随着行星际探测的不断深入,人类们视野最终将遍及整个太阳系;而最近几年取得的突破很可能影响着人类的未来,彻底改变我们对太阳系及其行星们的认识——
新一代探测器将前往我们曾经无法想象的地方,当我们距离围绕太阳公转的行星世界越近,这些行星就会变得越发壮观和神奇。
为了看到水星的另一半,科学家最近发射了“信使”号探测器飞掠水星。然而这次令人激动的探测仅仅是太阳系的惊鸿一瞥。随着越来越多航天器的发射,探测器已史无前例地遍布整个太阳系,并向人类展现了太阳系、甚至超出太阳系尺度范围的宏大画卷。
今天,无人探测器能依偎在炽热太阳的周围或飞行到冷暗与未知的太阳系边缘,包括地球和月球在内的5颗星球周围已经有人类发射的探测器——它们正穿梭于行星之间、探测彗星喷出的等离子气体,或正在前往遥远的冥王星途中,甚至有望在彗星上着陆。这些都是人类历史上从未有过的旅行。
随着行星际探测的不断深入,人类的视野最终也将几乎遍及整个太阳系,而最近几年取得的突破很可能影响着人类的未来。
太阳
太阳主导着整个太阳系,它向地球提供能量、产生引力,使得行星绕其公转。然而,尽管太阳支撑着人类赖以生存的方方面面,但人类对太阳的了解仍很浅显。
为了试图解开太阳的一些谜团,几个探测器正近距离监视着太阳,关注它的活动,其目的是提高对诸如日冕物质抛射等太阳活动的预报能力。日冕物质抛射是太阳表面喷发的等离子气体云,其质最超过几十亿吨,速度为每秒2000公里。日冕物质抛射会损坏卫星、无线电通讯及电力系统。
日地关系观测台(STEREO)具有对日冕物质抛射的监测能力,它由两个近乎相同的探测器组成,一个位于地球轨道的前方,另一个位于后方。由于两个探测器视角的不同,它们可以判断日冕物质抛射是否朝向地球。最近,STEREO首次抓拍到了日冕物质抛射和一颗彗星相撞的照片。当这两者相撞之时,彗星失去了自己的彗发。
日本的“日出"(Hinode)太阳观测卫星也时刻监视着太阳。它已经获得了太阳黑子、特别是太阳黑子上方拱形高温气体的详尽照片。这些照片中还史无前例地记录到了太阳表面上十分漂亮的米粒组织(太阳光球层中对流区)。
水星
水星总是一颗遥远而陌生的行星(以上帝的信使而命名)。由于在地面上难以观测到水星,而到达水星实际上又不可行,相比其他行星而言,人类对水星的研究是少之又少。在太阳系中,水星是最小的行星,绕太阳的公转周期只有88天,其轨道接近太阳,从而处于太阳的光芒之中。因此,对水星的探测离不开多年来天文领域的推陈出新,也离不开其他行星对水星的无数次“擦身而过”。
最近,“信使”号探测器在距离水星240千米处转瞬而过(这是33年后的再一次有人造探测器拜访水星),拍下了许多极其漂亮的照片;而早在1975年的“水手"10号探测器仅看到了水星的一半。
乍一看,水星与月球极为相象。然而当研究表层以下时,水星显示了它的与众不同:水星致密并有着较大的核,这暗示了水星的外层可能在几十亿年以前被一次撞击摧毁了。当太阳系刚刚诞生不久,水星被许多彗星和小行星不断碰撞,最终引发了岩浆爆发并席卷了整个水星表面。此后,水星开始冷却、收缩,而其表面开始断裂并形成了连绵不绝的山脊。
在“信使”号探测器拍摄的照片中,尤为引人注目的是卡路里斯盆地,这是首次看到它的全貌。卡路里斯盆地形成于一次巨大的撞击,直径1300千米,被2000多米高的群山所环绕。“卡路里斯”源自于拉丁语,意为“热”。由于太阳总是在卡路里斯盆地的正上方,其温度可达430摄氏度。
