Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 暗淡蓝点·十、神圣的黑暗　　
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月14日18:49:58 星期六), 站内信件

　 在一切视觉印象中，深邃的天空和感情最为接近。 
　　　　　 --柯勒律治(Samuel Taylor Coleridge)㈠　《札记》(1805) 

　　五月晨空晴朗无云的蔚蓝色，或是海上日落的红色和橙色，都会引起人们的惊
奇、诗兴，并激励他们去钻研科学。无论我们生活在地球上什么地方，不管我们操
何种语言，有什么习俗和政治观点，我们都拥有同一个天空。我们中间大多数人企
盼的都是蔚蓝色的天空。如果有一天早上日出时醒来，发现一丝云彩都没有的天空
是漆黑的，或是黄的或绿的，我们都会理所当然地大吃一惊。(洛杉矶和墨酉哥城
的居民们对褐色的天空已经渐渐变得习以为常，而伦敦与西雅图的市民却习惯于看
见灰色的天--但是连他们也都仍然认为蓝色的天空才算是正常的。) 

　　可是确实有一些星体，它们的天空是黑的或黄的，甚至可能是绿色的。天空的
颜色是一个世界的特征。如果把我扑通一声扔到太阳系中任何一个行星上面，不让
我去感受它的重力，不让我看看地面，只许我匆匆地瞧一下太阳和天空，我想本人
就能够相当满意地告诉你我在何处。熟悉的蓝色天幔，点缀着洁白的羊毛状云团，
这就是我们世界的特征。法语中的常用语"sacre-bleu！"大致的意思是"天哪"直译
出来便是"神圣的蓝色！"真的，假如地球有一面正式的旗帜，它就应该是这种颜色。 

　　鸟儿在蓝天飞翔，云彩悬挂在蓝天上，人们赞美蓝天，并经常穿过它，太阳和
星星的光线照射它。但它是什么?它是由什么形成的?它的边缘在哪里?它有多大?它
的蓝色从何而来?如果全人类共享同一蓝天，如果它是我们世界的象征，那么我们
就应当对它有所了解。蓝天是什么呢? 

　　1957年8月，人类第一次上升到蓝天之上并四处眺望。一位退休的空军军官和
内科医生西蒙斯(David Simons)成为有史以来上升到最高处的人。他独自驾驶一个
气球，飞到30千米(100 　　000英尺)之上，并且透过气球的厚玻璃窗瞥见一个不
同的天空。现在是加利福尼亚大学欧文分校医学院教授的西蒙斯博士回忆说，那是
暗黑和深紫色的天空。他已经到达地面上看见的蓝色被太空的完全漆黑所取代的过
渡区域。 

　　自从西蒙斯那次几乎被人们遗忘的飞行以来，许多国家的人都飞到过大气层之
上。人们(以及机器人)多次在太空的直接体验清楚地说明，即使在白昼，天空也是
黑的。太阳把太空船照得亮堂堂的，下面的地球也是一片明亮，可是上面的天空像
夜晚一样漆黑。 

　　下面是加加林(Yuri Cagrin)在]961年4月12日驾乘"东方1号"作人类第一次太
空飞行的回忆： 

　　天空是漆黑的，在黑色天空的背景上，星星看起来要亮一些，也更为清楚。地
球有一个很特别的，很美丽的蓝色晕圈，你观察地平线时，可以很清楚地看见它。
色彩平稳地转变，从嫩蓝到蓝色，再到深蓝，又到紫色，然后变成太空的漆黑色。
这个转变太美了。 

　　白昼天空的蔚蓝色，显然与大气有某种关系。可是当你向餐桌对面望去，你的
同伴不会是蓝色的。天空的蓝色必定不是一点点空气，而是大量空气造成的。如果
你从太空仔细地观看地球，就会看到有一条薄薄的蓝带把地球围住，这便是低层大
气。在这条带的顶部，你可以看出蓝天逐渐消退成漆黑的太空。这就是西蒙斯第一
次进入和加加林第一次从上面观察到的过渡区。在常规的太空飞行中，你从蓝带的
底层出发，起飞后几分钟就完全穿过它，然后进入无边无际的空间，在那里如果没
有精心研制的生命维持系统，连吸一口空气也办不到。人类生命的存在实在有赖于
蓝天，我们说它是柔和的、神圣的，这完全正确。 

　 　　我们在白天看见天空是蓝的，这是因为我们头上和周围的大气在反射太阳
光。在一个无云的夜晚，天空是黑的，这是因为没有一个很强的光源被大气反射。
不知怎么的，大气总喜欢向我们反射蓝光。这该如何说呢? 

