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第5章 从火星“运河”到火星大洪水的发现(2)

“旅居者”的资料表明,火星的地形与地球类似,土壤则大致有三类:硬质土、粉状土及细质沙土,而岩石则多姿多彩,外观上有红、蓝、白三种,美国地质学家皮特·史密斯认为蓝色石都处于向风的东侧,而背风的西侧才现红色,半埋在土中的石块则常呈白色,但成分不外是石英、长石和石灰石等,以致有人惊叹“没有想到它们与地球岩石这样相似”。这些资料还证明了“ALH84001”的确是来自火星的“娇客”。

更令人激动的是,它把洪水冲刷的景象一览无遗地展示在人们眼前:无数的大小碎石乱七八糟地堆积在峡谷之中,上面都留下了特大洪水冲刷过的明显痕迹。

美国喷气推进实验室目前正在实验2003年火星探险“漫游者”在火星表面着陆时使用的充气囊。1997年首次登陆火星的航天器火星“探路者”也使用了同样的着陆系统。气囊必须够强,以保证“漫游者”着陆时的安全,即使落在岩石上或快速弹跳也不会受伤。

火星上有过洪水,说明它上面一定有过温暖湿润的时代,因而大大鼓舞了探索火星生命的科学家。

火星上的滔滔洪水哪儿去了?怎会变成今天极为干燥的荒漠?这也能给人类以宝贵的启示——好好保护我们今天的地球!

“旅居者”的巨大成功,使世界各国众口一词地把它列入“1997年十大科技成就”之前列。值得指出的是,参与这项计划的华人科学家有好几十人,其中有负责飞船定位、转向、下降的刘登凯、“海盗”号中已崭露头角的吴贻谦(负责飞船保障),而年龄仅28岁的李炜钧(参与飞船轨道设计)更是功不可没。

木星上大红斑的发现

太阳系中的第五颗大行星木星,是8兄弟中最魁梧的巨人。

木星的赤道半径达71400千米,是地球的11.2倍。按体积讲,木星是地球的1316倍。如果把地球比做一颗小小的绿豆,木星就相当于一个中等大小的西瓜。木星的质量为1.9×1027千克,相当于地球的318倍。即使把其他7个“弟兄”加在一起,也只是它“体重”的40%。

木星真是庞大无比,如果在它赤道上绕行一周,行程将达45万千米,比我们到月球的距离(38万千米)还远得多呢。人造地球卫星绕地球一圈的时间不过1个多小时(100来分钟),倘若以这个速度(8.8千米/秒)绕木星,则将需14小时以上。

木星的质量巨大,表面的引力也相应比地球的引力要大得多。同样100千克的物质,搬到木星上就会重达264千克。所以倘若有“木星人”存在的话,那么他们大约都是动作迟缓的“慢性子”,因为一举手一抬足,都要比在地球上吃力得多。

木星巨大质量所产生的引力,也为空间探测带来一系列新问题。我们知道,登月的宇航员要离开月球返回是比较容易的,因为月球质量小,逃脱月球引力的速度(也称脱离速度、逃逸速度、第二宇宙速度等),只需大于2.4千米/秒即可。但若只有这个速度,到木星上则会有去无回了,因为要摆脱它引力的速度需达59.5千米/秒以上。这个速度可使人们在1分钟内从南京到上海来回6次。用望远镜观测木星,很容易发现它的视面并不圆。实际上它的扁率为0.0648,或者说,那两极的半径比赤道半径约短4600多千米。要在其中塞进两个水星,才与正圆差不多。

需在木星的两极处塞进两个水星才与正圆差不多

木星的转动也比类地行星快得多,按其自转周期(9小时50分30秒)及赤道半径不难算出,木星赤道上的自转线速度为12.66千米/秒,这个速度比出膛的步枪子弹快15倍,几乎与它绕太阳公转的速度(13.06千米/秒)相等了!

木星在天空中异常明亮,冲日时可达-2.4等,是除金星外第二亮星(火星大冲时可达-2.9等,但一般情况下略比木星逊色)。木星是外行星,所以,除了在上合前后几十天内不易见到外,几乎常年都可见到这个灿烂的亮星。

1609年底,伽利略制造了世界上第一台天文望远镜,他首先指向的天体是月球,接着就移向了木星。1610年初,伽利略发现了木星周围有4个小星——这是人类第一次知道其他行星的卫星,同时也成为哥白尼日心学说的第一个观测证据。

自伽利略以后的300多年来,木星一直是用望远镜观测的最好目标。用普通的天文望远镜,就可以很容易把木星的圆面显示出来。1665年乔·卡西尼发现,在木星表面的南半球上有一块红色的卵形圆斑,这是有关“大红斑”的第一次记录。

木星上的大红斑,很像地球上的大洋洲。这里所说的“像”,仅仅是指外形和相对位置、相对大小,此外,二者再也没有什么共同之处了。例如,大红斑的大小虽时有改变,但至少有10000×20000千米,最大时可达14000×48000千米。这么大的范围,即使把4个类地行星一股脑儿放进去,也绰绰有余。

大红斑是木星上最显著的特征。从1878年开始,有关大红斑的记录历年不断。它长期存在,但其大小和颜色却时有明显的变化。例如在1879~1881年的几年中,它显得特别殷红绚丽,后来渐渐“褪色”,到1927~1937年间又重新“浓妆艳抹”起来,1951年时则呈现为淡淡的玫瑰色。1973~1974年“先驱者10号”驶近它时,大红斑很醒目,但随后的六七年间又变得暗淡起来……

