太陽(yáng)系十大奧秘（上）

張?jiān)獓?guó)

時(shí)至今日，人類雖已將探索宇宙的觸角伸向太陽(yáng)系之外的行星系統(tǒng)，但對(duì)太陽(yáng)系家園里的一些奧秘都仍然知之甚少。不過，憑借各路探測(cè)器在太空中“八仙過海，各顯神通”，太陽(yáng)系小心翼翼守護(hù)著的那些秘密也許就要被我們一一揭開了！

1 與眾不同的太陽(yáng)系

小個(gè)子靠前，大塊頭墊后！太陽(yáng)系的各個(gè)行星似乎是按個(gè)頭大小排列的。首先，靠近太陽(yáng)的是類地行星：水星、金星、地球和火星。它們以硅酸鹽巖石為主要成分，體積和質(zhì)量都較小，又稱巖質(zhì)行星。其次，距離太陽(yáng)較遠(yuǎn)的是類木行星：木星、土星、天王星和海王星。它們的體積和質(zhì)量巨大，且通常為氣態(tài)，亦被稱為氣態(tài)巨行星。因此，天體物理學(xué)家認(rèn)為，倘若存在其他“太陽(yáng)系”（即與我們太陽(yáng)系相類似的其他天體系統(tǒng)），那它的各個(gè)行星也必定如是排列，且一邊自轉(zhuǎn)，一邊忠實(shí)地圍繞其恒星公轉(zhuǎn)……

然而，事實(shí)并非如此！1995年被發(fā)現(xiàn)的首批太陽(yáng)系外行星，很快揭示了真相：與我們太陽(yáng)系的情形不同，離恒星最近的恰恰是一些氣態(tài)巨行星。它們受到恒星的強(qiáng)烈輻射，導(dǎo)致表面溫度很高，因此也被稱為“熱木星”，其公轉(zhuǎn)軌道極為接近其恒星的軌道，并且都接近正圓！

實(shí)際情形與原先的設(shè)想竟如此大相徑庭，令天體物理學(xué)家頗感錯(cuò)愕。簡(jiǎn)要做個(gè)總結(jié)吧：類地行星即巖質(zhì)行星，離太陽(yáng)較近，由所謂的耐火物質(zhì)構(gòu)成，能經(jīng)受早期太陽(yáng)所釋放的強(qiáng)大熱量；類木行星即氣態(tài)巨行星，離太陽(yáng)較遠(yuǎn)，主要由冰和氣體構(gòu)成，所受的太陽(yáng)輻射相對(duì)較少。而在我們的太陽(yáng)系里，氣態(tài)巨行星離太陽(yáng)十分遙遠(yuǎn)。簡(jiǎn)言之，在這一模型中，絕不存在熱木星！

接下來，天體物理學(xué)家試圖建立一些用來模擬其他“太陽(yáng)系”形成的數(shù)學(xué)模型，并尋求模型中方程組的解。他們成功地發(fā)現(xiàn)，在其他“太陽(yáng)系”中，氣態(tài)巨行星雖然在離母星很遠(yuǎn)的地方形成（這一點(diǎn)與我們太陽(yáng)系的情形相似），但它們并沒有待在原地，而是被迫“背井離鄉(xiāng)”。這是因?yàn)樗鼈冊(cè)谶\(yùn)行時(shí)因受到原行星盤（即在新形成的年輕恒星外圍環(huán)繞的濃密氣體）中塵埃和氣體的阻撓而減速，漸漸失去能量，越來越難以抵抗其恒星的引力。于是，這些氣態(tài)巨行星便沿著巨型螺旋軌道朝著它的太陽(yáng)徐徐前行，直至抵達(dá)現(xiàn)在的位置。接下來，它們是否會(huì)繼續(xù)這一飛蛾撲火般的旅程呢？對(duì)于其中一部分氣態(tài)巨行星而言，答案是肯定的：據(jù)天體物理學(xué)家的觀測(cè)，某顆氣態(tài)巨行星正在被其恒星吞噬！

原來如此。那么，為何我們太陽(yáng)系的氣態(tài)巨行星并未遭受相同的命運(yùn)？應(yīng)該說太陽(yáng)系非常幸運(yùn)，在這些氣態(tài)巨行星形成之時(shí)，原行星盤中的塵埃和氣體也隨之消失，于是，這些“幸運(yùn)兒”得以停留在原地！不過，這終究只是個(gè)特例，與“太陽(yáng)系”類似的恒星系統(tǒng)的情況多種多樣，不一而足。

