笔下文学

探索太阳系（第3页）

土星及其固态光环

夜空中的土星及其光环呈现出的宛如宝石般的明亮令人难以忘怀。伽利略第一个看到这一奇异的突出，后来证明是土星的光环，他苦苦思考它们究竟是什么。1612年，他写信给朋友说：“我的理解力不够，再加上害怕出错，使我对此倍感困惑。”实际上直到先驱者11号和两艘旅行者太空船送回特写图片，即使最强大的天文望远镜也无法为我们解开其错综复杂的结构。

我们在1979年从先驱者号知道，土星非常之冷，冷到—279下，在光环处甚至冷到—328°F，这一现象支持土星光环基本上是由冰组成的理论。先驱者号从土星及其最大的卫星土卫六拍摄的照片虽然比较模糊，但是它们为后来的从旅行者1号和旅行者2号拍摄更新鲜、更贴近的图像做好了准备。

透过遥远的旅行者号眼睛，科学家看到的是一个色彩平淡的行星，与木星相比差远了。土星更为寒冷，这与其不同的内在机制和不同的化学反应有关。两艘旅行者号还让科学家第一次近距离看到土星的大气带和其中的湍流。它们测量到的土星上的风速达到1118英里每小时，比木星上发现的风速快四倍。再有，旅行者号证实，土星这颗巨大的多环行星产生的能量比它从太阳接收的能量多出差不多两倍，相当于1亿个大型发电站。

再有，土星光环隐藏着大量让人吃惊的事情。这些由旋转着的固态冰状物质组成的区域原来比先前想象的还要复杂。那里并不只是天文学家从地球看到的三个环，而是一个复杂且经常变化的系统，这个系统是由成千上万相互作用的小环组成的。光环系统的直径约为249000英里，由数以百万计的冰和雪的微小粒子组成。当领头卫星靠近光环时还使得光环结构产生扭曲现象，甚至绞成“麻花”状，尘埃那辐射状的排列看上去就像是从行星发出穿过光环的轮辐。

在土星九个已知的卫星中，最有意思的是土卫六，已经知道它是“大气型”的，因为从地球上观测，这一冰状世界具有一个由甲烷组成的大气，也许还可能存在碳氢化合物。土卫六比水星还要大，看来像是有可能曾在遥远的过去孕育过某种生命形式的样子。旅行者号发回的信息更为有趣：土卫六的大气比地球稠密一倍半，大多数是氮，只有一小部分甲烷。在旅行者号之前，人们认为地球是太阳系中唯一的情况，它的大气主要由氮组成。但实际上，土卫六的氮是地球的十倍。遗憾的是，稠密大气里的化学反应往往会产生一种类似于浓雾的状态，使土卫六表面无法被旅行者号的照相机看见，因此这颗卫星至今还有很多未知之谜。

在土卫六表面的“雾”里，以及“雾”的下面情况如何呢?由于氮一般是一种清澈的气体，大气大多由氮组成，那么，是什么构成“雾”的呢?当然，写科幻作品可以不管这些，但是科学家必须严肃地思考，烟雾会不会是某种有机雾气，其中是否也在发生几十亿年前的地球大气中曾发生过的类似化学反应。这些问题激起了如此巨大的兴趣，以至于好几个国家的太空计划，其中包括欧洲宇航局和美国宇航局，合作进行一项太空飞行任务，名字叫卡西尼／惠更斯，1997年发射升空，2004年到达土星。到达以后，惠更斯探测器将穿过土卫六的大气层，试图回答某些问题。与此同时，卡西尼探测器围绕土星旋转，详细研究这颗行星、它的光环和卫星（卫星的数目至少有31个）。

神秘的天王星

天王星就像夜空中一颗遥远的绿色乒乓球，在1781年以前人们对它毫无所知，1781年才被威廉·赫歇尔首次看到。它的直径比地球大四倍，在遥远的轨道上围绕太阳旋转，离开太阳最近的距离是1695700000英里。在旅行者号之前，人们只知道它有5个卫星。直到1977年，对它的了解依然甚少，除了知道一个奇怪的现象，那就是它的轴是“倾斜的”，倾斜度达到98度。所以，不像地球及其他行星的赤道区指向太阳的情况，天王星几乎是沿轴躺着自转的。它绕太阳一周需要84年，在此期间，每个极有42年面向太阳，然后，又有42年陷于黑暗。

