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探索太阳系（第1页）

探索太阳系

正当宇宙学家想象宇宙最初时刻的惊心动魄、探索黑洞蒸发引起的后果、思考暗能量和它的本性时，20世纪后半叶还引进了大量更接近事实的新知识。在火箭驱动器的帮助下，人类可以通过太空船的形式送出使者，这些太空船的动力一部分是借助于太阳“翼”，实际上可以到达太阳系任何行星、卫星或小行星。以前纯粹是科学幻想的对象，现在至少部分地成了现实。人类从地球这个安全摇篮来到月球旅行，漫步于月球上，带回上面的岩石。太空船访问了几乎每一个行星揭示了成千上万的奥秘，有大的也有小的，并发现了许多卫星。有些太空航行持续到21世纪，还有更多的正在计划之中。从20世纪50年代末以来，大量图像从太阳系各个角落被发回地球。这些情景令人惊讶，各种发现激动人心，实际上我们邻近的行星及其卫星没有一个符合原先的估计。

这一切肇始于苏联人造地球卫星1号，它于1957年发射升空，绕着地球轨道独自旋转。人类第一次成了太阳系里的旅行者，绕着地球旋转的人造卫星和进入大气层的火箭探测器开始从外部向我们提供有关地球及其大气的新图景。在这之后，紧接着的是去月球的太空航行（载人和不载人）以及去太阳系几乎所有行星的不载人航行，仅仅冥王星除外。以前即使通过最大的望远镜镜头看到的也不过是微小斑点的遥远地方，现在成了坑坑洼洼布满岩石的表面，由炽热气体组成的旋转气团，处于活动期的火山熔浆以及冰冻的沙漠。这是空旷而神奇的地方，之前人类的眼睛从未如此近距离地看到过它们。在万籁俱寂的太空中，神秘的机器人呼呼地走近它们，给我们发回令人惊奇的特写照片和数据资料。一切都与过去的想象不尽相同。

土星光环和木星卫星木卫一的奇异而色彩斑斓的特写照片今天已经家喻户晓，以致我们忘记这些庞大的、正在旋转的岩石和气体离我们有多远。就在几年前，要得到这些图像还是不可能的事情。在17世纪伽利略从他的望远镜窥视到证据之前，谁也没有猜想到土星光环的存在。（当时他还不能断定这些挂在行星两侧的奇怪的“耳朵”究竟是什么——并且随着季节变化，这些耳朵会消失。）现在我们有了详尽的数据，可以了解它们的结构、大小、运动及其与行星和卫星的关系，这主要应归功于名为先驱者11号的太空船，它是1979年发射升空的，后来又在20世纪80年代发射了旅行者1号和2号。

从伽利略的时代以来，行星科学一直是依靠仪器——越来越大、越来越复杂，也越来越昂贵——现在甚至标出更高的价格，但收益也越来越大。我们实际上可以看到这些遥远世界的表面、测量它们的大气、研究它们的历史，并与地球比较，从而知道与我们自己的地球家园有关的许多知识。我们所知道的有关宇宙的机理——从大气和气象的动力学到太空中围绕地球的太阳风和辐射带的存在——不仅为我们增加了知识的基本储量，而且提供了适合地球的宝贵教训。

月球：最近的邻居

地球和月球，这一对行星和卫星，紧拴在一起舞动，围绕共同的引力中心旋转，两者中那个大的，呈现出绿、蓝、白，色彩斑斓，上面有水、有生命；小的那个，只有地球的四分之一大，无色、伤痕累累、坑坑洼洼、标记着时间的流逝。它的背面，黑暗而多坑，永远背对地球，向着群星。在遥远的过去究竟发生了什么灾难，使月球变得如此寒冷和荒凉?

月球是我们最熟悉也是最神秘的太空邻居，它总是激起人类的好奇心，也是无数古代神话、传说和歌曲的主题。古人的历法就是依据它在天空中的规律性运动而定，它的相位变化标志了季节的转换。

对于科学家来说，问题有很多：月球表面究竟是什么样子。它怎么起源，又是怎样变成今天这个样子?它的地质条件如何?我们从来没有看见过的另一面是什么样子?当美国和苏联一旦拥有摆脱地球引力的能力时，月球就成了首选的理想探索之地。和望远镜与照相机一样，火箭给予人类新的工具，用它可以帮助揭开月球的许多秘密。

