笔下文学

探索太阳系（第2页）

红色行星——火星

在我们的太阳系所有行星中，长期以来火星一直是科幻作家的最爱，也是天文学家的最爱。自从有望远镜起，这是唯一可以看见其表面的行星，在19世纪90年代，它激起了人们种种遐想，这一切源于天文学家洛厄尔（PercivalLowell，1855—1916）的观测——推测在火星的平原上有人工开凿的纵横交错的运河，标志着文明的存在。火星北极冰盖周期性地收缩和成长的季节性变化，激发人们幻想火星和我们地球非常相像，或许也有生机勃勃的春季和荒凉寒冷的冬季。

这一叫做旅居者的漫游遥控小车正在火星的地表上离开登陆车远去，它绕过登陆点区域里的一块块岩石，在这里采集样品、测试和拍摄。这是火星探路者号太空任务的一部分。这辆小车由地球上的探路者号小组遥控。2003年夏天发射了类似的太空飞船。

当探测人员第一次成功地让机器人太空船——1964年11月美国发送的水手4号——飞经火星时，结果却令人大失所望。从距火星表面6000英里的地方飞过，第一次看到的火星似乎是平坦的，没有特色，缺乏生命迹象。1968年又有两艘水手号太空船发送，任务是掠过火星，也没有太多收获——除了暗示有火山活动和侵蚀现象——无助于加强我们对在火星表面能有所发现的期望。

然后是1973年11月13日名为水手9号的机器人探测器独自进入火星轨道，成为第一个围绕另一颗行星运行的人造天体。尽管太空船抵达后不久就遇上了尘暴，但水手9号所登陆的火星仍然使地质学家感到兴奋异常。火星被证明完全不是古老和死气沉沉的世界，而是曾经可能有过河流和火山爆发的世界。这个行星的表面温度和大气也许曾经适于至少是某些简单生命形式的生存。各种推测纷至沓来。

有一座被科学家称为奥林匹斯的火山，高出火星表面79000英尺以上，它是太阳系中最大的山。它的底部跨度长达350英里，大到可以把整个密苏里州覆盖!还有一座巨大的峡谷叫做水手谷，也具有同样可观的规模，长度几乎相当于火星直径的六分之一，约2800英里，宽度370英里，几乎比大峡谷长13倍，（相当于纽约至加州的距离）。在长约600英里，看来像是干河床的地方找到了水流的证据。如同水星与月球一样的情况，小行星撞击在这个过程中也起着重要作用，陨石坑的直径大于100英里。火星的照片里唯一没有出现的就是高级文明的任何证据，洛厄尔认为他看到的运河绝没有出现。没有建筑物，也没有圆盘式卫星电视天线。没有茅草屋，也没有耕过的土地。实际上，没有任何关于文明或生命的信息。

然而，1974年当苏联的探测器火星6号送回有关氩含量大于预计百分比的消息时，就带来了关于大气的有趣信息。因为氩是惰性气体，大气科学家猜测，这些氩可能是大气留下的——也许是一种稠密的大气，这样才有大量的氩——至于大气中其他气体则已经与其他元素结合或者消失在太空中了。

也许，有了火星在过去某个时期曾经有过流水和稠密大气的证据，认为火星上有生命，至少在以前某个时期曾经有过生命的思想就并不完全是无效的概念。

我们怎样才能弄清真相呢?1975年有两个机器人太空船，名为海盗1号与海盗2号，从美国肯尼迪角发射台发射升空，它们的部分计划就是希望解决这个问题。每个太空船都有轨道飞行器和登陆车各一台，当它们在1976年抵达火星轨道时，登陆车脱落，离开正在围绕火星旋转和观测的轨道飞行器，靠降落伞抵达地表，两个登陆车分别降落在不同地点，以便对火星土壤取得详细资料。登陆车机器人从地表挖取土壤，进行了一系列试验。海盗号科学小组希望回答的最大问题，就是自从洛厄尔时代以来以及之前世人一直不能忘怀的问题：火星上有没有生命?回答令人失望：没有。至少在测试的地点没有，或者至少现在没有。

1988年苏联发射了研究火星卫星火卫一的太空船，但是两艘太空船都未能如期到达火星。美国发射的火星观测者号，也遭受同样命运，它本来计划在1993年到达。然而，自那以后的好几次太空飞行都非常成功：火星寰球勘测器在1996年发射，1997年抵达火星，直到2003年都还进展顺利，发回了数万张火星地形的精彩照片，这是20年来有关火星的第一次成功完成的太空任务。火星探路者号也是在1996年发射的，按设计它在1997年7月4日降落到火星表面。火星探路者号登陆后，太空舱打开，放下世界上最远距离的遥控车。这部机器人漫游车叫做旅居者，它并不比微波炉大，沿着火星那崎岖不平的地表一路滚动，一边勘查和取样，全世界都通过电视和互联网进行实时观看。这是一次巨大的成功。

