亲,双击屏幕即可自动滚动
第二章 欢迎光临太阳系

第二章 欢迎光临太阳系

第二章 欢迎光临太阳系

如今,天文学家可以办到最令人瞠目的事。要是有人在月球上划一根火柴,他们能看到那个火焰。根据远处星星最细微的搏动和抖动,他们能推算出行星的大小和性质,甚至潜在的适于栖居的可能性,而这些行星可是远得根本看不见的啊——它们如此遥远,我们乘宇宙飞船去那里也要花250万年。他们能用射电望远镜捕捉到一丝一毫的辐射,而这种辐射是如此微弱,自开始采集(1951年)以来,所采集到的来自太阳系之外的全部能量,用卡尔·萨根的话来说:"还不到一片雪花落地时所产生的能量。"

总之,宇宙里没有多少东西是天文学家发现不了的,只要他们愿意。因此,想起为什么在1978年之前还没有人注意到冥王星有一颗卫星,这就更为寻常了。那年夏天,亚利桑那州弗拉格斯塔夫的美国海军天文台有一位名叫詹姆斯·克里斯蒂的年轻天文学家,正在对冥王星的照片作例行审查,突然发现那里有什么东西——模模糊糊、不大确定的东西,反正肯定不是冥王星。他跟一位名叫罗伯特·哈灵顿的同事讨论片刻以后下了结论:他观察到的是颗卫星。它还不是一般的卫星。相对于那颗行星而言,它是太阳系里最大的卫星。

这对冥王星的行星地位实际上是个打击,而这个地位又从来没有牢固过。原先认为,那颗卫星占有的和冥王星占有的是同一个空间。这意味着,冥王星比任何人想像的要小得多——比水星还要小。实际上,太阳系里的七颗卫星,包括我们地球的卫星,都要比冥王星的卫星大。

此刻,你自然会问,为什么发现我们自己太阳系里的一颗卫星要花那么长的时间。回答是:这跟天文学家把仪器对准什么地方、他们的仪器旨在探测什么东西有关系,也跟冥王星本身有关系。最重要的是他们把仪器对准什么地方。用天文学家克拉克·查普曼的话来说:"大多数人认为,天文学家在夜间去天文台扫视天空。这是不真实的。世界上差不多所有的望远镜都旨在观察遥远天空中的极小东西,观察一颗类星体,或寻找黑洞,或观察一个遥远的星系。惟一真正用来扫视天空的望远镜网络是由军方设计和制造的。"

我们受了艺术家艺术表达的不良 影响,以为图像的清晰度很高,这在天文学里其实是不存在的。在克里斯蒂的照片上,冥王星暗淡无光,非常模糊——只是一片宇宙绒花——它的卫星并不像你会在美国《国家地理杂志》上看到的那种球体:背景很亮,非常浪漫,线条清晰,陪伴着冥王星;而只是小小的、极其模糊的一团 。事实上,正是由于这种模糊,人们过了7年时间才再次见到那颗卫星,从而确认它的独立存在。

克里斯蒂的发现有一点妙处:它发生在弗拉格斯塔夫,冥王星就是1930年在那里首次发现的。这个天文学上的重大发现,很大程度上要归功于天文学家珀西瓦尔·洛厄尔。洛厄尔出生于波士顿一个最古老、最富裕的家族(就是那首关于波士顿是豆子和鳕鱼故乡的著名歌谣中提到的家族。歌词中说,洛厄尔家族只跟卡伯特家族说话,卡伯特家族只跟上帝说话)。他捐赠了以他的名字冠名的著名天文台,但人们最不会忘记的是他这样的看法:火星上到处是由勤劳的火星人修建的运河,用来积储来自极地的水,以灌溉赤道附近那干旱而又丰产的土地。

