太阳系行星为什么少一个

时至今日，人类虽然已将探索宇宙的触角伸向太阳系之外的行星系统，但对太阳系家园里的一些奥秘仍然知之甚少。不过，凭借各路探测器在太空中“八仙过海，各显神通”，太阳系小心翼翼守护着的那些秘密也逐渐被我们一一揭开。 太阳系中小个子行星靠前，大块头垫后！ 太阳系的各个行星似乎是按个头大小排列的。首先，靠近太阳的是类地行星：水星、金星、地球和火星。它们以硅酸盐岩石为主要成分，体积和质量都较小，又称岩质行星。其次，距离太阳较远的是类木行星：木星、土星、天王星和海王星。它们的体积和质量巨大，且通常为气态，亦被称为气态巨行星。 因此，天体物理学家认为，倘若存在其他“太阳系”（即与我们太阳系相类似的其他天体系统），那它的各个行星也必定如是排列，且一边自转，一边忠实地围绕其恒星公转……然而，事实并非如此！1995年被发现的首批太阳系外行星，很快揭示了真相： 与我们太阳系的情形不同，离恒星最近的恰恰是一些气态巨行星。它们受到恒星的强烈辐射，导致表面温度很高，因此也被称为“热木星”，其公转轨道极为接近其恒星的轨道，并且都接近正圆！ 实际情形令天体物理学家颇感错愕。简要做个总结吧：类地行星即岩质行星，离太阳较近，由所谓的耐火物质构成，能经受早期太阳所释放的强大热量；类木行星即气态巨行星，离太阳较远，主要由冰和气体构成，所受的太阳辐射相对较少。而在我们的太阳系里，气态巨行星离太阳十分遥远。简言之，在这一模型中，绝不存在热木星！ 接下来，天体物理学家试图建立一些用来模拟其他“太阳系”形成的数学模型，并寻求模型中方程组的解。他们成功地发现，在其他“太阳系”中，气态巨行星虽然在离母星很远的地方形成（这一点与我们太阳系的情形相似），但它们并没有待在原地，而是被迫“背井离乡”。这是因为它们在运行时因受到原行星盘（即在新形成的年轻恒星外围环绕的浓密气体）中尘埃和气体的阻挠而减速，渐渐失去能量，越来越难以抵抗其恒星的引力。于是，这些气态巨行星便沿着巨型螺旋轨道朝着它的太阳徐徐前行，直至抵达现在的位置。接下来，它们是否会继续这一飞蛾扑火般的旅程呢？对于其中一部分气态巨行星而言，答案是肯定的：据天体物理学家的观测，某颗气态巨行星正在被其恒星吞噬！ 原来如此。那么，为何我们太阳系的气态巨行星并未遭受相同的命运？应该说太阳系非常幸运，在这些气态巨行星形成之时，原行星盘中的尘埃和气体也随之消失，于是，这些“幸运儿”得以停留在原地！不过，这终究只是个特例，与“太阳系”类似的恒星系统的情况多种多样，不一而足。 ▼ 金星大气里潜伏生物？ 地球上的气旋、龙卷风、暴风雪使人类深受其苦，然而，把它们与金星上的灾害天气相比，简直是微不足道！不妨想象一下：在赤道附近，速度高达400千米/时的狂风挟裹着云呼啸前行，带来一场能将你化成肉糊的硫酸雨；一个巨大的双眼气旋（大小是地球上气旋的5倍）在金星的南极地区肆虐，它的成因至今仍是个谜。此外，研究者还发现，在金星的紫外图像上会出现轮廓多变、时隐时现的奇特黑斑。这些黑斑之所以出现在紫外图像上，是因为那些地方没有紫外线反射回来，仿佛是什么东西或什么人把紫外线吸收了！ 谁吸收了这些紫外线？藏匿在海拔80 000米处的到底是些什么？一个理论认为，它们以活体的形式躲在云里，吸收太阳光中的紫外线作为能源。有何不可？正如地球上的植物利用可见光进行光合作用一样，藏匿在金星云层里的这些生物靠吸收紫外线来制造有机物。 