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从天堂堕入地狱的行星
发布时间:2017-10-01 13:21   点击次数:次   

 

金星。 (南方周末资料图/图)

金星。 (南方周末资料图/图)

直到20世纪中叶,人们还对金星存有后来被证实为完全错误的种种美丽幻想。无处可躲的460摄氏度的高温,加上92个大气压的可怕压强,仅此两项,就超出了意大利诗人但丁对地狱的想象。

一提起金星,人们首先想到的是它的明亮。

事实上,金星的明亮几乎达到了颠覆普通人对星星印象的程度,它不仅有可能在晴朗的白天——不仅仅是黎明或黄昏——被看见,还有可能在晴朗的夜晚让物体投下影子——虽然只是勉强可以分辨的影子!

金星是离太阳第二近的行星,在半径约1.08亿公里的轨道上绕太阳转动,公转周期约为225天。金星的轨道非常接近圆形,偏心率仅为0.007左右,是太阳系行星之中最小的。金星同时也是离地球最近的行星,与地球的最近距离只有4100万公里。

与水星的情形相似,离太阳近意味着金星能反射较多的阳光,离地球近则意味着表观亮度较大。不过,与水星因离太阳“太近”而抵消了所有优势,反成为了很难观测的行星不同,金星离太阳“近”却又并非“太近”,而且块头比水星大得多,使它不仅成为了最大表观亮度仅次于太阳和月亮的全天排名第三的最明亮天体,并且不至于被太阳的光芒所干扰。

天堂般的想象

由于金星的明亮和易于观测,几乎所有古文明都留下了有关金星的记载,很多还赋予了她美丽动人的神话故事。比如在希腊和罗马神话中金星是掌管爱情与美丽的女神,希腊名为阿佛洛狄忒,罗马名为维纳斯——后者也正是“金星”的英文名称;在苏美尔神话中金星被称为依楠娜,是天堂的女王,掌管的东西则从爱情到战争,从智慧到生育五花八门(这不是偶然的,越是简单的神话体系,角色分工就越粗糙);西非的加蓬共和国更有趣,把出现在黎明和黄昏的金星各当成一个女神,让她们与丈夫一同出演“三角恋”——而且那“丈夫”本身也很有趣,居然是月亮!在希腊和罗马的行星命名体系中,金星是惟一一个以女神命名的行星,这大概也寄托了人们对这颗明亮行星的美好想象吧。

与这些美丽动人的神话遥相呼应的,是直到20世纪中叶,人们还对金星存有种种后来被证实为完全错误的幻想——且清一色都是美化了的幻想。早期的人们普遍相信,金星具有与地球相近的表面环境。既然表面环境与地球相近,那么一个顺理成章的推论就是金星上很可能像地球上那样存在生命,甚至智慧生命。当然,随着对行星与生命的了解逐渐深入,人们开始依据某些被视为支持生命所必需的东西——比如大气和水——的缺乏,来排除或大幅调低某些行星——比如水星——上存在生命的可能性。但金星上存在生命的猜测却顽强地持续到了20世纪中叶。

比如美国著名科幻作家布雷德伯里在1950年发表的科幻小说《不停息的雨》中,设想了金星上存在丛林和几乎永不停息的雨。阿西莫夫在1954年发表的《幸运之星与金星的海》一书中,则设想了覆盖整个金星的海,以及丰富的水生动植物。阿西莫夫并且借小说的主人公说了一段如今看来特别有趣、几乎与历史恰好相反的话:“直到20世纪后期,天文学家们还以为金星上没有水,当飞船开始降落时,人们才发现情况并非如此”。

