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第六章 走进太阳系(1 / 3)

太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星和行星际物质构成的天体系统家族。在这个家族中,离太阳最近的行星是水星,向外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

· 太阳系是如何形成的 ·

地球上之所以能有生命存在,首要功劳应该属于太阳。

人们对太阳很是关心,也关心和太阳有关的太阳系。太阳系比其他星系更加重要,因此科学家们都热衷于探索太阳系的起源,那么太阳系是如何形成的呢?目前主要有以下几种说法。

大爆炸说:按照大爆炸理论,整个宇宙都是在大爆炸中形成的,爆炸后其碎片速度膨胀,体积逐渐增长了几倍、几百倍,甚至上万倍、上亿倍。在膨胀的过程中,产生了气团,气团又产生了核聚变,恒星便由此形成了。而在恒星逐渐成长的过程中,会因为引力被其他恒星吞噬或者吞噬碎片来壮大自己,太阳就是这样形成的。太阳形成后,周围的碎片还有很多,这些碎片会逐渐膨胀,与其他碎片因为引力而相遇、相撞,有些会以固态的形式保存下来,固态物质会不断地吞噬其他较小的物质,然后不断壮大,成为较大的物质,直到形成行星和卫星的系统。而在这个系统中,其他碎片会在漫长的岁月中逐渐稳定下来,并且在引力的牵制下找到了适合自己的位置,太阳系由此形成。

星云说:根据恒星演化理论,太阳系中的物质都是由一团星云形成的,这团星云大约在46亿年前形成,主要成分是氢分子,经过不断地收缩冷却,星云的中心部位形成了太阳,而星云的外围部分则形成了各颗行星。这个说法是由康德提出来的,康德认为太阳先形成,然后是行星,而法国的拉普拉斯则认为是行星先形成,然后是太阳。虽然他们的说法有差异,但是他们都认可太阳系是由星云形成的。

灾变说:这种说法认为太阳系是由于灾变而形成的。在某次灾变中,有颗恒星或者彗星从太阳附近经过,由于受到太阳引力的吸引,两者相撞,一部分物质在碰撞中被分离出来,而这些物质就形成了后来的行星。这种说法具有取巧性,即先要有太阳那样的恒星存在,然后有恒星或者彗星经过,这是两个必要的条件。按照这个说法,太阳系的形成是偶然的,但是整个宇宙中星系非常多,行星更是数不胜数,不可能都是偶然形成的。另外,如果撞击太阳的星体质量很小,那么它不可能把太阳中的物质碰撞出来,反而会被太阳吞噬。相反,如果是质量比太阳大的星体,那么就更不合理了,根据引力定律,应该是太阳被质量大的星体吸引过去,所以这种说法是不可能的。

俘获说:这种学说的前提是太阳首先存在,然后一些星际物质恰好经过太阳附近,被太阳引力吸引过去,即被太阳俘获,然后这些物质开始做加速运动,就像滚雪球般不断地壮大,最后成为行星。

通过以上几种假说,我们可以看到它们之间存在一个共同点,那就是对太阳系中行星是如何形成的很重视。根据他们的猜测,行星的形成方式大致有五种:第一种,先形成质量很大的原行星,然后演化为行星;第二种,根据德国物理学家魏茨泽克的“旋涡说”,先形成湍涡流的规则排列,然后在次级涡流中形成行星;第三种,先凝聚成大小不一的固体块,即星子,然后由星子进一步凝聚成行星;第四种,先形成环体,然后形成行星;第五种,先形成中介天体,然后再结合成行星。这五种形成方式是根据科学家的猜测提炼出来的,并不是说行星一定是由这五种方式形成的。

