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宇宙-第16章

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  木星的伽利略卫星,也几乎都和水星一样大。我们已能测定出这些卫星的体积和质量,因而可以计算其密度,从而可以推测出它们的内部结构。我们发现,靠里的两颗卫星——木卫一和木卫二,其密度和岩石差不多。外面的两颗卫星——木卫三和木卫四的密度则要小得多,介于岩石和冰块之间。但在这两颗卫星内,却含有放射性物质,这使其周围的物质变热了。这积聚了几十亿年的热量,无法到达卫星的表面,更谈不上向宇宙扩散了,因此,这种热量必定会融化其冰冷的内部物质。在能靠近观察这4颗卫星前,我们曾估计,这些卫星的地下海中的水,可能彼此大不相同。“旅行者”号飞船靠近观察的结果,证实了我们的估计是对的。它们彼此确实大不相同,也与我们见过的任何其他世界不同。

  “旅行者2”号飞船再也不能返回地球了。但是,它的惊人的科学发现,这种真正的旅行者的故事,却返回了地球。例如,1979年7月9日8:04(太平洋标准时间),一个以旧欧洲命名的新世界,即欧罗巴卫星(指土卫二)的首批图像传到了地球。

  飞船远在太阳系之外,如何能使图像传到地球上来呢?土卫二绕木星运行时,阳光照射在它的表面上,又反射到宇宙之中,其中一部分光线反射到飞船的电视摄影机镜头上,从而产生了图像。经过飞船上的计算机处理后,图像变成电波,飞越5亿公里后,传到地面站的射电望远镜上。在西班牙、加州南部的莫哈韦大沙漠,以及澳大利亚(1979年7月那天早上正是在此地的望远镜正对着木星和木卫二),各有一个这样的地面站。然后,再发送到通信卫星上,由通讯卫星把信息传送到加州南部,尔后,通过一系列微波中继站,最后把信息输送到喷气推进实验室的计算机中处理。图像大致像报纸的传真照片,由大约100万个小点组成,每个小点明暗的程度不同,这众多的小点,靠得很近,用肉眼观看离得稍远就无法分辨,只能看到其累积效果。从飞船上传来的信息决定每个小点的明暗程度。经过处理后,这些小点可贮存在磁盘上,与唱片的贮存方式十分相似。一号飞船拍摄的木星系照片,约有1.8万张,都被贮存在这种磁盘上,二号飞船拍摄的照片数,也相差无几。经过这一系列加工后,木星系的图像就出现在一张光滑纸上,从而在人类历史上,第一次看到了木卫二的奇观。

  我们看到的图像是十分令人惊叹的。“旅行者1”号拍摄了木星的另外三个卫星的精彩的照片,但没有拍到木卫二的照片。这项任务是由2号完成的。由于是近距离拍摄的。所以镜头只覆盖了几公里的范围。粗看照片,似乎上面布满运河,正像洛韦尔所想象的赋予火星的运河一样。其实,在木卫二上,根本不存在运河。但我们看到许多扑朔迷离、纵横交错的直线和曲线。它们是隆起的山脊,还是溺沉的河流?它们是如何形成的呢?它们是星球伸缩引起的断裂所产生的吗?与地球的板块结构有联系吗?而且,有什么样的光发射到木星的另外3个卫星上去?神奇的现代科学技术,产生了令人难以置信的结果。但是,要真正理出个头绪来还得靠人的大脑。人们分析证明,尽管木卫二上沟渠纵横,但它像弹子球般光滑。没有盆地,也许是其表面冰层融化流动的缘故。照片所示的线条,只不过是这种冰流处的小槽或裂缝,其成因尚有待于进一步研究。

  假如“旅行者1”号和“旅行者2”号飞船上有宇航员,那么,船长的航行日记上可能这样写:

