內(nèi)行星之謎(上)

在靠近年輕太陽(yáng)很近的地方，四個(gè)世界（水星、金星、地球、火星）誕生了，其中每一個(gè)都具備承載生命的條件。雖然太陽(yáng)系中有大量地方存在可居住條件，但這四個(gè)故事卻具有驚人的開(kāi)端。

46億年前，太陽(yáng)誕生僅幾百萬(wàn)年后，太陽(yáng)周圍并沒(méi)有可見(jiàn)的世界崛起，而只有太陽(yáng)形成后留下的、由塵埃和氣體組成的巨大云團(tuán)。在接下來(lái)的數(shù)千萬(wàn)甚至上億年中，引力將這些殘骸吸引在一起，形成首批行星胚胎。這些胚胎變成最靠近太陽(yáng)的四個(gè)行星世界，這些行星的故事被太陽(yáng)的命運(yùn)主導(dǎo)，其中每一個(gè)的可居住性都增加或減少。今天，被燒焦的水星以極近的距離環(huán)繞無(wú)情的太陽(yáng)。在稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方，稠密的大氣層將高溫的金星裹住。在更遠(yuǎn)的地方，冰凍的火星是一個(gè)荒涼世界。在這四個(gè)世界當(dāng)中，只有一個(gè)擁有卓越的開(kāi)端。

這個(gè)世界就是地球。地球是一個(gè)非常特殊之地，擁有正好適合生命的條件。我們所知的生命依賴液態(tài)水，而只有地球有能力在漫長(zhǎng)的歲月中保留液態(tài)水。這就是地球的卓越之處。地球是太陽(yáng)系中唯一擁有生命的行星。不過(guò)，雖然在今天的太陽(yáng)系中地球看起來(lái)很獨(dú)特，但我們不能只注意一個(gè)很小的時(shí)段和一個(gè)很小的空間。太陽(yáng)系中有大量地方曾經(jīng)、現(xiàn)在或?qū)?lái)可以居住。然而，今天的太陽(yáng)只鐘情一個(gè)可居住的世界——地球。那么，為什么只是地球而不是其他行星？讓我們離開(kāi)藍(lán)色地球去探索我們的姊妹行星，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)很驚人的一點(diǎn)：我們的巖石鄰居并不總是如此充滿敵意，它們?cè)?jīng)也具有接近地球的生命條件。那么，究竟發(fā)生了什么事？

水星可能原本不在這里

最驚人的是水星。距離太陽(yáng)5800萬(wàn)千米、直徑4880千米的水星充滿奧秘。在太陽(yáng)系的4顆巖石行星即水星、金星、地球和火星當(dāng)中，直到最近水星都被探索得最少，理由很簡(jiǎn)單——水星距離太陽(yáng)太近，要想進(jìn)入環(huán)繞水星的軌道難上加難。2004年，美國(guó)宇航局“信使號(hào)”飛行器踏上飛往水星之旅。直線飛往水星是不可能的，直線飛的話飛行器就必須達(dá)到很高的速度，這樣一來(lái)飛行器就需要很多燃料才能讓自己在進(jìn)入軌道時(shí)減速，而搭載如此大量的燃料是不現(xiàn)實(shí)的。于是，“信使號(hào)”從一顆行星飛到另一顆，運(yùn)用行星引力為自己減速，旋轉(zhuǎn)著向目標(biāo)靠近。為此，“信使號(hào)”一次飛近地球，兩次飛近金星。但即便如此，“信使號(hào)”接近水星時(shí)的速度依然太快，最終它不得不三次飛近水星，飛近速度一次比一次低。

2011年3月18日，在經(jīng)過(guò)近7年的精準(zhǔn)飛行后，“信使號(hào)”終于安全進(jìn)入環(huán)繞水星的軌道，開(kāi)始繪制水星表面地圖。“信使號(hào)”在軌道中拍攝的第一幅水星照片，非常符合科學(xué)家對(duì)水星表面情況的預(yù)計(jì)。但這一次先驅(qū)旅行導(dǎo)致科學(xué)家對(duì)水星形成理論徹底改寫(xiě)。水星是太陽(yáng)系中隕擊坑最多的行星，水星表面許多令人不解的特征揭示了水星的狂暴歷史，例如它的奇異軌道和慢得離奇的自轉(zhuǎn)——水星繞太陽(yáng)兩圈，才相當(dāng)于水星上的一天。換句話說(shuō)，水星的一天等于兩年。