　　太阳的可见光包含多种颜色--紫、蓝、绿、黄、橙、红--它们对应于波长各不
相同的光。(波长是波动在空气或空间传播时，从一个波峰到下一个波峰的距离。
)紫光与蓝光的波长最短，而橙色与红色光波的波长最长。我们看出来的颜色，便
是我们的眼睛和头脑"读"出的光的波长(我们也许可以合理地把光的波长，比如说
，转换成听的音调，而不是看的颜色，可是我们的感官进化的结果并非如此)。 

　　当光谱中所有这些彩虹颜色像在太阳光里面那样混合起来，就几乎成为白光。
这些光波在8分钟内穿越1.5亿千米 (9300万英里，一齐从太阳传到地球。它们射进
主要由氮和氧分子组成的大气。有些波被空气反射回太空。有些在到达地面之前被
反射到各个方面，并且可以用肉眼看出。(也有一些被云层或地面反射回太空。)大
气对光波的这种全方位反射，叫做"散射"。 

　　但是空气分子对各种光波的散射情况是很不相同的。波长比分子尺度长得多的
光波被散射的机会较少；它们把分子遮掩住了，几乎不受分子的影响。波长与分子
大小相近的光波就散射得多一些。波动不容易绕过和它们大小差不多的障碍物。(
你从码头上的木桩散射的水波，或从水龙头的滴水在澡盆里形成的波碰上橡皮小鸭
，就可以了解波被物体挡住的情形了。)波长越短的光(如紫光和蓝光)比起波长较
长的光 　　(像橙色与红色的光)，越容易被散射。当我们在无云的白昼抬头仰望
并赞美蓝天时，我们看到的是优先散射的短波太阳光。这种散射称为瑞利散射，用
以纪念对这种现象首先作出合理解释的英国物理学家瑞利(Lord 　　Rayleigh)。
也是由于这个缘故，香烟的烟雾呈蓝色，因烟雾中的粒子小到与蓝光的波长大致相
当。 

　　那么落日为什么是红的呢?大气把阳光中的蓝色成分散射掉后，剩下的便是落
日的红色了；因为大气层是固态地球用重力吸引住的在其四周的一个气体薄层，在
日落或日出时，太阳光斜穿大气层要比在中午直穿大气层经过更长的路程。由于紫
波与蓝波在更长的路程中比太阳当顶时被散射得更多，我们望着太阳时看到的只是
剩余部分，即阳光中几乎没有散射掉的波段，尤其是橙色和红色的光。这样，蓝天
形成了红的落日(中午的太阳看来有些偏黄，这一方面是因为太阳发射的黄光稍多
于其他颜色的光，另一方面还由于即使在太阳当头时，地球大气还是散射掉了太阳
光中的一些蓝光)。 

　　有人说科学家不懂得浪漫，他们对推理的爱好使世界丧失了美丽与神秘。但是
了解世界实际上怎样运作，难道就不激动人心吗?白光是由各种颜色合成的；颜色
是我们识别光线波长的方式；透明的空气会反射光线，并在反射中把不同的光波区
分开来；天空的蓝色与落日的红色是同样的原因造成的。难道这些都不令人兴奋吗
?对落日有所了解并不损害人们对于它的浪漫情调。 

　　因为大多数简单分子的大小都相差无几(大致是1厘米的亿分之一)，所以地球
上天空的蓝色与大气的成分关系不大--只要大气不吸收光线。氧和氮分子都不吸收
可见光，它们只把光散射到其他方向上去。然而有些别的分子却能"吞食"光线。汽
车引擎和工业燃烧产生的氮的氧化物，真的会吸收光，因此它们是烟雾中暗棕色的
来由。吸收和散射一样，也能使天空变色。 

　　其他的星体，其他的天空：水星、地球的月亮，以及其他行星的大多数卫星，
都是很小的星体：它们的重力很微弱，因此它们不能保留自己的大气，于是大气会
慢慢地向太空流散。这样一来，近乎真空的空间会延伸到它们的表面。太阳光在传
播途中既不被散射，也不被吸收，会毫无阻拦地射到它们的表面。这些星体的天空
是漆黑的，甚至在正午也是这样。至今为止只有12个人，即"阿波罗"11号、12号、
14号、15号、16号和17号的登月宇航员目睹过这种情景。 

