Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 暗淡蓝点·十四、探测其他行星和保护地球　　
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月15日11:35:08 星期天), 站内信件

　　行星在其演化的各个阶段，都受到与地球相同的形成力量的作用，因此它们具
有与地球过去(也许还有未来)同样的地质形态，于是可能也有生命。但是，不仅如
此，对有些情况而言，这些力量还在与地球完全不同的条件下起作用，因此定会出
现与人类所知道的不一样的地理形状。这种资料对比较科学的价值实在太明显了，
因此不需要加以讨论。 
　 　　　　 --戈达德《札记》(1907) 

　　我生平第一次看见弧形的地平线。一条薄薄的深蓝色光带--这就是大气--使地
平线镶上了边。这显然不是过去许多次人们告诉我的大气"海洋"，它那脆弱的外貌
使我感到恐惧。 
　　　　　--默博尔德(Ulf Merbold)，航天飞机的德国宇航员(1988) 

　 　 　　当你从绕地轨道的高度俯视地球，你看见的是一个被暗黑真空包围的、
可爱而又脆弱的世界。但是你透过太空飞船的舷窗凝视一块地面，远不及脱离飞船
在太空浮游时看见在黑暗背景上的整个地球扫过你的视野那样愉快。第一位取得这
种经验的人是列昂诺夫(Atexei 　　Leonov)。他在1965年3月 18日离开"上升2号"．
实现了首次太空"行走"。他回忆说： 

　　"我向下看地球，在我头脑里出现的第一个想法是'地球毕竟是圆的'。我一眼
就能从直布罗陀海峡一直看到里海……我感到自己像是一只鸟，长了翅膀，能够飞
翔。" 

　 　　当你像"阿波罗"的宇航员那样，从更远处看地球时，它变小了，直到最后
只能见到一些地理遗迹，其他什么也看不清。使你注意的是，地球是何等地自给自
足。偶而有一个氢原子逃离了，或者有一点彗星尘埃掉进来。在太阳内部深处由庞
大的、无声的热核反应机产生的能量，从太阳向四面八方倾泻。地球截获的极小部
分已足够把它照亮，并为我们有限的目的提供充足的热量。除此之外，这个小世界
便别无所求了。 

　　从月球表面，你可以看见地球，它也许呈新月形，这时甚至各大洲也看不清楚
了。从最外面的行星的有利地点看地球，它只是一个苍白的光点。 

　　从绕地轨道上看去．引人注目的是地平圈上嫩蓝色的圆弧--这是从切线方向上
见到的地球大气薄层。你现在可以了解，为什么没有"地区性环保问题"这件事。分
子很笨拙。工业毒素、温室气体以及对保护我们臭氧层起破坏作用的物质，由于它
们的愚鲁无知，都不知道尊重国界，也不顾国家主权。因此，由于人类的技术所具
有几乎是神话般的威力，再加上短视的盛行，我们开始在整个大洲或全球的规模上
伤害自己。坦率地说，如果想解决这些问题，就需要许多国家在许多年时间里采取
联合行动。 

　 　　引起我深思的是这样一个出人意料的现象：饱含国与国之间敌对与仇恨的
太空飞行，却导致一种令人震惊的超越国界的见解。只要你在绕地轨道上花一点点
时间凝视大地，你心中铭刻最深的国家主义观念就会开始消逝。它们就像是在一枚
杏子上面小虫们之间的争吵。 

　　如果我们是粘贴在一个世界上，我们受它的局限，不知道还可能有别的世界。
这就好像一位只会欣赏法由(Fayoum)墓㈠壁画的美术行家，一位只知道臼齿的牙科
医生，一位只懂得新柏拉图主义的哲学家，一位只研究中文的语言学家，或者一位
只知道有关地球上自由落体的重力知识的物理学家--我们的眼光很短浅，我们的见
识很狭窄，我们预测未来的本领有很大的局限性。与此形成对比的是，当我们探测
其他世界时，以前认为行星只能有的那样一种类型，其实不过是大量可能类型中间
的一个而已。在看到其他世界的时候，我们开始了解，在这个方面太多而在那个方
面太少，会造成什么结果。我们知道一颗行星会出什么毛病。我们得到了太空飞行
先驱戈达德所预见的一种新知识，这称为比较行星学。 

　　对其他行星的探侧，已经扩大了我们对火山、地震与天气研究的眼界。这在某
一天会对生物学有深刻的影响，因为地球上的一切生物都从属于一个共同的生物化
学总体系。发现一种地外有机体--即使是微不足道的细菌--也会使我们对生物的认
识发生一场革命。但是探测其他行星和保护地球这两者是有联系的，这种联系最明
显地表现在对地球气候以及现代人类技术对气候日趋严重的威胁的研究中。对其他
行星的研究可以让我们知道，在地球上哪些蠢事不能干，而这是至关重要的。 

　　近年来发现了以下三个潜在的，都是在全球范围起作用的环境灾害：臭氧层枯
竭、温室效应和核冬季。现在认识到，这三个发现都与行星探测有密切联系： 

　　(1)令人不安的是发现了一种不容易产生化学反应但用途极广的惰性物质--它
可以用作冰箱和空调的致冷剂，供除臭及其他用途的喷雾剂，做快餐食品轻便泡沫
包装以及微电子装置的清洁剂，等等--会危害地球上的生命。而这有谁会想到呢? 

