书城工业技术征服太空之路丛书:向太空进军
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第14章 太阳系的探索之路(3)

“金星快车”是欧洲的第一个金星探测器,于2005年11月9日自哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场搭乘“联盟”运载火箭升空。“金星快车”的研发工作耗时4年,造价达到3亿欧元。

“金星快车”探测金星的主要任务是:在空中对金星表面进行扫描、研究金星大气的构成、研究金星上火山活动情况。科学家们称,金星上有剧烈的火山喷发活动,这导致金星表面近90%的地方全被淹没在火山熔岩中。“金星快车”还将研究金星两极地区的旋风。

金星的表面温度比最靠近太阳的水星还高,这是由于二氧化碳大气层使金星的热量只进不出,即所谓的“温室效应”造成的。现在地球大气层中二氧化碳成分在增加,也面临着“温室效应”的威胁。金星也是由板块构成的,有断裂带,有火山活动。金星受到的侵蚀远比地球少,较多地保留了原有的状态。研究这些,对研究地球,甚至整个太阳系的演变都有重要意义。

对金星的探测和研究可以说还只是刚刚开始。许多金星之谜还未揭开。

拜访火星

火星距太阳第四远,也是太阳系中的第7大行星。火星被称为战神,这或许是由于它鲜红的颜色而得来的,所以火星有时被称为“红色行星”。中国古代称火星为“荧惑”,因为它是红色,荧荧像火;亮度常有变化,而且不断移动,有时从东向西,有时从西向东,情况复杂,令人迷惑。如果说金星是地球的“左邻”的话,那么,火星就是地球的“右舍”了。火星与地球的最近距离只有4300万千米。如果说金星与地球是孪生姐妹多少有些误会的话,那么,火星是地球的小兄弟则是相当真实的。火星也有被大气包围的固体表面和起伏的地形;火星的自转周期为24小时37分22.6秒钟,即它的一天几乎与地球的一样长;它与地球差不多以同样的姿势绕太阳公转,有四季交替和变化的气候,只是公转周期较长,为687天,即它的一季和一年差不多是地球上的一倍。但火星较小,它与地球相比,直径为53%,体积为15%,质量为10.8%,重力为38%。

关于火星,历史上有过许多猜测与真实事件掺杂在一起的故事。1937年的一天,美国纽约哥伦比亚广播公司的新闻报道说,火星上的怪物已在美国登陆,军方对它们无法阻挡,它们到处喷射火焰,施放毒气,所过之处尸横遍野,瓦砾成堆……这是以新闻报道形式广播的广播剧,结果却弄假成真,使百万美国人处于惊慌恐惧之中,还有许多人在混乱中丧生。这场悲剧说明,人们对火星人信以为真。这个广播剧是根据1897年威尔士写的科幻小说《宇宙战争》改编的。书中把“火星人”描写成章鱼一样的怪物,它极端聪明,但非常残忍,入侵地球时用各种新式武器到处烧杀,引起了一场星际大战。

产生这样的科幻小说不是偶然的,因为在19世纪有过“火星人”的许多报道。如在1877年,意大利天文学家斯基帕雷利发现火星上有许多像河渠一样的黑色线条。他的发现在被译成英文时,“河渠”被译成了“运河”。既然有火星运河,当然有火星人。斯基帕雷利的发现引起天文学家的极大兴趣,许多人都把望远镜对着了火星,不少人声称观察到了运河,其中美国人洛威尔变卖家产,建立私人天文台,观测火星十几年,根据拍摄到的几千张照片,绘制了火星运河图。“火星运河”又被与早先发现的火星两极白色极冠夏季缩小、冬季扩大,以及一些地区的颜色变化联系起来,认为极冠夏季缩小是因为冰雪消融,运河是火星人引两极冰水灌溉农田的水渠,一些地区颜色的变化就是植物的春夏翠绿、秋冬枯黄造成的。加之在1877年,美国人霍尔发现火星有两颗小卫星,它们离火星很近,很像是“火星人”发射的人造卫星。这样,当时认为的火星上有高级文明似乎是准确无疑的了。于是以火星人为题材的科幻小说纷纷问世。