在1958年至1976年之间，美国和苏联向月球进行了80次太空行动，尽管只有49次按计划完成了任务，有些则永无结果。但是在这些飞行任务中——其中包括轨道飞行器、软着陆、照片会议探测器（photosessionprobes）、两次载人飞行以及六次宇航员着陆——带回或送回了有关这个太空最近邻居的大量信息。不久以前，对月球的新兴趣又激发了好几项新的太空行动。1994年夏天发射的克莱芒蒂娜号就是美军和宇航局的一项联合计划，送回了150万张照片，测绘了99．9％的月球表面。激光技术还使克莱芒蒂娜号制作了一幅详细的月球地形图，并且在这个过程中，小小的太空船在月球两极遭遇了一次反射，表明有可能存在冰水。这一可能性令人震惊，既然月球上有水，这就为移民提供了有力支持，而不少政府曾经考虑过移民计划。4年后，1998年1月，美国宇航局发射了另一艘太空船月球勘探者号，任务是围绕月球运行和测绘月球，直到1999年7月，这时科学家希望在月球极地附近进行着陆，以便送回可供检测的冰水样本。令人遗憾的是，并没有检测到冰。最近，欧洲宇航局（ESA）发射了智能1号，它是一个小飞船，需经16个月的飞行才能到达月球，它的主要目的是检验太阳电驱动技术。智能1号于2003年发射，预定2004年抵达月球。日本也在2004年发射月球探测器，中国也有登月计划。在经过大约30年的沉寂之后，月球现在又一次成了太阳系的探索目标。

经过许多次的访问，我们已经知道了月球很多事情。它的年龄和地球几乎相同：大约为45亿年。氧同位素的相对丰度和比例暗示，两个星体在形成时曾互相靠得很近，不过关于形成过程的细节，各种理论说法不尽相同。月球会不会像一滴染料一样，是从地球“甩出来”的呢?要真是这样，地球必须旋转得非常之快，这个想法不乏支持者。它会不会也和地球一样，是由同样的星子（组成行星的物质）在差不多同样的时间里结合或凝聚在一起的?如果是这样，为什么不是两个“行星”而是一个?或者，会不会是当月球路过时，地球把月球“捕获”进了它的引力场?或者，也许是，在地球形成的早期，当它还处于熔融状态，内部正有许多小星子在缓慢转变时，一颗大的“残余”星子冲击了它，使得地球和星子的一部分蒸发，熔融的碎片喷撒在围绕地球的轨道上，这些碎片最终成了月球。

月球探索留给我们最重要的遗产也许是对月球更多的理解，对地球更多的欣赏，还有破解太阳系某些奥秘的关键线索。当我们近距离审视月球时，看到的只是一片荒凉的世界，这个世界太小了，其质量不足以拉住大气。月球和地球不一样，它是一个发育不良的世界，只有过去，没有发展或变化——这个世界是如此的安静（只有等到下一次撞击），以至于宇航员在它的尘埃表面上留下的脚印可能会保留100万年。如同化石可以告诉我们太阳系和地球的历史一样，我们到月球的旅行已经告诉许多关于我们自己和我们生物圈里其他成员的知识，于是我们对自己存在的稀有性留下深刻的印象。

当然，下一步，我们将转向探索最近的邻居行星——金星。

被遮掩的金星

在早晨或者在黄昏的天空中常常可以看到一个明亮的发光体，那就是金星，它是我们最近的行星邻居。有人把金星看成是地球的孪生兄弟，它的直径、大小、密度和地球差不多。两者相距仅2600万英里，沿类似的轨道围绕太阳旋转。但奇怪的是，即使用最强大的光学望远镜也无法透过围绕在金星周围的厚厚的云雾，正是它阻挡了我们的视线。

科幻作家、天文学家和行星学家都在作种种推测，也许云层下藏着的是一个多雨炎热的行星，到处都是充满生命的海洋和丛林。我们看不见其表面，但是确信云层意味着水蒸气，而水蒸气也许意味着生命，甚至可能有智慧生命。这一想法很难打消，但是从20世纪30年代起，射电天文学和光谱学开始给出线索，如此的大气和温度不可能隐藏我们所知的生命。到了1961年，微波天文学使我们进一步认识了这颗行星的旋转方向和速率、大气温度、密度和压力以及粗略的地形学概念，但仅在第一次行星探测使命之后，我们才开始完全肯定，地球和金星有截然的不同。

在1961年至1989年之间，美国和苏联向金星发射了20多次太空飞船，大多数都是成功的。探测器探测了大气的上层、中层和底层，分析了化学特性、云层运动、压力和温度。苏联发射了几台登陆车，穿透云层，送回金星多岩平原的照片。它们传递了地面温度的读数和更多的大气分析资料，并且用轨道飞行器测绘了表面。

美国的水手10号太空船发射于1973年，1974年初在去水星的途中飞经金星，对金星作了一些有趣的观测，其中包括各种照片，其分辨率是地球拍摄的7000倍。

1978年，美国发送两艘先锋号太空船：先锋12和先锋13。先锋13携带4台大气探测器，部署在大气的不同部分，采集温度、压力以及风向等数据。但先锋12是研究金星的主角，先锋12设计成能围绕金星运行243天，并持续十年发送科学数据。到了1988年，先锋12已经送回10万多亿比特的数据，其中包括对极端温室效应的描述，这一温室效应俘获了太阳的热，使金星的表面温度高达900°F。

