第五章(3 / 3)

現在,隻需要使用在任何百貨商店裏都能買到的普通天文望遠鏡,任何人都能比伽利略更清晰地觀察到土星的環。然而,土星的環對現代人來說,仍和400年前一樣是一個謎。任何初次觀測土星的人,都會在望遠鏡前驚得目瞪口呆。美國航空航天局艾姆斯研究中心的天文學家傑夫?古奇說:“盡管已過去了這麼長時間,我們仍不知道土星的環起源於什麼。”天文學家們曾經認為,土星的環是與土星同時形成的——8億年前,太陽和太陽係中的所有行星均從旋轉的星際氣體雲中聚合而出。古奇說:“但是,近來有越來越多的天文學家意識到,土星的環其實不應該像土星本身那麼古老。”

古奇猜測認為,幾億年前一一也就是最早期的恐龍在地球上遊蕩之時,土星還沒有明亮的環。接著,發生了驚天動地的事——一顆來自太陽係外側、月亮般大小的天體在從土星附近飛過時,被土星強大的潮汐力撕裂成碎片;或者,一顆小行星撞擊了土星已有的衛星之一,也產生了大量碎片。這些碎片包圍了土星,最終就形成了今天所見的土星環。

組成土星環的粒子大小從不到1毫米至幾米不等。古奇說,如果把這些粒子聚合在一起,就可形成一顆直徑達100千米~200千米的冰質衛星——就像土星今日的衛星米馬斯。

土星的環之薄,簡直令人驚奇。古奇說:“土星的環有25萬千米寬,卻隻有幾十米厚。如果把它的麵積看做是舊金山市那麼大,那麼它的厚度還不到一把剪刀刃的萬分之一。”

土星的環為什麼會這麼薄呢?古奇認為,土星的環最初像油炸麵圈那麼“胖”,但環中粒子之間的碰撞是非彈性的,隨著時間的推移,環就變得越來越扁平,越來越薄了。非彈性碰撞是指像兩團泥土碰在一起時那種不產生反彈的碰撞。如果環中粒子發生了較大規模的上下垂直運動,碰撞效應也會阻礙這些運動。這樣,環中粒子最終就“定居”在了它們的平均軌道麵上,環也就從油炸麵圈變成了老式的留聲機唱片形狀。

至於為什麼說土星的環還很年輕,古奇認為有兩個理由。首先,土星的環很明亮,還像新的東西一樣閃光。這初看有些不可思議,但細想一下隨著土星圍繞太陽運行,伸展得很寬的土星環會掃蕩由彗星和小行星碎片組成的太空塵埃;假如土星環比幾億年古老得多,那麼長期累積的太空塵埃就會令環變暗。而當今所見的土星環很明亮,因此暗示它並不古老。其次,在土星環的最遠區域運行的小衛星會盜取環的角動量。古奇推測認為:“在未來幾億年中,土星環的外半層會朝著土星本身坍塌,而那些被稱為‘牧羊星’的小衛星則會被拋向遠方。這是一種年輕的動力係統。”換句話說,如果土星環不是這麼年輕,上述後果早就該出現了。

也許很難想象,在上述兩個理由中,第一個(即明亮的環)比第二個(即角動量)更不確定。古奇解釋說:“因為我們還不清楚土星軌道中是否有足夠的塵埃來玷汙土星環,並讓環變暗。”

20世紀80年代早期,當“旅行者號”飛船探訪土星時,曾拍下了土星的許多近距離照片,顯示土星環中有許多奇怪的現象,包括“棍子”、“辮子”和“波紋”,其中一些“小波紋”呈螺旋狀。古奇認為,如果哪位宇航員有朝一日能在土星環中飛行,就會發現這些“波紋”其實是一些不太劇烈的隆起——高幾千米、寬幾百千米,它們每幾天或幾周繞土星環運行一圈。這些螺旋形“波紋”是由來自土星衛星的引力拖曳而形成的,而這些衛星正是吞噬土星環角動量的那些“家夥”。

土星環中諸如“棍子”、“辮子”以及不規則“波紋”等的其他怪異現象,目前仍然是謎。其中一些可能是太空岩石鑽進土星環時的跡象,另一些則可能是尚未被發現的更小衛星在土星環中“乘風破浪”時的跡象。究竟是否如此,將環繞土星數年的“卡西尼號”應該能找到確切答案。

在許多科幻小說中,外星人都對土星感到驚訝不已,就好像它們自己的太陽係中沒有像土星這麼美麗的有環行星。按照古奇的說法,土星的環或許真的是罕有的奇觀。“如果土星的環正如我們所想象的那樣短命,我們真的應該為現在還能看到它而感到幸運哩!”