就在旅行者号启程之前，1977年，有一个偶然的发现。一组天文学家正在美国宇航局的魁佩尔机载观测站进行观测，它是一架装备特殊的高空飞机，可以在地球大气的干扰区之上飞行。（现在已用另一架机载观测站代替，这个观测站叫做红外天文学同温层观测站，简称SOFIA）计划要求当天王星在一颗特定的恒星面前通过时，对它进行观测，这种方法叫做掩星法，天文学家常常用于对某个天体获取更多的信息。出乎意料的是，从天王星后面的恒星发出的光线，在通过天王星的前后，居然会稍稍变暗。难道他们已在行星的两侧发现了两个新的卫星?进一步的望远镜观测证明不是这样，而是天王星也有环!

旅行者2号还带给科学家另一不可思议的奥秘，就是天王星那奇特的磁场。太阳系其他行星的磁场大多与其旋转轴几乎平行，天王星的磁场却与它的旋转轴有55度的偏移。当这颗行星沿轴旋转时，它那偏转的磁场在空间里摇晃不定。再有，来自太阳、掠过行星的太阳风，把摇晃的磁场的远侧变成一个伸长的香蕉形。这一效应独一无二。

天王星的大气由氢、氮、碳和氧组成，大气上层熠熠生辉——也许是紫外光——整个行星都覆盖在一层薄雾中，其中的温度都惊人地均匀。强烈的200英里每小时的风，比地球上的喷气流还强一倍，从云层上部吹来。但是旅行者2号无法穿透这层薄雾。

然而，这些卫星让科学人员大吃一惊。天卫五，最靠近天王星的卫星，给出了遥远的过去曾有过剧烈地质活动的证据。它有两种不同的地形，一种非常古老，上面布满由古老陨石坑组成的凹痕；另一种比较年轻，但相当复杂，显然是重大地质变化的结果。上面刻满奇特的类似于跑道的地形以及类似于绳索的印记，再有，尽管天卫五直径只有300英里，却有5万英尺深的峡谷——比地球上的大峡谷还要深十倍——状如在它的表面上刻下的一道路径。旅行者2号还提供了其他四个最大卫星的快照。天卫一在其年轻而复杂的表面上有宽广弯曲的山谷和峡谷。天卫二黑得像天王星的光环。天卫三有可能提供最近三四十亿年间彗星撞击的证据。天卫四和天卫五一样，显示了巨大断层结构的证据，其中有高山和陨石坑，看起来像是曾经一度被黑暗的**淹没，然后又冻结成现在这个样子。

访问是短暂的，但当旅行者2号于1986年1月离开天王星系统时，却给科学人员留下了许多发人深省的数据。旅行者2号向下一站，也是最后一站飞去，然后飞向太阳系的边缘。

外层巨星海王星

尽管从太阳向外数，第八颗行星海王星要比天王星离太阳更远10亿英里，但它和它的邻居在许多方面仍然极为相似。就离开太阳的距离来说，它是气态巨星中的最后一个，从地面上的望远镜看上去似乎没有特色。它的直径是地球的3．8倍，而其质量却是地球的17．2倍。海王星的大气几乎都是氢，加上少量的氦和甲烷，也许正是甲烷使海王星呈蓝色。有些科学家还相信，尽管甲烷的量很少，却由于吸收太阳光而影响行星的热平衡。地面测量表明，海王星发出的热多于从太阳吸收的热。有些科学家认为，这一超额热量也许是重分子逐渐沉到行星核心时所释放的能量引起的。尽管大多数行星学家认为海王星没有固态表面，但这颗行星的密度却暗示，它可能具有一个小型的坚固内核，外面覆盖着水、甲烷和氨。

早在旅行者2号接近海王星这颗奇怪的蓝色气球时，太空船发现在它的大气里有一巨大的风暴系统，即大暗斑，其面积几乎和地球一样大。它处于与木星的大红斑同样的纬度，其相对于行星的大小也与木星上的大红斑相似。速率快到450英里每小时的狂风，使大黑斑绕着行星旋转时，看上去像是一个一头破裂的大豆莫。这只不过是几个巨大风暴系统之一，在它的顶端，还有快速移动的云团，但是让科学家感到迷惑不解的是，海王星如此远离太阳，它所得到的能量怎么能够掀起如此狂烈的风暴。