在1978年到1983年间，苏联成对地发送了6个金星探测器（金星11到金星16），大多数是登陆车。它们都送回了有价值的细节，其中包括金星地表的彩色照片、钻孔取出的土壤样品分析和地震实验资料。1984年苏联又发射了两艘太空船：织女1和织女2，上面搭载了来自好几个国家的实验装置，并且在金星任务完成后继续飞行，与哈雷彗星会合——这是第一次对彗星的访问，也是一次国际协作。

当美国1989年向金星送出的麦哲伦号太空船1990年到达以后，根据有关金星的所有数据，一幅新的图景开始形成。尽管有一些技术困难，麦哲伦号仍然送出了极好的金星地表雷达图像，完成了金星旋转一整圈243天的雷达测绘。麦哲伦号还显示了被地壳力撕开的和被灼热的风破坏的地表，以及地壳严重变形，被强烈的火山爆发摧残的情景。

大体说来，金星的景象与想象中绿色而充满生机的行星大不相同。透过表面一层厚厚致命的硫酸云，一缕暗淡的桃色光穿透进来。微风吹拂着这块贫瘠而又充满尘埃的高原沙漠，这里的温度竟高达891°F。在上层大气中，风以217英里每小时的速率驱赶着头顶的云层，这一速度竟比金星那反常的逆向转旋还要快60倍。远处，剧烈的闪电照亮了锥形火山上方笼罩着烟雾的天空，正如美国水手5号科学小组的技术备忘录所说：“金星似乎在提供发烫的热量、窒息的大气、沉重的压力和雾蒙蒙的天空，也许还要加上可怕的气候和恶劣的地形。”

烤焦的水星

水星像是一只小飞蛾围绕着亮光盘旋一样，是最接近太阳的一颗行星。它飞快地沿着椭圆轨道掠过极亮的太阳附近，使我们很难用望远镜观测。它的表面在几十亿年的过程中被烤焦，看来就像是备受燃烧的磨难。

但实际上，水星是一颗经受太阳烘烤，由岩石和铁组成的具有密集质量的行星。它绕太阳旋转一周，只需88个地球日，与太阳这一火炉的平均距离为5800万英里。结果，它成了从地球上最难观测的一颗行星，只有早晨和傍晚的短时间内才有可能观测到。即使望远镜的发明也没有把水星更好地带入镜头。

1974年3月水手10号到达水星。它装备有避免太阳辐射的特殊防护，飞到距水星表面仅437英里的地方以便近距离观测。它携带了两台附有5英尺望远镜的电视摄像机，一台X频带射电传输器、红外辐射计以及紫外实验设备，向地球发回了近2500张图片。在与水星的天空擦边而过后，太空船绕过太阳又有两次回到水星身边，在1974年9月和1975年3月发回了大量照片。

当第一批照片从水星返回时，科学家对这颗行星与月亮的酷似留下了深刻的印象。从水星被烤焦的表面坑坑洼洼，他们得出结论，水星的地质学历史在许多方面一成不变，在大约39亿年以前，曾有无数陨星对它狂轰滥炸。

实际上，月球比水星还要平整些。除了一个名叫卡洛里盆地的巨大平地以及少许其他的小块地面，整个水星遍布陨石坑。还有，当科学家相信月海（月球表面宽阔平整的黑色区域）由熔岩流造成时，大多数人对卡洛里盆地的形成却持完全不同的观点。有些证据表明，水星上曾有火山活动的遗迹，包括某些部分得到填充的盆地，但是，庞大的卡洛里盆地也许是水星历史上最奇异和最重要的事件形成的：也许是和一个巨大的小行星碰撞的结果。

行星科学家从这些证据猜测，有一个小行星——直径可能大于60英里——在很久以前撞上了水星，夷平了跨度大约为850英里的面积。当它以315000英里每小时的速率冲击水星时，这一庞大的抛射体永远地改变了水星的面貌，形成了陨石坑，并把陨石坑周边的山峦加高了一英里半。有些专家甚至认为，水星杂乱无章的背面，可能也是由针对水星的巨大冲击波撞击而形成的。

许多天文学家认为，这一剧烈撞击也许是行星演变过程中最后一件重大事件。再从水手10号照片的地壳破裂及其他证据判断，他们推想水星在撞击之前曾经历过明显收缩，也许是由于铁核的冷却或行星自转的减慢。此后，水星显然停止了演化。显然水星是在39亿年前那次毁坏月球的大撞击的同一时期之末“死亡”的。

水星表面的原始状态就像是一幅快照，把我们拉回到过去的时期，得以窥见太阳系演变和起源的细节。这是行星科学中的主要进展。