云里藏着有机体？这并非无稽之谈。殊不知在海拔80 000米处的金星高层大气中，气候条件要比金星表面适宜得多（此处温度为10℃～20℃，而金星表面温度约为460℃），气压可以承受，甚至还存在一些水！悬浮着的小水滴恰恰为一些微生物提供了绝佳的栖身之所。想想在我们生活的地球上，云里不也住着细菌吗？ 可惜，尚无任何证据能够印证这一猜想。但令人欣慰的是，各路探测器仍将在金星上不辍耕耘。目前，欧洲空间局和美国航空航天局都在准备未来几年的金星探测任务。2010年5月，日本发射了首个金星探测器“拂晓”号，但该探测器没能进入适宜观测金星气象的预定轨道，遭遇失败。 ▼ 冥王星上有过生命吗？ 如果说冥王星也能孕育生命，你是否会觉得匪夷所思？这颗矮行星距离太阳十分遥远（44亿～73亿千米），是一颗极度寒冷、荒芜的矮行星（其地表温度的平均值仅为－230℃），迄今尚未被任何探测器造访过。我们不难想象冥王星上的情形：一个由氮气、一氧化碳、甲烷和坚冰组成的冰冻世界。然而，美国威顿学院诺顿分校的科学家居然认为在柯伊伯带（现时我们所知的太阳系边界）也会有生命存在。 确实，在如今的冥王星上几乎可以肯定不会有生命存在，但过去呢？杰弗里·柯林斯认为，冥王星在幼年时可能经历过一段相对美好的时光，以致在其地下海中出现过生命！ 为便于理解，咱们先说说冥卫一——冥王星最大的卫星。根据研究人员建立的模型，在早期太阳系，冥王星可能曾和某个巨型天体相撞，撞击产生的碎片绕冥王星运行，逐渐聚合成冥卫一。那次剧烈的撞击可能使冥王星的温度攀升了50℃，这虽然不能令坚冰瓦解，但至少揭开了其他一连串热现象的序幕。 研究者认为，冥王星因此有了一段充满水的过去。在那次撞击后，冥卫一留在了冥王星的身旁，并绕其快速旋转。相较于其他卫星，冥卫一的块头委实惊人，它的质量约是冥王星的1/7（月球质量是地球的1/81）。你或许会说，冥卫一对于冥王星有着很强的引力作用，而且当时冥卫一距离冥王星很近，因此引力更强。在引力作用下，冥王星被拉伸成椭球体。这一拉伸可能导致岩石间的相互摩擦，从而使地核温度升高，并使一部分包覆着冥王星岩石地核的冰层消融，形成一个地下海。 也许生命正是在这个地下海中繁衍。不过，关于这一点研究人员尚无法进一步论证，毕竟掌握的资料极其有限。这个地下海有多深？位于岩层还是冰层（冥王星的内核由岩石构成，外面包覆冰层）？存在过多长时间（在很久以前，地下海就再次结冰了。因为冥卫一渐渐远离冥王星后，它对冥王星造成的影响也相应减弱）？ 今年7月，美国“新视界”号探测器将抵达冥王星，首次发回这颗神秘冰矮星表面的照片。希望它能为我们带来更多关于冥王星过去的故事。 ▼ 横卧而行的天王星 天王星的旋转方式十分奇特，就如一个耍赖的小孩躺在公转轨道面一样。太阳系其他行星的自转轴相对于太阳系的轨道平面都接近垂直，唯独天王星的自转轴可以说是躺在轨道平面上的，倾斜的角度高达98°，几乎是横躺着绕日运行。 长期以来，研究人员认为这是由于在形成之后不久，天王星遭受了某颗巨型天体的撞击，导致自转轴急速翻转。这一设想颇具诱惑力，但遭遇了极大的难题。由于天王星的所有卫星都在其赤道面（因天王星自转轴的倾斜而倾斜）上公转，因此它们的运行轨道也跟着倾斜。然而，倘若事实如研究人员所假设的那样——天王星遭受撞击后急速翻转，那么，它的卫星又如何能在短时间内适应这种运动呢？ 