书城科普宇宙未解之谜
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第11章 行星之谜(3)

木星难道仅仅是行星吗?为什么不能把它看作是颗未来的恒星,看作是正在向恒星方向发展的天体呢?读者也许会惊讶:这样提问题是否太荒唐了?上世纪80年代初,苏联科学家苏切科夫提出木星也许是一颗正在发展中的恒星这种新见解之后,确实遭到了不少非议。但是,苏切科夫的意见也并非“空中楼阁”,毫无依据。他的主要观点是:木星内部在进行热核反应,它有自己的热核能源,应该归到“能自己发热、发光”的恒星类天体里去。事情真是那样子吗?木星离太阳比地球远得多,它接受到的太阳辐射也少得多,表面温度理所当然要低得多。根据计算得出的结果,木星表面温度应该是零下168℃。可是,地面观测得出来的温度是零下139℃,与计算值相差近30℃,这无论如何不可能是由误差造成的。让探测器在木星附近进行测量,准确程度理应更高些。

“先驱者11号”于1974年12月飞掠木星时,测得的木星表面温度为零下148℃,仍比理论值高出不少,说明木星有自己的内部热源。木星内部结构图对木星进行红外线测量也反映出类似的情况。如果木星内部没有热源,它吸收到的热量和支出的应该达到平衡,地球和水星等类的行星的情况正是这样。木星却不然,它是支大于入,约大1.5~2.0倍。这超支的能量从哪里来呢?很明显,只能由它自己内部的热源予以补贴。木星是一颗以氢为主要成分的天体,这与我们的地球有很大的差异,而与太阳相似。木星与太阳这两个天体的大气,都包含约90%的氢和约10%的氦,以及很少量的其他气体。关于木星的内部结构,现在建立的模型认为它的表面并非固体状,整个行星处于流体状态。木星的中心部分大概是个固体核,主要由铁和硅组成,那里的温度至少可以有30000℃。

核的外面是两层氢,先是一层处于液态金属氢状态的氢,接着是一层处于液态分子氢状态的氢;这两层合称为木星幔。再往上,氢以气体状态成为大气的主要成分。具有如此结构的天体,其中心能否发生热核反应而产生出所需的能量来呢?许多人认为是可疑的,甚至是不可能的。况且木星的质量并没有达到太阳质量的0.07。比起太阳来,木星确实有点“小巫见大巫”。称“霸”其他行星的木星,体积只有太阳的千分之一,质量只及太阳的1/1047,即约0.001个太阳质量,而中心温度也只有太阳的五百分之一。有人认为,这并不妨碍木星内部存在热源,因为它是在木星形成过程中产生并积累起来的。苏联学者苏切科夫等的意见是颇为新颖的。他认为木星内部正进行着热核反应,核心的温度高得惊人,至少有28万度,而且还将变得越来越热,释放更多的能量。

释放的速度也将进一步加快。换句话说,木星在逐渐变热,最终会变成一颗名副其实的恒星。我国学者刘金沂对行星亮度的研究,从一个侧面提供了证据。他发现在过去很长的一段历史时期里,水星、金星、火星和土星的亮度都有减小的趋势,唯独木星的亮度在增大。如果前述四行星的亮度减小与所谓的太阳正在收缩、亮度在减弱有关,那么,木星亮度增大的原因一定是在木星本身。刘金沂得出的结论是:在最近的两千年中,木星的亮度每千年增大约0.003等。这无异对苏切科夫等的观点作了注释。此外,太阳不仅每时每刻向外辐射出巨大的能量,同时也以太阳风等形式持续不断地向外抛射各种物质微粒。它们在行星际空间前进时,木星自然会俘获其中相当一部分。这样的话,一方面木星的质量日积月累不断增加,逐渐接近和达到成为一个恒星所必需的最低条件;另一方面,在截获来自太阳的各种粒子时,木星当然也就获得了它们所携带的能量。