另一艘轨道飞行器“2001火星奥德赛号”在2001年发射，它在轨道上飞行，同时继续收集数据以帮助鉴定火星土壤的成分。在经过两次失败的飞行后，美国宇航局设计了两台坚固的机器人漫游车（“精神”与“机会”）到火星漫游。两台漫游车在2004年安全到达火星，开始探测岩石和地表，它们在这里发现了曾经存在水的重要证据。欧洲航天局在2003年也发射了太空飞船“火星快车”，2004年初到达。登陆器的组成部分“小猎犬2号”被设计成专门用于搜寻火星上的生命，但遗憾的是，它在火星地表上失踪了。

关于火星还有许多问题无法回答。如果火星真的曾经有过稠密的大气，允许水以**状态存在于它的表面，那么，这些水都到哪里去了?为什么都不见了?会不会有一些水被锁定在火星地表下的冰冻层?有多少水永久地冻结在火星北极而被保存下来了?我们确切地知道，在那里还有一些水存在。行星学家根据最新的报告判断，在火星上至少有三个区域有冰水存在：南半球火星土壤下、北冠的表面和南冠边缘附近的表面。这一冰冠的其余部分大多是“干冰”，即冷冻的二氧化碳。科学家继续猜测，这三个地区“正好是露出地面的火星冰山顶”，这是美国地质调查局的提图斯（TimothyTitus）说的。

也许火星上曾经有过快速流动的水，水流冲开了巨大的火星运河。有些科学家，包括行星地质学家卡尔（MichaelCarr）和美国宇航局阿梅斯研究中心的外空生物学家麦克凯（ChrisMcKay）认为，火星“也许有过”更宜人的过去，那时曾经存在过非常奇异的简单生命形式，也许有朝一日我们会发现那个时期的某些蛛丝马迹或化石证据。正如优秀科学家所做的那样，机器人探测器——海盗号、它们的先行者和它们的后继者——已经回答了许多问题，但是也提出了更多的问题。

小行星

在太阳系里的各种轨道中，有一群奇形怪状的巨大岩石穿过空间，它们中的大多数都在所谓小行星带的区域内围绕着太阳旋转，这个小行星带处于火星与木星的轨道间。你可以把它们看成是太阳系形成时留下的“剩余物”；小行星是组成行星的原料，是太阳系的结构单元。行星学家认为，几十亿年前，正是这样一些小行星结合形成了行星。在小行星的成分中，无疑会保留大量45亿年前的秘密，如果我们能够接近它们，就有可能发现大量原始信息。

不过，有一些小行星结集在小行星带之外，还有大约1％的已知小行星，它们的轨道竟跨越一个或更多的行星轨道。例如，其中有两个叫做阿波罗和阿托恩的小行星群轨道与地球交叉。近年建立了相当可靠的证据，支持了一种设想，认为平均在每5000万年到1亿年中，会有一次地球与交叉小行星（其跨度约为6到10英里）的大碰撞事件。最近的一次小行星撞击事件，也许是恐龙遭到突然灭绝的原因，恐龙统治了地球长达1亿4000万年，只是在6500万年前才突然灭绝（见本编第五章）。在假定近年来有关这一情景所发现的证据可信的前提下，许多科学家小组认真开展了小行星的监视活动，寻找尚未发现的与地球交叉的小行星。彗星也可能与行星相撞，其中产生巨大效应的一次是1994年7月苏梅克一列维9号彗星与木星的相撞（见下节）。

也许有多至10万颗小行星，其亮度足以最终被望远镜或太空船发现，但是现在只有几千颗得到正式承认。现在知道在这里面最大的一颗叫做谷神星，其直径大约为633英里，最小的也许直径小于1英里。1991年太空飞船伽利略号飞向木星及其卫星系统，途中访问了小行星伽斯普拉，发回了第一张小行星的特写照片，测得它的长度大约10英里，宽度大约七八英里。伽利略号还访问了243艾达，发现它竟有一个自已的卫星。从那时起对其他小行星和彗星也进行了多次访问。

根据最新的理论，大多数小行星也许是在原行星木星（在它形成的初期）的引力下形成的。木星的引力作用避免了小行星在附近组成另一颗大型行星，并且把大多数碎块留在现在的轨道上，把剩下的赶出太阳系，或者进入现在与行星交叉的路径。

巨大的木星

太阳系最大的行星木星甚得行星科学家的关注，因为它是如此之大，它的动力学是如此之像太阳，以至于它本身就形成了一个小小的“太阳系”，有至少28颗卫星围绕着它旋转。从火星越过小行星带后，木星是第一个也是最大的一个气态巨型行星。实际上，它是如此之巨大，以至于若除去太阳本身的质量，它竟承担了太阳系71％的质量。

在20世纪四五十年代间，天文学家基于地面观测所得到的证据，开始对这一巨型天体形成现代看法。天文学家外尔德（RupertWildt，1905—1976）在认识木星的结构、动力学和起源方面走在前列。在前太空时期，最引人注目的事实看来就是这一巨型行星更像是太阳，而不像地球。太阳系的内行星（那些在小行星带之内，靠近太阳的行星）都是固态小天体。如果有卫星的话，也只有少数几个，而远离太阳的行星则大部分是由不同的材料组合而成。除了所知甚少的冥王星之外，其他行星都是气态巨星，主要由最简单的元素氢和氦组成。这些外层行星大多还有数量庞大的卫星系统。近来的探测表明，所有这四个气态巨星——土星、木星、天王星和海王星——在其周边都有围绕着行星旋转的光环系统。考虑到内外行星之问具有这些重大差别，现代科学家开始理解为什么木星作为一个行星，它的历史与地球如此大相径庭。