就目前来说,“星云说”是较为科学的说法,但这种说法也有很多不足之处。

· 距离太阳最近的水星 ·

水星,也被称为辰星,是太阳系中公转速度最快的行星。

水星也是八大行星中体积最小的行星,虽然小,但是仍比月球大1/3。在太阳系的行星中,水星拥有最大的轨道离心率和最小的转轴倾角,大约88天便能够绕太阳一圈。

在公元前5世纪,水星被认为是两颗不同的行星,因为水星经常交替出现在太阳的两侧,因此古代人还给它起了两个名字:当它在傍晚出现时,被称为墨丘利,这也是水星英文名字的由来;在白天出现时,被称为阿波罗,是为纪念太阳神阿波罗的。直到毕达哥拉斯指出这两颗行星是一颗行星时,人们才发现了以往的错误。

水星是太阳系中很独特的行星,之所以说它独特,是因为以下几个方面:

首先,水星是太阳系中最接近太阳的行星,距离为5790万千米,这个距离是太阳到地球距离的0.4倍。到目前为止,还没有发现与太阳更近的行星。按说离太阳这么近,水星应该是非常明亮的,从地球上观察的话,应该很容易被看到,而事实上却不是这样,水星离太阳太近,除非有日食,否则一直被太阳的光芒笼罩着,是很难被发现的。所以,在北半球通常只能在凌晨或者黄昏时看见水星,又或者等太阳直射点转移到赤道以南时,人们才能在黑夜中看到水星。

其次,水星是八大行星中最小的一颗,引力也非常小,但是水星却像地球那样有一个大气层,不过这个大气层相当稀薄,而且在太阳的照耀下,水星大气层被迫转移到背阳的一面,因而导致了水星表面的温差非常大。向阳的一面,由于没有大气调节,温度非常高,可达到430益;而背阳的一部分,在夜间温度最低为-160益,昼夜温差接近600益。昼夜温差如此之大,因而科学家推测水星上不可能有生物存在。

水星的地貌也很独特。表面跟月球很相似,布满了环形山、大峡谷、高山、平原、悬崖峭壁等,其中环形山大约有上千个,跟月球的环形山相似,不过坡度比月球要舒缓一些。水星上最热的地方是卡路里盆地,直径为1300千米,当水星运行到近日点时,太阳直接照射在这里,因而温度非常高。科学家猜测这个盆地很有可能是因为行星撞击产生的。水星的地势起伏很大,造成这种现状的原因是起初水星核心冷却收缩时引起了外壳起皱。由此可以推断,火星表面上比较平坦的地区,都是后来形成的,或者是因为熔岩灌入导致的。

太阳系中,除了地球外,水星是密度最大的行星。水星从表面上看,和月球很相似,然而内部却像地球一样,分为壳、幔、核三层。科学家推测水星的外壳是由硅酸盐构成的,中心有个由铁、镍和硅酸盐等成分组成的内核,所含有的铁的百分率超过目前已知的其他行星。科学家推算,水星中铁含量为2万亿吨,按照地球目前的年产量来计算的话,水星上的铁足够人类开采千亿年。由此可知,科学家提出去其他星体上寻找地球的替代能源是非常有道理的。

按照水星的成分来说,水星的质量应该更重一些,但它并没有那么重,这可能是由于被微星体撞到后失掉了一部分。还有个说法是水星存在的时间可能比太阳还要长久,在太阳爆发能量之前,水星就已经很稳定了,那个时候的水星质量大概是现在的两倍,但是由于原恒星坍缩,温度上升,水分蒸发,形成岩石蒸气,被星系风暴卷走,因而导致质量下降。

由于水星距离太阳很近,受太阳引力影响,其轨道运转速度比其他行星要快许多。据科学家推算,其速度为每秒48千米,人若按照这个速度,只需要15分钟就能围着地球跑一圈。同时,水星的公转速度也是非常快的,绕太阳公转一周只需要约88天,而地球绕太阳公转一周需要365天。

虽然绕太阳公转的时间很短,但是水星的“一天”却十分漫长,和地球做对比的话,地球自转一周就是一昼夜,水星自转三周才是一昼夜。据推算,地球上过去了176天,水星才过去一个昼夜。这倒应了“天上一日,人间一年”的说法,但对于日出而作、日落而息的地球人来说,是很难适应水星上的昼夜变化的。