洛厄尔另一个令人不忘的看法是:在海王星以远的某个地方,存在着未被发现的第九颗行星,他给它起名为行星x。洛厄尔的这种看法是基于他在天王星和海王星的轨道上发现的不规律的现象。于是,他把生命的最后几年致力于找到那颗气态巨星。他断定它就在那里。

不幸的是,他于1916年突然去世。至少在一定程度上,这是他的探索工作过于疲劳所致。洛厄尔的继承人为了遗产争吵不休,探索工作暂时搁置下来。然而,1929年,某种程度上是为了转移对火星运河传说的注意力(到那个时候,它已经成为一件非常令人难堪的事),洛厄尔天文台的负责人决定恢复探索,并为此从堪萨斯州请来了一位名叫克莱德·汤博的年轻人。

汤博没有受过成为天文学家的专门训练,但他既勤奋又聪明。经过一年的搜索以后,他在明亮的天空里终于看到了一个暗淡的光点:冥王星。这是个奇迹般的发现。这个发现更引人注目的是,它证明洛厄尔的观测结果是错误的。虽然是可以理解的,洛厄尔曾根据这些观测结果来预言海王星以远的地方存在一颗行星。汤博马上意识到,这颗新的行星根本不是像洛厄尔所预料的那样是个巨大的气球——但是,他或别人有关这颗新行星的性质所持的任何保留,在极其兴奋之中很快就一扫而光。在那个容易激动的时代,差不多任何重大的新闻故事都会激起这种情绪。这是第一颗由美国人发现的行星。有人认为它其实只不过是远方的一颗冰粒,但谁也不会被这种看法转移视线。它被命名为冥王星,至少一定程度上是因为它的头两个字母是由洛厄尔姓名的首字母组成的交 织字母。已经不在人世的洛厄尔到处被颂扬为一流的天才人物,而汤博在很大程度上已被人们忘得一干二净,除了在研究行星的天文学家当中,他们往往对他怀有崇敬之情。

现在,有的天文学家继续认为,冥王星之外也许还有行星x——一颗真正的庞然大物,也许有木星的10倍之大,只是它太遥远,我们看不见。(它被照到的阳光太少,几乎没有反射的光。)他们认为,它不会是像木星或土星这样的普通行星——它太远,不可能是那个样子;我们推测也许有7.2万亿公里之远——而更会像一个没有形成的太阳。宇宙中的大多数恒星体系都是成双的(双星体),这就使我们孤零零的太阳显得有点儿怪。

至于冥王星本身,谁也不大清楚它有多大,是什么组成的,有什么样的大气,甚至它到底是个什么东西。许多天文学家认为,它其实算不上是颗行星,而只是我们在银河的废墟带(称之为凯珀带)发现的最大的物体。凯珀带理论实际上是1930年由一位名叫f.g.伦纳德的天文学家提出来的,他用这个名字来纪念一位在美国工作的荷兰人杰勒德·凯珀。凯珀发展了这个理论。凯珀带是所谓短命彗星的源泉——那种经常一闪而过的星星——其中最著名的就是哈雷彗星。比较长命的彗星(其中有最近光顾的海尔-博普彗星和百武彗星)产生于遥远得多的奥尔特云,我们过一会儿就会谈到这个问题。

冥王星的表现与别的行星很不一样,这种看法肯定没错儿。它不但又小又模糊,而且它的运行方式变化不定,一个世纪以后谁也说不准冥王星到底会在哪里。别的行星多少在同一平面上转动,而冥王星的运行轨道(似乎)是倾斜的,不和别的行星处于同一平面,而是形成一个17度的角,犹如有人头上潇洒地歪戴着帽子。它的轨道很不规则,在它寂寞地绕太阳转动的过程中,每一圈都在相当长的时间里比海王星距离我们更近。事实上,在20世纪80年代和90年代的大部分时间里,海王星是太阳系里离我们最远的行星。只是到了1999年2月11日,冥王星才回到外侧的轨道,此后它将在那里停留228年的时间。

