第六章 走進太陽係(1 / 3)

太陽係是由太陽、行星及其衛星、小行星、彗星、流星和行星際物質構成的天體係統家族。在這個家族中,離太陽最近的行星是水星,向外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

· 太陽係是如何形成的 ·

地球上之所以能有生命存在,首要功勞應該屬於太陽。

人們對太陽很是關心,也關心和太陽有關的太陽係。太陽係比其他星係更加重要,因此科學家們都熱衷於探索太陽係的起源,那麼太陽係是如何形成的呢?目前主要有以下幾種說法。

大爆炸說:按照大爆炸理論,整個宇宙都是在大爆炸中形成的,爆炸後其碎片速度膨脹,體積逐漸增長了幾倍、幾百倍,甚至上萬倍、上億倍。在膨脹的過程中,產生了氣團,氣團又產生了核聚變,恒星便由此形成了。而在恒星逐漸成長的過程中,會因為引力被其他恒星吞噬或者吞噬碎片來壯大自己,太陽就是這樣形成的。太陽形成後,周圍的碎片還有很多,這些碎片會逐漸膨脹,與其他碎片因為引力而相遇、相撞,有些會以固態的形式保存下來,固態物質會不斷地吞噬其他較小的物質,然後不斷壯大,成為較大的物質,直到形成行星和衛星的係統。而在這個係統中,其他碎片會在漫長的歲月中逐漸穩定下來,並且在引力的牽製下找到了適合自己的位置,太陽係由此形成。

星雲說:根據恒星演化理論,太陽係中的物質都是由一團星雲形成的,這團星雲大約在46億年前形成,主要成分是氫分子,經過不斷地收縮冷卻,星雲的中心部位形成了太陽,而星雲的外圍部分則形成了各顆行星。這個說法是由康德提出來的,康德認為太陽先形成,然後是行星,而法國的拉普拉斯則認為是行星先形成,然後是太陽。雖然他們的說法有差異,但是他們都認可太陽係是由星雲形成的。

災變說:這種說法認為太陽係是由於災變而形成的。在某次災變中,有顆恒星或者彗星從太陽附近經過,由於受到太陽引力的吸引,兩者相撞,一部分物質在碰撞中被分離出來,而這些物質就形成了後來的行星。這種說法具有取巧性,即先要有太陽那樣的恒星存在,然後有恒星或者彗星經過,這是兩個必要的條件。按照這個說法,太陽係的形成是偶然的,但是整個宇宙中星係非常多,行星更是數不勝數,不可能都是偶然形成的。另外,如果撞擊太陽的星體質量很小,那麼它不可能把太陽中的物質碰撞出來,反而會被太陽吞噬。相反,如果是質量比太陽大的星體,那麼就更不合理了,根據引力定律,應該是太陽被質量大的星體吸引過去,所以這種說法是不可能的。

俘獲說:這種學說的前提是太陽首先存在,然後一些星際物質恰好經過太陽附近,被太陽引力吸引過去,即被太陽俘獲,然後這些物質開始做加速運動,就像滾雪球般不斷地壯大,最後成為行星。

通過以上幾種假說,我們可以看到它們之間存在一個共同點,那就是對太陽係中行星是如何形成的很重視。根據他們的猜測,行星的形成方式大致有五種:第一種,先形成質量很大的原行星,然後演化為行星;第二種,根據德國物理學家魏茨澤克的“旋渦說”,先形成湍渦流的規則排列,然後在次級渦流中形成行星;第三種,先凝聚成大小不一的固體塊,即星子,然後由星子進一步凝聚成行星;第四種,先形成環體,然後形成行星;第五種,先形成中介天體,然後再結合成行星。這五種形成方式是根據科學家的猜測提煉出來的,並不是說行星一定是由這五種方式形成的。