与金星有关的错误不仅出现在很多人热切想象着的金星生命上,还出现在了某些本该是冷冰冰的数据上——比如金星的自转周期。

早期测定天体自转周期的标准办法是选定天体表面的某些固定“地标”,观测它们的运动。但金星浓密的大气层不仅遮蔽了金星表面,而且本身也几乎没有任何稳定且可分辨的结构,从而使得早期天文学家们几乎没有任何方法测定金星的自转周期。不过,就像它不曾妨碍人们想象金星的地貌一样,金星浓密的大气层也未能阻止人们用臆想出来的金星地貌来“观测”金星的自转周期。这种“观测”从17世纪一直持续到20世纪中叶,所得的结果中有很大一类集中在24小时附近。读者从这数值大概已不难猜到它们的由来——是的,那是将金星与地球的相似性推广到了自转周期上所致。这种推广是毫无道理的,这样的“观测”结果与其说是天文学,恐怕不如说是心理学。

想象开始破灭

关于金星的种种想象自1956年起受到了严重挑战。那一年天文学家们开始注意到金星会发射大量的微波辐射。针对金星的微波研究显示出金星表面比想象中的热得多,使“不停息的雨”、“覆盖整个金星的海”、“丰富的水生动植物”的存在变得岌岌可危,“新国王加冕时居民点燃森林的风俗”就更甭提了。1962年,与通过雷达波测定水星自转周期的方法相同,天文学家们也测定了金星的自转周期,结果表明此前针对金星自转周期的名为“测定”实为“想象”的结果通通都错了,而且错得特别没面子:不仅数值错了,连方向都搞反了。

如今我们知道,金星是太阳系中唯一一个逆向自转——自转方向与公转方向相反——的行星。除此之外,它的自转周期本身也在太阳系行星之中占据了一个“最”字,即自转周期约为243天,是太阳系行星之中最长的。由此不难计算出,金星上的“平均太阳日”——金星上的“一天”——若用地球上的“天”来衡量的话,约为117天。由于金星的逆向自转,假如有人能在金星表面观看太阳的话(事实上起码用肉眼是不能的),金星的逆向自转将意味着太阳从西边升起,往东边落下。而金星上的“平均太阳日”约为117天则意味着白天和黑夜各长达58天左右。假如金星大气层的保温能力类似于地球大气层的话,如此漫长的白天和黑夜所导致的昼夜温差几乎铁定会使液态水无法长期存在,而假如金星大气层的保温能力比地球大气层强得多的话,金星表面的温度又会太高,这些无疑是给有关金星的想象又泼了一瓢冷水。

不过人们已无需再用这种冷水来清醒自己了,一类更可靠的探测手段——行星探测器——很快给出了更直接、更明确的结论。

金星自古以来给人们留下的迷人印象,加上与地球的距离最近,且又不像水星那样因离太阳太近而有太高的公转运动速度(金星的公转运动速度约为每秒35公里,只比每秒30公里左右的地球公转运动速度略快),使她顺理成章地成为了行星探测器造访的首个行星。1961年,距人类迈入航天时代才不过4年,美国与苏联就开始竞相往金星发射行星探测器。在经历了四次失败——美国一次,苏联三次——之后,由美国拔得了头筹:1962年8月27发射的“水手2号”探测器在飞行三个多月之后成功完成了对金星的掠过式探测。虽然技术相对粗糙,误差相对较大,探测的结果仍足够直接和明确地证实了金星存在浓厚的大气层,以及金星表面有极高的温度,从而铲除了此前某些天文学家顽固坚持的最后一丝侥幸。

自那以后直至冷战结束前的二十几年间,美苏两国又先后向金星发射了几十个探测器。冷战结束后,金星探测器的发射密度骤降(金星表面存在生命可能性的幻灭也在一定程度上降低了人们探测金星的兴趣),只有美国和欧洲发射过寥寥可数的几个新探测器。经过这些探测,由浓密大气层构成的金星面纱被初步揭开,美丽的想象则随之破灭,形容金星表面环境的“关键词”也由“水淋淋的”变成了“地狱般的”。