　　下表列出在本书撰写时已知的太阳系内全部卫星的清单。(它们几乎有一半是
由"旅行者"发现的。)它们的天空都是漆黑的，但是土卫六，也许还有海卫一，是
例外，这两颗卫星很大，因此它们有大气。所有的小行星的天空也都是漆黑的。 


　 　　金星的大气大约为地球的90倍。它不像地球那样主要为氧和氮，而是二氧
化碳。但是二氧化碳也不吸收可见光。如果金星没有云层，从金星表面望见的天空
会是什么样子呢?在视线上有这样厚的大气，不仅是紫光和蓝光，而且所有其他颜
色--绿、黄、橙、红--的光都被散射掉了。大气太厚了，几乎投有一点蓝光会射到
金星的表面上；一层又一层的大气把蓝光反射回太空。这样一来，射到表面的光线
应是非常红的--整个天空就像地球上的落日景色那样。此外．高处云层中的硫会把
天空染成黄色。苏联"金星号"着陆器拍摄的照片证实，金星的天空是橙黄色的。 


　　火星就是另外一回事了。它是一个比地球小的星体，它拥有的大气要稀薄得多
。事实上火星表面的气压，大致与西蒙斯在地球的平流层达到的高度处的气压相等
。因此我们可以预料火星的天空是漆黑的或深紫色的。1976年7月，美国的"海盗1
号"着陆器(在这颗红色行星上成功着陆的第一艘太空飞船)首次从火星表面拍摄照
片，并用数字资料准确地从火星传回地球，然后用电脑组合成彩色照片。让所有的
科学家(而不是别人)感到大吃一惊的是，向新闻界发布的第一张照片显示火星的天
空是令人舒适的，像地球一样的蓝色--这对于大气十分稀薄的行星来说，是不可能
的。总有什么事情弄错了。 

　　你的彩色电视机上的图象是三个单色象的混合物，它们各有自己的颜色--红、
绿和蓝色。你从投影式彩电就可以了解这种颜色合成方法：有三个镜头分别放映红
、绿和蓝色的象，然后形成全色(包括黄色)图象。要得出合适的颜色，你需要正确
地混合或调节这三个单色象。如果你把一种颜色--比如说蓝色--的强度调高了，合
成的图象就偏蓝了。从太空传送回来的任何照片都要求作类似的调色。有时电脑分
析人员有相当大的权决定如何进行调色。可是"海盗号"的资料分析人员不是行星天
文学家，他们在处理火星的这第一张彩色照片时，把色彩调到看起来"可以了"为止
。人们习惯于按照自己在地球上取得的经验，当然认为蓝色天空是"可以了"。 

　　这张照片的颜色很快改正过来，办法是使用太空飞船上为此设置的颜色校准标
准系统的数据。这样得出的合成照片上根本就没有蓝天，更确切地说，天空的颜色
介乎赭色与粉红之间。不是蓝色，但也并非紫黑色。 

　　这正是火星天空的颜色。火星表面大部分是沙漠，而红色来自沙土的铁锈色。
火星上偶尔有剧烈的沙暴，把地面上的细小沙尘吹到高空。沙尘要过好久才会落下
来。在天空完全变清之前，又一次沙暴出现了。几乎在每一个火星年中，都会发生
全球性的或接近全球性的沙暴。因为铁锈色的沙尘经常悬浮在火星的天空中，未来
移居火星的人的后代，出生并终生居住在火星上，会认为鲑鱼肉色的天空是自然的
和人人熟悉的，正如我们认为地球的天空是蔚蓝的那样。只要在白天瞧一下天空，
他们大概就能说出上一次大沙暴是多久以前发生的了。 

　　太阳系外围的行星--木星、土星、天王星与海王星--情况就不同了。它们是庞
大的星球，拥有主要由氢和氮组成的深厚大气。它们的固体表面是在大气深处，太
阳光根本照射不到。在那里向上望，天空是漆黑的，看不见日出的美景--从来就没
有过。也许偶尔有一次闪电，才会照亮渺无星星的漫漫长夜。可是在太阳光能够射
到的大气较高处，美丽得多的景色等待着人们去观赏。 

　　在木星的高空，在一个由氨(而不是水)的冰粒子形成的高雾层之上，天空几乎
是漆黑的。在这下面的蓝天范围内，有一些彩色的云--呈浓淡程度不同的黄褐色，
其成分未知(可能的物质有硫、磷和复杂的有机分子)。再往下，天空看起来是红褐
色的，云层的厚度不一，在薄的地方可以看到一小片蓝天。在更深的地方，又逐渐
回到永恒的长夜。土星大气的情况颇为类似，只是颜色比木星淡得多。 

