太阳系的十个秘密

时至今日，人类虽已将探索宇宙的触角伸向太阳系之外的行星系统，但对太阳系家园里的一些奥秘都仍然知之甚少。不过，凭借各路探测器在太空中“八仙过海，各显神通”，太阳系小心翼翼守护着的那些秘密也许就要被我们一一揭开了

　1 与众不同的太阳系
　　小个子靠前，大块头垫后！太阳系的各个行星似乎是按个头大小排列的。首先，靠近太阳的是类地行星：水星、金星、地球和火星。它们以硅酸盐岩石为主要成分，体积和质量都较小，又称岩质行星。其次，距离太阳较远的是类木行星：木星、土星、天王星和海王星。它们的体积和质量巨大，且通常为气态，亦被称为气态巨行星。因此，天体物理学家认为，倘若存在其他“太阳系”（即与我们太阳系相类似的其他天体系统），那它的各个行星也必定如是排列，且一边自转，一边忠实地围绕其恒星公转……


　　然而，事实并非如此！1995年被发现的首批太阳系外行星，很快揭示了真相：与我们太阳系的情形不同，离恒星最近的恰恰是一些气态巨行星。它们受到恒星的强烈辐射，导致表面温度很高，因此也被称为“热木星”，其公转轨道极为接近其恒星的轨道，并且都接近正圆！



　　实际情形与原先的设想竟如此大相径庭，令天体物理学家颇感错愕。简要做个总结吧：类地行星即岩质行星，离太阳较近，由所谓的耐火物质构成，能经受早期太阳所释放的强大热量；类木行星即气态巨行星，离太阳较远，主要由冰和气体构成，所受的太阳辐射相对较少。而在我们的太阳系里，气态巨行星离太阳十分遥远。简言之，在这一模型中，绝不存在热木星！
　　接下来，天体物理学家试图建立一些用来模拟其他“太阳系”形成的数学模型，并寻求模型中方程组的解。他们成功地发现，在其他“太阳系”中，气态巨行星虽然在离母星很远的地方形成（这一点与我们太阳系的情形相似），但它们并没有待在原地，而是被迫“背井离乡”。这是因为它们在运行时因受到原行星盘（即在新形成的年轻恒星外围环绕的浓密气体）中尘埃和气体的阻挠而减速，渐渐失去能量，越来越难以抵抗其恒星的引力。于是，这些气态巨行星便沿着巨型螺旋轨道朝着它的太阳徐徐前行，直至抵达现在的位置。接下来，它们是否会继续这一飞蛾扑火般的旅程呢？对于其中一部分气态巨行星而言，答案是肯定的：据天体物理学家的观测，某颗气态巨行星正在被其恒星吞噬！



　　原来如此。那么，为何我们太阳系的气态巨行星并未遭受相同的命运？应该说太阳系非常幸运，在这些气态巨行星形成之时，原行星盘中的尘埃和气体也随之消失，于是，这些“幸运儿”得以停留在原地！不过，这终究只是个特例，与“太阳系”类似的恒星系统的情况多种多样，不一而足。

　　2 金星大气里潜伏着生物？

　　地球上的气旋、龙卷风、暴风雪使人类深受其苦，然而，把它们与金星上的灾害天气相比，简直是微不足道！不妨想象一下：在赤道附近，速度高达400千米/时的狂风挟裹着云呼啸前行，带来一场能将你化成肉糊的硫酸雨；一个巨大的双眼气旋（大小是地球上气旋的5倍）在金星的南极地区肆虐，它的成因至今仍是个谜。此外，研究者还发现，在金星的紫外图像上会出现轮廓多变、时隐时现的奇特黑斑。这些黑斑之所以出现在紫外图像上，是因为那些地方没有紫外线反射回来，仿佛是什么东西或什么人把紫外线吸收了！


　　谁吸收了这些紫外线？藏匿在海拔80000米处的到底是些什么？一个理论认为，它们以活体的形式躲在云里，吸收太阳光中的紫外线作为能源。有何不可？正如地球上的植物利用可见光进行光合作用一样，藏匿在金星云层里的这些生物靠吸收紫外线来制造有机物。