随着科技的发展,科学家从太阳系中发现的卫星越来越多,然而水星没有自然卫星,唯一靠近过水星的卫星是美国探测器水手10号。水手10号在1974—1975年探索水星时,只拍摄到水星大约57%的表面。

很多人通过望远镜见过“水星凌日”的现象,即当水星运行到太阳和地球之间时,我们就会看到太阳上有个小黑点穿过。这个原理和日食、月食很相似,水星和地球绕太阳运行的轨道不在一个平面上,而是有一个倾角,当水星和地球的轨道在同一平面上,水星、地球、太阳又处在同一条直线上时,就会发生“水星凌日”的现象。只不过水星离太阳太近了,能遮挡的太阳面积很小,因而不能让太阳光减弱,所以人们用肉眼通常是看不到“水星凌日”的,只能借助于望远镜。“水星凌日”可能发生在一年的5月8日左右或者11月10日左右,但是由于水星和地球的公转轨道存在一定的夹角,因此这种天象每一百年大概发生13次。

水星是太阳系中非常独特的一颗行星,它身上仍然有不少的秘密等待着人们去挖掘、去了解。

· 小型地球——火星 ·

火星的上空飘着淡红色的云彩,整个天空呈橙色,而不是地球上我们看到的蓝天白云。

火星的大气层很稀薄,主要是二氧化碳,如果你想在火星上行走,那么至少需要一个氧气罐。另外,你会看到火星的表面是坑坑洼洼、荒芜原始的,这会让你想起“盘古开天辟地”时的场景,你也会看到上千个大小不一的环形山,以及巨大的峡谷,其中最大的峡谷叫作“水手谷”。峡谷十分陡峭,你甚至能通过痕迹推断出这里曾经发生过陷落或者山崩。

在赤道地区,你可以看到不少干涸的河床,河床宽阔而弯曲,最长的约 1500千米,宽达60千米,你甚至可以看清一些大河的支流,你会觉着这里曾经有水流过,或者是个湖泊,也许这里曾经森林茂密、鸟语花香,珍禽异兽数量很多,也许还会有“火星人”存在。

环绕火星的卫星证实了巨大的陨石坑曾经是一个火山湖。火星车在一个水流的沉积物成扇形的三角洲着陆而发现了它。这个65千米宽的陨石坑,虽然已经彻底干枯了,但是种种迹象表明古老的火星上曾经很湿润。三角洲位于火星南部高地的厄伯斯华德陨石坑,看起来像是一个向右边凸进的半圆。它是在37亿年前一次小行星的猛烈撞击下形成的。陨坑只有右边是完整的,其余的被一个由后来陨石猛烈撞击形成的更大的霍尔登陨坑所掀起的碎屑覆盖。这就是原始的火山湖。

在火星的两极地区,能看到“极冠”,极冠是白色的,因而显得很突兀,夏天的时候,它会收缩变小;等到了冬天,又会扩大。近年来有科学家确认,极冠是由干冰组成的。极冠看起来很像是覆盖在火星南北两极上的冰雪。

火星上还有另一种独特的现象,那就是尘暴。在一年之中,火星至少有四分之一的时间看起来像是一片橘红色的云,这是因为火星土壤中铁含量非常高。火星几乎每年都要刮一次特大风暴,在地球上,我们更熟悉的风暴是台风,台风的风速是每秒60多米,而在火星上则能达到每秒180多米。尘暴会逐渐蔓延开来,致使整个火星狂沙飞舞。科学家经研究发现,之所以产生尘暴,是因为火星运行到近日点时,太阳对火星表面的加热作用较大,导致热空气上升,尘埃扬起;等到太阳加热作用减弱,火星上温差减小后,尘暴就会慢慢地平息下来。

1877年,美国科学家发现火星有两颗卫星。火卫一离火星不到10000千米,运行速度非常快,从火星上来看,它是西升东落的,而且一般每天有两次西升东落的过程。但是由于它距离火星太近,所以无论站在火星的什么位置都无法从地平线上看到它。火卫二离火星稍微远一些,有20000多千米,从火星上看,它是由东升西落的,而且通常五天多的时间才能看到它东升西落一次。这两颗卫星形状都不规则,运行轨道也不稳定,火卫一有不断加速的现象,而火卫二看起来正在慢慢地远离火星。