  第1天。我们彻底检查过食品以及各种仪器后,终于成功地从卡纳维拉尔角发射场起飞,开始了漫长的宇宙旅行。

  第2天。摄影机的活动支架发生故障。假如不排除故障,摄影计划将无法完成,科学数据将无法得到。

  第13天。我们回顾家乡,拍下了第一幅十分清晰的、地球和月亮浑然一体的照片。漂亮的一对。

  第 150天。微型发动机点火,以便修正飞船的轨道。

  第 170天。按计划维护设备。几个月以来,一切顺利。

  第 185天。成功地拍摄了木星的精确照片。

  第207天。活动架故障被排除,但是,无线电发射主机却出了毛病。我们换上了备用发射机。假如它也失灵,我们与地球的联系将再次中断。

  第 215天。我们飞越火星轨道。这时,火星正处于太阳的另一侧。

  第295天。我们进入小行星区。这里有许多翻滚着的大石块,它们是太空的鱼群和礁石,大多数还是陌生的,我们挂上了“小心”的牌子,但愿别碰上它们。

  第475天。我们安全地钻出小行星区,真是万幸。

  第570天。我们接近了木星。与地球上最大的望远镜相比,我们看得清楚多了。

  第615天。木星的瞬息万变、多姿多彩的云层展现在我们面前,使我们眼花缭乱。木星真是巨大无比啊!它比所有其他行星加在一起还要大2倍。在这个世界上,没有高山峡谷,也没有火山河流,在球体与空气之间也没有界限,到处只是一片茫茫无边的流动着的稠密气体和云彩,因此也就无所谓木星的表面,木星上的一切都在它的天空中飘动着。

  第630天。木星上的天气仍然是绚丽壮观的。这个巨大的星球自转一周将近10个小时。正是在自转力的作用下,以及在阳光和它自身散发的热量的作用下,在它的周围才形成了蔚为壮观的、飞快飘动着的云彩。

  第640天。云彩变幻无穷、光辉灿烂。使我们联想起梵高所画的“星空”,以及威廉·布莱克和爱德华·蒙克的作品中所描绘的群星璀璨的夜空。只是他们描绘的景象大为逊色而已,因为所有这些艺术家,都是站在地球上观察夜空的,因而不可能真正描绘出这无比绚丽多彩的星空奇观。

  我们靠近木星观察它的云彩带,白色云带是高空云层,也许是氨晶体所组成;褐色云带的云层要深些,温度要高些,因而大气向下流动。蓝色部分则显然是顶端云层中的空洞,通过这些空隙,我们才看见了晴朗的太空。

  木星的红褐色云彩的成因还不清楚,也许是磷或硫的化学反应所致,也许是太阳的紫外线照射到甲烷和氨气上,又与木星的大气层中的水汽和有机分子相混合后所产生的彩色云层。假如事实确实如此,那么,地球上的最早的生命就是40亿年前木星上的这种化学反应所引起的。

  第647天。我们进入大红斑(GRS)地区。这是一个巨大的气柱,高出邻近的云彩,其浩瀚宽阔足以容纳半打地球。至于红色,可能是其内部的复杂分子形成的。这是个巨大的风暴区,其历史也许已达百万年之久。

  第650天。接近木星。充满奇迹的一天。我们只有一件损坏了的光偏振仪导航,却成功地通过了可怕的木星辐射层。接着,又安全地穿越环形区。在这层新发现的木星环形区内,到处是宇宙尘粒和宇宙石,我们却毫无损伤。我们拍摄了神奇的木卫五的照片,这是一颗椭圆形的呈红色的小星球,位于辐射层的深处。还拍摄了五彩缤纷的木卫一和木卫二的线条,以及木卫三的蛛网特征和木卫四的多环状巨大盆地。然后,我们绕过木卫四,飞经木卫十三——已知的离木星最远的卫星。我们继续朝外飞。

  第662天。飞船中的磁场探测器表明,我们已离开了木星的辐射层。木星的重力,加速了我们飞船的航行。我们终于飞离木星系,重新邀游在太空之中。

  第874天。飞船偏离老人星——用航海术语来说,叫船舵失灵。要在茫茫宇宙之中保持飞船的方向,船舵是至关重要的,否则,我们就会在宇宙大海中迷航。偏离纠正了,飞船偏航的原因,看来是我们的光学传感器错把半人马星座的α和β星当做了老人星。两年以后,我们将到达下一个港口:土星系。

  “旅行者”号飞船发回的所有宇宙故事中,使我最感兴趣的是最靠近木星的木卫一上的发现。在发射“旅行者”之前,我们已经觉得木卫一有些奇怪。尽管我们只能分辨出其表面的几幅照片,但是,我们知道,木卫一是红色的,而且红得耀眼,比火星还红,也许是太阳系中最红的星体。有几年时间,它似乎在发生某种变化,表现在其红外线或雷达的反射特征上。我们还知道,在木卫一运行的轨道上,部分围绕着木星有一圈从木卫一遗落的硫、钠和钾的微粒,遗落原因不明。

  当飞船接近这巨大的卫星时,我们发现它的表面五光十色,这种奇特景色,在太阳系的其他星球上是没有的。木卫一与小行星区相邻,因此,照理说,它一定始终受到小行星区散落物的冲击而变得伤痕累累。但事实上,我们却看不到这种被撞击的迹象。那么,在木卫一上,一定发生了某种变化过程,十分有效地擦去了撞击的小坑,或是填平了小坑。这种过程不可能是大气层引起的。因为木卫一的引力很小,其大气大部分都扩散到了太空之中。也不可能是水蚀作用引起的。因为木卫一表面温度很低,根本就没有流动着的水。有几处地方像是火山口,但也很难确认。

