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行星地理

2007-02-05 13:01 作者:吴戈 2007年第4期
3世纪的古罗马就以掌管每天第一小时的行星为序,命名一周的7天。曾任美国国会图书馆馆长的史学家丹尼尔·布尔斯廷认为:“星期”是人类按自己的意愿而非自然现象确定的最早时间单位,堪称“通向科学之门”。2007年开年第一周的《自然》和《科学》杂志,不约而同的主题还是太阳系的行星地理。

3世纪的古罗马就以掌管每天第一小时的行星为序,命名一周的7天。曾任美国国会图书馆馆长的史学家丹尼尔·布尔斯廷认为:“星期”是人类按自己的意愿而非自然现象确定的最早时间单位,堪称“通向科学之门”。2007年开年第一周的《自然》和《科学》杂志,不约而同的主题还是太阳系的行星地理。

土卫六的湖光山色

近来行星地理最重大的发现之一是土星的第六颗卫星“泰坦”上的湖面。地球的地理大发现,困难在于一叶障目,沿一个海湾航行数百公里,还以为即将穿过一个海峡。行星地理的困难则相反,虽然早在20多年前就有人推测“泰坦”上有充满液态甲烷的海或湖,但浓雾一直阻挡着它的细节,直到2006年7月22日“卡西尼”探测器掠过“泰坦”。在最近完成处理的雷达图像上,华盛顿空间关系研究所的艾伦·斯托凡博士惊讶地看到了星罗棋布的几十个湖泊。在距地球16亿公里的地方还有与地球如此类似的地形,令人始料未及。

“泰坦”上存在液体痕迹并不是最新发现,欧洲的“惠更斯”着陆器就发现过一些类似河道的特征,但迄今还从未找到“泰坦”表面有流动液体的迹象。最近发现的湖泊位于其北半球高纬度地区,总数超过75个,大小从方圆约2公里到64公里不等。

由于距太阳过于遥远,“泰坦”的表面温度低达零下183℃。在地球上以气体存在的甲烷在这里成了液体,正是它们形成了湖泊。但除了怪异的化学成分,这些湖在其他方面与地球上的湖并无二致。斯托凡根据雷达数据推测出这样一番景象:“甲烷-乙烷是透明的,像地球上的水一样,湖面还微微泛着波浪。如果你站在湖边,你看不出湖水的不同。它们有河道注入,形状、岸线等地质特征也非常熟悉。”当然,“离太阳太远的‘泰坦’不光酷寒,天空也非常暗,根本不是蓝色,天空和湖水都会有一层橙红色的调子,这一点会使你感到身处异域”。斯托凡补充道。

湖泊意味着“泰坦”不光是太阳系已知卫星中唯一有大气的,还是太阳系中第一个发现有活跃、流动的液态循环的地外天体。既然有湖,它还可能有雨、有侵蚀甚至有季节变化。这些在火星历史上也曾有过,但只有“泰坦”依然如故。斯托凡提出:“在地球上我们有水文学,对‘泰坦’恐怕不得不另造一个词,它是甲烷循环。”

“泰坦”的波光使人类研究气候和液体循环的视线延伸到地球之外。更重要的是“泰坦”上还有冰,虽然很快就会冻结,但很可能偶尔也存在液态水。这些都是构建生命所需的化学成分,非常类似地球最早期的情况。斯托凡估计:“我们一直认为‘泰坦’能告诉我们很多。现在终于发现了事实。如果能分析湖水和湖底的有机污泥,还会发现更多。不光是地质的,还有关于生命起源的事实。”

从“卡西尼”探测器2006年10月25日获得的图像中,科学家还在“泰坦”的赤道以南发现了一座长150公里的山脉,与美国内华达山脉相当。这座由冰组成的山脉高1500米,山脊上看似白雪皑皑,实际上覆盖的可能是甲烷雪或其他有机物,它们是“泰坦”的地质构造,像地球上的大洋中脊一样裂开后喷发出来的。

更加风光无限的险峰出现在土卫八“拉伯图斯”上。一条山脉与太阳系任何地方的山地都不同,它拔地而起达20公里,并且延伸到这颗星球的整个赤道。这样的造化已很难用内部地质运动的抬升来解释,行星地理学家借用了天外飞石的想象力。他们猜测:这颗年轻的星球可能本来有形成时残留的碎片构成的环,350万公里外的土星的引力鞭长莫及,碎石环便逐渐落到“拉伯图斯”的表面,堆成这条山脊。2007年9月,“卡西尼”将再次靠近土卫八考察。