地狱般的现实

这“地狱般的”环境首先体现在温度上。经过反复测定,金星表面的温度高达460摄氏度左右,比正午时候阳光直射处的水星表面温度还高。金星表面几乎是一个等温区域,没有季节和地域之分,就连长夜和两极也经受着与白天和赤道相近的高温炙烤。当然,确切地说温度的差异也并非没有,只不过不在于白天还是黑夜,也不在于赤道还是两极,而在于高度:在金星表面上高度越大,温度就越低。具体地说,高度每上升一公里,温度约下降8摄氏度。由于这一缘故,金星表面最“凉快”的地方是在金星的最高峰、“海拔”11,000米的“麦克斯韦峰”的峰顶上,那里的温度“只有”380摄氏度左右。

金星表面为何会如此炎热?这还得追究到它那一度被当成美女面纱的大气层。

金星的大气层比地球的浓密得多,以单位面积上方的大气总质量而论,约相当于地球上的99倍,以表面大气压而论,则相当于地球上的92倍左右。这是一种很可怕的压强,它意味着在金星表面建一间适合住人——内部压强为一个大气压——的屋子要比在水星上困难得多,除了要像在水星上一样具有封闭而隔温的性能外,它还必须极为坚固,哪怕屋子的面积只有10平方米,屋顶所需承受的金星大气压强也将相当于压上一万吨的重物!

金星浓密的大气层可以反射掉大量的阳光——具体地说,反射掉了80%左右的阳光。比地球大气层反射掉的阳光比例约25%大得多,甚至足以抵消金星比地球离太阳更近这一因素。假如这就是全部因素的话,那么金星表面就不至于因为金星比地球离太阳更近而过于炎热(甚至还将比地球更凉快)。但金星大气的成分与地球大气大不相同,其中96.5%是恶名昭著的温室效应气体二氧化碳(作为比较,令很多人忧心忡忡的地球大气中的二氧化碳比例仅为0.04%),由此产生的“捂热”效应远远盖过了因反射阳光带来的降温效应,这正是金星表面如此炎热的根本原因。

在高达460摄氏度的温度,以及92个大气压的恶劣环境下,作为金星大气主要成分的二氧化碳已不再是普通气体了,而变成了兼具气体和液体性质的所谓超临界流体。因此从某种意义上讲,金星表面可以算是被二氧化碳的“海洋”所覆盖着。据测定,“金星海”里的“海水”流动速度——也就是金星上的风速——很慢,约在每秒2米以下。不过别小看了金星上的这种“轻风”,由于金星表面的空气密度高达每立方米67千克(约为地球表面空气密度的55倍),它所携带的能量可不小,足以“飞沙走石”。不仅如此,金星上的风携带热量的能力也不小。事实上,“金星海”的重要特点之一,就是有极强的传热能力,正是这种能力使金星表面几乎成了一个等温的“地狱”。

无处可躲的460摄氏度的高温,加上92个大气压的可怕压强,仅此两项,就超出了意大利诗人但丁对地狱的想象。在那样的环境下,别说是血肉之躯,就连着陆金星表面的探测器也往往只能“存活”很短的时间,比如几十分钟或几个小时,还有些干脆没熬到着陆就先“失联”了。但金星环境给人的恶劣感觉还不止于此。金星那以二氧化碳为主,对人类来说无法呼吸的大气层有一样东西倒是跟地球大气层类似的,那就是“云”。但是,别以为在金星上能看到蓝天白云的美景,这云在几十公里的高空,颜色是黄色的,主要成分之一则是硫酸!

