人類對太陽系了解有多少？其實我們對太陽系至知之甚少

我們對太陽系已經有很多了解，但實際上卻有更多的不了解。

太陽系其他地方有生命嗎？

為什麼生命會在地球上興旺？

有一個簡單「配方」：找一個岩石世界，給它加點水，再把它放進太陽周圍的可居住地帶（那裡距離太陽不太遠也不太近，因此那裡的天體上不太冷也不太熱，從而天體表面存在液態水，也就可能支持生命存在或居住）。

正是這些溫和的條件保持著液態水在地球上的存在，所以我們假定這些也是生命出現的先決條件，而這看來還有助於解釋：為什麼我們一直未能在太陽系其他地方發現生命？然而，如果「可居住地帶」理論只是天方夜譚，那麼會怎樣呢？

先來看火星。液態水看來很可能曾經在火星上流動，甚至有間接證據（上圖）表明今天的火星上依然存在液態水。在布滿岩石的火星表面，美國宇航局的，火星車發現了疑似被鹽水沖刷出的水道和溝槽。或許，我們對此不應該很驚訝——常規計算結果，把火星放進了太陽系可居住地帶的外沿。這是否意味著火星上曾經有過生命，或者至今仍有生命存在？這依然懸而未決。

不過，在一些不應該有水的地方，反而水波蕩漾。我們一直猜測，木星的衛星歐羅巴（木衛二）擁有地下海洋。而哈勃空間望遠鏡2015年證實，在木星的另一顆衛星——加尼美得（木衛三）的冰地殼下面，隱藏著一個鹽水海洋。而且，過去10年來一直在環繞土星的美國宇航局「卡西尼號」空間探測器，也發現了土星的多顆冰凍衛星地下存在海洋的跡象，其中包括米瑪斯（土衛一）和恩克拉多斯（土衛二）。「卡西尼號」甚至在2015年10月穿越了距離恩克拉多斯南極僅50千米的一條羽流，目的是檢測是否存在微量氫。在地球上，氫是地熱噴口的一個主要標誌。目前，科學家仍在等待對這次探測的分析結果。

「卡西尼號」

在恩克拉多斯羽流中的發現，對於可居住地帶理論有些顛覆：這種羽流中包含二氧化硅。而要得到二氧化硅，唯一的途徑是：讓幾乎達到沸點的液態水，與岩石在極高溫度下接觸。這進一步表明，恩克拉多斯地熱活躍，它的地下海洋底部很可能存在地熱噴口。如果的確如此，那就太誘人了。許多科學家相信，生命始於地球上的類似環境。如此看來，在太陽系中我們認為不可能存在生命的一些地方，其實有可能存在生命。

是什麼力量在加熱這些「冰球」（冰衛星）的內部？以恩克拉多斯為例。在另一顆土衛——狄俄涅（土衛四）環繞土星一圈的時間裡，恩克拉多斯正好環繞土星兩圈。在它們的軌道中，這兩顆土衛時而在相同位置相互靠近，這增加了對恩克拉多斯內核的引力擠壓，從而加熱了恩克拉多斯內核。

這種類型的「潮汐加熱」，在太陽系和太陽系以外可能都很常見，其意義之重大不言而喻，尤其是對在其他恆星-行星系統中尋找生命來說更是如此。在這些系統中，多顆行星的大氣層中被探測到了水。

如此看來，可居住地帶理論完全有可能不再說得通。反而，我們或許應該認為可居住世界更像是水果蛋糕中的葡萄乾——它們（葡萄乾也好，可居住天體也好）可能隨機浮現於任何地方。

太陽為什麼有磁性？

1859年9月2日，從一次太陽大爆發中發出的極大量物質和磁力襲擊地球。極光點亮2/3的地球天空。指南針亂跳。隨著幽靈電流在整個電線網路中喘振（也稱浪涌），全球電報系統陷入癱瘓。

這一現象被稱為太陽風暴，也稱「卡靈頓事件」，因為英國天文愛好者卡靈頓觀測了這次太陽風暴。對當時大多數人來說，這次太陽爆發不過是一場壯觀的彩光秀。但要是如此大規模的太陽風暴發生在今天，那就必將是一場大災難，這是由於我們對電磁技術的依賴。人造衛星可能被燒毀，衛星通信和定位系統隨之被毀，變壓器可能被燒毀，多個國家將發生大面積停電，公共運輸將中止。美國國家科學院曾估計，僅僅一次卡靈頓事件就會對美國造成2萬億美元的經濟損失。