　　云里藏着有机体？这并非无稽之谈。殊不知在海拔80000米处的金星高层大气中，气候条件要比金星表面适宜得多（此处温度为10 20 。而金星表面温度约为460 ），气压可以承受，甚至还存在一些水！悬浮着的小水滴恰恰为一些微生物提供了绝佳的栖身之所。想想在我们生活的地球上，云里不也住着细菌吗？



　　可惜，尚无任何证据能够印证这一猜想。但令人欣慰的是，各路探测器仍将在金星上不辍耕耘。目前。欧洲空间局和美国航空航天局都在准备未来几年的金星探测任务。2010年5月，日本发射了首个金星探测器“拂晓”号，但该探测器没能进入适宜观测金星气象的预定轨道，遭遇失败。

　　3 冥王星上有过生命吗？


　　冥王星也能孕育生命？简直匪夷所思！这颗矮行星距离太阳十分遥远（44亿 73亿千米），是一颗极度寒冷、荒芜的矮行星（其地表温度的平均值仅为 230 ），迄今尚未被任何探测器造访过。我们不难想象冥王星上的情形：一个由氮气、一氧化碳、甲烷和坚冰组成的冰冻世界。然而，美国威顿学院诺顿分校的科学家居然认为在柯伊伯带（现时我们所知的太阳系边界）也会有生命存在！


　　确实，在如今的冥王星上几乎可以肯定不会有生命存在，但过去呢？杰弗里·柯林斯认为，冥王星在幼年时可能经历过一段相对美好的时光，以致在其地下海中出现过生命！
　　不明白？好吧，为便于理解，咱们先说说冥卫一——冥王星最大的卫星。根据研究人员建立的模型，在早期太阳系，冥王星可能曾和某个巨型天体相撞，撞击产生的碎片绕冥王星运行，逐渐聚合成冥卫一。那次剧烈的撞击可能使冥王星的温度攀升了50%，这虽然不能令坚冰瓦解，但至少揭开了其他一连串热现象的序幕。



　　研究者认为，冥王星因此有了一段充满水的过去。在那次撞击后，冥卫一留在了冥王星的身旁，并绕其快速旋转。相较于其他卫星，冥卫一的块头委实惊人，它的质量约是冥王星的1/7（月球质量是地球的1/81）。你或许会说，冥卫一对于冥王星有着很强的引力作用，而且当时冥卫一距离冥王星很近，因此引力更强。在引力作用下，冥王星被拉伸成椭球体。这一拉伸可能导致岩石间的相互摩擦，从而使地核温度升高，并使一部分包覆着冥王星岩石地核的冰层消融，形成一个地下海。



　　也许生命正是在这个地下海中繁衍。不过，关于这一点研究人员尚无法进一步论证，毕竟掌握的资料极其有限。这个地下海有多深？位于岩层还是冰层（冥王星的内核由岩石构成，外面包覆冰层）？存在过多长时间（在很久以前，地下海就再次结冰了。因为冥卫一渐渐远离冥王星后，它对冥王星造成的影响也相应减弱）？ 　　让我们翘首企盼2015年吧，届时。美国“新视界”号探测器将抵达冥王星，首次发回这颗神秘冰矮星表面的照片。希望它能为我们带来更多关于冥王星过去的故事。

　　4 为什么天王星横卧而行？

　　天王星的旋转方式十分奇特，就如一个耍赖的小孩躺在公转轨道面一样。太阳系其他行星的自转轴相对于太阳系的轨道平面都接近垂直，唯独天王星的自转轴可以说是躺在轨道平面上的，倾斜的角度高达98 ，几乎是横躺着绕日运行。


　　长期以来，研究人员认为这是由于在形成之后不久，天王星遭受了某颗巨型天体的撞击，导致自转轴急速翻转。这一设想颇具诱惑力，但遭遇了极大的难题。由于天王星的所有卫星都在其赤道面（因天王星自转轴的倾斜而倾斜）上公转，因此它们的运行轨道也跟着倾斜。然而，倘若事实如研究人员所假设的那样——天王星遭受撞击后急速翻转，那么，它的卫星又如何能在短时间内适应这种运动呢？