實際上,我們的太陽係中還有其他大行星也有環,但它們的環遠不如土星的環明亮,也比土星環的質量小許多。現在已知,當木星的衛星遭到隕星撞擊時,飛出的殘片就形成了木星的環。但還無人知道,海王星和天王星的暗色的環是由什麼構成的,不過,古奇認為它們也是由小行星撞擊小衛星時飛出的殘片形成的。

如果古奇的猜測無誤,數億年之後,土星的環將向內塌陷,那時我們的太陽係將比現在遜色一些。也許,那時的人類星際旅行者將在其他銀河係裏看見數不清的有環行星,反而不再關心土星發生了什麼事了。另一方麵,也許土星的環確實是銀河奇觀,遙遠未來的超級工程師們將能測量並保存它。

究竟如何,無人知道。我們能確信的隻是土星環現在還很可愛。如果它真的正在消失,那就不僅可愛而且珍貴了。所以,千萬不要丟掉觀測、欣賞它的機會喲!

【月球起源之謎】

對於月球的起源,科學家提出三種理論:俘獲說、同源說和地球分裂說,它們全都有缺陷,但是“阿波羅”計劃卻有助於證明,其中看似可能性最小的理論卻是最佳理論。

1974年以前,對月球的起源存在下麵三種假說:一種認為月球是地球的“夫人”,即俘獲假說,認為月球原先是太陽係裏的一顆普通的小行星,在一次偶然的機會中它行近地球時被俘獲,而成為地球的衛星。

第二種認為月球是地球的“女兒”,即分裂說,認為最初月球隻是地球赤道的隆起部分,在太陽的引力和地球的快速自轉作用下,月球“飛”了出去,分裂為衛星。

第三種認為月球是地球的“姐妹”,即同源說,認為月球與地球是從同一片原始星雲中凝聚生成的。

“俘獲說”雖然能解釋月球和地球在成分上的明顯差異,但使用電子計算機的模擬表明,由於月球與地球質量相比達到1/81,遠遠超過太陽係中其他衛星與所繞轉的行星的質量比,地球要俘獲這樣大的一顆星做衛星幾乎是不可能的;況且月球又在近圓的軌道上繞地球轉動,質量相對巨大的月球被地球俘獲後又要出現這樣的一種運行狀態,這種可能性幾乎等於零。

“分裂假說”存在著動力學上的致命弱點。假如月球真像這一學說提出的那樣,它是由於原地球的高速自轉,從原地球中分離出去的。按照角動量守恒的原理,目前的地月係統應該保留當時原地球的巨大角動量,這就像快速自轉的冰上芭蕾舞演員不論他兩手伸開、轉速較慢,還是兩手收攏、轉速加快,他的角動量應該守恒一樣。但計算表明,目前地月係統的角動量已經遠較能分裂出月球時的原地球小得多。那麼巨大的角動量又損失到哪裏去了,分裂說無法作出合理的解釋。

同源說則無法解釋,為何月球目前的成分與地球有如此大的差異,例如它難以說明:地球是鐵多矽少,月球是鐵少矽多;地球鈦礦很少,月球卻很多;月球密度比地球也低得多。

這樣看來,月球很可能既不是地球的“夫人”,也不是地球的“女兒”,更不是地球的“姐妹”。1974年,美國天文學家哈特曼(W. Hartmann)和戴維斯(D. R. Davis)提出了一個碰撞分裂假說,認為在45億年前,原地球受到一個質量與現在火星相當的天體的深度掠碰,於是地殼和地幔的一部分被拋擲出去,撞出的一部分殘屑慢慢降回到地球上,另一部分則凝縮成繞地球轉動的月球。由於月球是由原地球中低密度的地殼和地幔組成的,因此所形成的月球其密度必然比地球小得多。

從這以後,-些科學家對這一假說進行了改進和完善,從而越來越多地解釋了當今月球的特點。於是它成了當今很多人讚同的學說。如果硬要把月球的起源歸屬地球的“夫人”、“女兒”和“姐妹”三種模式中的一種的話,那麼它隻能歸人地球的“女兒”這一類中,或者說它是其他天體與地球掠碰所生的“女兒”。

月球的起源問題研究的是40多億年前月球怎樣誕生,無疑它是一個十分困難的問題,目前還無法徹底解決。但是,隨著世界各國科學家的不斷探索,這個難解之謎最終一定能被揭開。