“金星14号”探测器所摄金星表面。 (南方周末资料图/图)

“金星14号”探测器所摄金星表面。 (南方周末资料图/图)

多云的日子

金星表面不仅环境恶劣,景观也乏善可陈。在浓密的金星大气——尤其是硫酸云——的笼罩下,金星表面哪怕在白天,也像地球上的阴天一样看不见太阳,光照程度也相若,能见度则在几公里左右。1975年,当苏联探测器“金星9号”首次从金星表面发回黑白相片时,苏联天文学家曾将金星上的景象形容为“莫斯科的一个多云的日子”。“金星9号”的黑白相片所不能显示的,是金星上的总体光照偏于红色和黄色——颇有些地狱特色。到了夜晚,金星的天空上既没有星星,也没有月亮——前者是看不见,后者则根本就不存在,因为金星和水星是太阳系仅有的两个没有卫星的行星。

光照难如人意,那么地貌呢?在金星的地貌中有值得观赏的景观吗?答案是:也够呛。其中最令人瞩目的景观大概就是火山了。金星上的火山特别多,是太阳系行星中最多的——大概可算地狱特色的又一种体现吧。据统计,金星上仅直径在100公里以上的大型火山就有数百座,比地球上多出两个数量级,各种小火山更是数不胜数,有可能多达数十万,甚至上百万座。相应的,金星上约80%的区域是火山平原。金星上的火山不仅数量特别多,在形态上也有一定的独特之处,比如有很多长长的岩浆“渠道”,这显示岩浆在喷发之后,也许是拜高温环境之赐,长时间维持了液态,从而流得很远。

在金星上几乎见不到直径3公里以下的小陨石坑。这是因为太小的陨石在穿越浓密的金星大气层时要么烧毁了,要么被减速到了“无害”的程度,已无法在地面“砸”出值得一提的陨石坑。金星上的陨石坑还有一个独特之处,那就是用“撞击坑计数”方法计算出的金星地貌年龄到处都很接近,约为3亿-5亿年。这意味着金星上3亿-5亿年之前出现过某种“全球性”的地貌重造,抹去了更古老的陨石坑。但是,什么原因可以造成“全球性”的地貌重造呢?迄今还是一个谜。科学家们提出了几种解释,但都各有各的缺点,用美国行星天文学家格林斯泼的话说,“偷走金星陨石坑的盗贼成功地掩盖了自己的痕迹”。

除了火山、陨石坑等相对巨大的地貌外,金星表面其他地貌所显示出的基本特征则是平滑。雷达回波的探测显示,金星地表的平原部分在小到厘米的线度上都相当平滑,着陆于金星表面的探测器发回的相片也印证了这一点。金星表面的平原地貌为什么会如此平滑呢?有天文学家认为那有可能是因为在高温高压大气的侵蚀下,火山、高原等处的尘粒掉落到低处,抹平了平原地貌之故。

不过,尽管表面环境大相径庭,金星作为地球姊妹的“名分”倒也不能算虚假。比如,金星的物质组成及内部结构都被认为是与地球很相似的。这种相似性在密度上就有所体现:金星的平均密度约为5.2克/立方厘米,略低于地球的约5.5克/立方厘米,但由于金星比地球略小,物质受“自重”所压缩的程度也较轻,若将这一因素扣除,两者的“非压缩密度”几乎是一样的。不过,若因此就以为金星的内部结构只是地球的翻版,则又是过度简化。有一个明显的征兆显示金星的内部结构很可能与地球存在着微妙的差异,那就是:地球有一个相当强的内部磁场,金星却没有值得一提的内部磁场。虽然金星的缓慢自转对产生磁场的标准机制——发电机机制——来说是不利的,但一般认为,金星磁场的完全缺失无法仅凭这一因素得到解释,而有赖于其内部结构上的某些微妙的独特之处。

高温、高压、硫酸雨……看不到太阳、看不到月亮,也看不到星星……对这样一颗地狱般行星的介绍就到此为止了吧。与地狱对比最鲜明的莫过于天堂,假如太阳系里有哪个行星可以算是天堂的话,当然就是我们脚底下的地球,它不仅是太阳系里唯一的生命天堂,甚至有可能在大得多的范围之内都是独一无二的——起码有些天文学家是这么认为的。

网络编辑:Irene责任编辑:朱力远

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