　　对此，2010年年初，法国巴黎天文台的雅克·拉斯卡尔和格温纳埃尔·布艾尝试做出解答。这两位天体物理学家认为，天王星的翻转过程可能非常缓慢，因而其卫星都有足够的时间跟进。这样的解释似乎更合逻辑，然而，还有一个问题有待解答：撞击的肇事者是谁？是不是天王星形成初期的某颗伴星？对此，科学家只能给出粗略的描述：某颗巨犁卫星产生的引力与太阳的引力一起，逐步使天王星的自转轴翻转。




　　经过计算，研究人员认为距天王星130万千米远处一个质量约为天王星1%的卫星可能正是那次撞击的始作俑者。但是，在目前已知的天王星所有卫星中没有一颗符合这些条件！
　　那么，这个谜仍旧无解吗？未必。或许是因为后来在另一颗气态巨行星（木星、土星……）的引力作用下，天王星的这位颇有影响力的伴星被抛射得很远，以致我们还没有发现。一些模拟实验已经证实：在太阳系漫长的形成过程中，这些气态巨行星的轨道可能移动过不少。至于后续的研究进展，就让我们拭目以待吧。

　　5 水星有颗大心脏吗？

　　没搞错吧！这片布满陨石坑的贫瘠之地竟也藏有秘密？水星没有大气层，没有水分，饱受太阳的强烈辐射，似乎令研究者兴味索然。殊不知，就在这颗和月球有几分相似的行星深处，竟藏着一个令人困惑的秘密：铁质核心。其实，具有铁质核心并不稀奇，毕竟金星、地球以及其他类地行星都不乏类似的金属核心。这些行星大致都是在相同时期、以相同物质形成的，因此，它们的成分按理也应相似。在构成行星的主要成分中，铁是最重的。因此，当天体形成时，它会下沉至该天体的最深处。作为地球核心部分的地核，其直径约为地球半径的1/2。相形之下，水星的半径为2400千米，而其铁质核心的半径却达到1900千米，也就是说，这个神秘的铁核几乎占满了整个水星！水星的心脏竟如此巨大，实属罕见！

　　对于这一点的解释，存在着两种互相对立的理论。第一种理论认为，这一现象是由威力无穷的太阳造成的。水星离太阳非常近，仅6000万千米（地球距离太阳1.5亿千米），因此受到太阳的强烈辐射，温度可达460 ！而在45亿年前太阳系形成之初的情形似乎更为糟糕：那个时期的太阳十分狂暴，向宇宙空间散发的能量比现在多得多，使早期的水星温度高达2000 ！巨大的热量使水星外层的岩石发生气化，徒留500千米厚的行星幔。


　　而另一种理论——“宇宙台球说”——则更惊人。瑞士伯尔尼大学的一组研究人员认为，早期的水星（约45亿年前）可能遭受过一次甚至多次灾难性的剧烈撞击。那时的太阳系一切杂乱无序，天体间的碰撞十分频繁（月球也是在此类撞击中形成的）。因此，研究人员的理论并非无稽之谈。为证实自己的观点，他们用计算机模拟各种碰撞，并不断变更相撞天体的质量和撞击速度等参数。当他们假设一个类似月球大小的天体以10万千米/时的速度撞上当时的水星（质量是现在的2倍）时，最终得到了水星的现状——薄薄的地幔和地壳包裹着一个巨大而完整的核，而那些被蒸发掉的表层物质则可能变成了太阳和其他新生行星的一部分。研究结果显示，甚至可能有1.6 1016吨碎片融入了地球！那时的地球还只是个炽热的球体，水星的碎片与它融合在一起，现在已经无法辨认。


　　不过，水星的铁质核心之谜可能很快就会被破解。2011年3月，美国的“信使”号探测器抵达水星周围的轨道，它的使命之一便是通过分析水星表层的成分，查明事实真相。毕竟，倘若水星的表层物质确实被蒸发掉的话，那么它的表面现在应该不含挥发性成分（如钠和钾）。

6.唯一拥有大气的卫星——土卫六



　　橙色的天空层云密布，广袤的平原上蜿蜒流淌着液态乙烷构成的河流，充满碳氢化合物的湖泊在风和闪电的作用下泛起涟漪。
　　欢迎来到土卫六！它的直径5150千米，是土星最大的卫星，甚至比水星还要大。此外，它还是太阳系166颗卫星中唯一拥有大气的卫星。它被平均温度仅为-200*（]的寒冷大气包裹着，该大气比地球大气更浓密，主要成分为氮（约占95%）和甲烷（约占5%）。