就目前來說,“星雲說”是較為科學的說法,但這種說法也有很多不足之處。

· 距離太陽最近的水星 ·

水星,也被稱為辰星,是太陽係中公轉速度最快的行星。

水星也是八大行星中體積最小的行星,雖然小,但是仍比月球大1/3。在太陽係的行星中,水星擁有最大的軌道離心率和最小的轉軸傾角,大約88天便能夠繞太陽一圈。

在公元前5世紀,水星被認為是兩顆不同的行星,因為水星經常交替出現在太陽的兩側,因此古代人還給它起了兩個名字:當它在傍晚出現時,被稱為墨丘利,這也是水星英文名字的由來;在白天出現時,被稱為阿波羅,是為紀念太陽神阿波羅的。直到畢達哥拉斯指出這兩顆行星是一顆行星時,人們才發現了以往的錯誤。

水星是太陽係中很獨特的行星,之所以說它獨特,是因為以下幾個方麵:

首先,水星是太陽係中最接近太陽的行星,距離為5790萬千米,這個距離是太陽到地球距離的0.4倍。到目前為止,還沒有發現與太陽更近的行星。按說離太陽這麼近,水星應該是非常明亮的,從地球上觀察的話,應該很容易被看到,而事實上卻不是這樣,水星離太陽太近,除非有日食,否則一直被太陽的光芒籠罩著,是很難被發現的。所以,在北半球通常隻能在淩晨或者黃昏時看見水星,又或者等太陽直射點轉移到赤道以南時,人們才能在黑夜中看到水星。

其次,水星是八大行星中最小的一顆,引力也非常小,但是水星卻像地球那樣有一個大氣層,不過這個大氣層相當稀薄,而且在太陽的照耀下,水星大氣層被迫轉移到背陽的一麵,因而導致了水星表麵的溫差非常大。向陽的一麵,由於沒有大氣調節,溫度非常高,可達到430益;而背陽的一部分,在夜間溫度最低為-160益,晝夜溫差接近600益。晝夜溫差如此之大,因而科學家推測水星上不可能有生物存在。

水星的地貌也很獨特。表麵跟月球很相似,布滿了環形山、大峽穀、高山、平原、懸崖峭壁等,其中環形山大約有上千個,跟月球的環形山相似,不過坡度比月球要舒緩一些。水星上最熱的地方是卡路裏盆地,直徑為1300千米,當水星運行到近日點時,太陽直接照射在這裏,因而溫度非常高。科學家猜測這個盆地很有可能是因為行星撞擊產生的。水星的地勢起伏很大,造成這種現狀的原因是起初水星核心冷卻收縮時引起了外殼起皺。由此可以推斷,火星表麵上比較平坦的地區,都是後來形成的,或者是因為熔岩灌入導致的。

太陽係中,除了地球外,水星是密度最大的行星。水星從表麵上看,和月球很相似,然而內部卻像地球一樣,分為殼、幔、核三層。科學家推測水星的外殼是由矽酸鹽構成的,中心有個由鐵、鎳和矽酸鹽等成分組成的內核,所含有的鐵的百分率超過目前已知的其他行星。科學家推算,水星中鐵含量為2萬億噸,按照地球目前的年產量來計算的話,水星上的鐵足夠人類開采千億年。由此可知,科學家提出去其他星體上尋找地球的替代能源是非常有道理的。

按照水星的成分來說,水星的質量應該更重一些,但它並沒有那麼重,這可能是由於被微星體撞到後失掉了一部分。還有個說法是水星存在的時間可能比太陽還要長久,在太陽爆發能量之前,水星就已經很穩定了,那個時候的水星質量大概是現在的兩倍,但是由於原恒星坍縮,溫度上升,水分蒸發,形成岩石蒸氣,被星係風暴卷走,因而導致質量下降。

由於水星距離太陽很近,受太陽引力影響,其軌道運轉速度比其他行星要快許多。據科學家推算,其速度為每秒48千米,人若按照這個速度,隻需要15分鍾就能圍著地球跑一圈。同時,水星的公轉速度也是非常快的,繞太陽公轉一周隻需要約88天,而地球繞太陽公轉一周需要365天。

雖然繞太陽公轉的時間很短,但是水星的“一天”卻十分漫長,和地球做對比的話,地球自轉一周就是一晝夜,水星自轉三周才是一晝夜。據推算,地球上過去了176天,水星才過去一個晝夜。這倒應了“天上一日,人間一年”的說法,但對於日出而作、日落而息的地球人來說,是很難適應水星上的晝夜變化的。