從那時起，多國開始密切關注太空天氣。要想讓我們免遭太陽風暴重創，關鍵是要弄清複雜多變的太陽磁場。從可見光來看，太陽似乎一成不變。但通過紫外光觀察，不同的畫面立即浮現：在幾天、幾周、幾月或幾年時間裡，太陽表面的黑暗區域——冕洞來來去去。這些「洞洞」的直徑可達地球直徑的50倍。

太陽磁場正是從冕洞延伸到太陽系中的。由冕洞釋放的、來自太陽大氣層——日冕的氣體，成為了太陽風。麻煩是，我們無法預測冕洞何時出現在何處，以及何時爆發。簡言之，我們不了解太陽的磁周期怎樣運作。

我們已經知道的是，太陽大約11年爆發一次（但爆發的大小程度不同），目前我們處在太陽爆發的下降階段。不過，我們知道的僅此而已。除了對熾熱等離子體翻卷的一些模糊猜測外，太陽究竟怎樣產生磁性依然是一大奧秘。歐洲空間局的「太陽軌道器」可能將打破僵局。如果能按計劃在2018年成功發射升空，「太陽軌道器」就會飛到太陽附近，比水星距離太陽還近。「太陽軌道器」將搭載包括磁強計在內的10種探測儀器，對太陽進行前所未有的詳盡探測。它將測量與冕洞有關的磁場。要想破解太陽的「磁場發電機」之謎，幫助現代文明免遭1859年那樣的太陽強風暴，「太陽軌道器」很可能將成為一個關鍵。

金星究竟怎麼了？

金星有時候被稱為地球的孿生兄弟，這僅從大小而言，但這兩者實際上差別很大。早期人們以為金星有海洋，還可能有生命。這種猜測並非全無道理：金星與地球大小相仿，組成相似，得到的陽光總量也差不多。從理論上說，金星也處在太陽系可居住地帶以內。那麼，金星為什麼會淪為一顆「地獄行星」——表面溫度為什麼會高得那麼「離譜」？

我們還不完全清楚這個問題的答案。這看似奇怪，畢竟從太空探測時代開始，我們已經發射了許多艘金星探測器。然而，我們在窺探金星方面的種種嘗試，全部被不透明的金星硫酸雲挫敗——早期的金星探測器無法穿透這些雲。在我們發射的金星表面登陸探測器中，只有不到一半在這趟征途中活下來，其餘的則都因金星大氣層產生的高壓而崩潰。少數幾個倖存者也沒能堅持多久，它們對金星的所有探測結果加起來，甚至還不如地球上的望遠鏡一天之內對金星的探測結果多。

這些金星登陸器，向我們揭示了一個暗淡、荒涼的金星表面。硫酸雨無時無刻不在擊打這片荒原，黏糊糊的風無時無刻不在掃蕩這片廢土。金星上的風速由時間決定——黎明和黃昏時分風速快，超高溫下的白天則風速慢。就算令人窒息、大部分由二氧化碳組成的金星雲殺不死你，金星表面的超高溫——能熔化鉛的460℃，也肯定會要你命。

這些恐怖場景，對金星的困境給出了標準解釋：金星距離太陽過於近了那麼一點。這導致金星表面原有過的任何水，都被蒸發進了很稠密、捕捉了很多熱量的金星大氣層，造成失控的溫室效應和今天金星地獄一般的環境。

可是，歐空局「金星快車」飛行器對金星的觀測結果，卻對上述理論提出了質疑。

2007年，「金星快車」發現金星上空有氫和氧離子，它們是行星水的遺存。肇因是太陽風——太陽發出的帶電粒子流。太陽風經常直接穿透對它來說微不足道的金星磁場，由此激發的等離子體爆發把金星大氣層大塊大塊地撕掉。

在這種經常性的攻擊下，金星怎麼可能維持大氣層的存在，更不要說如此稠密的大氣層了！一種推測是，要為金星大氣層「負責」的，很可能是由金星表面火山釋放的硫和二氧化碳。然而，我們至今未在金星表面發現活躍的火山活動。但有關金星表面存在活躍火山活動的證據正在不斷堆積。「金星快車」發現，大約80%的金星表面都覆蓋了火山岩屑流，其中一些岩屑流的年齡只有幾萬年（從天文學意義上說，這算是很年輕或最近的）。

對金星過去的更多了解，有助於我們在其他恆星周圍尋找類似地球世界的過程中，排除像金星那樣沒希望的目標。我們或許還將查明，地球是否也將面臨像金星那樣的厄運。有一種理論認為，大約20億年後，隨著太陽衰老和逐漸升溫，地球氣候將變得像金星一樣。不過，就算真的這樣，20億年也太過久遠，我們完全不必杞人憂天。