2 金星大氣里潛伏著生物？

地球上的氣旋、龍卷風(fēng)、暴風(fēng)雪使人類深受其苦，然而，把它們與金星上的災(zāi)害天氣相比，簡(jiǎn)直是微不足道！不妨想象一下：在赤道附近，速度高達(dá)400千米/時(shí)的狂風(fēng)挾裹著云呼嘯前行，帶來一場(chǎng)能將你化成肉糊的硫酸雨；一個(gè)巨大的雙眼氣旋（大小是地球上氣旋的5倍）在金星的南極地區(qū)肆虐，它的成因至今仍是個(gè)謎。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)，在金星的紫外圖像上會(huì)出現(xiàn)輪廓多變、時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的奇特黑斑。這些黑斑之所以出現(xiàn)在紫外圖像上，是因?yàn)槟切┑胤經(jīng)]有紫外線反射回來，仿佛是什么東西或什么人把紫外線吸收了！

誰(shuí)吸收了這些紫外線？藏匿在海拔80000米處的到底是些什么？一個(gè)理論認(rèn)為，它們以活體的形式躲在云里，吸收太陽(yáng)光中的紫外線作為能源。有何不可？正如地球上的植物利用可見光進(jìn)行光合作用一樣，藏匿在金星云層里的這些生物靠吸收紫外線來制造有機(jī)物。

云里藏著有機(jī)體？這并非無稽之談。殊不知在海拔80000米處的金星高層大氣中，氣候條件要比金星表面適宜得多（此處溫度為10℃～20℃。而金星表面溫度約為460℃），氣壓可以承受，甚至還存在一些水！懸浮著的小水滴恰恰為一些微生物提供了絕佳的棲身之所。想想在我們生活的地球上，云里不也住著細(xì)菌嗎？

可惜，尚無任何證據(jù)能夠印證這一猜想。但令人欣慰的是，各路探測(cè)器仍將在金星上不輟耕耘。目前。歐洲空間局和美國(guó)航空航天局都在準(zhǔn)備未來幾年的金星探測(cè)任務(wù)。2010年5月，日本發(fā)射了首個(gè)金星探測(cè)器“拂曉”號(hào)，但該探測(cè)器沒能進(jìn)入適宜觀測(cè)金星氣象的預(yù)定軌道，遭遇失敗。

3 冥王星上有過生命嗎？

冥王星也能孕育生命？簡(jiǎn)直匪夷所思！這顆矮行星距離太陽(yáng)十分遙遠(yuǎn)（44億～73億千米），是一顆極度寒冷、荒蕪的矮行星（其地表溫度的平均值僅為～230℃），迄今尚未被任何探測(cè)器造訪過。我們不難想象冥王星上的情形：一個(gè)由氮?dú)?、一氧化碳、甲烷和?jiān)冰組成的冰凍世界。然而，美國(guó)威頓學(xué)院諾頓分校的科學(xué)家居然認(rèn)為在柯伊伯帶（現(xiàn)時(shí)我們所知的太陽(yáng)系邊界）也會(huì)有生命存在！

確實(shí)，在如今的冥王星上幾乎可以肯定不會(huì)有生命存在，但過去呢？杰弗里·柯林斯認(rèn)為，冥王星在幼年時(shí)可能經(jīng)歷過一段相對(duì)美好的時(shí)光，以致在其地下海中出現(xiàn)過生命！

不明白？好吧，為便于理解，咱們先說說冥衛(wèi)一——冥王星最大的衛(wèi)星。根據(jù)研究人員建立的模型，在早期太陽(yáng)系，冥王星可能曾和某個(gè)巨型天體相撞，撞擊產(chǎn)生的碎片繞冥王星運(yùn)行，逐漸聚合成冥衛(wèi)一。那次劇烈的撞擊可能使冥王星的溫度攀升了50%，這雖然不能令堅(jiān)冰瓦解，但至少揭開了其他一連串熱現(xiàn)象的序幕。