　　天王星，尤其是海王星，有一种古怪的、朴素的蓝色。高速的风使云团(其中
有些云稍白)在蓝天浮动。太阳光射到主要由氢与氦组成的，也富含甲烷的比较干
净的大气。在很长的光程上甲烷把黄光，尤其是红光吸收掉了，而让绿光与蓝光通
过。一层碳氢化合物的薄雾吸掉一点蓝光。也许在某个深度，天空是淡绿色的。 


　　按常理推断，天王星和海王星的蓝色是由甲烷吸收以及在深层大气中太阳光所
受瑞利散射的联合作用形成的。但是喷气推进实验室的贝恩斯(Kevin Baines)对"
旅行者号"资料的分析似乎说明，这些理由不充分。显然在很深的地方--可能是在
假定存在的硫化氢云附近--有一种含量丰富的蓝色物质。至今为止还没有人能够认
定它是什么。自然界中蓝色物质很罕见。科学研究中常常出现这种情况，老的奥秘
刚刚解开，新的奥秘又出现了。我们迟早也会找到这个奥秘的答案。 

　　所有的天空不是黑色的行星都有大气。如果你站在一个行星的表面上，看见它
有一个很厚的大气，就可能有一种办法飞越它。我们现在正在发射仪器，让它们在
其他行星上颜色各异的天空中飞翔。总有一天我们自己会飞往那些地方。 

　　对金星与火星的大气已经实现降落伞探测，按计划还会对木星与土卫六这样做
。1985年，两个法国一苏联气球在金星的黄色天空中飞行。"维佳1号"是一个直径
约4米的气球，它用13米长的绳索吊着一包仪器。气球在夜半球内充足了气，在表
面上空大约54千米处浮动，并在几乎两个地球日的时间里发回资料，直到它的电池
耗尽为止。在这段时间里，它在金星的低空飞行了11 　　600千米(约7 000英里)
。"维佳2号"气球的外形几乎同"维加1号"一样。金星大气也已用来作空气制动器
--利用稠密空气的摩擦力来改变"麦哲伦号"太空飞船的轨道。这对于将来把高速飞
过火星的飞船减速到可以绕火星旋转或在火星上登陆，是一项关键性的技术。 

　 　　一个由俄国牵头的火星探测计划，准备在1998年把一个庞大的法国热气球
发射到火星。这个热气球看起来像一只号称"葡萄牙军舰"的非常大的水母。㈡按设
计，它会在每个寒冷的黄昏时下沉到火星表面，而在第二天由太阳光加热又会上升
到高空。火星上风很强，如果一切顺利，气球每天可以飞行几百千米，并蹦蹦跳跳
地飞越北极。每天清晨，当它离表面很近时，可以获得分辨率极高的照片和其他资
料。气球有一根辅助导绳，它对于气球的稳定非常重要。这根导绳是由加利福尼亚
州帕萨迪纳市的一个民办团体"行星学会"构思和设计的。 

　 　　因为火星表面的气压与地球上30千米(100 000英尺)高空处的气压大致相同
，我们知道飞机已能飞得那样高。例如 U-2或SR-71型"黑鸟"飞机惯常在这种低气
压高空飞行。比这些飞机翼展更大，适于在火星上飞行的飞机已经设计出来了。 


　　在空气中飞行和太空中旅游的梦想，可以说是一对孪生兄弟。它们是由类似的
幻想家构思出来，所需技术也互有联系，并且多少是一先一后发展起来的。当在地
球空中飞行达到某些实用上和经济上的限度之时，飞越其他行星上不同颜色天空的
可能性就出现了。 

　　我们现在几乎已经能够根据天空和云层的颜色，来认定太阳系每颗行星的颜色
的组成--从金星的染成硫色的天空 与火星的铁锈色天空，到天王星的海蓝色和海
王星的催人入睡的、神秘的蓝色。"神圣的黄色!""神圣的红色!""神圣的绿色！"也
许有一天，这些颜色会用来装饰人类在太阳系里设立的遥远前哨站的旗帜。到那个
时候，新的前沿阵地从太阳推进到恒星，于是探测者们将在无穷无尽的漆黑的太空
执行他们的使命。"神圣的黑色！" 

　 　㈠英国浪漫主义诗人和文艺批评家(1772--1834)。--译者 

   　㈡"葡萄牙军舰"是一种特大水母，触须长达50米，有剧毒。--译者第十一章

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