但一些過於未雨綢繆的人擔憂：如果上述理論是錯的，如果地球現在就處在可居住地帶邊緣（言下之意是，地球可能會移出可居住地帶），而不是像大多數人以為的那樣正好處在可居住地帶中間;如果某些未知變數在相對短期內就會讓地球面臨很大的危機，那該怎麼辦？有人說，一顆類地行星上的水全部流失到太空的可能性是存在的。不過，這畢竟只是猜測，而且是未經證實、頗為聳人聽聞的猜測。但諸如此類的問題，已經促成一系列重返金星的計劃。人們希望查明，金星是否早就註定會變成一顆不支持生命的「廢星」？

但就算在今天，有一個問題仍然懸而未決。在金星如煉獄一般的表面上空70千米處，天氣堪稱和煦，陽光和水分充足，氣溫氣壓與地球相似。因此，有人推測那裡可能有生命（例如微生物）。但真的這樣嗎？要想得到答案，就需要某種大氣層船艇。美國一家航天巨頭公司已在設計自動膨脹型太空飛機，它將在金星大氣層中上下巡遊一年時間，嗅探生命跡象。美國宇航局噴氣動力實驗室則有一個更具野心的設想：用一種震蕩式飛艇，把科學家送至金星大氣層中，由此還可完成測試火星任務。

總而言之，金星和地球或許算不上孿生兄弟，但它們之間真的還是有太多相似之處。

土星內部是什麼？

在五彩繽紛的雲環下面，土星是一個謎團。我們對眾多土星衛星（簡稱土衛）的了解，比我們對土星這顆巨行星本身的了解還多。有關土星內部情況的一些耐人尋味的線索，實際上加深了「土星內部是怎樣的」這個奧秘。

位於土星環中的引力指紋，表明有土星直徑那麼寬的颶風海嘯在土星赤道衝刺，從而暗示了令人驚訝的土星內部結構——位於土星表面下數千千米處的巨大液態漩渦，以及一個被深埋在土星中央的光球（或許是由更奇異物質組成的球）。

1980年，美國宇航局第一艘「旅行者號」飛行器發現土星環中翻動著螺旋波，它們就像漩渦星系的懸臂。這些大多由土衛們的引力造成的螺旋波，多數向外輻射，但也有一些向內輻射。科學家推測，向內輻射的螺旋波是土星內部震蕩的結果。根據傳統理論，土星是一個均衡的液態球，是由氫和氦組成的均勻混合體。理論上，這樣的混合體可能震蕩，形成在赤道附近衝刺的波。這些全球波中之一的波谷和波峰的引力起伏，就可能足以形成土星環上方的螺旋波。

然而，基於「旅行者號」獲得的有限的探測數據，沒有人能夠確定上述傳統理論是否正確。於是，一些科學家開始研究「卡西尼號」自2004年以來採集的土星系統數據。他們在土星內環中發現了多種螺旋波，從而支持了傳統理論的基本理念：巨大的波確實在繞著土星衝刺。可是，別的現象用傳統理論就解釋不通了。

按照傳統理論，如果土星只是一個簡單的液態球，那麼每條波的波速就應該由波峰數量固定。三峰波的傳播速度會比雙峰波慢，以此類推。科學家以為能看到各種類型的螺旋波個例，其中每一種螺旋波都以特有的速度衝刺。然而，他們發現的三種不同的三臂波，都以僅僅略微不同的速度穿行。此外，他們還發現了兩種不同的雙臂波。這讓他們感覺很奇怪。

最簡單的解釋，就是土星有一個很大的固態內核，它以自己的方式震蕩，擾動上方的液體波。雖然這符合有關行星形成的傳統理論，但需要某些微調才能產生這些特異波。也有科學家提出另一種解釋，即在土星的一個層次中，氫-氦混合物的行為不同。在某個時點，氫分子和氦分子應該分解成獨立的原子，這會讓氫-氦混合物相對透明，從而產生一個振動方式特異的發光球。如果真是這樣，螺旋波就可能告訴我們在這些壓力下的物質發生了什麼情況。但使用現有的計算機，是無法模擬這些情況的。

