Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 暗淡蓝点·十一、昏星和晨星　　
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月14日18:51:58 星期六), 站内信件

　　　　 别有天地非人间。㈠ 
　　　　　　 --李白《山中问答》(中国唐朝，约写于公元730年) 

　　在薄暮中你可以看见它明亮发光，在追随着太阳落到西方的地平线下面。每到
晚上人们第一眼瞧见它时，总习惯于许个愿，有时真会如愿以偿。 

　　或者，你可以在破晓前的东方发现它正在逃离上升的朝阳。同一个星体的这两
种化身，在天空中比太阳和月球以外的任何天体都要亮，它以昏星与晨星而著称。
我们的祖先并没有认识到它们是同一个星体--金星，由于它的轨道是在地球的轨道
之内，所以它从来不会离开太阳很远。在日落前或日出后不久，有时候我们就会在
一团白云附近见到它，于是把它与白云相比，发现它具有淡淡的柠檬黄色。 

　　你通过一架望远镜(即使是大望远镜，甚至是世界上最大的光学望远镜)的目镜
来观察它，根本看不见细节。接连几个月下来，你看到的只是一个无特色的，像月
球那样有规则地作位相变化的圆面：从新月形的金星，到满月形的金星，再到凸月
形的金星，又回到新月形的金星。没有任何大陆或海洋的迹象。 

　　第一批用望远镜观看金星的天文学家中，有一些人立即认识到他们看到的是一
个由云层遮掩起来的世界。我们现在知道，云是由凝聚成微粒的硫酸组成的，由于
有一点硫元素而染成黄色。云层高悬在表面上空。用一般的可见光根本无法看清这
颗在云层顶部之下约50千米处的行星表面。它究竟是什么样子，几个世纪以来，人
们只能瞎猜。 

　　你也许猜想过，如果能透过云层的缝隙作非常细致的观测，我们可以一天又一
天，一点又一点地看清平时看不见的神秘表面。猜测的时代终于过去了。地球平均
有一半被云遮住。在金星探测的早期，人们没有理由认为金星是100％被云掩住，
如果云覆盖的部分仅为90％，或即使有99％，转瞬即逝的小块晴空也会让我们了解
不少情景。 

　　在1960和1961年，美国设计的探测金星的第一批太空飞船"水手"1号和2号正在
作准备之中。有一些人和我一样，认为这些飞船应当携带摄象机，以便把金星的图
象用电信传回地球。几年之后，"徘徊者"7、8、9号就是运用相同的技术，在飞往
它们的撞击地点（"徘徊者9号"的目标是阿方索 　　(Alphonsus）环形山)途中，
拍摄了月球的照片。但是金星探测的时间很短，而摄象机又很重。有些人坚持认为，
摄象机不是真正的科学仪器，不过是能抓到什么就抓什么，胡乱迎合公众胃口的
玩意儿。它们不能解决任何一个简单明了的、有意义的科学问题。我自己认为，云
层是否有缝隙便是这样的一个问题。我争论说，摄象机还有可能回答我们想象不到
的一些问题。我还争论道，只有照片才能向公众--他们毕竟是为空间探测提供资金
的人--显示，用航天器进行的探测是多么激动人心。无论怎样劝说，这两艘太空船
还是没有携带摄象机。而以后对这个特殊星体的探测至少部分地证实了那种判断：
在近距飞行中，即使用很高的分辨率，在可见光波段内也找不到金星云层的缝隙，
这和土卫六的情况差不多①。这两个世界永远是阴云密布的。

 　　用紫外光可以看到一些细节，但这不是表面的特征，而是远在主要云层之上
的快速流动的高空云团。高空云团绕行星流动比行星本身的自转还要快得多，可以
称为特快自转。因此用紫外光看见表面的可能性还更小一些。 