自从大约45亿年前与太阳系同步形成以来，诞生于星云物质的木星和其他原型行星增长得非常快，其强大引力有利于它们抓住原始物质。因此，“构成”木星的化学元素在特性上“和太阳相似”，并且保持至今。尽管地球和内行星都是由同样的星云物质产生，但它们却不能有效地抓住像氢和氦这样的轻气体。于是两类行星经历了非常相异的演化过程。

但是，如果木星在成分上与太阳或其他恒星非常相似，为什么它不继续演化以至于变成一颗恒星呢?

回答又一次涉及木星的大小。尽管它已经大到足以保留它的类恒星组成和它的卫星家族，却没有大到足以在其内部深处开始核反应，从而触发星体爆炸。然而，木星释放的能量的确比从太阳接收的能量要多（不像固态行星）——这主要是由于行星形成过程中，剩余能量产生大量的热加上引力收缩以及其他过程造成的。

第一艘到达木星的星际太空船是先驱者10号，于1972年发射，1983年6月13日圆满完成飞行任务，成为第一个留在太阳系的人造天体。它和它的孪生兄弟先驱者11号，送回了当时最好的数据和照片。后来在1977年，美国发射了两艘旅行者号太空船，以精彩的特写镜头拍摄了外层行星的卫星系统、光环和这些行星本身，这些图片改变了我们对四大气态巨星的认识。旅行者1号在1979年飞越木星，1980年飞越土星，使我们得以近距离窥视木星和土星。旅行者2号停靠了更多的站，1979年飞越木星，1981年飞越土星，1986年飞越天王星，以及1989年飞越海王星。到了2003年，旅行者1号已经越过了太阳系最远的边界，超过了太阳风（也叫做日光层）的外缘。

先驱者和旅行者的太空飞行第一次让科学家对木星的大红斑作了详细观察，有机会观察到那里发生的强烈大气运动。令人惊讶的是，他们发现木星也有一个光环系统，只是比土星光环薄得多，只有大约0．6英里厚，而且是由两部分组成的，一部分约为500英里宽，另一部分则为3200英里宽。

先驱者和旅行者太空船最惊人的发现之一是木星的伽利略卫星存在各种不同的环境。所谓伽利略卫星指的是伽利略在17世纪发现木星有四个大的内卫星，于是美国宇航局计划了一次特殊的太空飞行——伽利略号太空船，1996年6月抵达大卫星木卫三。这是美国宇航局最成功的太空飞行之一。它在7年里多次近距离掠过木星、木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，发现木卫一有强烈而且频繁变动的火山活动，木卫二和木卫三在冰面下有可能存在着**海洋。特别是木卫二的冰面上显示有绳索状的印记，似乎是冰面重新冻结后形成的裂缝，泥泞的**在此喷涌而出。有些科学家认为，在木卫二海洋的极端条件中，生物，可能是微生物，有可能生存，特别是如果它被木星和木卫二之间的潮力温暖的话。在地球的极端环境下，例如深海的火山口或者极地冰冠下，也发现过生命的例子。这些例子使得生物学家和地外生物学家修正原先关于生命生存条件的观念。

木卫三是木星系统中最亮的卫星，它也许是由岩石和冰组成的，很可能还有**海洋。它的表面到处都是黑暗的多坑地带和新近形成的许多平行的山和谷。奇怪的是，木卫四却不存在地质活动史的线索，它的冰状厚地壳（也许厚达150英里）是太阳系中最厚实的地壳。为什么会有这么大的差别呢?

在经历多次的延期之后，伽利略号于2003年冲入木星气状地壳，从而结束其探索使命，就在这一过程中它还在报告它的发现。它的任务完成得非常成功——尽管主天线由于被卡住而在全程中都没有用上。

碰撞过程

就在1993年苏梅克（EugeneShoemaker，1928—1997）、他的妻子凯洛琳以及另一位天文学家列维（DavidLevy，1948—）发现了一颗彗星后，天文学家意识到，它已经分裂并会径直冲向木星。这是一个好机会!天文学界开始全力以赴。山顶上的望远镜做好监视准备。伽利略号正在飞向木星的途中，虽然距离甚远，但也被临时征用。还用上了哈勃空间望远镜。1994年7月的一段日子里，彗星的碎片就像一列货车，以大于130000英里每小时的速度猛烈撞击木星。科学家研究了碰撞的效应——木星的同温层里发生的大爆炸、极度的湍流，以及在碰撞后长期存在的黑斑。以前从未见过类似情景。这一事件提醒我们，在太阳系的早期时代，这类剧烈碰撞事件曾是家常便饭。