　　土卫六的表面为何会覆盖着这样一层奇特的浓雾般的大气？是因为它具有庞大的体积吗？的确如此。大气之所以没有逃逸，是由于受到土卫六引力的束缚。天体质量越大，引力也越大，也就越容易留住气体。太阳系中的大多数卫星都因质量太小而只能放任大气逃逸，而土卫六却是个非常结实的“壮汉”。于是，一切似乎合理合理。然而，“大块头”天体并不止土卫六一个，其他卫星也有类似的“体形”。例如，木卫三的体积（直径5260千米）甚至比土卫六更大，而木卫四的大小（直径约4820千米）也与土卫六相差无几。奇怪的是，木卫三和木卫四却赤裸裸，一丝不挂……



　　对于土卫六大气的形成之谜，向来不乏想象力的天文学家自然也有一番见解。他们认为，土卫六的大气可能与土卫六本身一样古老。土卫六由吸积作用形成，具体来说，粉尘颗粒、小石块和岩石相互碰撞并熔合在一起形成土卫六。由于受到吸积过程所释放的热量的加热，原本以冰的形式存在于岩石内的氨和甲烷喷射出来，继而被土卫六的引力留住。随着时间的流逝，氨分子在太阳高能粒子的作用下，转变成了液氮和氢气，后者大部分都逃逸了。而在这超过千万年的岁月里，原先的甲烷也在太阳光的作用下发生化学反应直至消失。现在，大气中之所以仍留存有5%的甲烷，是因为土卫六的深处总是在不断喷射这种气体。



　　好吧，现在只剩下一个问题了：为什么木卫三和木卫四没有大气？这至今仍是个谜。不过，这个看似令人摸不着头脑的谜题其实也有迹可循。据科学家推测，相较于土卫六而言，这两颗卫星的形成过程相对缓慢，吸积过程可能也温和许多，释放的热量则相对较少，以至于不够加热天体内部的氨、甲烷以及其他以冰的形式存在的挥发性成分。既然没有气体，又何来大气？
　　然而，研究并没有结束。若想进一步解开个中奥秘，还得悉心研究木卫三和木卫四的组成，而这恰恰是欧洲空间局和美国航空航天局合作的“木卫二一木星系”任务的目标所在。不过，这一美好的愿景在2025年之前恐怕是难以实现的了。

　　7.土星环越搓越亮？
　　一轮轮精细绝伦、熠熠生辉的白色光环仿佛为土星镶上了美丽的腰带。它们是土星环，是太阳系里璀璨的“明星”。不过，如所有万众瞩目的明星一般，年龄是其不能言说的秘密。你相信吗，外表看起来存在不足数亿年的它们，实际上已经足足诞生40亿年了。


　　为了查明土星环的岁数，天体物理学家曾悉心观察其外形，发现它们由无数不停地相互碰撞的冰块所构成。这样，疑问便产生了：假若土星环和土星一样已经在宇宙中存在了大约40亿年，那为何其环面未被尘埃污染得黝黑暗淡，反而依然光洁耀眼呢？此外还有个疑问：按理说，这些不停相互碰撞的冰块应该已将环面切得无比细碎，土星环里除了尘土外为何还存有直径约10米的相当庞大的岩块？照此看来，这一轮轮神采奕奕的土星环应该正值青春韶华！可是，为何天体物理学家会将其追溯至太阳系早期？


　　这是因为，天体物理学家几乎可以断定，土星环是由一个直径约400千米的天体解体而成。该天体可能是土星的卫星，因其轨道距土星太近而被土星的引力撕裂瓦解，产生的碎片分布到土星周围，形成一道道美丽的光环。但问题是，一颗颗干瘪的天体在太阳系中闲逛的情形只存于各行星刚刚形成的早期太阳系。此外，如前所述，彼时天体的相撞事件颇为频繁，早期的水星、火星和地球都曾遭受巨大抛射物的撞击。而与它们不同的是，土星在遭受撞击之前，已使巨大的抛射物解体，而这种情形也只可能发生在约40亿年前的早期太阳系。谁曾想，外表光鲜亮丽的土星环竟已如此年迈。