火星的暗流涌动

从2000年起,火星上的环形山和其他凹陷的斜坡上逐渐发现了上万条水冲成的沟,还有北极附近沙丘的石膏矿和其他地区的黏土矿,都是过去湿润环境的标志。火星很久以前曾经有水已是不争的事实,最近火星漫游车甚至发现了9个月内有水冰云团存在,但一直没找到地表水,在火星轨道上运行的“火星全球勘测者”探测器不得不反复拍摄数百个地点。

直到这台已运行7年的探测器耗尽最后寿命前不久(2006年11月初它与地球失去联系,未能恢复),终于在火星30°以上纬度发现了两处近期存在地表水的明显迹象。在2005年9月的照片上,一座环形山的斜坡上赫然出现了数十米宽、延伸近1公里的冻结或淤积物,这是1999年同一地点照片上所没有的,很可能是大量水涌出形成的。另一张2005年的照片上也发现了2001年所没有的类似痕迹。

这一消息一直保密到2006年12月初进一步证实后才公开。火星表面温度在-15℃到5℃之间,如果水是酸性的,结冰点会降低,仍能在地表流一阵子才冻结。负责控制“火星全球勘测者”的马林太空科学系统公司总裁迈克·马林说:“明显的涌水痕迹是地面水在一个冰坝后积聚,压力增大,将冰坝冲开的结果,冰坝则是地下水渗到较冷的地表后形成的。”据估计,这两处痕迹,水的流量曾达到7.5万~15万加仑。“如果你站在那里,这股水流下来,你可能要躲开。”该公司的肯·埃杰特说。这些水会很快冒泡和沸腾,倒不是因为热,而是因为火星大气压较低。另外,“火星侦察轨道器”强大的雷达也发现了火星极地表面下有多种水冰层。美国行星协会的布鲁斯·贝茨说:“就在几年前,公认的观点还认为,火星上有液态水是10亿年前的事了。”美国亚利桑纳州立大学的菲利普·克里斯藤森说:“这些新发现一再表明,火星表面是多么多变和活跃。”现在,美国和欧洲的火星探测器正纷纷调转镜头,期待着目睹火星的喷泉。

2006年3月13日,Google公司推出了“Google火星”交互地图搜索服务。这些地图放大后甚至能看到火星表面的山峦、峡谷、沙丘和环形山,但当空中俯瞰带来的人类视觉征服感放到行星空间,显然还是浮光掠影。就在火星表面,“机遇号”火星漫游车用与哥伦布的帆船接近的速度(约7公里/小时)一路走走停停,约21个月后,终于穿过一个崎岖的大平原,于9月27日到达维多利亚环形山。这里是距它2004年着陆的地点10公里以内最突出的地形。在10月3日的照片上,“火星侦察轨道器”发现了火星表面蚂蚁般的“机遇号”,甚至看到了它的车辙。“火星探索漫游车”首席科学家、康奈尔大学教授史蒂夫·斯夸雷斯说:“照片上小小的漫游车正停在悬崖顶部,这是我看到的所有行星天文学照片中最令人感慨的。”

“机遇号”拍摄的第一张高清晰全景照片发现,维多利亚环形山方圆约有750米,陡峭的Cabo Frio山岬高度只有20米左右,但火星的地质史正蕴藏在这座环形山深处一些原封未动的沙丘中。现在的问题是,维多利亚山边缘的几十个山岬又高又陡,它们之间虽有浅浅的缓坡,但漫游车能否顺利开下山谷还未可知。上次陷入沙坑,“机遇号”花了5个星期才挣脱出来。“我可不想来一段自杀性的行驶。”斯夸雷斯说。因为漫游车的两台照相机相距太近,它现在甚至无法判断下坑的深度,不得不沿移到另一处边缘,换个角度拍照,并等待火星春季和夏季来临后,太阳能电池能获得足够的能量。

在地球上,人类的想象力早已顾不上眼前的难度,再次幻想着人类登上火星的日子。不过现在有个不安全的坏消息,欧洲航天局去年12月13日宣布:他们的“火星快车”探测器最新发现火星地下远比地表古老和崎岖,北半球低地和平原下埋藏着很多直径130至470公里的巨大撞击盆地,至今彗星的撞击仍比预计的频繁得多。

不管怎样,目前的数据表明:火星是一个动态的星球,内部的热源很可能将水和热流涌向表面,提供了维持某种地下生命的条件。定于2009年发射的“火星科学实验室”漫游车将研究有机碳循环,了解火星生命构成。耗资15亿美元的“火星天体生物学现场实验室”则定于2016~2018年发射,它是“海盗号”之后30年第一台专为搜寻外星生命而发射的航天器,将直接寻找现存的火星生命。

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