“信使”号探测器将两次飞掠水星,一次在今年年末,另一次将在2009年。这两次飞掠将使“信使”号探测器速度减慢并于2011年最终步人环绕水星的轨道,届时,这艘探测器将俯瞰水星并绘制它的整个图像。欧洲空间局(ESA)也有一个水星探测计划——“派皮科伦坡”水星探测器将于2019年发射。
金星
如果你在黎明时分醒来,将有机会看到位于天空中东南方向的金星。对于古人而言,金星的光芒有着描绘纯洁少女和不可知之意。金星也是在夜晚中除了太阳和月亮之外最为明亮的天体。金星笼罩在一层高反射的大气之下,这层大气由硫酸小液滴组成。在过去的20年里,仅有一个探测器用雷达探测过金星。金星上有相对少的环形山,天文学家认为这是大范围火山活动的证据。每几亿年,火山活动会熔蚀金星表面并吞没许多陨击坑。金星上的火山是地球的几倍,数目将近2000座、直径超过100公里。
在金星大气层下,大部分金星表面由火山平原所覆盖,而剩余部分主要是两个高地:一个位于金星的北半球,另一个则刚好位于金星赤道以南。北部的称作伊师塔高地,面积与澳大利亚相当(金星上最高的山脉麦克斯韦火山就坐落在伊师塔高地,其高度达12000米)。南部的称作阿芙罗狄蒂高地,布满了裂谷和断层,面积更大,大小和南美洲相当。
现在,唯一的正在探测金星的探测器是ESA的“金星快车”,它观测到了金星高层大气中的大量闪电(大约30年前,前苏联的金星探测器发现了这种闪电,但当时普遍对此表示怀疑)。而这次“金星快车”探测到了作为闪电存在证据的哨声波,其周期性预示了闪电与金星的大气活动直接有关。金星上闪电的发生率至少是地球的一半。
“金星快车”还找到了金星曾经存在海洋的证据,并发现在金星的南极有着一个巨大的双旋涡大气。研究表明,金星的大气曾经与地球的极为相似,有可能还存在着液态水。水的蒸发引发了失控的温室效应,从而使金星大气中富含二氧化碳和二氧化硫,这就产生了太阳系中最强烈的温室效应,以至于金星的表面温度高达460摄氏度以上。其结果是金星的表面比水星还热,尽管金星离太阳的距离是水星的两倍,受到的太阳辐射也仅仅是水星的25%。
月球
沉寂了几十年以后.人类又重新步人了探月的新时代。尽管科学家已经研究了几百于克从月球采集的岩石,然而仍然存在许多悬而未决的问题,并且就某种程度而言,我们甚至还无法确定月球起源于何方。
现在月球轨道上有两个探测器,随之而来还会有更多。日本的“月亮女神”探测器去年9月发射,它是自“阿波罗”时代以来最大的探月计划。“月亮女神”探测器处于低轨道上,离月球表面大约130千米,并且已释放了两颗子卫星。“月亮女神”探测器在经过月球南极时拍摄了高清晰的影像,使人类欣赏到了蓝白相间的地球从月球上升起的美景,尽管它的第一组数据并没有像预期的那样好。
继“月亮女神”后,日本正在计划于2010年前发射另一个月球探测器。更进一步地,日本空间局正在考虑2020年发射载人飞船登月,并在2030年建立月球基地。
中国在去年10月发射了它的第一个月球探测器一一“嫦娥l号”,并且在一个月之后发布了第一组月球照片。“嫦娥l号”的目标之一是探测月球表面氨-3的存在,氮-3是氮的同位素,在地球上难觅它的踪迹。如果在月球上发现氮-3的话,这将是极为珍贵的资源——能用于地球的核聚变反应堆。中国还计划于2012年发射月球车,2017年采集月球样本并带回地球。最近,中国已经同俄罗斯签订了合作协议,最终把宇航员送往月球。