研究者認(rèn)為，冥王星因此有了一段充滿水的過去。在那次撞擊后，冥衛(wèi)一留在了冥王星的身旁，并繞其快速旋轉(zhuǎn)。相較于其他衛(wèi)星，冥衛(wèi)一的塊頭委實(shí)驚人，它的質(zhì)量約是冥王星的1/7（月球質(zhì)量是地球的1/81）。你或許會(huì)說，冥衛(wèi)一對(duì)于冥王星有著很強(qiáng)的引力作用，而且當(dāng)時(shí)冥衛(wèi)一距離冥王星很近，因此引力更強(qiáng)。在引力作用下，冥王星被拉伸成橢球體。這一拉伸可能導(dǎo)致巖石間的相互摩擦，從而使地核溫度升高，并使一部分包覆著冥王星巖石地核的冰層消融，形成一個(gè)地下海。

也許生命正是在這個(gè)地下海中繁衍。不過，關(guān)于這一點(diǎn)研究人員尚無法進(jìn)一步論證，畢竟掌握的資料極其有限。這個(gè)地下海有多深？位于巖層還是冰層（冥王星的內(nèi)核由巖石構(gòu)成，外面包覆冰層）？存在過多長(zhǎng)時(shí)間（在很久以前，地下海就再次結(jié)冰了。因?yàn)橼ばl(wèi)一漸漸遠(yuǎn)離冥王星后，它對(duì)冥王星造成的影響也相應(yīng)減弱）？

讓我們翹首企盼2015年吧，屆時(shí)。美國(guó)“新視界”號(hào)探測(cè)器將抵達(dá)冥王星，首次發(fā)回這顆神秘冰矮星表面的照片。希望它能為我們帶來更多關(guān)于冥王星過去的故事。

4 為什么天王星橫臥而行？

天王星的旋轉(zhuǎn)方式十分奇特，就如一個(gè)耍賴的小孩躺在公轉(zhuǎn)軌道面一樣。太陽(yáng)系其他行星的自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于太陽(yáng)系的軌道平面都接近垂直，唯獨(dú)天王星的自轉(zhuǎn)軸可以說是躺在軌道平面上的，傾斜的角度高達(dá)98°，幾乎是橫躺著繞日運(yùn)行。

長(zhǎng)期以來，研究人員認(rèn)為這是由于在形成之后不久，天王星遭受了某顆巨型天體的撞擊，導(dǎo)致自轉(zhuǎn)軸急速翻轉(zhuǎn)。這一設(shè)想頗具誘惑力，但遭遇了極大的難題。由于天王星的所有衛(wèi)星都在其赤道面（因天王星自轉(zhuǎn)軸的傾斜而傾斜）上公轉(zhuǎn)，因此它們的運(yùn)行軌道也跟著傾斜。然而，倘若事實(shí)如研究人員所假設(shè)的那樣——天王星遭受撞擊后急速翻轉(zhuǎn)，那么，它的衛(wèi)星又如何能在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)這種運(yùn)動(dòng)呢？

對(duì)此，2010年年初，法國(guó)巴黎天文臺(tái)的雅克·拉斯卡爾和格溫納埃爾·布艾嘗試做出解答。這兩位天體物理學(xué)家認(rèn)為，天王星的翻轉(zhuǎn)過程可能非常緩慢，因而其衛(wèi)星都有足夠的時(shí)間跟進(jìn)。這樣的解釋似乎更合邏輯，然而，還有一個(gè)問題有待解答：撞擊的肇事者是誰(shuí)？是不是天王星形成初期的某顆伴星？對(duì)此，科學(xué)家只能給出粗略的描述：某顆巨犁衛(wèi)星產(chǎn)生的引力與太陽(yáng)的引力一起，逐步使天王星的自轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)。

經(jīng)過計(jì)算，研究人員認(rèn)為距天王星130萬(wàn)千米遠(yuǎn)處一個(gè)質(zhì)量約為天王星1%的衛(wèi)星可能正是那次撞擊的始作俑者。但是，在目前已知的天王星所有衛(wèi)星中沒有一顆符合這些條件！

