走进深空

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第一章 太阳系 太阳是银河系中最常 见的一种恒星，我们称之 为主序恒星。太阳从诞生 到现在已经燃烧了大约46 亿年，这是根据地球的年 龄来估算的。因为地球的 年龄约为46亿年，而在此 时间内，太阳从未停止过 给地球送来光与热。与太 阳大小相当的恒星的寿命 大多在100亿年左右，因 此，太阳现在正处在中年 期，而宇宙却已存在137 亿年了。我们不由得好奇 ，在这137亿年的时间里 ，太阳是如何诞生的？形 成太阳初始物质的那些星 际尘埃来自哪颗超新星的 爆炸或是其他什么？抑或 太阳就是第一代恒星，它 的基本物质就来自原始宇 宙大爆炸时留下的尘埃？ 那么，在太阳系的小天体 中，是否存在这些原始的 、来自太阳系诞生之前的 物质呢？ 我们已知地球是太阳 系中唯一承载生命的行星 。但是，对一些落在地球 上的陨石的分析表明，在 地球以外也有生命存在的 可能性。那么地球是太阳 系中唯一存在生命的星球 吗？如果能在地球以外找 到生命的迹象，哪怕是曾 经存在过生命的迹象，也 会对我们思考地球生命以 及人类的过去和未来，带 来新的观点。由此可见， 在太阳系中寻找地外生命 也是一项非常重要的任务 。 以上两个方面的问题 都是关于“我们从哪儿来” 的，而关于“我们到哪儿 去”，也就是地球和人类 的未来是怎样的，这类问 题也需要在太阳系中寻找 答案。 太阳系中有一些行星 和地球非常相似，比如金 星和火星。如果考虑到地 球的磁场是具有南极和北 极的偶极场类型，水星和 木星与地球也非常相似。 因此，研究太阳系中其他 行星与地球的共性和不同 之处，或许能成为我们思 考地球的过去和未来的途 径。 此外，我们的地球并 不是处在绝对真空的太阳 系中。太阳既是我们生存 的能量之源，也会对人类 和所有生命的生存带来威 胁，这些威胁源自太阳喷 发出来的大量高能粒子。 由于太阳风也不是稳定和 不变的，一旦太阳出现大 的爆发，就会给行星际空 间带来剧烈的影响。太阳 喷发出来的高能粒子，在 行星际空间传播、扩散。 一旦到达地球，就会对地 球磁场、大气层和电离层 ，以及地球轨道上运行的 卫星带来灾害性的影响， 严重时还会影响地面技术 设施。即使这些高能粒子 不到达地球，在行星际空 间遇到深空探测器或到达 火星时，也会摧毁人类的 深空探测器或地外天体上 的人类活动基地。但是， 人类到现在为止仍没有完 全搞清楚太阳是如何产生 这些爆发的，无法对此做 出准确的预报。也许有朝 一日我们离开地球，到行 星际空间去观测太阳，甚 至对太阳进行尽可能抵近 的探测，可以得到这些问 题的答案。 可见，如果我们想要 了解和回答“我们从哪儿 来”和“我们到哪儿去”这 两个最为基本的科学问题 乃至哲学问题，就必须离 开地球，进入太阳系深空 开展探测和研究。 起源与演化 太阳系的起源是一个 漫长的过程，少则几十万 年，多则数亿年。根据恒 星演化理论，恒星起源于 大量的恒星际尘埃。这些 尘埃在围绕银河系中心旋 转的过程中，通过相互间 引力的作用，不断地碰撞 凝聚。 当凝聚到一起的物质 达到一定的密度时，内部 的压力和温度将诱发核聚 变，使大量的氢（最为简 单的元素）合成为氦，并 释放出巨大的能量。这样 的核反应从内到外不断地 发生着，使天体持续向外 发出光和热，以及几乎全 部电磁波段的辐射。这个 天体就是我们现在看到的 太阳。 部分没有进到太阳内 部的物质，逐渐形成一个 跟随太阳一起旋转的巨大 的行星盘，也就是我们常 说的黄道面，即地球绕太 阳公转轨道所在的平面。 这些物质因为旋转产生的 离心力与太阳对其的引力 相互平衡，没有进到太阳 内部。它们相互剧烈碰撞 ，逐渐形成了现在的八大 行星。但是仍然有一些没 有参与碰撞的小天体悬浮 在这个行星盘中，特别是 在火星和木星之间，有一 个天体数量超过百万的小 行星带。小行星的尺度从 几米到数千米不等。 然而，这些小天体并 不一定都是来自原始星云 的物质，比如有些就是在 大碰撞期间，从较大的行 星中分裂出来的碎片。那 么，有多少来自太阳系形 成之初的原始星云，有多 少是大碰撞之后的残留碎 片呢？对这个问题，人类 尚未得出准确的答案。它 们从成分上来说，是否有 显著的不同呢？至少，我 们知道经过碰撞分裂出来 的碎片，特别是从较大的 行星中分裂出来的，应该 是经过了高温和高压的。 而来自原始星云的物质也 许是上一代恒星坍缩后， 形成的超新星爆发后的物 质，也同样会经历高温和 高压。这就是为什么绝大 部分由于相互碰撞改变了 轨道而掉落到地球上的陨 石，都具有球状颗粒的特 征。这些球状陨石是如何 形成的？如果需要极高的 温度才能形成这些球状结 构，那么也许只有在上一 代恒星爆发时才能有这样 的高温。目前科学家们对 球状陨石的来源还存在争 论。我们需要探索更多的 小天体，包括小行星和彗 星，才能对太阳系的起源 及其演化做出更符合实际 的判断。 P3-9