　　我们认清了金星大气比地球上的空气要稠密得多--现在知道金星表面的气压是
地球表面气压的90倍--这就立即会想到，即使云层有缝隙，在一般可见光波段内，
我们也不可能看见金星的表面。少得可怜的太阳光曲曲折折地通过稠密的大气射到
它的表面，确实也会被反射回来。但光子受低层空气分子的重复反射，其方向完全
搞乱了，因此无法得到表面景物的图象。我们看到的只是像极区雪暴时出现的一片
白茫茫的景象。然而这种强瑞利散射效应随波长的增加而迅速减弱，因此容易算出，
用近红外光来观察，如果云层有缝隙，或者云对红外光透明，我们就能够看见金
星的表面。 

　 　　于是在1970年波拉克(Jim Pollack)、莫里森(Dave Mom- son)和我同去得
克萨斯大学的麦克唐纳天文台，尝试对金星作近红外观测。在把底片装在望远镜上
对金星拍照前，我们把底片上的感光乳胶"超敏化"，对优质的老式玻璃照相底片②
用氨水浸泡，有时还加热或作短暂曝光。有一段时间，麦克唐纳天文台的地下室充
满着刺鼻的氨味。我们拍了许多底片，但没有哪一张显示出任何细节。我们认为，
也许我们用的红外波段还不够长，要不就是在近红外区金星的云不透明，也没有裂
缝。 

　　20多年后，"伽利略号"太空船近距飞过金星，以较高的分辨率和灵敏度察看这
颗行星，所用波长比我们用原始的玻璃底片乳胶所能感光的红外波段更长一些。"
伽利略号"拍到了大的山脉。然而在这之前，由于使用了效力更强得多的雷达技术，
我们已经知道有这些山脉。无线电波可以毫不费力地穿透金星的云层与稠密大气，
被表面反射并回到地球。把电波收集起来，便可制成图象。这件开创先例的工作，
主要由喷气推进实验室在莫哈韦沙漠设立的跟踪站的地面雷达和康内尔大学设在
波多黎各的阿雷西博天文台的地面雷达完成的。 

　　随后美国的"先驱者12号"、苏联的"金星"15号和16号以及美国的"麦哲伦号"都
曾装载雷达望远镜环绕金星飞行，测绘出金星从一个极到另一个极的表面图。每一
艘太空船都向表面发射雷达讯号，并接收反射的回波。从表面上每一片的反射能力
以及信号从发出到回收的时间长短(对山脉来说要短一些，而对山谷则长一些)，整
个表面的详细图终于缓慢而煞费苦心地绘制成了。 

　　用上述方法显示出来的这个独一无二的世界，原来是由下一章将要描述的熔岩
流(还略微受到风化的影响)塑造出来的。现在金星的云和大气对我们来说都已成为
"透明"的了。这样，从地球来的勇敢的机器人探险家已造访了另一个世界。我们探
测金星的经验现正应用于其他星体--尤其是土卫六。对土卫六来说，又是穿不透的
云层遮掩着神秘的表面，而雷达正开始提示我们，云层下面到底是什么情景。 

　　长时期以来，人们一直把金星看成地球的姊妹星。它是离地球最近的行星，它
的质量、大小、密度和引力都与地球差不多。它离太阳比地球稍近一些，但它上面
明亮的云层反射回太空的太阳光多于地球。你的初步猜测很可能是，在那些连绵不
断的隆云之下的金星与地球颇为相似。早期的科学臆想就有：像石炭纪时代的地球
那样，怪异的巨型两栖动物在发出恶臭的沼泽地爬行；一个遍布沙漠的世界；一片
全球性的石油汪洋；以及一个到处点缀着石灰岩岛屿的矿水海。虽然有一点科学资
料作依据，金星的这些"模式"--第一个出现在 　　20世纪之初，第二个是在30年
代，后面两个在50年代中期--都是和科学幻想差不多的臆测，它们简直不受当时已
有的稀少科学资料的约束。 