行星中最让科学家感兴趣的就是火星,因为火星和地球有着很多相似之处,有“小型地球”的称号。虽然火星上昼夜温差较大,空气中二氧化碳浓度太高,缺少足够的氧气,但是科学家已经根据火星的情况提出了“千年改造计划”,即首先对火星加热,使其升温,制造温室效应,改善火星的空气,多种树,建立火星生态系统,增加氧气的含量;其次是建立火星农业、工业等体系,让生活在火星上的人能够自给自足;再次是建造房子等生活基础设施;最后是火星旅游或者火星移民。

目前已经在火星上发现有水的痕迹,等到时机和技术条件成熟时,火星也许会成为人类移民外星的第一选择。

· 火星上有生命吗 ·

一直以来人们被认为火星上可能存在生命。

火星和地球存在着许多相似之处,如都有昼夜之分;自转周期和地球相近;都有四季变化;都有大气层等。多年来,人类总是不断地向火星发射探测器,希望能够在火星上发现生命形态。

自20世纪60年代中期至今,人类对于火星的探索就没有中止过,美国和苏联相继发射宇宙飞船,从飞船传回的照片来看,火星表面坑坑洼洼,很像月球,而且还有许多的环形山。检测火星大气时发现,空气中含有氧、氮、氢、碳等基本元素,这些元素都是生命存在的必要元素。

不久后,美国科学家发现,火星上有两个地方可能存在水分。从“海盗号”着陆器传回的资料来看,这两个地区的水蒸气相比火星其他位置要多十倍,因而科学家断言火星上有地下水,但是没有发现液态水。有科学家根据火星上的大气构成、河床等猜测,火星上有生命存在过,至少有低级的生命形态。

美国于2003年发射了“勇气”号和“机遇”号火星车,2007年发射了“凤凰”着陆器,2011年发射了“好奇”号核动力火星车,这些先进的探测器可以帮助科学家们进一步了解火星。虽然目前还没发现生命存在,但是探测器在火星上发现了冰冻水,而水是生命存在的必要条件,没有水就没有生命。

科学家们发现火星上有许多干涸的河床,这似乎暗示了火星上曾经有过河流,然而现在只剩下了干涸的河床,如果曾经有水存在,那么那些水去哪里了呢?科学家指出,在火星早期,火山频繁爆发,喷出了大量气体,这些气体让火星温暖如春,因而火星上的冰层被融化;但是后来火星上火山爆发的强度越来越弱,次数越来越少,使得火星上变得又干又冷,所以才会河流枯竭只留下河床。但不管怎样,冰冻水的发现让科学家感到很兴奋,这表明火星是很有可能存在或者曾经存在过生命的。

冰冻水的水域面积有近6万平方千米,水深近300米,大约有114个青海湖的水量。据估计,在火星上,不同位置的冰冻水的深度是不相同的,在火星南纬60毅的地区,向下挖60厘米才能看到冰冻水,而在南纬75毅的地区,只需向下挖30厘米就能看到冰冻水。除了南半球,火星的北半球也有类似的冰冻水。

科学家还在火星上发现了一种叫作“斯蒂文石”的土矿,这说明火星上可能曾有生命存在。这种土矿曾在地球上发现过,只有最早期的微生物才能形成这种土矿,因而科学家猜测,火星上可能存在类似的微生物。将微生物与土矿联系在一起的是澳大利亚科学家鲍勃·布尔纳,在此之前,科学家认为“斯蒂文石”土矿只有在极端条件下才能形成,因而布尔纳的这个发现引发了科学家对火星是否存在生命的一系列疑问。

布尔纳说:“从表面上来看,火星上的‘斯蒂文石’可能是由于极端环境形成的,比如火山爆发等,但是我们在研究中发现,这种黏土矿也是可以由微生物形成的。这个发现,或许能够帮助我们探索火星上是否存在过生命。”