因此,如果冥王星真是一颗行星,那肯定是一颗很怪的行星。它很小,只有地球的四百分之一大。假如你把它盖在美国上面,它还盖不住美国本土48州的一半面积。光这一点就使它显得极其反常,这说明,我们的行星系统是由4颗稳固的内行星、4颗气态的外行星和1颗孤独的小冰球组成的。接着,问题又来了。克里斯蒂发现冥王星的卫星以后,天文学家开始更加仔细地观察宇宙的这一部分,截至2002年12月初止,又在天王星以外发现了600多个物体,其中一颗被命名为伐楼拿星,差不多和冥王星的卫星一般大小。天文学家现在认为,也许存在几十亿个这类物体。困难在于,它们当中有许多暗淡无光。一般来说,它们的反射度只有4%,大约相当于一块木炭的反射度——当然,这些"木炭"是在60多亿公里以外。

这到底有多远?几乎难以想像。你看,空间大得不得了——简直大得不得了。出于了解和娱乐的目的,我们来想像一下,我们就要乘火箭飞行器进行旅行。我们不会走得太远——只到我们自己太阳系的边缘——不过,我们先要明白:空间是个多么大的地方,我们占据的是个多么小的部分。

哎呀,恐怕是坏消息,我们回不了家吃晚饭了。即使以光的速度(每秒30万公里)前进,也要花7个小时才能到达冥王星。而且,我们当然无法以这种速度进行旅行。我们不得不以宇宙飞船的速度前进。这个速度就很慢了。任何人造物体所能达到的最高速度是"旅行者1号"和"旅行者2号"宇宙飞船的速度,它们现在正以每小时5.6万公里的速度飞离我们。

当时(1977年8月和9月)之所以发射"旅行者"号飞船,是因为木星、土星、天王星和海王星排成了一条直线,这种现象每隔175年才发生一次。这就使得两艘"旅行者"号飞船能够利用"引力帮助"技术,以一种宇宙甩鞭的形式,被从一颗气态巨星连续甩到下一颗气态巨星。即使这样,它们也要花9年时间才能到达天王星,要花12年时间才能越过冥王星的轨道。好的消息是,要是我们等到2006年1月(这是美国国家航空和航天局暂定向冥王星发射"新地平线"号宇宙飞船的时间),我们就可以利用有利的木星定位法,加上一些先进的技术,只用10年左右的时间便能抵达那里——虽然再次回到家里恐怕要花上相当长的时间。

无论如何,这是一次漫长的旅行。

你可能首先意识到,空间这个名字起得极其恰当,空间是个平淡无奇的地方。在几万亿公里范围内,最充满生气的要算我们的太阳系,而所有可看得见的东西——太阳、行星及其卫星、小行星带的上亿块翻滚的岩石、彗星和别的各种飘浮的碎石——仅仅充满不足现有空间的万亿分之一。你还很快意识到,你所见到的太阳系图是根本不按比例制作的。在教室里的大多数图上,行星们一颗挨着一颗,相距很近——在许多插图里,外侧巨星的影子实际上落在彼此身上——但是,为了把所有的行星画在同一张纸上,这种骗术也是必不可少的。海王星其实不是在土星以外一点儿,而是在土星以外很远的地方——它离土星的距离比土星离我们的距离还要远5倍。它在外面那么遥远的地方,接受的阳光只有土星的3%。

实际上,距离是那么遥远,无论如何不可能按比例来画太阳系图。即使你在教科书里增加许许多多折页,或者使用长得不得了的标语纸,你也无法接近这个比例。在一张成比例的太阳系图上,如果将地球的直径缩小到大约一粒豆子的直径,土星便会在300多米以外,冥王星会在2.5公里外的远处(约为一个细菌的大小,因此你怎么也看不见它)。按照同样的比例,离我们最近的恒星比邻星会在1.6万公里以外。即使你把一切都加以缩小,土星会像英文的句点那么小,冥王星不超过分子的个儿,那么冥王星依然在10多米以外。