  林达·莫拉比图,“旅行者”号飞行控制组的一名成员,她是负责保持飞船的正确轨道的,她一直命令一架计算机强化木卫一边缘图像,使其后面的恒星显现出来。使她大为惊讶的是,她竟观察到某种物质,在一片黑暗之中,耀眼地从卫星表面喷射出来。不久,她就确定了喷出物的位置正好在一个被推测的火山口上。这样,飞船发现了地球外的第一个活火山。在木卫一上,我们已知有9个大火山,但喷出的是气体和碎石,至于死火山,则恐怕有几百座,甚至有数千座。正是这些火山的碎石,填满了卫星被撞击后形成的洞口。这种新的星球奇观,如若伽利略和惠更斯见了,会怎样地赞叹不已啊!

  在此之前,斯坦顿·皮尔及其助手,通过计算木卫一卫星内部物质的升降情况(这种升降活动是由邻近的木卫二,以及巨大的木星本身的引力所引起的),也早就预见到了火山的存在。他们发现,木卫一内部的岩石之所以融化,不是由放射活动,而是由这种升降活动所产生的。他们还发现,木卫一内部的大部分物质可能是液体状态。木卫一内部的硫磺,在表面附近融化集中后,在火山的作用下,形成了液态硫地下海。当固态硫加热到大约115℃时,就会融化,而且会改变颜色。加热的温度越高,颜色就变得越深。假如融化的硫磺迅速冷却,又会恢复它原来的颜色。我们在木卫一上看到的不同颜色,很像火山口喷出的液态硫:火山顶端的硫呈黑色,温度最高;火山附近形成的河流状态硫,呈红色及桔黄色;遍布在平原部分的硫则呈黄色。木卫一表面的形状几个月改变一次。因此,如同地球上作气象预报一样,也得定期发布木卫一的地形图。未来的木卫一探险者,必须注意这种现象。

  飞船发现,木卫一的非常稀薄的大气层主要成分是二氧化硫。但是,这稀薄的大气层,其作用却不小,因为木卫一处于木星的辐射带。辐射带充满了带电粒子,有了这大气层,就足可保护木卫一的表面不受损害。每当夜幕降临,木卫一的表面温度就迅速下降,二氧化硫凝固,宛若一片白霜;这时,带电粒子就会乘机而入,危害木卫一的表面。这样,在卫星下过夜很可能是明智的做法。

  木卫一上火山喷发时,火山喷柱如此巨大,如此深远,以致它的原子可直接进入木星外的太空中。因而围绕木星的、处于木卫一轨道上的微粒环,其来源可能就是这些火山。这无数的微粒,盘旋着逐渐移向木星方向,覆盖了靠里的木卫五,它之所以呈红色,其原因也可能就在这里。木卫一发出的这些物质,历尽坎坷后,汇入到木星的环形系统也不是不可能的。

  人类要登上木星,是极其难以想象的。当然,从技术上讲,我认为让永久性的大气球悬浮在木星的大气层中,在遥远的未来是可能实现的。正如从木卫一或木卫二近测所看到的那样,这颗巨大的、变幻无穷的星球总是飘浮在空中,其位置一成不变。因为太阳系中几乎所有的卫星,都像月亮对地球那样,总是以其一面朝着行星。对木星系的未来探险者来说,木星将始终是一个令人心驰神往的世界。

  星际间的气体和尘埃,被太阳系所积聚,大部分其他区域的物质,凡是没有落到太阳上的,都为木星所积聚。如果木星的质量比现在大十几倍,木星的内部物质就会发生热核反应,木星也就会开始发光。宇宙中最大的行星不会发光,实在是一件憾事。尽管如此,其内部温度却非常高,以致它发出的能量比从太阳接收的能量几乎要多2倍。从红外光谱的角度来看,完全可以把木星看做一颗恒星。如果木星成为一颗闪亮的恒星,我们今天就会生活在双星系中,在我们的头顶,将有两个太阳同放光辉,夜景将难得一见了。其实,我相信在整个银河系中,在无数的太阳系中,这本来是司空见惯的现象。毫无疑问,这也是自然而又美妙的。

  在木星最下部的云层处,其大气层所产生的压力比地球上任何一处的气压都大得多,以致电子从氢原子中被压了出去,形成一种奇特的物质,液态金属氢——一种在地球上的实验室中从未观察到的物理形态,因为它要有必需的压力,这在地球上从未取得(在适当的温度下,金属氢是一种超导体。假如能在地球上制造出来,将会引起电子学上的一场革命)。在木星的内部,其压力大约是地球表面大气压的300万倍,除了呈黑色的金属氢外,几乎没有别的物质。但是,在木星的核心处,由于巨大压力的作用,却可能如同地球一般,充满岩石和铁矿石,永远埋藏于这颗最大的行星深处。

