化學組成，是否足以代表水星這個化學環境非常特殊的行星表面。

另一種可能：矽根本不全以二氧化矽存在

水星是已知最具化學還原性的類地行星之一。過去觀測顯示，水星表面硫含量偏高，鐵與氧含量相對偏低，符合它在氧氣稀少的環境中形成的推論。334244

在這種條件下，水星內部的矽不一定都會與氧結合。部分矽可能以還原態存在，例如金屬矽或碳化矽。這些物質也可能改變紅外線訊號，造成類似「矽酸鹽表面含有很少二氧化矽」的光譜效果。40

這項可能性也提醒人們，37%應該謹慎解讀。它是按照目前校準方法與假設，對水星表面矽酸鹽二氧化矽含量的低估計，而不是水星完整矽元素分布的最終盤點。

BepiColombo將如何驗證這項發現？

歐洲太空總署（ESA）與日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）共同執行的BepiColombo任務，正接近能解開這項疑問的關鍵階段。任務的水星轉移模組預定於 2026年9月3日 分離，進入水星軌道的程序預定於 2026年11月21日 展開，兩艘軌道器則計畫在 2027年4月 開始完整科學運作。172426

搭載於水星行星軌道器上的 MERTIS 儀器，能在熱紅外線波段觀測水星，其中包括克里斯蒂安森特徵所在的光譜區域。30 與過去主要取得整個水星圓面平均訊號的觀測相比，MERTIS有望把紅外線結果對應到水星表面的個別區域與地質單元。

未來觀測可協助回答幾個關鍵問題：

• 低二氧化矽含量是否代表水星大部分表面，而非僅是少數區域？
• 火山平原、撞擊坑密集地形及其他地質單元之間，二氧化矽含量是否有所差異？
• 區域分布是否支持地函曾經歷異常深、異常高溫的熔融？
• 結合其他儀器的元素與礦物資料後，能否判斷部分矽是以金屬態或碳化物形式儲存？

在BepiColombo取得資料之前，目前最穩妥、也最重要的結論是：水星的火山表面可能遠比過去假設的更缺乏二氧化矽。這或許反映一個曾經異常高溫、熔融範圍極深的地函，也可能說明水星的還原性化學組成比想像中更特殊；最終答案則可能是兩者兼具。