地球从未达到过那种状态。其地壳在地质上依然活跃，火山和板块构造不断重塑着这颗行星。相比之下，水星在很大程度上已被冻结在原地达数十亿年之久。科学家们仍在努力探究其火山历史究竟是如何演变的，以及那些早期过程是如何造就了我们今天所看到的世界。
研究这段历史的最佳方法之一是分析水星表面的化学成分。
水星的二氧化硅含量低于预期
来自德国马克斯·普朗克太阳系研究所（Max Planck Institute for Solar System Research）以及同样位于德国的明斯特大学（Universities of Münster）和哥廷根大学（Göttingen）的研究人员，现已对水星表面的二氧化硅含量做出了迄今为止最精确的估算。
发表在《行星研究》（Planetary Research）期刊上的这些发现揭示了一个意想不到的结果。二氧化硅占水星表面物质的质量百分比约为37%，这比之前的估算值低了25%。《行星研究》是一本钻石开放获取期刊，这意味着其研究成果供感兴趣的读者免费阅读。
二氧化硅在地球上极为常见。这种由一个硅原子和两个氧原子组成的化合物，以沙子等物质中的纯态形式存在，也是火山岩的主要成分。玄武岩、安山岩和花岗岩中的二氧化硅含量可高达75%。
水星表面如此低的含量出乎意料，这可能为揭示该行星地壳的形成方式提供重要线索。
“我们的发现表明，水星上的火山岩形成于比先前假设的更深处的熔融地幔物质，”这项新研究的第一作者、MPS“岩浆洋实验室”（Experimental Laboratory Magma Ocean）研究小组负责人克里斯蒂安·伦格里（Christian Renggli）说道。
水星炎热内部的线索
地幔是行星固体地壳下方的层位。在行星历史的早期，该区域的大部分可能保持熔融状态。
随着熔融地幔逐渐冷却，最先凝固的岩石所含的二氧化硅相对较少。随着更多物质结晶，二氧化硅在剩余熔体中的浓度变得越来越高。因此，在这一过程后期到达表面的熔岩往往含有更多的该化合物。
这意味着地表异常低的二氧化硅含量可能指向一段不同的历史。就水星而言，这一发现表明火山物质可能来自地幔的更深区域，这些区域曾在极高温下经历了更广泛的熔融。
另一种可能性是，水星的地壳最初含有更多的二氧化硅，但随着时间的推移逐渐失去了氧。
微小玻璃珠助力解码另一颗行星
准确测定水星的成分非常困难，因为科学家从未收集过其表面的岩石样本。从未有着陆器在那里运作过，因此研究人员必须依赖望远镜和航天器的遥感观测。
表面发射的红外辐射可以提供关于存在哪些矿物和化合物的线索。挑战在于学会如何将这些红外信号转化为可靠的成分估算。
为了改进这一过程，研究人员首先在实验室中制造了微小的玻璃珠。每颗玻璃珠的直径仅约半毫米，并含有精确控制的二氧化硅量。随后，团队测量了每个样本的精确红外特性。
“这些玻璃珠的功能类似于天平上的校准砝码，”明斯特大学的艾里斯·韦伯（Iris Weber）解释道。“它们的重量是精确已知的。因此，它们使我们能够正确解读天平的读数。同样，玻璃珠使我们能够从红外辐射的特性中得出正确的结论。”
在月球上测试该技术
在将该方法应用于水星之前，科学家们在一个更大的自然目标上进行了测试：月球。
月球提供了一个异常有用的测试对象，因为科学家既有详细的遥感观测数据，又有实际的月球岩石样本。NASA的月球勘测轨道飞行器（Lunar Reconnaissance Orbiter）自2009年以来一直在绕月飞行，收集来自其表面的高分辨率红外辐射测量数据。
利用这些测量数据及其新的校准方法，研究人员制作了首张显示月球表面二氧化硅含量的完整地图。
随后，他们可以将这些结果与由宇航员任务和无人航天器从不同地点带回地球的月球岩石进行比较。这种比较使他们能够检查其基于红外的估算是否与真实样本的已知成分相符。
“月球对我们来说是一种试金石——也是我们通往水星之路上的重要概念跳板。”
克里斯蒂安·伦格里，第一作者，MPS“岩浆洋实验室”研究小组负责人
将方法转向水星
只有在该方法成功通过这项“月球测试”后，研究人员才将其应用于水星。
在研究的最后阶段，他们分析了从地球收集的水星红外观测数据，包括使用位于美国亚利桑那州斯图尔德天文台（Steward Observatory）的博克望远镜（Bok Telescope）进行的测量。
这些数据得出的估算结果表明，水星表面含有约37%的二氧化硅，这比科学家先前的认知要少得多。
研究人员现在希望ESA的贝皮科伦坡号（BepiColombo）任务能对其发现提供更精确的验证。
贝皮科伦坡号或将确认水星的化学成分
贝皮科伦坡号由ESA和JAXA分别提供的两个可分离探测器组成，计划于今年11月进入水星轨道。迈向该任务阶段的第一步发生于2026年9月3日，当时两个探测器与运输舱分离。
一旦就位，贝皮科伦坡号上的MERTIS仪器将以更高的分辨率收集更精确的水星红外测量数据。MERTIS是在DLR（德国航空航天中心）的领导下，与明斯特大学行星学研究所合作开发制造的。
这些观测可以证实水星是否真的具有如此异常低的二氧化硅浓度，并为科学家提供一幅更JianCe的图景，以了解数十亿年前塑造其地壳的极端条件。
“我们的研究为从贝皮科伦坡号的测量中推导出关于水星表面二氧化硅含量尽可能准确的信息奠定了基础，”克里斯蒂安·伦格里说。