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為什麼水星的一天等於水星的兩年?

水星是太陽系中已知最靠近太陽的行星,所以它擁有最快的公轉速度、最短的公轉周期。水星環繞太陽公轉一周的時間大約為88個地球日,這是1水星年的時長。水星的自轉速度也相對較慢,它繞其自轉軸旋轉一周所需的時間約為58.6個地球日。既然水星的自轉周期短於公轉周期,為什麼又會說水星的一天等於水星的兩年呢?

關於原因,需要了解一下有關「天」的定義,這裡以地球為例作簡單說明。我們通常所說的一天是24小時整,這是太陽連續兩次出現在中天的時間間隔,這又被稱為太陽日(平太陽日)。不過,地球在一個太陽日中並非自轉了360度,而是將近361度。

這是因為地球在自轉的同時還在環繞太陽公轉,所以地球自轉轉了360度時,太陽並不能再次回到同一經度,而需要再多轉將近1度(59分)才行。因此,地球繞自轉軸或者相對於遙遠恆星旋轉一周的時間不到24小時,比太陽日短了將近4分鐘,這個周期被稱為恆星日。

同樣的道理,水星的太陽日也會比恆星日更長。只是因為水星的自轉速度非常慢,而公轉速度又非常快,所以太陽連續兩次出現在水星中天所需的時間會達到176個地球日,這個時間遠長於恆星日。可以看到,水星的1太陽日剛好相當於2水星年。因此,按照地球上過太陽日的慣例,水星的一天等於水星的兩年。

值得注意的是,水星的公轉周期剛好是自轉周期(恆星日)的1.5倍,這其實是造成上述現象的原因。水星每公轉一圈就會自轉1.5圈,這相當於過了半個太陽日。因此,水星需要公轉兩圈才能過完一個太陽日。

事實上,這種現象是水星長期受到太陽引力所產生的潮汐作用的結果。可以說,水星已經被太陽潮汐鎖定,只是以3:2的軌道共振,而不是像月球被地球那樣1:1的完全潮汐鎖定。

如果在水星上的某些地方觀測太陽,將會看到奇特的現象。太陽先會從地平線上逐漸升起到一半,然後,太陽會轉而回落到地平線之下;再過一段時間之後,太陽又會再次升起。

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