　　已绕土星飞行了5年的“卡西尼”号探测器搜集了不少数据资料，为世人揭开其面纱的一角。该探测器发现：土星环中在不断形成幼年卫星。小颗粒聚积形成大颗粒，大颗粒进一步聚积成更大的团块——这便是前文所述的吸积现象，许多行星及其卫星都是吸积而成。


　　在早期太阳系，飘浮在气团中的宇宙尘埃组合成石块，然后，这些石块经过无数次相撞最终聚积成直径可达数千米的天体。然而，梦魇也随之开始！土星可怕的引力开始残酷地作用于这一初生天体，使其遭遇先前被撕裂天体的厄运：分崩离析，回归尘埃。碎片从这个初生卫星的内部抛射出来，由于外部包裹着尘埃，这些碎片仍一尘不染，洁净如新。也就是说，在环内物质的循环过程中，它们将来自宇宙的污染物稀释和吸收掉了。这就好比当你打碎已堆砌好的雪人后，你会发现此时破碎的雪块显得尤为洁白。土星环正是以这样的方式不断循环自新，为世人留下永葆青春的假象。

　　8.木卫二上有汪洋大海？

　　什么？那颗浑身布满条纹、其貌不扬的小冰球竟是生命绝佳的藏身地？是的，这个深藏不露的家伙是木卫二，其实力不可小觑。木卫二上具备生命诞生的三个必要条件：热量、有机分子和液态水。

　　是的，液态水，千真万确！科学家深信，在木卫二厚厚的冰层下存在着一片广袤的海洋，而它表面那些纵横交错、密如蛛网的条纹便是明证。这些条纹是冰层裂缝，即各大冰块的连接点。在地球上，地壳并非一个整体，是由几大板块组成，这几大板块在灼热的岩浆上漂浮。而在木卫二上，冰层代替了岩石陆地，岩浆换成了地下海洋。
　　如果说冰层下一定有汪洋大海，那么这海里是否存在作为生命基础的有机分子？对此，研究人员也颇有信心。目前我们已知的地球上最初的有机质正是源自早期太阳系中撞击地球的陨石，而木卫二没有任何理由能够逃脱陨石雨的袭击。



　　更加令研究人员感到大有希望的是：木卫二的环境与沃斯托克湖（位于南极俄罗斯沃斯托克站附近3000余米厚的冰层下，是世界上最深和最大的冰川湖，面积约为法国巴黎的150倍）颇为相似。倘若能在沃斯托克湖中发现生物，或许就能印证木卫二冰层下的海洋中存在生命。事实是，科学家曾在该湖的冰芯样品中发现细菌！没错，即便在这样极端恶劣的自然环境中（终年没有阳光，厚重冰层造成巨大压力，来自地心的热量使湖底的温度高达350 ），仍可孕育生命。 　　既然如此，是否意味着木卫二上也存在生命？问题是，勘察冰川湖或许相对容易，但探测距离地球将近8亿千米的木卫二则困难得多！首先要经历一段极其艰难的旅程，即使成功抵达木卫二，接下来还得在深不可测（科学家众说纷纭，认为2千米 100千米不等）的冰层上钻孔！看来，若想揭开木为二深藏的秘密，恐怕还得耐心等上数十年。




　　9.太阳有个隐身的“兄弟”？
　　什么？太阳还有个“兄弟”？它在哪里？为何我们看不见它？分明只有一个太阳在天空中闪耀啊！事实的确如此。假如太阳还有一个“兄弟”，那么它可能存在于太阳系之外，距离地球至少1光年，且非常暗淡，是一颗褐矮星，因此从未被空间望远镜探测到。这颗太阳伴星被天文学家命名为“涅默西斯”（希腊神话中的复仇女神）。在引力作用下，太阳和“涅默西斯”围绕着共同的质量中心旋转运行。


　　顺便提一下，研究者为何假设存在这颗未曾谋面的星体呢？因为它可能是导致太阳系（包括地球）遭受周期性陨石轰击的元凶，6500万年前的恐龙灭绝可能正是某颗小行星撞击地球所致，抛射物可能来自奥尔特云。具体来说，当“涅默西斯”经过奥尔特云附近时，由于引力的作用，它以某种方式摄动奥尔特云，从而将一些长周期彗星从奥尔特云里抛射出去，引起彗星雨。