大红斑是什么呢?早先人们揣测它是木星固体表面上烧红了的“熔岩湖”,后来才逐渐明白它是一种气体运动,因为除了它的大小、形状、颜色有缓慢的变化外,它还在沿着与赤道平行的方向在慢慢移动着。现在大多数人倾向于认为,这是一个超级的特大风暴似的气旋运动。从空间探测器摄得的近距离照片中上看,大红斑中还有复杂的细节结构。整个旋涡在做逆时针方向旋转,大约每6天转一圈。令人迷惑不解的是,木星大气的平均温度约为摄氏零下140度,这样低的温度下,分子运动应当是很缓慢的,何以能维持这样大的气旋,并历经几百年而不衰?这真是一个难解之谜。

木卫二表面布满网状的明、暗线,明线是山脉,暗线是山谷。

在大望远镜内,可以见到木星表面上还有许多平行于赤道的明暗带纹(明亮的白色或淡黄色的区域称“带”,红褐色的暗区称“纹”)。木星的带纹结构很复杂,虽然它们一直在慢慢变化,但始终不会消失。这是木星的又一个表面特征。

木星的大气层厚约1400千米,其成分与太阳差不多,其中氢占82%,氦占17%,还有1%则是甲烷、氨等其他成分,其密度不算大,大约只是地球大气密度的1/5左右,但因为它太厚,又有众多的带纹、云雾,所以从外面很难窥见下面的状况。

1995年7月,美国“伽利略木星探测器”向木星发射了一个“木星大气探测器”,11月7日它进入绕木星轨道,一个月后勇敢地向木星大气层降落,经过75分钟它终于在木星上空约160千米处“以身殉职”。在这200千米的降落过程中,木星的大气温度从-160℃上升到190℃,气压从0.08巴增加到30巴(1巴为1大气压),化学成分都比预期的低,水分出奇的少。探测器在降落过程中还遇到了极其强烈的狂风和湍流,“木星风”可从云层顶端翻滚到木星表面,风速高达188米每秒,与老式飞机的速度不相上下。

木卫四上的陨石坑星罗棋布

木星的大气中有十分强烈和频繁的闪电现象,这与神话中宙斯是“雷神”是一种有趣的巧合。根据空间探测器的资料,有人算出木星的闪电平均为245次/年·平方千米。与它相比,地球上平均是2~10次/年·平方千米,金星大气中闪电频频,可也只有30~50次/年·平方千米。如果以南京市区的面积为50平方千米计,则木星的环境会使南京人每天见到33次闪电,平均每小时1.4次。如果你能来到木星世界,仅仅这种电闪雷鸣的场面,也足以使你心惊胆战了。

在一般人的头脑中,行星都是像地球、月球那样表面是坚实的大地,飞船要在它上面降落非得小心翼翼不可,倘若操纵、计算有丝毫失误,免不了要撞得粉碎。然而,在木星那儿情况却大不相同。

从木星的质量(1.9亿亿亿吨)和体积(1.43亿亿亿立方米)很快可以得到它的平均密度是1.33克/厘米3(或1330千克/米2),只是水的1.33倍。这个密度值甚至比太阳(1409千克/米3)还小。显然,如果木星也像地球那样,最轻的壳层密度有3300千克/米3,那岂非又要成为一个空心球?

因而,科学家认为,在它厚厚的大气层下面,并不是我们熟悉的山川大陆或者荒漠谷地,而是一片蒸腾鼎沸的汪洋大海。所以通常飞往月球和火星的宇宙飞船,如果冒冒失失闯进木星大气,将会遭到灭顶之灾。

木星不具备通常概念中的固体表面,浓密的大气之下都是“海洋”,而且,组成木星海洋的竟不是水,而是氢!谁都知道,氢气是最轻的气体,怎么会变成液体?其实不必惊讶,说不定你身旁就有这样的实例——一日三餐烧的液化石油气,不就是变成液体的气体吗?物理学告诉我们,只要有足够的压力及低温,气体就会变成液态。液化气由于钢瓶内保持着高压,石油气被液化了。木星那1千多千米厚的大气层,其压力比钢瓶内要大得多。

“旅行者”号探测器拍摄的木卫三照片

这个科学结论,不久便得到了宇宙飞船的证实。空间探测器的资料表明,木星确实是颗“液体行星”,它的大体结构可见下表。在它那1400千米厚的大气层下面,还可粗略地分为三大层:分子氢层、金属氢层及内核层。三层的情况大体如下表:

液态分子氢的表层温度很高,仅比太阳低1000摄氏度左右。如果不是有几千大气压泰山压顶似的压着,恐怕早就蒸腾到太空中去了。这样看来,与木星相比,金星表面那可怕的环境已是如“天堂”般美妙了。

木星中间的金属氢层,外表看起来似乎很平静,不如分子氢那样在剧烈地翻滚,但其温度高达11000~20000摄氏度。在这样的高温下,氢原子中的电子都挣脱了羁绊,变成了自由电子。这样的氢就像水银那样可以导电,故称之为金属氢。现在科学家们已经能在实验室中制造出这种奇特的物质了。

最有争议的是它1万多千米的核心部分。多数天文学家认为,木星应当有一个由铁、镍和硅酸盐组成的固态核。但在几万度高温下,能否保持固态实在很难说,所以也有人认为,木星是“彻底的”液体行星,根本不存在固体物质。这个问题至今尚无定论。

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