“旅行者1号”宇宙探测器揭示了世上最惊人的奇观——一个不受已知天文学法则约束的奇妙世界。

伽利略初次观察环绕太阳系第六颗行星——土星的光环，过了370年之后，一架由地球发送上天的电视摄像机频频回转，在不足1亿英里的距离内把这些光环聚集在它的焦点上。图像被转换成一系列双脉冲，越过将近10亿英里空间，传送到设于西班牙的一个跟踪站，再由人造卫星向世界各地转播，最后显现在加利福尼亚州帕萨迪纳的一台电视监察器上。

在加利福尼亚技术学院的喷气推进实验室中，天文学家史密斯专心致志地守候着，令人敬畏，此时一条狭窄的土星光环分解成一股股歪斜的冰带，500英里长的辫形物在阳光照耀下闪闪发光，在离该行星云层顶端5万英里上空奇迹般地交叉着。史密斯注视着这条辫形光环说道：“真不敢相信它的存在。”

这仿佛是哥伦布从第一次航海归来所获得的，有关孟特*祖玛的宫殿以及大峡谷的仓促印象。宇宙探测器“旅行者1号”以每小时5万英里的速度巡行，于去年十一月绕过土星，向地球送回了那些在探索火星与木星使命中疲惫的老手所难以想象的画面。这颗巨大的行星在太阳的行星中体积仅次于木星，它显示出四周紧裹着带有风暴云的大气层，迷人她宛如木星一般，然而又奥妙莫测不同于木星。

但是，土星的卫星及旋转的光环，这样一些世上最惊人的奇观，又使土星本身相形失色。“旅行者”穿过土星最外层的那个光环，在它们后面盘旋时，发现了完全出乎意料的奇迹：辫形光环，不匀称的光环，以及从土星本身穿过明亮的光环向四周辐射的神秘的暗“辐”。还存在着破碎的卫星、剥蚀点呈弹坑状的卫星，以及具有明暗两个半球面的卫星。“旅行者”位于离最明亮的土星卫星——泰坦仅250英里远处，通过对泰坦大气层的检测，侦察到落在该卫星表面的冻结的甲烷。

光环与卫星

所有这一切激动人心的原因是一个人造的微小斑点，其重量不超过1吨，并由一台微弱的20瓦发射机（相当于两支圣诞树灯泡的功率）与帕萨迪纳进行信号联系。该飞行器自卡纳维拉尔角发射后已经飞行了三十八个月。“旅行者”途经火星，绕道木星，向前疾驶，只差不到一分钟时机而耽误了与泰坦相遇的预定计划——因为科学家还不了解泰坦的精确轨道。喷气推进实验室的科尔黑斯说：“那种情形就像击发一个乒乓球，而要命中200英里外的目标一样艰难。”

当“旅行者”迫近它的目标时，发现了三颗新的卫星，那就是1655年以来一直要观察的土卫十三、十四与十五。并发现两颗以前认识的卫星位于几乎相同的轨道上。于是产生了这样的疑问：它们为什么没有相撞。卫星Mimas的特写镜头展示了一个惊人的冲击坑，它覆盖了该卫星表面的60%左右。这是一次碰撞所留下的残痕，而那次碰撞几乎必定使被撞击的卫星一分为二。泰坦的大气层表明其大部由氮组成，并含有少量简单碳氢化合物。据科学家们说，这可能是了解地球原始大气层的一条线索、

但是，那些光环提供了最引人注意的消息。从地球上看，那些光环似乎是三、四个分离的圆，犹如若干巨大的垫圈，一个套在另一个中间。甚至在尚未接近离土星7万7千英里以内时，就可明显地看出那里实际上存在着数以百计的小光环，如同唱片上的音槽一般，宽度为17万英里。但是，行星力学定律并未为如F环中的小光环那样，似乎互相交织着的绕轨道运行的一股股尘埃提供理论根据。

射线状的暗“辐”仍然是土星光环的另一个不解之谜。按照轨道力学定律，光环上最靠近土星的质点其旋转速度应该比光环外边缘上的质点更快，这样，暗“辐”立刻就会弯曲并折断。

行星的光环比专家们曾经认为的更为普遍。在最近的三年半时间里，天文学家已经观察到环绕太阳的第七颗行星天王星的九条模糊的光环。“旅行者”本身于1979年飞经木星时，也送回了该行星有一条暗淡光环的证据。但是，无论在什么地方，光环与卫星所组成的相互关联的网络都不及土星系统中的更复杂、更捉摸不定。

任性的“羊群”

一个明显的问题是：为什么绕轨道运行的天体碎片，会形成相互之间有界限明确的空间、且各自独立的光环。地球上能观察到的四条分离的光环，实际上是由数百条——也许多达上千条——大小各异、分布不平衡的小光环组成。