今年年末,印度的“月球初航1号”将携带美国和欧洲制造的仪器发射升空。印度空间研究机构计划在未来十年里着手载人空间探测并计划在2020年登月,但我们认为该计划过于乐观,因为印度缺乏空间技术经验,也缺乏资金投入。
美国的“环月球巡逻者”也计划于今年发射,它将发回月球表面高清晰的图像,为2017年宇航员登月计划做准备。“环月球巡逻者”同时也将考查月球的谜案之一:在月球两极有冰存在吗?监测表明,来自于撞击月球的彗星上的冰可能被冷暗的环形山所俘获。如果有冰存在,这对于月球基地而言将是宝贵的资源。
与此同时,俄罗斯试图重新开始它的“月球-水珠”探测计划—一一个无人着陆器和轨道飞行器计划于2012年发射。在2007年3月,德国宣称将在2012年发射一个月球轨道飞行器,而英国的探月计划也在紧锣密鼓的进行。
火星
罗马人认为火星像一滴悬挂在天空中的血,并用“战神”来命名它。实际上,火星是一颗小型的类地行星,它有着与地球类似的陆地和一层稀薄的大气。火星在许多方面都类似于地球:死火山、峡谷、沙漠以及两极冰帽一一奥林匹亚山是太阳系已知最高的山脉,而水手谷则是太阳系已知的最大峡谷。
对许多科学家而言,火星是一个全新的世界,也是人类空间探测的基本目标。火星在夜晚尤为突出,在日落之时初升于东北方向且在中午11点左右高悬于空中。
现在火星轨道上有3个探测器:“火星奥德赛”、“火星快车”以及“环火星巡逻者”。第4颗探测器一—“火星环球勘测者”去年夏天发生故障已不再工作。此外,火星表面还有两辆火星车一一”勇气”号和“机遇”号。
由这些及其他火星探测所搜集的证据表明,火星上曾经有水覆盖和存在着间歇性火山喷发。“火星环球勘测者”的观测表明,部分南极冰帽正在收缩,似乎火星也经历着温室效应。
“火星奥德赛”探测器已经在火山坡上发现了7个可能的洞穴人口,这对于原始生命形式而言,这个发现点燃了存在地下生物的希望。
在2006年9月,“机遇”号火星车到达了位于本初子午线平原上的维多利亚环形山的边缘,并首次传送了600米宽的环形山图像,其中包括了一片沙丘。环形山对于科学家而言是及其重要的,因为它们为表面以下的火星地貌提供了线索,并为火星的地质研究提供了场所。
由于一次沙尘暴,“机遇”号火星车推迟了前往维多利亚环形山的计划。6个星期后“机遇”号进入了被称为“野鸭湾”的地点,现在正小心谨慎地朝维多利亚环形山移动,同时搜集来自岩石地层的数据。科学家原计划让“机遇”号开往山下一块名为“罗诺夫”的岩石,然而工程师们担心这条路线很可能会使火星车倾覆,最后不得不改变原先的计划。
最近,火星探测器观测到了一场席卷整个火星的沙尘暴。观测发现,这场沙尘暴加热了火星大气,但却降低了火星表面的温度。很幸运类似的事件没有发生在地球上,因为它会破坏生态系统并且让我们陷入黑暗长达几个月之久。
木星
木星是太阳系中最大的行星,总是被称为夜空中的国王。即使金星更加明亮,而只有木星才能在黑暗的午夜称霸一方。自从2003年“伽利略”号木星探测器在木星大气层烧毁以来,木星已经远离了人类的近距离监测。目前还没有木星探测计划,天文学家也不得不使用“哈勃“空间望远镜来监测这颗行星。