换言之,太阳以自己的日渐衰弱来促使木星日渐壮大,最后达到两者几乎并驾齐驱的程度,使木星成为恒星。这样的过程据说大致需要30亿年的时间。那时,现在的太阳系将成为以太阳和木星为两主体的双星系统;也有可能木星在其“成长”的过程中,把一些小天体俘获过来,建立以自己为中心天体的另一个“太阳系”,与仍以现在太阳为中心天体的太阳系,平起平坐。不管是哪种形式的变化,目前太阳系的全部天体,包括大小行星乃至彗星等,都将有较大幅度地变动。这种大变迁会带来什么后果呢?特别是地球和地球上的人类该怎么办呢?一种观点认为,事物发生变化那是必然的,至于是否像前面提到的那样,木星变成恒星那样的天体,这只是一家之见,何况还有30亿年的漫长岁月呢!像木星内部结构之类的问题,本来就是一个假说不少、争论颇多的领域。苏切科夫等人的观点只不过使得争论更加热烈而已。在目前的观测水平和理论水平不完善的情况下,像“木星是否正在向恒星方向演变”之类的重大自然科学之谜,不仅现在无法解答,即使是在可以预见到的将来,恐怕也未必能理出个头绪。在很长的一段历史时期里,它无疑将会一直成为科学家们孜孜不倦探讨的课题。

土卫六之谜

人们梦寐以求在外星球上发现生命。它最少可以为将来的人类开拓地球之外的第二家园。土卫六就带给人这样的希望,因此人类对土卫六多加注意和研究,就是可以理解的了。可是人类要实现自己的梦想,还有多少路要走呢?在这条路上还有多少问题要解决呢?土卫六土卫六(Titan,‘’泰坦星‘’)是环绕土星运行的一颗卫星。它是土星卫星中最大的一个。在1655年3月25日被荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯发现,它也是在太阳系内继木星伽利略卫星发现后发现的第一颗卫星。由于它是太阳系唯一一个拥有浓厚大气层的卫星,因此被视为一个时光机器,有助我们了解地球最初期的情况,揭开地球生物如何诞生之谜。

土卫六是土星最大的卫星,也是太阳系第二大卫星,大于行星水星的体积(虽然质量没有水星大),在太阳系中它的大小仅次于木星最大的卫星木卫三。但最近的观测也显示其浓密的大气可能使人们过高估计了它的直径,如同许多其他的卫星一样,土卫六比小行星134340(原冥王星)的质量和体积都要大。土卫六平均半径2575千米,质量1.345×1023千克,平均密度1.880×103千克/米?。土卫六环绕土星公转轨道半长径为1221850千米,偏心率0.0292,轨道平面与土星赤道面的交角为0.33°,公转周期15天22时41分24秒。土卫六的自转周期与公转周期相同,这一点与月球类似。土卫六有浓密的大气,主要成分是氮,表面大气压力1.5×105帕斯卡,表面温度-178℃。从惠更斯发现土卫六以来,至今已有300多年的历史,土卫六仍是一个待解之谜。

要想对土卫六有更深刻的认识,还需要人类不断地进行探索。天文学家们为什么特别看重土卫六呢?因为土卫六“天资”出众,所以受到天文学家们的青睐和器重。土卫六与众不同的“天资”表现在如下方面:首先,土卫六的直径为4828公里,在卫星世界中居第二位,比冥王星大许多,跟水星的个头儿差不多。它的质量是月球质量的1.8倍,平均密度为每立方厘米1.9克,约为地球密度的1/3,引力则为地球的14%。土卫六与土星的平均距离为122万公里,沿着近乎正圆形的轨道绕土星运动。它像月球一样,总以同一面向着自己的行星——土星。也就是说,如果在土星上看土卫六的话,永远只能看到土卫六的同一个半面。它的轨道基本上在土星赤道面内。你可以想一想,土卫六这么大的天体,沿着大约122万公里的半径,居然运动在近乎正圆的轨道上,这真是有点难以想象的事。如果让我们专门画这样一个圆,恐怕也是不容易办到的。足见天体演化中的自然奇观。第二,1944年,美籍荷兰天文学家柯伊伯对土卫六进行了系统地分光观测研究,发现土卫六上有甲烷气体,从而确认土卫六上有浓密的大气层。一直到现在,土卫六仍是太阳系内已知的60多颗卫星中有大气的唯一卫星,这怎能不受到天文学家们的特别偏爱呢?第三,根据土卫六的运动特征、物理状况和化学成分,天文学家们判定土卫六是和土星一起演化形成的,属于稳定卫星,不可能是土星后来捕获的小天体。一些天文学家曾一度将土卫六的质量、体积、表面重力、表面温度、大气成分、水和冰的含量、自转和公转等天体特征和天体环境与地球进行比较,目的是想从中获取有关早期生命物质演化的蛛丝马迹。