对此，2010年年初，法国巴黎天文台的雅克·拉斯卡尔和格温纳埃尔·布艾尝试做出解答。这两位天体物理学家认为，天王星的翻转过程可能非常缓慢，因而其卫星都有足够的时间跟进。这样的解释似乎更合逻辑，然而，还有一个问题有待解答：撞击的肇事者是谁？是不是天王星形成初期的某颗伴星？对此，科学家只能给出粗略的描述：某颗巨型卫星产生的引力与太阳的引力一起，逐步使天王星的自转轴翻转。 经过计算，研究人员认为距天王星130万千米远处一个质量约为天王星1％的卫星可能正是那次撞击的始作俑者。但是，在目前已知的天王星所有卫星中没有一颗符合这些条件！ 那么，这个谜仍旧无解吗？未必。或许是因为后来在另一颗气态巨行星（木星、土星……）的引力作用下，天王星的这位颇有影响力的伴星被抛射得很远，以致我们还没有发现。一些模拟实验已经证实：在太阳系漫长的形成过程中，这些气态巨行星的轨道可能移动过不少。至于后续的研究进展，就让我们拭目以待吧。 ▼ 水星有颗大心脏！ 没搞错吧！这片布满陨石坑的贫瘠之地竟也藏有秘密？水星没有大气层，没有水分，饱受太阳的强烈辐射，似乎令研究者兴味索然。殊不知，就在这颗和月球有几分相似的行星深处，竟藏着一个令人困惑的秘密：铁质核心。其实，具有铁质核心并不稀奇，毕竟金星、地球以及其他类地行星都不乏类似的金属核心。这些行星大致都是在相同时期、以相同物质形成的，因此，它们的成分按理也应相似。在构成行星的主要成分中，铁是最重的。因此，当天体形成时，它会下沉至该天体的最深处。作为地球核心部分的地核，其直径约为地球半径的1/2。相形之下，水星的半径为2400千米，而其铁质核心的半径却达到1900千米，也就是说，这个神秘的铁核几乎占满了整个水星！水星的心脏竟如此巨大，实属罕见！ 对于这一点的解释，存在着两种互相对立的理论。第一种理论认为，这一现象是由威力无穷的太阳造成的。水星离太阳非常近，仅6000万千米（地球距离太阳1.5亿千米），因此受到太阳的强烈辐射，温度可达460℃！而在45亿年前太阳系形成之初的情形似乎更为糟糕：那个时期的太阳十分狂暴，向宇宙空间散发的能量比现在多得多，使早期的水星温度高达2000℃！巨大的热量使水星外层的岩石发生气化，徒留500千米厚的行星幔。 而另一种理论是“宇宙台球说”，这种理论则更惊人。瑞士伯尔尼大学的一组研究人员认为，早期的水星（约45亿年前）可能遭受过一次甚至多次灾难性的剧烈撞击。那时的太阳系一切杂乱无序，天体间的碰撞十分频繁（月球也是在此类撞击中形成的）。因此，研究人员的理论并非无稽之谈。为证实自己的观点，他们用计算机模拟各种碰撞，并不断变更相撞天体的质量和撞击速度等参数。当他们假设一个类似月球大小的天体以10万千米/时的速度撞上当时的水星（质量是现在的2倍）时，最终得到了水星的现状——薄薄的地幔和地壳包裹着一个巨大而完整的核，而那些被蒸发掉的表层物质则可能变成了太阳和其他新生行星的一部分。研究结果显示，甚至可能有1.6×1016吨碎片融入了地球！那时的地球还只是个炽热的球体，水星的碎片与它融合在一起，现在已经无法辨认。 不过，水星的铁质核心之谜可能很快就会被破解。2011年3月，美国的“信使”号探测器抵达水星周围的轨道，它的使命之一便是通过分析水星表层的成分，查明事实真相。毕竟，倘若水星的表层物质确实被蒸发掉的话，那么它的表面现在应该不含挥发性成分（如钠和钾）。