　　后来在1956年，《天体物理学杂志》发表了迈耶(Comell H·Mayer)及其同事
的一篇论文。他们把部分地是为军事机密研究而在华盛顿海军研究实验室顶层上新
安装的一架射电望远镜对准金星，并测量它发射到地球的无线电波的流量。这不是
雷达，因为不是测量在金星表面反射的电波，而是测量金星自身向太空发射的无线
电波。他们发现金星比遥远的恒星与星系背景要亮得多。这件事本身并不太令人惊
异。每一个温度高于绝对零度(-273℃)的物体都会发射出包括无线电波在内的遍布
电磁谱的辐射。举例来说，你本人就以大约 　　35℃的有效温度或"亮度"温度发
射出无线电波。如果你周围的环境比你的身体冷一些，一架灵敏的射屯望远镜就会
检测出你向各个方向发射的微弱电波。我们每一个人都是一个冷的电波源。 

　　迈耶的发现令人惊异之处是金星的亮度温度超过 300℃，这远高于地球的表面
温度或所测出的金星云层的红外温度。金星上面有些地方的温度似乎比水的正常沸
点至少还高出200℃。这意味着什么呢? 

　　很快就涌现出一大批解释。我的论点是，很高的射电亮度温度是灼热表面的直
接表现，而高温是大量二氧化碳与水气的温室效应引起的(一部分太阳光穿过云层
，使表面受热，但是由于二氧化碳和水蒸气对红外辐射高度不透明，表面热量极难
消散到太空，这样就形成温室效应)。二氧化碳的吸收波段一直延伸到红外区，但
是在其吸收带之间似乎有一些"窗户"，透过它们，表面本来容易散热到太空并因而
冷却下来。然而水蒸气在红外的吸收波长一部分正好是在二氧化碳不透明区的窗户
处，因此我认为，这两种气体结合起来，几乎可以相当满意地把全部红外辐射都吸
收掉--即使只有很少一点水蒸气也会如此。这就好像两道栅栏，一个的条板刚好掩
盖住另一个的空隙，这样结合起来就把后面的东西全都遮住了。 

　　还有另一种大不相同的解释，即认为金星很高的亮度温度与表面无关。它的表
面仍然可以气候温和，并适宜于生物生存。有人提出无线电波是从金星大气的某个
区域．或从周围的磁层向太空发射的。有人提出金星云层中的水滴相碰时会出现放
电。也有人提出在黄昏和破晓时高层大气中的离子与电子重新结合，产生发光放电
。更有人提出在一个非常稠密的电离层中，自由电子的相互加速(这称为"自由一自
由发射")也会释放出无线电波(这种想法的一位支持者甚至设想所要求的高度电离
是由于金星的放射性平均为地球的一万倍引起的--也许金星上不久前打过一场核战
争)。此外，受发现来自木星磁层的辐射的启示，人们自然会想到金星有一个假想
中的很强磁场，它俘获的带电粒子形成浩大的云层，并由此发射出无线电辐射。 


　　我在60年代中期发表了一系列论文，其中许多篇是与波拉克③合写的，我们对
这些既有灼热辐射区又有寒冷表面的各种互不相容的模型进行评论分析。到那时我
们已有两个重要的新线索：即金星的射电波谱和"水手2号"的探测，其结果都表明
金星圆面中心的射电辐射比接近边缘处要强一些。到 　　1967年，我们已经能够
颇有把握地否定别人选择的模型，并得出结论说金星表面是灼热的，温度比地球表
面高出400℃。 

　　但是这个论证是推理性的，在推论过程中有许多中间步骤。我们迫切希望有一
个更直接的测量结果。 

　　1967年10月，为纪念第一颗人造卫星发射10周年，苏联的"金星4号"向金星云
层投放了一个进入密封舱。它从炎热的低层大气发回信息，但还没有到达表面就失
灵了。一天之后，美国的"水手5号"太空船飞过金星，它掠过大气时，从越来越深
处向地球发送无线电信号。从信号衰减的速率可以推导出大气温度。虽然两组太空
船所获得数据之间似乎有差异 

　　(这个问题后来澄清了)，但两者都表明金星表面是很热的。 

　　从那以后，一系列的苏联"金星号"太空飞船，以及一批从"先驱者12号"开始的
美国航天器，都进入金星大气深处或在表面着陆，这样便可以直接地--主要是各伸
出一根温度计--测量表面及其附近的温度。测得的结果约为470℃。在考虑地面射
电望远镜的校准误差及表面发射率等因素后，原有的射电观测和新的太空飞船直接
测量的结果便很好地吻合了。 