后来经过光学仪器和雷达的反复探测,判定火星上并没有运河,两颗小卫星也是天然卫星。火星的大气非常稀薄,只有地球大气密度的1%,而且主要成分是二氧化碳,几乎没有氧;火星上温度很低,昼夜温差达100多度,地表都是冰冻的,没有水;火星磁场非常弱,不能阻隔太阳风、宇宙线和紫外线等对它的直接照射。在这样的环境中,老鼠、乌龟、青蛙、蜘蛛和甲虫分别只能活几秒钟、6小时、25小时和几个星期,也不会有植物生长,自然不会有“火星人”存在了。

从1960年10月到1964年11月,苏联向火星发射了6个探测器,均遭失败。美国在1964年11月也有两次发射,一次成功,“水手”4号探测器测量了火星大气,拍了22张照片。从1969年2月到1975年9月,美国和苏联对火星进行了第二轮探测。苏联发射了6个探测器,多数成效不大;美国也发射了6个探测器,除一次失败外,其他都获得成功。其中“水手”9号在火星轨道上工作近一年,发回7000多幅照片和大量数据。尤其是两艘“海盗”形成河床的滔滔大水哪里去了?在两极和永冻层下是不是像科学家推测的那样,存在着大量的水?火星上存在着生命形成的条件(如大气中发现氮;温度比过去推测的高,白天可能有液态水,而“水就是生命”;早期大气密度是现在的10~20倍;大量氧化物的存在说明火星上曾经有惊人的氧化能力等等),是不是过去有过生命或现在有较低级的生命形式存在?

从以上情况看,火星的温度、大气等环境条件,比较起来是最适合人类生活的第二个天体(如月球没有大气,金星的温度、气压太高)。火星对人类有着重要的意义,人们正在酝酿新一轮的探测活动。如有21个国家参加的苏联“火星-94”计划,打算发射两个探测器绕火星飞行,并将两个科学站放到火星表面上去,同时放出气球,夜晚温度降低时气体收缩,气球落向火星表面。白天气温升高,空气膨胀,气球升起,随风飘动,移向另外的地方。如此重复,可为载人火星飞行选择最佳的着陆地点。在20世纪90年代,当时的美国总统布什提出,要在“阿波罗”登月50周年(2019年)以前,进行载人火星飞行。载人火星飞行是要返回的,由于火星每隔两年零两个月才与地球靠近1次,只有这时才能返回,来回飞行加上在火星上工作和等待的时间,一次载人火星飞行需要两年零八个月的时间,这是一件很不容易的事。一段时间内,美苏都在为载人火星飞行作准备。如研究如何防治航天员的内外科疾病,美国设想把火星飞船分成相互旋转的两部分,以造成人造重力,避免航天员产生失重病症;研究飞船飞行和飞船上的各种技术;研究在火星上的各种探测和科学研究技术;研究如何解决几名航天员二三年的食物等等。载人火星飞行也是花费很大的事业,一个国家国力有限,可能要由几国联合进行载人飞行。

人类的火星探测一定会取得更大的成就,生命之谜会彻底揭开。2008年7月31日,美国航空航天局科学家宣布,“凤凰”号火星探测器在火星上加热土壤样本时鉴别出有水蒸气产生,也有可能是太阳烤干了,因为火星离太阳近,从而最终确认火星上有水存在。

知识点火星的卫星

火星有两颗天然卫星:火卫一和火卫二。火卫一离火星中心约9370千米,公转周期为7小时59分,比火星自转快得多,所以从火星上看来,它是西升东落的。火卫二离火星约23500千米,公转周期为30小时18分。它们的形状都很不规则,轨道也不稳定,火卫一有加速现象,轨道不断降低,而火卫二却在慢慢远离火星。

探索木星、土星

探索

在古代,我们的祖先发现,在太空的亿万颗星辰中,有5颗特别明亮的星星穿行其间,这就是水星、金星、火星、木星和土星。木星的亮度仅次于金星,名列第二。在太阳系的9大行星中,无论从体积或质量上衡量,木星都排行第一。