还有，旅行者号发现的另一个重大意外是海王星的光环，从地球上看去似乎是一些不完全的弧。但是，海王星离地球的遥远距离使得要对其进行鉴别实在是极其困难，而旅行者2号确定了，尽管光环非常昏暗，它们还是完整地环绕着行星，形成了光环系统。

但是当旅行者2号掠过海王星时最激动人心的时刻也许还是体现在海王星的最大卫星海卫一。这一色彩斑驳的粉红天体看来是太阳系最冷的地方，温度大约是-400°F。海卫一看来还有冰火山，甚至也许依然处于活跃期，可以把15英里大小的冷冻氮晶体喷射到稀薄的大气里。

海王星是旅行者2号最后的一站，然后它就飞向太阳系的边缘进入银河系。这一小小的太空船及其同伴留下了大量信息与图像，随着科学家用数以百计的不同方法进行检验和分析，它们源源不断地在丰富人们的想象力。

这一切的开端

所有这些来自宇宙飞船的数据，大大推进了我们关于太阳系形成过程的认识。行星地质学家和物理学家继续钻研数以百万计的照片、图像和统计资料。计算机模拟帮助他们测试场景，测量碰撞的结果、温度、轨道、角度和速度。人们大多同意，太阳、地球和太阳系其他八个行星是在比45亿年前略早一点的时候，靠巨大的星际气体云（原始星云）的收缩而形成，而星际气体主要是由氢、氦和尘埃组成。但是也有科学家相信，这一切可能是从附近超新星的冲击波，或者星际爆炸开始的，冲击波穿过太空，破坏了松散的气体云原始状态的精致平衡。

当气体云继续旋转并越来越快时，数以亿万计的尘埃微粒开始更剧烈和更频繁地碰撞，集中于盘的平面里，渐渐地这些颗粒的外形越来越大，当这些“星子”——行星及其卫星的早期祖先——达到一定规模时，他们不再仅仅依赖于偶然的碰撞来扩充自己的质量，而是靠引力招揽和吸引更多的固体物质粒子。这些“原行星”逐渐成长，大多数继续随着母星云的方向旋转。

与此同时，尽管增大缓慢并且正在收缩的太阳还没有点燃它的核反应炉，但太阳系内部的温度已经高到足以把水、甲烷和氨等物质蒸发为气体状态。这样一来，星云中不蒸发的成分如铁和硅酸盐就形成了内行星，而离原始太阳越远，温度越低，则越有利于挥发物凝聚成巨型的外行星（木星、土星、天王星和海王星）。与此同时，也允许这些巨星从周围星云吸引和收集大量氢和氦之类的轻元素而不断膨胀。

随着太阳继续收缩，内核的密度和温度不断升高，当达到约1000×104K的临界温度时，开始靠氢的核聚变产生能量。一旦点火，太阳开始产生太阳风，带电的粒子流就像巨型的叶片鼓风机，把剩余的气体和尘埃颗粒驱赶出太阳系。

与此同时，依靠辐射而增温以及物质增加而产生的能量，使原始行星的核心开始熔融，形成如今所见的行星的内部结构。最后，由于太重而没有被太阳风吹走的剩余星子，在长达5亿年的轰击中不断撞击正在形成中的行星，造成的伤疤到现在还可以在大多数行星上看到。

这值不值得

人类总是希望知道事情的机制和原因，所谓的“纯科学”全在于寻找答案和提出新问题，然后寻找新答案和观察新图像以及整合的方式。但是要寻找这些答案现在变得越来越昂贵了，许多人有理由问，我们为什么要知道这些?我们怎样才能判断，当地球上还有人因患疾病或因饥饿而死亡时，送宇宙飞船到其他行星上去，是值得还是不值得?

也许最好的回答是，与曾经生活在地球上的所有物种相比，在人类存在的这段短暂的时间里，我们在丰富和改善人类的生活方面所得到的成功，恰恰正是我们追求知识和理解的结果。在这一情况中，源于对大气、地质学、磁性和物理学与化学的其余部分所做的比较研究而得到的知识，是无法经别的渠道取得的。迄今所发现的各种事实及其复杂程度已经使科学家大感震惊，他们因此提出了许多问题，引出了无数的假设。行星探测的最直接和熏要结果就是我们对自己地球的精细特性有了非常重要的新理解——意识到它的生态系统在太阳系中的独特性，并且在探讨太阳系中其他无生命和不适于生存的行星过程中得到警示。