是什么力量使这些光环保持在它们自己的位置上呢？天文学家戈德里克与特里梅因以天王星研究为基础提出：位于光环内外两侧的两颗卫星可能“守护”着它们两者之间的光环粒子。这个结果来源于一条天文学定律——低轨道上天体的运行速度比高轨道上的天体更快。于是，光环里面的卫星其运行速度比光环内侧边缘上的粒子更快，而它的引力就倾向于把这些粒子拉向前去。

貌似荒谬但却真实的是，这种拉力并没有增加粒子的速度，而是给予它们一个使之上升到较高轨道的外加的能量，因而维持了光环上较低一侧的边缘。同样地，光环面的那颗速度较慢的卫星将拖回光环的最外层粒子，使它们向较低轨道下降，因而阻止了任何向空间散失的倾向。事实上，两颗新发现的卫星似乎就担负着这样的任务：它们的轨道正位于F环的两侧。

但是，“放牧者”的“羊群”是任性的，史密斯感到除了引力外一定还有某种力在对光环起作用。当“旅行者”远离太阳，来到这些光环近旁，并观察到以太阳作背景的光环变得明亮闪烁时，一个暗示产生了。科学家们发现F环包含着尘埃般的微粒。如果，来自太阳的光线或粒子使之带电，这些微粒能与土星的磁场相互作用，引起F环的扭曲。而那些暗“辐”可能说明了该磁场使B环上部的相同微粒，像铁屑一般排列起来的范围。

天寒地冻

围绕土星光环的激动几乎压倒了当时科学家们在有关土星卫星方面所取得的引人注目的发现。土星的四颗小卫星Mimas，Tethys，Dione与Rhea，它们的直径全都在200 ~ 900英里之间——似乎在厚冰层的包裹之中有着岩石的核心。据地质学家休梅克推测，在这些卫星冰冻的表层中保存着它们与彗星，或太阳系中某些最古老的天体——微星相撞的痕迹。这些是来自海王星及天王星轨道的大块物质、它们是在40亿年前偶然落到土星卫星的轨道上来的。

令人惊异的是卫星Enceladus的轨道正巧在Mimas与Tethys之间，其大小及成分均与其他卫星明显相同、只是相比之下它几乎是平坦的。为这一异常现象而苦思冥想的科学家们提出了一项巧妙的解释：当Enceladus环绕土星运行时，它经常受到质量较大的卫星Dione的引力影响。当它处于两者引力的作用之下时所发生的褶皱运动、能把它加热到足以使其表面受撞击的旧痕减弱，且变得模糊不清，接下来还有卫星泰坦，它的体积几乎是地球卫星月亮的两倍，并且是太阳系中仅有的一颗已知具有大气层的卫星。这意味着泰坦表面像土星表面一样阴云密布。但是，云层的成分像地球上的大气层一样主要是氮。虽然，生命能存在于确信散布于泰坦表面的，液态氮与冻结碳氢化合物的“水潭”之中是不可思议的，但是，这颗巨大的卫星掌握着地球上有机分子形成的线索的可能性是令人神往的。

土星系统的另一个令人惊愕的现象也要归功于泰坦：这就是从Rhea轨道（距土星32万7千英里）向外直到泰坦轨道（75万8千英里）之间，围绕着该行星的一片茫茫的炸面圈状氢气云，放射着暗蓝的紫外光。科学家们推测，这种气体的产生是由于日光分解了泰坦云层顶部的复合气体，并由某种目前尚未阐明的力量使之保持炸面圈状。

具有讽刺意味的是，“旅行者”对于土星本身云层覆盖的表面几乎没有发现什么新的东西——它所收集到的情报中的大量资料，还得等待有关光环的更富有魅力的发现之后的计算机时代来解决。氢与氦组成的土星大气层因大风暴的漩涡而异常活跃。每小时将近1100英里的风席卷土星赤道，这是一种极其类似在木星上所发现的样式。但是，科学家们还不能解释各种不同的细节。例如，扫过土星赤道及其附近水平带的风，全以同一方向由西向东运动。然而，在木星上的赤道及附近水平带上，风却以相反方向运动。

为了探究我们的太阳系与星际空间的界限，“旅行者1号”（它的任务接近完成）被推入太空。在这期间，还发射了“旅行者2号”，计划今年与土星相遇，在1986年还可能碰上天王星。如果第二艘“旅行者”1989年仍能工作的话，那么它将继续探测离太阳28亿英里远处的几乎未被认识的海王星。

然而，目前我们并不缺乏来自“旅行者1号”的资料。情况源源而来，速度之快超过我们对这些情况的处理，更不用说理解它们了。明显的不合理现象可能消释，新的奥秘还将出现——但是，至少在认识到我们真正了解的东西是多么少这一点上，我们已经迈出了第一步。

[Reader7 s Digest，1981年5月]

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* 孟特祖玛（Montezuma）系16世纪初墨西哥印第安人阿兹特克部落的首领。