所以,太阳系确实是巨大的。当我们抵达冥王星的时候,我们已经走得那么遥远,太阳——我们那暖暖和和、晒黑我们皮肤、赋予我们生命的亲爱的太阳——已经缩小到了针尖大小。它比一颗明亮的恒星大不了多少。在这样冷清清的空间里,你会开始理解,为什么即使是最重要的物体——比如冥王星的卫星——也逃过了人们的注意力。在这方面,绝不只是冥王星。在"旅行者"号探险之前,人们以为海王星只有两颗卫星,"旅行者"号又发现了6颗。在我小时候,人们以为太阳系只有30颗卫星。现在的卫星总数至少已经达到60颗,其中起码三分之一是在刚刚过去的10年里发现的。在考虑整个宇宙的时候,你当然需要记住,我们其实还不知道我们太阳系的家底。

现在,当我们飞越冥王星的时候,你会注意到另一件事:我们在飞越冥王星。要是你查一查旅行计划,你会明白这次旅行的目的地是我们太阳系的边缘,我们恐怕还没有到达。冥王星也许是标在教室挂图上的最后一个物体,但太阳系并不到此为止。实际上,离终点还远着呢。要到达太阳系的边缘,我们非得穿过奥尔特云,那是个彗星飘游的茫茫天际。而我们——我为此感到很遗憾——还要再花1万年时间才能抵达奥尔特云。冥王星远不是太阳系外缘的标志,就像教室里的挂图上随便暗示的那样,它仅仅是在五万分之一路程的地方。

当然,我们没有打算去做这样一次旅行。做一次38.6万公里远的月球旅行,对我们来说依然是一件了不起的大事。老布什总统曾一时头脑发昏,提出要执行一次去火星的载人任务,但后来不了了之。有人估计,这要花费4500亿美元,最后很可能落个全体乘员命归黄泉的结局(他们无法遮挡高能的太阳粒子,dna会被撕得粉碎)。

根据我们目前掌握的知识和理智的想像,任何人都绝对不会前往我们自己太阳系的边缘——永远不会。实在太遥远了。事实上,即便使用哈勃望远镜,我们也看不到奥尔特云,因此我们实际上不知道它在哪里。它的存在是可能的,但完全是假设的。1关于奥尔特云,有把握的只能说到这种程度:它始于冥王星以外,向宇宙里伸展大约两光年。太阳系里的基本计量单位是天文单位(au),代表太阳和地球之间的平均距离。冥王星距离我们大约40个天文单位,奥尔特云的中心离我们大约5万个天文单位。一句话,它非常遥远。

但是,我们再作一次假设:我们已经到达奥尔特云。你首先注意到的是,这里非常宁静。现在,我们离哪个地方都非常遥远——离我们自己的太阳那么遥远,它甚至算不上是天空里最明亮的星星。想一想啊,远处那个不停闪烁的亮点是那么微小,却有足够的引力拖住所有这些彗星,这真是不可思议。这种引力并不很强,因此这些彗星只是很壮观地慢慢移动,速度大约仅为每小时354公里。由于引力的细微摄动——也许是由于一颗路过的恒星,在这些孤独的彗星中,不时会有一颗被推出正常轨道。有时候,它们被弹进空荡荡的空间,再也没有踪影。但是,有时候它们会进入围绕太阳的漫长轨道。每年大约有三四颗这类彗星,即所谓的长命彗星,从太阳系里侧行通过。这些迷途的访客只是偶然会撞上坚硬的东西,比如地球。这就是我们现在到这里来的道理——因为我们见到的那颗彗星刚刚开始朝着太阳系的中央经历漫长的坠落 过程。在这么多的地方中,它的方向偏偏是艾奥瓦州的曼森。它要花很长时间才能抵达那里——至少三四百万年——因此我们先把它搁置一下,到本书快要结束时再来讨论它。