更奇怪的是水星核很大。水星基本上是一個(gè)外層有很少量巖石的金屬球。在太陽(yáng)系四顆巖石行星中，為什么只有水星如此？“信使號(hào)”入軌后發(fā)回地球的水星化學(xué)數(shù)據(jù)，讓科學(xué)家大吃—驚—一“信使號(hào)”探查到了大量揮發(fā)性化學(xué)元素，例如硫和鉀。而在這么靠近太陽(yáng)的地方，是不應(yīng)該有這么多揮發(fā)性元素的。這些元素會(huì)進(jìn)入巖石，但在高溫下會(huì)揮發(fā)。大量有關(guān)水星形成的理論沒(méi)有預(yù)測(cè)到水星上會(huì)存在大量揮發(fā)性元素，科學(xué)家立即意識(shí)到這些理論是錯(cuò)誤的?！靶攀固?hào)”對(duì)水星的探索，可能表明了太陽(yáng)系故事中一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

45億年前，剛形成不久的年輕水星仍然處于狂暴形成過(guò)程中的高溫下。漸漸地，富含揮發(fā)性元素的水星殼形成了。如果水星當(dāng)時(shí)很靠近太陽(yáng)，這些元素就很可能在巖石變硬之前揮發(fā)掉。那么，今天的水星為何會(huì)大量存在揮發(fā)性元素？事實(shí)上，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)系的漫長(zhǎng)歷史，行星軌道和位置才變成現(xiàn)在這樣。也就是說(shuō)，當(dāng)初行星軌道和位置和現(xiàn)在的不一定相同。有一種可能性是，水星并非形成于它目前所在之地，而是形成于靠近其他行星的地方，甚至有可能形成于金星軌道和地球軌道外。但如果真是這樣，水星又怎么會(huì)淪為今天所見(jiàn)的被太陽(yáng)烤焦的奇異小東西？

科學(xué)家對(duì)此還不十分清楚，但已經(jīng)有一些理論?！靶攀固?hào)”對(duì)于水星表面揮發(fā)物和水星巨大內(nèi)核的探測(cè)結(jié)果，為一種有趣的新理論提供了依據(jù)：水星有可能形成于比今天它距離太陽(yáng)遠(yuǎn)很多的地方。當(dāng)時(shí)這個(gè)地方有幾十個(gè)行星胚胎在競(jìng)爭(zhēng)行星席位，年輕的地球也正在這里形成。在一片混沌中，有可能某個(gè)大天體把水星推出原來(lái)的軌道，推向太陽(yáng)附近。在此過(guò)程中，水星與另一個(gè)行星胚胎發(fā)生碰撞，大部分水星殼和水星幔被撞掉。被撞掉的材料形成早期金星的一部分。只剩下金屬核的水星繼續(xù)朝著太陽(yáng)而去，最終進(jìn)入今天它所處的奇異長(zhǎng)橢圓軌道，從而躲過(guò)被太陽(yáng)完全湮滅的厄運(yùn)。

由于對(duì)水星真實(shí)情況的驚人揭示，“信使號(hào)”正幫助科學(xué)家全面改寫(xiě)水星形成理論。在“信使號(hào)”探測(cè)水星之前，科學(xué)家根本沒(méi)有意識(shí)到水星歷史會(huì)這么復(fù)雜而又有趣。令人遺憾的是，在探索水星4年后，“信使號(hào)”用于修正自己軌道的燃料耗盡。“信使號(hào)”最終墜毀于水星，為這個(gè)因?yàn)榫嚯x太陽(yáng)太近而其上所有生命希望都己被抹去的小小世界增添了一個(gè)小小隕擊坑。然而，距離不見(jiàn)得能幫助一顆行星避開(kāi)太陽(yáng)的威力。

極高溫金星曾經(jīng)有海洋

在水星軌道外4800萬(wàn)千米、距離太陽(yáng)1.08億千米的地方，直徑1.21萬(wàn)千米的金星看起來(lái)與地球更像。但金星被云層徹底籠罩。金星距離地球近，所以古人很早就知道金星的存在。但因?yàn)榭床淮┙鹦窃茖?，所以金星?duì)古人來(lái)說(shuō)非常神秘。早期科學(xué)家已經(jīng)料到金星有大氣層，還想到了金星在地球天空中如此明亮是因?yàn)樵茖油耆采w金星。過(guò)去的科幻作家著迷于一種想法—金星表面有悶熱、潮濕的熱帶叢林。如此看來(lái)，金星會(huì)不會(huì)是隱身云層下的另一個(gè)地球？科學(xué)家曾經(jīng)對(duì)金星的可居住性非常看好，甚至第一批金星登陸探測(cè)器被設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)掉在水面上。