  木星内部的液态金属氢中的电流,可能是该行星巨大磁场的源泉(该磁场是太阳系中最大的),也可能是其附近的电子和质子带的源泉。这些带电粒子,从太阳发出,随太阳风运行,被木星的磁场所俘获并加速。相当部分的带电粒子被俘获在木星的云层之上,从一极飞到另一极,在巧遇高空大气层中的分子且脱离辐射带后,它们才会停止这种穿梭般的来回飞驰。木卫一运行的轨道离木星太近了,从而当它穿过辐射带时,会产生带电粒子流,这反过来又会产生巨大的辐射能(这些粒子流又会影响到木卫一表面的喷发过程)。通过计算木卫一的位置,就可能预测木星辐射能的爆发,这比地球上预报天气还要准确得多。

  在射电天文学的早期,即在50年代,人们就偶然发现,木星是一个辐射源。两位年轻的美国人,伯纳德·伯克和肯尼斯·富兰克林,用最新研制的、在当时十分先进的射电望远镜观察星空。他们想要探测太阳系外的宇宙射线源。结果,他们意外地发现了一种巨大的不为人知的射线源,它既不像是一恒星,也不像是星云,或是星群所发出的。而且,参照遥远的恒星,它还在逐渐移动,移动得比任何遥远的物体都快得多。⑿他们无法解释其原因,有一天,他们走出天文台,抬头望天,用肉眼观察,希望碰巧能发现某些有趣的现象。使他们困惑的是,就在他们发现放射源的地方,他们竟看到了一种格外明亮的光点,他们很快就搞清了,那就是木星。这尽管是一次偶然的发现,但在科学史上却是很有代表性的。

  在一号飞船掠过木星前,每当夜幕来临,我总是仰望星空,着见木星在对我眨眼。100万年以来,我们的先人对此都深为惊叹。而在飞船掠过木星的那天晚上,当我迈步走向宇航局喷气推进试验室,以便研究飞船发回的资料时,我不由得寻思,木星将再也不是从前的样子了,将再也不是夜空中一个普通的亮点了,从此以后它将成为一个被探索过的已知世界了。在千姿百态、优美壮观的宇宙世界中,木星及其卫星可以说是一种小型太阳系,从中我们可受到不少启迪。

  与木星相比,土星则小得多,但在构造等诸方面,它们彼此十分相似。土星自转一周,需要10小时,在赤道附近,也有一圈彩带,只是不如木星的那样明显。它的磁场和辐射带也比木星的弱,但它的光环却要壮观得多。土星的卫星多达十几个。

  在士星卫星中,最有趣的要算土卫六了,它是太阳系中最大的卫星,也是惟一富有大气的卫星,在“旅行者1”号于1980年11月飞经土卫六之前,我们对它的认识是十分肤浅的。我们有把握的事情只是知道,在土卫六上存在甲烷,这是最早由柯伊伯发现的。太阳的紫外线把甲烷转变成了比较复杂的碳氢化合物,以及氢气。碳氢化合物,似褐色的有机焦泥一般,覆盖着卫星的表面,这种焦泥有点像地球上生命起源实验中产生的物质。

  由于土卫六的引力小,质轻的氢气可能向宇宙中迅速扩散,这种剧烈的扩散过程叫做“气喷”,它同时要带走甲烷,以及大气层中的其他物质。但在实际上,由于土卫六的大气压至少与火星的一样大,因此气喷过程看来并未发生。另外,也许是由于在其大气层中存在某种重要的迄今尚未发现的物质——例如说氮——使得大气中的平均分于重量保持很高,从而防止了气喷的发生。或许,气喷一直在发生,只是扩散到宇宙中的气体由卫星内部释放的气体弥补了。

  土卫六大部分密度很低,因此它上面必定有大量的水和各种冰,而且其中还可能含有甲烷,这些甲烷是在卫星内部的较大的热力的作用下,以我们还不知道的速率,释放到卫星表面的。

  假如用望远镜观察士卫六,我们就会看到一个勉强能辨认的红盘。有些人还说,在盘的上方,还可看到变化无穷的白云——这些白云,很可能是甲烷晶体形成的。但盘的红颜色又是什么形成的呢?大多数研究人员认为,土卫六的这种颜色很可能是复杂有机分子所致。至于其表面温度,以及大气层的厚度,至今尚无定论。有迹象表明,由于大气层的温室效应,会提高其表面温度。

  在土卫六的表面及其大气层中含有极
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