木星是一个美丽而神秘的行星。

从靠近太阳算起,木星是太阳系第5颗行星,正好处在9大行星的中间位置,在它的内外两侧都各有4颗行星。木星是9大行星中最大的一颗行星,其他8大行星的质量加在一起还不到木星质量的一半。它的质量是地球的300多倍,体积是地球的1300多倍。巨大的质量形成强大的木星引力场,物体要从木星表面逃脱,必须达到每秒钟60千米的高速度,这是地球上的5倍多。所以像氢、氦这样最轻的气体分子,也逃不脱木星的引力。在木星的上空,至今还有大量的太阳系形成初期的原始气体。它的一年相当于地球的11.86年,而它的一天却只相当于地球的0.41天,也就是说它的自转速度特别快。木星表面是液态氢,深24000千米,没有地球这样的固体表面。液态氢之上是厚达上千千米的大气层,主要成分是氢、氦、氨、甲烷和水蒸气等。从望远镜中看到的木星,是它的斑斓云层。这些云层明暗相间,形成彩色云带,有金红色的,有暗红色的,还有浅绿色的,颜色非常鲜艳,像是一个做工精巧的彩绘大皮球。在它的赤道南侧,有一块蛋形大红斑,宽1万多千米,长2万千米,300多年前就引起了人们的兴趣。

木星图木星有4颗大卫星,其中木卫三是太阳系中最大的卫星,它的体积比月球大得多,甚至比行星冥王星和水星还大。其余的木卫一、木卫二、木卫四也在太阳系前7大卫星之列(其余3颗是土卫六、月球和海卫一)。这4颗大卫星是17世纪伽利略发现的,所以又叫“伽利略卫星”,它们都有固体表面,可以成为宇宙航行的中继站。4大卫星与太阳系的行星一样,距离越远,密度越小。除4大卫星以外,还有13颗较小的卫星。木星与它的17颗卫星,自成体系,好像一个“小太阳系”。

木星与其他行星不同,它放出的热量是它从太阳吸收的热量的两倍。这就是说,木星与太阳一样,自身也放出热量。科学家推测,木星中心是一个固体核,可能保留着木星形成时期的原始热,温度高达几万度。核外是厚厚的液氢。液氢对流,将内核的部分热量传导出来。再外面是稠密的大气层,主要成分是氢和氦,还有氨和甲烷。氨和甲烷的比例与太阳大气相似。木星也与太阳一样,有丰富的氢元素。由于木星的成分和结构与太阳有很多相似的地方,所以科学家认为,木星的早期演化和太阳系的起源十分相似。因此,研究木星是了解太阳系的初始状态的最好对象。但是,由于木星与地球相距最近时也有6亿多千米,所以通过地面上的观测是无法查明这些问题的,只有发射航天器就近探测或者深入其境进行实地探测。

人类探测木星,不仅是为了了解木星本身,而且可以通过木星探测,了解太阳系的形成和发展,其中包括对地球早期状况的了解。

可是,何必舍近求远到木星上去研究地球早期的状况?况且地球也是太阳系的一部分,研究地球也可以了解太阳系的形成和发展。

这里自有其科学道理。

由于大气和人类活动等因素对地球的影响,地球早已是“面目全非”了。因此,研究地球早期的发展史、太阳系的发展史、宇宙的发展史,已不能在地球上找到全部证据了。那么,是不是可以在地球附近的月球、金星、火星上找到证据呢?在这些星球上保留着一些原始状态,但也不能完全解决问题,因为这些天体的质量较小,较轻的元素容易逃出它们的引力场,现在的元素成分也早已不是原来的样子了。当然,要弄清太阳系的初始状态,最好的办法是发射探测器到太阳上去。但是太阳大气温度高达几千度,表面温度更高,目前的技术水平还办不到。因此,科学家特别重视木星探测,把探测木星作为研究太阳系起源和演化的一个窗口。

航天时代开始以来,已有4个探测器对木星进行了探测。从20世纪70年代初至今,人们孜孜不倦,试图揭示木星的秘密。1972年3月2日和1973年4月6日,美国先后发射了“先驱者”10号和“先驱者”11号探测器。它们分别于1973年12月3日和1974年12月5日从木星右侧和左侧飞过,距木星13万千米和402万千米对木星进行了探测,这是有史以来的第一次。1977年9月5日和8月20日。美国又先后发射了“旅行者”1号和“旅行者”2号探测器,分别于1979年3月5日和7月9日飞过木星,距木星27.5万千米和72万千米,对木星和木星的卫星进行了探测。

人们逐渐揭开了被色彩斑斓的浓密云层笼罩着的木星的奥秘,对木星有了初步地了解。

自1977年发射“旅行者”1号和2号探测器以来,先后探测了木星、土星、天王星和海王星,共发回10万多张照片,研究和发射共耗资8.7亿美元,但它们所获得的成果却是无价的。1989年8月25日,亿万观众兴高采烈地从电视里欣赏了“旅行者”号发回的神秘太空壮景。