20世紀(jì)六七十年代，蘇聯(lián)向金星發(fā)射了一系列登陸探測(cè)器。其中，1961年發(fā)射的“金星1號(hào)”還未登陸就與地球失去聯(lián)系。經(jīng)歷多次失敗后，1967年“金星4號(hào)”再次嘗試登陸金星，但在金星大氣層中進(jìn)行測(cè)量時(shí)失靈。盡管如此，每一次嘗試都讓科學(xué)家更多一點(diǎn)意識(shí)到金星的狀況根本就不像地球的那么溫和，而是非常極端。1975年，“金星9號(hào)”終于成功登陸金星，在實(shí)施探測(cè)不到1小時(shí)后停擺。1982年3月1日，“金星13號(hào)”開(kāi)始非常艱險(xiǎn)地向著金星表面下降。這艘飛船能忍受在幾秒內(nèi)就能把汽車壓扁的高壓和能熔化鉛的高溫。這一天，蘇聯(lián)人拍攝了金星表面的第一張彩照?！敖鹦?3號(hào)”采集數(shù)據(jù)共127分鐘。

探測(cè)表明，金星遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個(gè)海洋世界，而是一個(gè)徹頭徹尾的地獄，金星表面完全不可能存在生命。金星表面溫度高達(dá)457°C，金星大氣壓是地球的8g倍，金星大氣層中二氧化碳含量高達(dá)95.5%。但通過(guò)分析金星大氣層，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)的金星環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)不像今天的這么糟糕。今天金星大氣層中水含量很低，金星表面根本不可能有水，卻有證據(jù)表明金星曾經(jīng)濕潤(rùn)過(guò)。通過(guò)對(duì)金星大氣層中氫同位素組成的測(cè)量，科學(xué)家確信44億年前的年輕金星存在大量水，甚至很可能存在海洋。也就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)金星與地球很相似——兩者與太陽(yáng)的距離都很合適，因此兩者表面都有液態(tài)水，有江河湖海。這樣看來(lái)，年輕時(shí)的金星是完全可能支持生命的。根據(jù)地球當(dāng)時(shí)的情況，科學(xué)家推測(cè)金星當(dāng)時(shí)有可能也出現(xiàn)過(guò)生命。但金星后來(lái)遭遇了什么變故，以至于最終變成一座煉獄？

太陽(yáng)系行星的可居住性與太陽(yáng)的歷史緊密相關(guān)。在這中間，行星與太陽(yáng)的距離是一回事，太陽(yáng)的年齡是另一回事?？茖W(xué)家已經(jīng)很清楚，像太陽(yáng)這樣的恒星會(huì)隨著衰老而變亮。隨著年輕的太陽(yáng)升溫，太陽(yáng)的輻射平衡也開(kāi)始改變。金星或許曾有過(guò)全球性海洋，但隨著太陽(yáng)溫度越來(lái)越高，金星表面也會(huì)升溫。在20億年里，隨著太陽(yáng)核心的核反應(yīng)引起太陽(yáng)升溫，太陽(yáng)越來(lái)越明亮。太陽(yáng)能量輸出的增加導(dǎo)致金星表面溫度越來(lái)越高，越來(lái)越多的表面水蒸發(fā)變成空氣中的水蒸氣。水蒸氣是一種溫室氣體。金星表面溫度越高，越多表面水轉(zhuǎn)化成水蒸氣?？諝庵兴魵庠蕉?，升自金星表面的熱輻射被阻擋回來(lái)的也越多。金星云層一天比一天稠密，雨水還未等到落地就己蒸發(fā)，最終云層覆蓋了整個(gè)金星。

1990年，美國(guó)宇航局“麥哲倫號(hào)”探測(cè)器開(kāi)始在環(huán)繞金星的軌道中探索金星。“麥哲倫號(hào)”配備了穿云雷達(dá)，能看穿金星的稠密大氣層。“麥哲倫號(hào)”發(fā)現(xiàn)，金星表面布滿巨大的火山熔巖平原，火山甚至高達(dá)8千米。金星表面的一些盾形火山，在太陽(yáng)系中數(shù)一數(shù)二。事實(shí)上，金星是太陽(yáng)系中名副其實(shí)的火山之都，金星表面分布的死火山數(shù)量在太陽(yáng)系行星中最多?？茖W(xué)家相信，在金星大氣層被太陽(yáng)加熱的時(shí)期，這些都是活火山。當(dāng)時(shí)火山氣體大量進(jìn)入金星大氣層。在地球上，二氧化碳、水蒸氣和甲烷等火山氣體都是作用很強(qiáng)的溫室氣體?？茖W(xué)家推測(cè)，金星火山氣體也不例外。最終，金星到達(dá)臨界點(diǎn)，失控的溫室效應(yīng)占據(jù)上風(fēng)，導(dǎo)致金星海洋蒸發(fā)一空，生命希望隨之湮滅。現(xiàn)在金星表面溫度甚至比水星還高，是太陽(yáng)系所有行星中最高的。而隨著太陽(yáng)亮度增加，它的威力被所有類地行星都感受到，火星自然不例外。