那么，這個(gè)謎仍舊無解嗎？未必?；蛟S是因?yàn)楹髞碓诹硪活w氣態(tài)巨行星（木星、土星……）的引力作用下，天王星的這位頗有影響力的伴星被拋射得很遠(yuǎn)，以致我們還沒有發(fā)現(xiàn)。一些模擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)：在太陽(yáng)系漫長(zhǎng)的形成過程中，這些氣態(tài)巨行星的軌道可能移動(dòng)過不少。至于后續(xù)的研究進(jìn)展，就讓我們拭目以待吧。

5 水星有顆大心臟嗎？

沒搞錯(cuò)吧！這片布滿隕石坑的貧瘠之地竟也藏有秘密？水星沒有大氣層，沒有水分，飽受太陽(yáng)的強(qiáng)烈輻射，似乎令研究者興味索然。殊不知，就在這顆和月球有幾分相似的行星深處，竟藏著一個(gè)令人困惑的秘密：鐵質(zhì)核心。其實(shí)，具有鐵質(zhì)核心并不稀奇，畢竟金星、地球以及其他類地行星都不乏類似的金屬核心。這些行星大致都是在相同時(shí)期、以相同物質(zhì)形成的，因此，它們的成分按理也應(yīng)相似。在構(gòu)成行星的主要成分中，鐵是最重的。因此，當(dāng)天體形成時(shí)，它會(huì)下沉至該天體的最深處。作為地球核心部分的地核，其直徑約為地球半徑的1/2。相形之下，水星的半徑為2400千米，而其鐵質(zhì)核心的半徑卻達(dá)到1900千米，也就是說，這個(gè)神秘的鐵核幾乎占滿了整個(gè)水星！水星的心臟竟如此巨大，實(shí)屬罕見！

對(duì)于這一點(diǎn)的解釋，存在著兩種互相對(duì)立的理論。第一種理論認(rèn)為，這一現(xiàn)象是由威力無窮的太陽(yáng)造成的。水星離太陽(yáng)非常近，僅6000萬(wàn)千米（地球距離太陽(yáng)1.5億千米），因此受到太陽(yáng)的強(qiáng)烈輻射，溫度可達(dá)460℃！而在45億年前太陽(yáng)系形成之初的情形似乎更為糟糕：那個(gè)時(shí)期的太陽(yáng)十分狂暴，向宇宙空間散發(fā)的能量比現(xiàn)在多得多，使早期的水星溫度高達(dá)2000℃！巨大的熱量使水星外層的巖石發(fā)生氣化，徒留500千米厚的行星幔。

而另一種理論——“宇宙臺(tái)球說”——?jiǎng)t更驚人。瑞士伯爾尼大學(xué)的一組研究人員認(rèn)為，早期的水星（約45億年前）可能遭受過一次甚至多次災(zāi)難性的劇烈撞擊。那時(shí)的太陽(yáng)系一切雜亂無序，天體間的碰撞十分頻繁（月球也是在此類撞擊中形成的）。因此，研究人員的理論并非無稽之談。為證實(shí)自己的觀點(diǎn)，他們用計(jì)算機(jī)模擬各種碰撞，并不斷變更相撞天體的質(zhì)量和撞擊速度等參數(shù)。當(dāng)他們假設(shè)一個(gè)類似月球大小的天體以10萬(wàn)千米/時(shí)的速度撞上當(dāng)時(shí)的水星（質(zhì)量是現(xiàn)在的2倍）時(shí)，最終得到了水星的現(xiàn)狀——薄薄的地幔和地殼包裹著一個(gè)巨大而完整的核，而那些被蒸發(fā)掉的表層物質(zhì)則可能變成了太陽(yáng)和其他新生行星的一部分。研究結(jié)果顯示，甚至可能有1.6×10¹⁶噸碎片融入了地球！那時(shí)的地球還只是個(gè)熾熱的球體，水星的碎片與它融合在一起，現(xiàn)在已經(jīng)無法辨認(rèn)。

不過，水星的鐵質(zhì)核心之謎可能很快就會(huì)被破解。2011年3月，美國(guó)的“信使”號(hào)探測(cè)器抵達(dá)水星周圍的軌道，它的使命之一便是通過分析水星表層的成分，查明事實(shí)真相。畢竟，倘若水星的表層物質(zhì)確實(shí)被蒸發(fā)掉的話，那么它的表面現(xiàn)在應(yīng)該不含揮發(fā)性成分（如鈉和鉀）。（待續(xù)）

（張小寧 插圖）