人们想知道飞碟为什么要穿越茫茫的星空来到地球。它们是和平的使者还是战争的恶魔,科学家在这艘飞碟上发现了各种进攻防御性的武器。激光、反物质鱼类、力场盾、隐性盾…各种外星武器威力无穷。更可怕的是他们还拥有一种终极武器,这种武器被称为是上帝的技术。飞碟携带武器也许只是以防不测,人类祈祷它对地球并没有恶意。
46亿年前,银河系中某个不起眼的地方正在孕育着什么。星系中弥漫的氢和氦以及固体尘埃开始凝聚并且形成分子。由于无法承载自身的质量,这一新形成的分子云便开始了坍缩。在不断加热和混合的过程中,一颗恒星诞生了。它就是我们的太阳。
目前我们还不确切知道到底是什么触发了这一过程。也许这一切都源自于近邻恒星爆炸死亡时所产生的激波。而类似的恒星死亡也不是非常罕见的事件。自从130亿年前银河系形成以来,类似的事情已经发生了无数次。而通过望远镜我们可以看到这些事件仍然在继续发生着。但是作为恒星来讲,太阳实在是没有什么特殊的。然而,据我们所知太阳却是唯一的。从诞生太阳的薄盘中形成了八颗行星,一开始这些行星之间没有什么显著的“差异”。最终在太阳旁的第三颗行星上出现了生命,而这些生命也开始探索他们所在的太阳系。但时至今日依然有六个太阳系的未解之谜有待解答。
一、太阳系是如何形成的?
如果你看一眼太阳系的行星,你也许会认为这些行星不是太阳“亲生”的,而是被太阳“领养”的。可这些行星却是如假包换的“血亲”,都是从坍缩形成太阳的分子云中形成的。你也许会认为不同天体在太阳系中的分布是无章可循的。但其实目前的太阳系结构已经达到了平衡的状态,添一分则嫌“胖”,减一分则嫌“瘦”。那么这一精巧的结构是如何形成的呢?
在太阳形成的时候,它消耗了原始太阳星云中99.8%的物质。按照目前被广为接受的理论,剩下的物质在引力的作用下形成了一个围绕新生恒星的气体尘埃盘。当这个盘中的尘埃颗粒绕太阳运动的时候,它们彼此之间会发生碰撞,并且渐渐地聚合长大。在盘的最内部,由于太阳的核反应已经被点燃,因此高温使得只有金属和高熔点的含硅矿物才能幸存下来。这样一来也限制了尘埃可聚合的大小,所以这一区域中的小天体最终凝聚形成了内太阳系的4颗体型较小的岩质行星——水星、金星、地球和火星。
[图片说明]:假想中的另一个与斯必泽空间望远镜所发现的极为相似的遥远太阳系。其中恒星的年龄大约为3,000万年(差不多是地球形成的时间),在恒星的周围有一个充满了岩石和尘埃碎片的小行星带。在这个带中有一颗行星正在围绕恒星转动。版权:T Pyle (SSC)/JPL-Caltech/NASA。
在这一区域之外则没有类似的限制,在“雪线”以外的区域甲烷和水都是以固体的形式出现的。这个区域中的行星可以长得更大,并且可以在太阳的热量把气体驱散之前吸积气体分子(主要是氢)。这就是木星和土星这样的气态巨行星以及温度更低的巨行星天王星和海王星的最终形成过程。这也是天文学家预计这些行星在流体的表层之下有一个岩石核心的原因。
到目前为止一切都是直接。法国蔚蓝海岸天文台的亚历山德罗·莫比德利(Alessandro Morbidelli)说,但当你要深入到其中的细节的时候问题就来了,吸积模型就是一个很好的范例。没有人确切知道米级的岩石是如何聚合成10千米级的小天体的。因为小型的固体天体会受到其周围气体压力的作用而最终在聚合之前便落入了太阳。最近提出的一种可能性是气体中局部湍流提供的低压使得小岩石最终并合到了一起。
气态巨行星也有类似的问题。它们的岩石核心必定是在有气体的情况下聚合而成的,然后才能吸积气体。而在其他行星系统中也已经发现了非常靠近恒星的类木行星。这些行星的大小和木星相仿,但是轨道半径却和地球的差不多,甚至更小。如果在太阳系形成的早期也有一颗木星质量的行星运动到了太阳系的内部,尽管还没有确定的结论,但诸如地球这样的内行星都会被散射出太阳系。
[图片说明]:双星系统HD113766的想象图。天文学家怀疑在这个双星中的一颗恒星的周围正在形成一颗岩质的类地行星。这张图中的两个黄色的星球就是这个双星中的两颗恒星,年龄大约为1-1.6千万年。在右下角的恒星周围正有一颗岩质行星在形成中。这一系统距离地球大约424光年。版权:C Lisse (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)/JPL-Caltech/ NASA。