最近,“哈勃“望远镜2007年观测数据的分析显示,两个巨大的羽状物正在通过木星大气。对此科学家认为,这显示了木星相当大的内热储备在木星大气变化中起到了十分重要的作用。去年3月,前往冥王星的“新视野”号探测器经过木星时观测了木星的云带,也拍摄了木星的近距离照片。奇怪的是,它显示了一个更加寂静的木星。传来的图像表明,木星的南极被由小颗粒组成的云层所笼罩,远离南极有一个反气旋涡流,再向北是风暴区和无云区。“新视野”号探测器还拍下了木星主要卫星之一一一木卫一的许多照片,这颗卫星是太阳系中火山活动最频繁的地区。在照片中,木卫一火山喷出的硫化物高达300千米。
现在,“新视野”号探测器已越过了木星,踏上了前往冥王星的漫漫征程。
土星
土星有着极为壮观的光环,它或许是科学家所观测到的最为迷人的行星。然而,科学家仍然不能确定它的光环结构是怎样形成的,猜想它是一颗离土星很近的卫星被瓦解的结果,抑或是没有形成卫星的残骸。
2004年7月,“卡西尼”号土星探测器穿过土星的环缝并环绕土星运转。由于“卡西尼”对土星探测,使我们在过去的几年里对土星的了解远远超过了过去几世纪对土星的了解。现在,我们已经能够近距离观测到这颗太阳系中最壮观的天体了。
在黑暗的星空中、在土星的大气之下,“卡西尼”已经从不同侧面观测了土星环一一土星环细致结构远远超出了人类的想象。偶尔观测到的土星卫星有时会成对的并排位于环的两侧一一一个空前壮观的景象。
还发现了土星的3颗新的卫星,它们很小,被命名为土卫三十二、土卫三十三和土卫三十四。此后,在土星的环缝中还发现了一颗卫星并命名为土卫三十五;而另一颗已知的位于环缝中的卫星叫做土卫十八。最近,科学家发现了土星南极的一场风暴一一它有着与地球腿风一样的特征,这还是首次在另一颗星球上观测到类似的现象。与地球不一样的是,这场风暴在土星南极似乎很稳定,飓风直径8000千米,70千米高,风速为每小时560千米。
天王星
巨大的气态天王星曾在1986年由“旅行者”2号行星际探测器探测过一次。它的大气有着甲烷和水,似乎是太阳系中最冷的行星。目前还没有针对它的探测计划。
海王星
“旅行者”2号行星际探测器在1989年探测了海王星。尽管“旅行者”2号行星际探测器发现海王星同天王星很相似或更加偏蓝,但却在海王星的南半球发现了巨大的黑斑。然而,最近来自于“哈勃“空间望远镜的观测显示,海王星的大黑斑已经消失。现在有几项对海王星探测研究的计划,但还未做出最终决定。
冥王星
在“新视野”号探测器传回的照片中几乎看不到冥王星,而且最近它也被摘去了行星的桂冠,而命名为134340冥王星——它是太阳系已知的第二大矮行星(另一颗叫做阅神星),同时也是被观测到的直接绕太阳公转的第10颗星体。
“新视野”号探测器从100亿千米之远传回的照片,将被用于引导其在2015年近距离探测冥王星,最近没有针对冥王星的探测计划。1992年8月,美国航空航天局(NASA)的科学家罗伯特·斯特尔(Robert Staehle)致电给冥王星的发现者克莱德·汤博(Clyde Tombaugh),向他征求探测冥王星的许可。汤博回电说:“尽管这是一个遥远而漫长的旅行,但是欢迎他前往冥王星。”然而在2000年,NASA由于财政原因取消了这项计划。
在一场激烈的政治斗争之后,又一个探测冥王星的计划——“新视野”号——已于2006年发射。后来该项目的领导者艾伦·斯特恩(Alan Stern)证实,“新视野”号携带了于1997年去世的汤博的部分骨灰。