最奇怪的是，一些螺旋波以與土星自轉速度幾乎相同的速度繞行。一種解釋是，土星上存在永久性的山峰和山谷。但如果土星是液態的，那就相當於發現了固定在海面上的山。除非物理定律在土星上被推翻，否則固定在海面上的山就不是一個合理的解釋。科學家還發現土星外環中存在擾動，他們對此提出的帶有推測性的解釋是：土星內部存在巨大漩渦，那裡的密度低於周圍液體，施加的引力也要小些。這會在土星引力場中造成凹陷，從而能解釋那些令人困惑的螺旋波。科學家正在創建模型來模擬土星內部情況，由此查明這種解釋是否合理。

「卡西尼號」任務將在2017年結束。屆時，這艘飛行器將潛入土星。不幸的是，根本等不到探索土星奇蹟，「卡西尼號」就會被燒毀。但是，在此途中這艘飛行器將近距離環繞土星6次，由此可能將告訴我們有關土星引力的更多信息。如果運氣好的話，這還可能有助於揭示這顆巨行星的內部狀況。

彗星怎樣分裂又合併？

對一些彗星來說，解體並非難事。科學家2016年6月宣布，他們的新研究表明，一些周期性彗星（在不到200年里就環繞太陽一圈的彗星）或許會經常性一分為二，接著又在路途中重新合二為一。事實上，對彗星演化歷程來說，這可能是一種重複過程。

科學家這次研究了多顆彗星，重點是一顆呈橡皮鴨形狀的彗星——67P/丘留莫夫-格拉西梅，簡稱67P。探測器拍攝的67P圖像顯示，這顆彗星有兩道裂縫，其中每一道的長度都大於100米。這兩道裂縫位於彗星頸部。

為了重建67P的過往歷史，科學家採用了數學模型。在這些模型中，67P的自旋速率被從現在的大約每12小時一圈加速到每7～9小時一圈。模型顯示，自旋速率的增加會引起更大壓力，形成兩道與67P頸部裂痕相似的裂痕，並且就連裂痕位置也一樣。正因為這樣的自旋分析準確預測了這些裂痕的位置，所以科學家現在對一些彗星可能怎樣隨時間推移而演化有了新的認識。

經常被稱為「臟雪球」的彗星，是由冰、岩石和塵埃組成的。67P是雙裂片彗星，即它的兩大部分由細頸部連接。科學家推測，有多個因素可能引起彗核自旋加快。例如，在近距離經過太陽或木星期間，像67P這樣的彗星可能會被太陽或木星的引力扭轉，導致彗星要麼向上自旋，要麼向下自旋。自旋還可能受周期性彗星的「放氣」影響。所謂「放氣」，是指像二氧化碳和氨之類的含冰化合物從冰凍狀態直接轉化成氣態，並且從彗星表面逃逸。

數學模型的運轉顯示，如果67P的自旋被增加到每一圈不到7小時，彗星頭部就會突然脫離。但彗星頭部和軀體並不會彼此真正分離，而是開始相互環繞。幾周、幾天甚至僅僅幾小時後，它們就會在一次緩慢地碰撞中合在一起，產生一個新的彗核架構。在彗星的整個生命周期里，這個模式可能會不斷重演。

雙裂片彗星可能並非罕見。在被天文學家高像素拍攝的7顆彗星中，包括67P和哈雷彗星在內的5顆都是雙裂片的。科學家對雙裂片彗星的研究表明，它們的雙裂片體積比率都很相近，這意味著它們很可能都經歷過和67P一樣的分裂—合併周期。

67P是在1969年被發現的。歐空局的「羅塞塔」飛行器2014年造訪過它。67P有一側的寬度是大約4千米，它每6.5年環繞太陽一圈。科學家發現，受放氣事件及近距離經過木星時被改變軌道影響，67P的自旋速率會狂亂變化。

為了了解彗星-太陽互動會怎樣影響67P自旋周期在過去的演化，科學家對67P進行了100次「克隆」，它們分別代表回溯到5000年前、處於不同狀況下的67P。之所以選擇5000年，是因為它是像67P這樣的「木星家族彗星」的大約壽命。這些彗星的軌道不僅受太陽引力影響，也受太陽系中最大的行星——氣態巨行星木星的引力牽制。

像67P這樣的周期性彗星，被認為發源於柯伊伯帶。所謂的柯伊伯帶，是指位於海王星軌道外的一片巨大區域，那裡是數十億顆彗星及含冰衛星的家園。科學家猜測，雙裂片彗星的重複分裂-合併，可能導致它們中的一部分被剝蝕過於嚴重，所以這些彗星無法在40億年前前往內太陽系的征程中存活下來，因為在當時的太陽系中，由小行星、衛星和原行星發起的碰撞司空見慣。

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