隨著科技的發展,科學家從太陽係中發現的衛星越來越多,然而水星沒有自然衛星,唯一靠近過水星的衛星是美國探測器水手10號。水手10號在1974—1975年探索水星時,隻拍攝到水星大約57%的表麵。

很多人通過望遠鏡見過“水星淩日”的現象,即當水星運行到太陽和地球之間時,我們就會看到太陽上有個小黑點穿過。這個原理和日食、月食很相似,水星和地球繞太陽運行的軌道不在一個平麵上,而是有一個傾角,當水星和地球的軌道在同一平麵上,水星、地球、太陽又處在同一條直線上時,就會發生“水星淩日”的現象。隻不過水星離太陽太近了,能遮擋的太陽麵積很小,因而不能讓太陽光減弱,所以人們用肉眼通常是看不到“水星淩日”的,隻能借助於望遠鏡。“水星淩日”可能發生在一年的5月8日左右或者11月10日左右,但是由於水星和地球的公轉軌道存在一定的夾角,因此這種天象每一百年大概發生13次。

水星是太陽係中非常獨特的一顆行星,它身上仍然有不少的秘密等待著人們去挖掘、去了解。

· 小型地球——火星 ·

火星的上空飄著淡紅色的雲彩,整個天空呈橙色,而不是地球上我們看到的藍天白雲。

火星的大氣層很稀薄,主要是二氧化碳,如果你想在火星上行走,那麼至少需要一個氧氣罐。另外,你會看到火星的表麵是坑坑窪窪、荒蕪原始的,這會讓你想起“盤古開天辟地”時的場景,你也會看到上千個大小不一的環形山,以及巨大的峽穀,其中最大的峽穀叫作“水手穀”。峽穀十分陡峭,你甚至能通過痕跡推斷出這裏曾經發生過陷落或者山崩。

在赤道地區,你可以看到不少幹涸的河床,河床寬闊而彎曲,最長的約 1500千米,寬達60千米,你甚至可以看清一些大河的支流,你會覺著這裏曾經有水流過,或者是個湖泊,也許這裏曾經森林茂密、鳥語花香,珍禽異獸數量很多,也許還會有“火星人”存在。

環繞火星的衛星證實了巨大的隕石坑曾經是一個火山湖。火星車在一個水流的沉積物成扇形的三角洲著陸而發現了它。這個65千米寬的隕石坑,雖然已經徹底幹枯了,但是種種跡象表明古老的火星上曾經很濕潤。三角洲位於火星南部高地的厄伯斯華德隕石坑,看起來像是一個向右邊凸進的半圓。它是在37億年前一次小行星的猛烈撞擊下形成的。隕坑隻有右邊是完整的,其餘的被一個由後來隕石猛烈撞擊形成的更大的霍爾登隕坑所掀起的碎屑覆蓋。這就是原始的火山湖。

在火星的兩極地區,能看到“極冠”,極冠是白色的,因而顯得很突兀,夏天的時候,它會收縮變小;等到了冬天,又會擴大。近年來有科學家確認,極冠是由幹冰組成的。極冠看起來很像是覆蓋在火星南北兩極上的冰雪。

火星上還有另一種獨特的現象,那就是塵暴。在一年之中,火星至少有四分之一的時間看起來像是一片橘紅色的雲,這是因為火星土壤中鐵含量非常高。火星幾乎每年都要刮一次特大風暴,在地球上,我們更熟悉的風暴是台風,台風的風速是每秒60多米,而在火星上則能達到每秒180多米。塵暴會逐漸蔓延開來,致使整個火星狂沙飛舞。科學家經研究發現,之所以產生塵暴,是因為火星運行到近日點時,太陽對火星表麵的加熱作用較大,導致熱空氣上升,塵埃揚起;等到太陽加熱作用減弱,火星上溫差減小後,塵暴就會慢慢地平息下來。

1877年,美國科學家發現火星有兩顆衛星。火衛一離火星不到10000千米,運行速度非常快,從火星上來看,它是西升東落的,而且一般每天有兩次西升東落的過程。但是由於它距離火星太近,所以無論站在火星的什麼位置都無法從地平線上看到它。火衛二離火星稍微遠一些,有20000多千米,從火星上看,它是由東升西落的,而且通常五天多的時間才能看到它東升西落一次。這兩顆衛星形狀都不規則,運行軌道也不穩定,火衛一有不斷加速的現象,而火衛二看起來正在慢慢地遠離火星。