这就是你所在的太阳系。太阳系之外还有别的什么?哎呀,也许什么也没有,也许有很多东西,这取决于你怎么看这个问题。

从短期来说,什么也没有。人类创造的最完美的真空,都不如星际空间那样空空荡荡。

那里有大量的这种"空空荡荡",直到你抵达下一个"有点东西"。宇宙里我们最近的邻居是比邻星,它是那个三星云团 的组成部分,名叫α星,位于4.3光年以外,这在星系用语中只是微不足道的一点时间,但仍然要比去月球旅行远1亿倍。乘宇宙飞船去那里,至少要花25

000年;即使你真的做这次旅行,你仍然到不了任何地方,只会看到茫茫空间的中央悬着一簇寂寞的星星。若要抵达下一个有意义的陆标天狼星,还有4.6光年的行程。因此,如果你想要以"越星"的方式穿越宇宙的话,情况就会是这样。即使抵达我们自己银河系的中心,也要花上比我们作为人的存在长得多的时间。

我再来重复一遍,空间是巨大的。恒星之间的平均距离超过30万亿公里。即使以光的速度去那里,这对任何想去旅行的个人来说都是极富挑战性的距离。当然,为了逗乐,外星人有可能旅行几十亿公里来到威尔特郡种植庄稼,或者来到亚利桑那州哪一条人迹稀少的路上,把行驶中的小卡车上的哪个可怜虫吓得魂飞胆丧,但这种事似乎永远不会发生。

不过,从统计角度来看,外层空间存在有思想的生物的可能性还是很大。谁也不清楚银河系里有多少颗恒星——估计有1000亿颗到4000亿颗——而银河系只是大约1

400亿个星系之一,其他许多比我们的银河系还要大。20世纪60年代,康奈尔大学的一位名叫弗兰克·德雷克的教授为这么巨大的数字所振奋,根据一系列不断缩小的可能性,想出了一个著名的方程式,旨在计算宇宙中存在高级生命的可能性。

按照德雷克的方程式,你把宇宙某个部分的恒星数除以恒星可能拥有行星系的数;再用那个商除以理论上能够存在生命的行星系数;再用那个商除以已经出现生命,而且生命提高到了有智力的状态的行星系数;如此等等。每这样除一次,那个数字就大大缩小——然而,即使以最保守的输入,仅在银河系里,得出的高等文明社会的数字也总是在几百万个。

这种看法多么有意思,多么激动人心。我们也许只是几百万个高等文明社会中的一个。

不幸的是,空间浩瀚,据测算,任何两个文明社会之间的平均距离至少在200光年。为了让你有个清楚的概念,光这么说还不行,还要作更多的解释。首先,这意味着,即使那些生物知道我们在这里,而且能从望远镜里看到我们,他们所看到的也只是200年以前离开地球的光。因此,他们看到的不是你和我。他们看到的是法国大革命、托马斯·杰斐逊以及穿长丝袜 、戴假发套的人——是不懂得什么是原子或什么是基因的人,是用一块毛皮摩擦琥珀棒生电、认为这挺好玩的人。我们收到这些观察者发来的电文,很可能以"亲爱的大人"开头,祝贺我们牵着骏马,能够熟练地使用鲸油。200光年是如此遥远的距离,我们简直无法想像。

因此,即使我们其实并不孤单,实际上我们还是很孤单。卡尔·萨根推算,宇宙里有可能存在生命的行星多达100万亿亿颗——这个数字远远超出我们的想像力。但是,同样超出我们想像力的,是它们所散落的宇宙的范围。"要是我们被随意塞进宇宙,"萨根写道,"你在一颗行星上或靠近一颗行星的可能性不足十亿亿亿亿分之一(即10-33)。世界是很宝贵的。"

因此,这也许是好消息:1999年2月,国际天文学联合会正式裁定,冥王星是一颗行星。宇宙是个又大又寂寞的地方。我们能有多少个邻居就要多少个邻居。

为您推荐