　　能证明太阳存在伴星的另一个重要线索是：冥王星轨道之外有一颗被称为“赛德娜”的神秘矮行星。不过，这颗矮行星那怪异的运行轨道着实令人不解：它循着一个罕见的、偏心率非常大的轨道绕太阳运行，其近日点和远日点分别约为76天文单位和975天文单位。赛德娜的存在间接证明了太阳还有一颗伴星：假如它在太阳和“涅默西斯”间左右为难，那么这惊人的偏心率就很好解释了。
　　鉴于这些证据，研究者假设太阳并非孤家寡人，而是和银河系中1/3的恒星一样拥有伴星。科学家余下的工作是把太阳的这位隐藏的“兄弟”找出来。可是，天文学家20余年来孜孜以求，却始终无果。现在，科学家希望于2009年年末发射升空的“广域红外巡天探索者”观测卫星能够觅得它的踪迹。一出围捕好戏业已开场。

　　10.火星具有“阴阳脸”？


　　尽管火星素来不乏“造访者”，这颗红色星球却仍藏有未解之谜。真是个不好对付的家伙！仿佛我们越是苦心探究，它越是醉心于躲猫猫的把戏。不过。更令研究人员头疼的是它颇为奇特的“阴阳脸”：北半球地势低平，光滑的平原上虽分布着几处火山，但总体如干涸的海洋底部；南半球地势高耸，主要以高地为主，大大小小的陨石坑星罗棋布（恰如月球地貌）。
　　火星南北半球的地形风格为何如此迥异？长久以来，令研究者颇感迷惑的是北半球。毕竟，天体上布满陨石坑的情形再合理不过了。在早期太阳系，陨石曾轰击所有行星，并留下大量陨石坑。地球也未能幸免，只不过由于陨石留在地球上的痕迹被侵蚀作用和板块运动等自然因素抚平磨灭了。由于地球内部的板块运动，地表已经发生了翻天覆地的变化。相反，水星和月球则由于缺乏大气和板块运动而几乎完好无损地保留着陨石坑。




　　那火星呢？纵然这颗红色星球过去曾经历过一场内部活动，但也不至于令表面如此平坦，更何况为何只有北半球呈现这种地貌，南半球却大相径庭？
　　对于这个谜题，自2003年起便一直绕着火星运行的欧洲探测器“火星快车”号已给出了部分答案。借助雷达分析，该探测器发现，隐藏在北半球光滑表面下的地壳竟然和南半球一样，也布满了陨石坑！只不过北半球的地壳上覆盖着一层三四千米厚的熔岩和沉积物（沙和冰的混合物），掩盖了坑坑洼洼的真相。
　　好吧，既然如此，那为何这种沉积现象独独存在于分布着火山的北半球？这恰恰是由于火星的地形特点。之所以有如此多的熔岩和沉积物堆积在一起。正是因为北半球的地形如同一个巨大的盆地，这与南半球截然不同。



　　接下来科学家便要追查这一盆地形成的原因。你猜猜何种理论占据上风？

　　仍是撞击说！没错，按照这一理论，在火星幼年时，它的北半球或许曾遭受某颗巨型天体的强烈轰击，从而形成一个巨大的盆地，并使一部分地壳蒸发。这一理论不仅解释了盆地的成因，也解释了为何盆地下方地壳的平均厚度仅40千米，而其他地方的地壳厚度达到70千米。至于南半球，侥幸躲过撞击，几乎完好无损。
　　目前，在各种学说中，撞击说可谓一帆风顺。尽管如此，仍有待证据进一步论证。假如火星周围确实存在一颗巨大的卫星，那么这一理论将得到完美印证。因为，撞击时抛射出的大量碎片可能聚集成了一颗卫星。毕竟，地球的卫星——月球——也是这样形成的。巧合的是，一些模拟实验证实了火卫一（火星最大的卫星）正是产生于此类撞击。然而，火卫一的最大直径仅27千米。相较于盆地的尺寸以及撞击时从地壳弹回宇宙空间的碎片数量，火卫一的“块头”实在小得可怜。月球的直径约有3400千米，而“火星之子”火卫一呢？我们还在等待答案。
　　无疑，各种探测器在这颗红色星球上演出的芭蕾还远未谢幕！