土卫六被认为是人类迄今为止发现的地球外最可能存在生命的卫星。土卫六是太阳系中唯一有大气层的卫星。在距土卫六表面约19公里处,“惠更斯”拍到了厚厚的一层云雾。科学家指出,这层云雾的主要组成物质极有可能是甲烷。在着陆之后,“惠更斯”还发现,土卫六表面物质正在不断蒸发,并产生更多的甲烷。据推测,早期地球上也存在大量类似甲烷的碳氢化合物。当科学家们闻到这股和早期地球相似的气体之后,欣喜若狂。参与此次计划的安德鲁·鲍尔博士兴奋得像一个孩子喊道:“天哪!这简直太不可思议了。在对传回的那些照片和数据进行分析之后,迷雾般的橙色星球由95%的氮气组成,剩下的气体则是甲烷和其他碳氢化合物。这些大气真的和早期的地球十分相似。这意味着我们真的美梦成真了。”同时,土卫六大气中还有一氧化碳和二氧化碳的痕迹,所有这些都使科学家联想到45亿年前的地球。有天文学家称,土卫六才是太阳系内找到地外生命的最佳地点。但是它的更多秘密还需要科学家们进一步去揭开。

天卫五之谜

天王星卫星五被发现的时间并不长,却有幸被人类的目光光顾。人们对天卫五的地形表象有多么惊奇,以至连科学术语都无法解释。相信随着人类的目光投向更多的星球,这样的情形将不会只出现一次。天卫五天卫五是天王星已知卫星中距其第十一近,也是天王星的大卫星中靠天王星最近的一颗。它是由Kuiper于1948年发现。它的公转轨道距天王星129,850千米它的卫星直径:472千米。“旅行者2号”为了继续飞向海王星,不得不飞近天王星以获得推动力。由于整个飞行的方向几乎与黄道面成90度角,所以只与天卫五十分接近。在“旅行者2号”飞近之前,由于天卫五不是海王星的最大卫星,也没有什么特别之处,因此也不可能被选为主要研究对象,所以当时对于这颗卫星几乎是一无所知的。然而“旅行者2号”却证明了这是一颗非常有趣的卫星。天卫五是由冰与岩石各半混合而成。天卫五的表面是由众多的环形山地形和奇异的凹线、山谷和悬崖组成。起先,“旅行者2号”带来的天卫五图片上的情景使人们困惑不解。

每个人过去都认为天王星的卫星的地质内部活动的历史极短。对那些进行现场直播的工作人员来说,如何去讲解这个至今仍无法解释的古怪地形是一项很大的困难。他们常用的那些深奥难懂的行话也已经无济于事了,他们不得不用一些诸如“^或v的钜齿图”、“跑道”、和“多层蛋糕”之类的术语来措述天卫五的奇异的特性。后来人们认为天卫五自其产生后经历过多次的粉碎与重新聚合(即原来十分光滑,然后经小行星或彗星撞击后被粉碎,最后靠其自身引力重新组合使表面奇特),并且每次都破坏了一部分的原始表面,露出一些内部物质。然而现在,另一更易被人们接受的理论产生了,那就是这些地形是由于熔化的冰而造成的。对于天卫五的奇异地形中熔洞和粉碎说都仅仅是理论上的推测。还需要更多的证据来增强这些理论的说服力。现在还没有再次探测天王星和海王星的计划。什么时候再去探访这奇异的世界?“旅行者2号”带回的资料将在很长时间里成为我们拥有的有关它们的唯一的信息源。