按照美国科罗拉多大学的菲尔·阿米蒂奇(Phil Armitage)的说法,没有证据显示太阳系上演过类似的情况。如果说过大的月亮是某种暗示的话,那么它也只是说明了内太阳系在岩质行星形成的最初1亿年中一直处于“动荡不安”的状态,但是很快一切就都安定了下来。根据莫比德利及其同事所提出的理论,在太阳形成之后的几亿年,在木星和土星引力的“强强联合”作用下天王星和海王星被推到了距离太阳更远的地方并且占据了现在的位置,由此引发了外太阳系的重组和膨胀。一些小天体会就此撞向木星,而另一些则会被木星的强大引力抛射出太阳系。
在整个太阳系的外围、宇宙的深处,这些未被吸积的残骸聚集到了一起形成了设想中的奥尔特云。太阳系的最近一次引力散射效应的集中体现就是它们对火星和木星之间小行星带的扰动,由此引发了40亿年前(太阳形成之后5-6亿年)出现的晚期大规模轰击。在这期间,大量的小天体撞击了地球和月亮,但从那以后构成太阳系的天体便又重新恢复了平静,进入了一种精巧的平衡状态——无疑这对于地球上生命的起源和演化来说是“无价”的。
二、为什么太阳和月亮在天空中看上去一样大?
日全食是最壮丽的自然景观之一。如果你一辈子都呆在一个地方,那么你至少可以目睹一次日全食。如果你运气好的,也许可以看到两次。在日全食发生的时候,月亮可以完全遮挡住太阳的光芒。只有透过月面上的山谷才能有一线光线透过来,形成绚丽的“贝利珠”。
[图片说明]:1994年11月3日玻利维亚日全食时所拍摄的贝利珠。版权:Reverend Ronald Royer/SPL。
这一切都要归功于太阳和月亮的“大小”是如此的契合。太阳的直径大约是月亮的400倍,而太阳到我们的距离也正好是月亮的400倍。这两者“此消彼长”就使得太阳和月亮在天空中看上去具有一样的大小,这在太阳系中的8颗行星和已知的166颗卫星中绝对是绝无仅有的。而地球也是目前已知唯一拥有生命的行星?难道这也纯属巧合?
绝大部分天文学家的观点是肯定的。但也许这些数字背后还隐藏着不为人知的一些“天机”。我们的月球是“与众不同”的。类似木星、土星、天王星和海王星这样的巨行星的卫星是通过两种方式形成的。它们要么形成于由行星引力维系的物质盘中——类似微缩版的太阳系,要么就是由行星的引力俘获而来的。火星的两颗卫星火卫一和火卫二就被认为是通过第二种方式形成的,而火星也因此成为了内太阳系唯一具有两颗天然卫星的行星。
但是由于月亮相对于地球的大小来说太大了,因此无法通过这两种方式中的任意一种形成。行星科学家们相信月球的形成只有一种解释:在太阳系的最初1亿年里,小天体在太阳系里横行,其中一个火星大小的天体撞上了地球。这一碰撞完全地改变了地球,由此撞击出的大量物质最终形成了个头偏大的月球。
更重要的是,这么大的月亮对于地球上的生命来说是一种恩惠。由于来自其他天体的引力作用,地球在绕其自转轴转动的同时也会自然地摆动。而月球无形的引力则抑制住了这种摆动,防止了地球自转的不稳定性以及由此造成的灾难性气候变化。而这对于地球上的生命来说则是至关重要的。
[图片说明]:2003年发生在英国巨石阵的日偏食。版权:Les Wilson/Rex Features。
地球处于太阳旁的“宜居带”中,在这个带中行星可以保持充沛的液态水。这无疑是承载生命的最重要因素。但是一个大到足以引发日全食的月亮的存在可能也是关键的因素。如果真是这样的话,那么这将为在其他行星上搜寻生命产生重要的影响。由于是在撞击中形成的,因此月亮正在以每年3.8厘米的速度渐渐地远离地球。于是恐龙看到的日食和我们的截然不同。2亿年前月亮要比现在看上去大得多,可以“轻而易举”地遮挡住整个太阳。
而对于几亿年之后的地球居民来说,由于月球已经变得太“小”,因此不会再有日全食发生。我们看起来很幸运正好位于两者之间:形成于撞击的月球正在远离,与此同时它又惠及着地球上的生命。如果你足够幸运在有生之年经历过一次日全食,请想象一下这一可能:也许正是这样一个月亮才使你有幸站在那里目睹日全食的发生。