行星中最讓科學家感興趣的就是火星,因為火星和地球有著很多相似之處,有“小型地球”的稱號。雖然火星上晝夜溫差較大,空氣中二氧化碳濃度太高,缺少足夠的氧氣,但是科學家已經根據火星的情況提出了“千年改造計劃”,即首先對火星加熱,使其升溫,製造溫室效應,改善火星的空氣,多種樹,建立火星生態係統,增加氧氣的含量;其次是建立火星農業、工業等體係,讓生活在火星上的人能夠自給自足;再次是建造房子等生活基礎設施;最後是火星旅遊或者火星移民。

目前已經在火星上發現有水的痕跡,等到時機和技術條件成熟時,火星也許會成為人類移民外星的第一選擇。

· 火星上有生命嗎 ·

一直以來人們被認為火星上可能存在生命。

火星和地球存在著許多相似之處,如都有晝夜之分;自轉周期和地球相近;都有四季變化;都有大氣層等。多年來,人類總是不斷地向火星發射探測器,希望能夠在火星上發現生命形態。

自20世紀60年代中期至今,人類對於火星的探索就沒有中止過,美國和蘇聯相繼發射宇宙飛船,從飛船傳回的照片來看,火星表麵坑坑窪窪,很像月球,而且還有許多的環形山。檢測火星大氣時發現,空氣中含有氧、氮、氫、碳等基本元素,這些元素都是生命存在的必要元素。

不久後,美國科學家發現,火星上有兩個地方可能存在水分。從“海盜號”著陸器傳回的資料來看,這兩個地區的水蒸氣相比火星其他位置要多十倍,因而科學家斷言火星上有地下水,但是沒有發現液態水。有科學家根據火星上的大氣構成、河床等猜測,火星上有生命存在過,至少有低級的生命形態。

美國於2003年發射了“勇氣”號和“機遇”號火星車,2007年發射了“鳳凰”著陸器,2011年發射了“好奇”號核動力火星車,這些先進的探測器可以幫助科學家們進一步了解火星。雖然目前還沒發現生命存在,但是探測器在火星上發現了冰凍水,而水是生命存在的必要條件,沒有水就沒有生命。

科學家們發現火星上有許多幹涸的河床,這似乎暗示了火星上曾經有過河流,然而現在隻剩下了幹涸的河床,如果曾經有水存在,那麼那些水去哪裏了呢?科學家指出,在火星早期,火山頻繁爆發,噴出了大量氣體,這些氣體讓火星溫暖如春,因而火星上的冰層被融化;但是後來火星上火山爆發的強度越來越弱,次數越來越少,使得火星上變得又幹又冷,所以才會河流枯竭隻留下河床。但不管怎樣,冰凍水的發現讓科學家感到很興奮,這表明火星是很有可能存在或者曾經存在過生命的。

冰凍水的水域麵積有近6萬平方千米,水深近300米,大約有114個青海湖的水量。據估計,在火星上,不同位置的冰凍水的深度是不相同的,在火星南緯60毅的地區,向下挖60厘米才能看到冰凍水,而在南緯75毅的地區,隻需向下挖30厘米就能看到冰凍水。除了南半球,火星的北半球也有類似的冰凍水。

科學家還在火星上發現了一種叫作“斯蒂文石”的土礦,這說明火星上可能曾有生命存在。這種土礦曾在地球上發現過,隻有最早期的微生物才能形成這種土礦,因而科學家猜測,火星上可能存在類似的微生物。將微生物與土礦聯係在一起的是澳大利亞科學家鮑勃·布爾納,在此之前,科學家認為“斯蒂文石”土礦隻有在極端條件下才能形成,因而布爾納的這個發現引發了科學家對火星是否存在生命的一係列疑問。

布爾納說:“從表麵上來看,火星上的‘斯蒂文石’可能是由於極端環境形成的,比如火山爆發等,但是我們在研究中發現,這種黏土礦也是可以由微生物形成的。這個發現,或許能夠幫助我們探索火星上是否存在過生命。”