　 　　苏联的早期着陆器是按与地球多少相似的大气设计的。它们在高压下破碎
了，就像一只锡罐在拗手腕大力士手里一捏就碎，或者就像第二次世界大战时的潜
水艇在汤加海沟里撞得粉身碎骨那样。后来苏联的进入舱都像新型潜水艇那样装甲
加固，于是在灼热的表面成功着陆。苏联的设计人员在弄清楚大气有多深和云层有
多厚之后，他们担心金星表面也许是一团漆黑的。因此"金星9号"和"金星10号"都
装配有探照灯。其实这并不需要，还是有百分之几射到云层顶的太阳光能穿透云层
落到它的表面，因此金星的表面大约和地球上的阴天一样亮。 

　　我猜想，人们不愿意接受金星表面很炎热的主张，是由于我们不愿放弃这样的
观念：这颗离我们最近的行星对生命的生存和对将来的探测都是适宜的，并且就长
远的目标来说，甚至可以让人类迁居过去。可是现在发现，那里没有石炭纪沼泽地
，没有全球性的石油诲或矿水海，而是一个令人窒息的、阴云密布的地狱。那里有
一些沙漠，但主要是一个凝固的熔岩海的世界。我们的希望落空了。在太空飞船探
测的初期，就当时我们所知，认为几乎任何事情都是可能的，我们对金星最浪漫的
幻想也许都会实现。而现在比起那时来，要去这个世界探险的呼声减弱下来了。 


　　许多艘太空飞船都为我们现今对金星的了解作出过贡献。但是成功探测的先驱
是"水手2号"。"水手1号"因发射失败而被炸毁了，这可以说是出师不利。"水手2号
"干得很漂亮，为金星的气候提供了关键性的早期电信资料。它对云的性质进行了
红外观测。它在从地球飞往金星的途中发现并测量了太阳风--这是太阳发射出的带
电粒子流，它在一路上使各个行星的磁层充满带电粒子，把彗星的尾巴吹向背后，
并形成遥远的太阳风层顶。"水手2号"是第一个成功的行星航天器，它宣告了行星
探测时代的开始。 

　　它至今仍在绕太阳的轨道上运转，每隔几百天仍然大致沿切线方向接近金星的
轨道。不巧的是，它每次切过金星轨道时，金星都不在那里，因此未能会合。但是
如果我们长期等待，总有一天金星会在附近出现，于是"水手2号"会被这个行星的
引力加速，并进入一个完全不同的轨道。到最后，"水手 　　2号"会像远古时代的
星子那样，或被另一颗行星俘获，或坠人太阳，或被抛出太阳系。 

　　在这之前．这个行星探测的先锋，这个微小的人造行星还会静悄悄地环绕太阳
运转。这就宛如哥伦布的旗舰"圣玛丽亚号"仍然由它的幽灵水手驾驶在加地兹与伊
斯帕尼奥拉之间定期跨越大西洋往返航行一样㈡。在行星际空间的真空环境里，"
水手2号"在长久的年代中将完好如初。 

　　我对这颗昏星兼晨星㈢的希望是：在21世纪末叶，有一艘很大的太空船，在它
靠引力帮助定期飞向太阳系外围时，会截获这个古老的、被遗弃的航天器，并把它
拖上飞船。于是可将它陈列在一个早期太空技术博物馆里--这个博物馆也许是在火
星、木卫二或土卫八上。 

　 　 　㈠原诗为"问系何意栖碧山，笑而不答心自闲。桃花流水窅然去，别有天
    地非人间。"此诗实际上作于公元740年前后，此处只摘引了第四句。--译者 

      　㈡加地兹为西班牙港口，哥伦布发现美洲的舰队由此出发；伊斯帕尼奥拉是
    美洲东部的岛屿，哥伦布在此登陆。--译者 

      　㈢指"水手2号"。--译者

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