　　我们谈到的是称为氯氟烃(CFC)的分子。它们的化学性质是极其惰性的，这意
味着它们很难受到破坏。只是在臭氧层里太阳的紫外光可以使它们分解。这时释放
的氯原子会破坏对我们起保护作用的臭氧并使它离解，于是让更多的紫外光射到地
面上。紫外线增强会引起一系列潜在的可怕后果，这不仅是皮肤癌和白内障，还会
使人类的免疫系统减弱，最危险的是可能损害农业及植物的光合作用，而这正是地
球上大部分生物赖以生存的食物链的基础。 

　　是谁发现了氯氟烃的分子对臭氧层的危害呢?是不是承担法人责任的主要生产
厂家杜邦公司?是不是保护我们的环境保护署?是不是保卫我们的国防部?都不是。
发现者是两位在象牙塔内穿白大褂，从事其他工作的大学里的科学家，即在加利福
尼亚大学欧文分校的罗兰{Sherwood 　　Rowland)和莫利纳(Mario Molina)。这所
大学甚至还不属于常青藤联谊会㈡。谁也没有指示他们去关注环境的危险。他们进
行的是基础研究。他们是追寻自己的兴趣的科学家。应当让每个学童都知道他们的
名字。 

　 　　在罗兰与莫利纳原来的计算中，他们使用了含有氯和其他卤素的化学反应
的速率常数，而测定这些常数的经费有一部分是美国国家宇航局提供的。为什么国
家宇航局会提供经费呢?这是因为金星大气中有氯和氟的分子，而行星科学家想了
解金星大气里正在发生的情况。 

　　不久后，由哈佛大学麦克尔罗伊(Michael McElrov)领导的工作小组确认了氯
氟烃分子对臭氧枯竭所起作用的理论研究。为什么他们的电脑里已经储有卤素化学
反应动力学的全部分支网络程序?这是因为他们正在研究金星大气中氯与氟的化学
性质。于是金星帮助科学家发现并确认了地球的臭氧层正处于危险状态中。在这两
个行星的大气光化学之间，找到了一种完全没有预料到的联系。就这样，对地球每
一个人都很重要的成果，竟来自很可能已被认为是最不着边际的、抽象的和毫无实
用价值的工作，即对另一颗行星的高层大气中次要成分化学性质的研究。 

　　这项研究与火星也有关系。我们从"海盗号"的探测发现火星表面显然没有生物，
甚至显著缺少简单的有机分子。但是那里应该有简单有机分子，这是因为来自附
近小行星带的含有丰富有机物的陨星会与火星相撞。这种缺乏有机物的原因，一般
认为是由于火星没有臭氧层。由"海盗号"的微生物实验可以知道，从地球带到火星
并撒到火星表面尘埃的有机物质很快就被氧化并分解成为无机物了。引起这种分解
的尘埃中物质是与过氧化氢相似的分子--我们用过氧化氢作消毒剂，因为它通过氧
化来杀死细菌。来自太阳的紫外光在没有臭氧层阻拦的情况下直接射到火星表面。
如果那里曾经有过有机物，它很快就会被紫外光本身及其产生的氧化物毁掉。因此
，火星最上层的土壤消毒得很干净，一部分原因是火星有一个像行星那样大小的臭
氧洞--这对于忙忙碌碌地使自己的臭氧层变薄和开洞的我们来说，自然而然是一个
有益的警告。 

　　(2)已经预料到，全球气候变暖是温室效应不断增长的结果，而温室效应主要
是由于化石燃料㈢燃烧所产生的二氧化碳引起的；但是，其他能吸收红外线的气体
(氮的氧化物、甲烷、氯氟烃以及别的一些分子)的聚积，也能加剧温室效应。 

　　假定我们有一个地球气候的三维整体大气环流的计算机模型。它的程序设计人
员宣称，如果大气的某个成分增加了，而另一个成分减少了，他们能够推测地球大
气有什么变化。这个模型对"预测"现在的气候确实很有用处，但是它有一个恼人的
麻烦事：这个模型已经被"调整"到它给出的结果是正确的。也就是说，为它选用的
一些可调节的参数不是来自物理学的基本原理，而是为了得出正确答案。这并不完
全是欺骗，但是如果我们把同一个计算机模型运用于颇不相同的气候体系，例如极
度的全球变暖，于是这种"调整"就可能不适宜了。这个对今天的气候也许适用的模
型，不能外推到其他情况。 

　　考察这个程序的一个办法，是把它运用于其他行星的截然不同的气候。它能否
推测火星大气的结构以及它的气候?能否作天气预报?对金星又怎样呢?如果它在这
些检验中失灵了，我们就理所当然地不相信它对地球作出的预测。事实上，我们现
在使用的气候模型是从物理学的基本原理出发的，它能够很好地预测金星与火星的
气候。 

　　我们知道，在地球上对流作用使地幔深处的熔岩浆以超级喷流方式向上大股喷
出，然后形成辽阔的冷凝玄武岩高原。一次壮观的喷发大约在1亿年前出现过，它
或许使大气中的二氧化碳含量增加到现在的10倍，由此引起全球显著变暖。可以认
为，这种喷发在地球整个历史中多次发生过。类似的地幔岩浆喷发似乎在火星与金
星上也出现过。我们有合理的实际原因想了解，从脚底下几百千米的地球深处，怎
么会突然发生不明不白的事件，使地球表面和气候产生重大变化。 

　　近来关于全球变暖的一些最重要的研究，是美国国家宇航局在纽约市的一个机
构，即戈达德空间科学研究所的詹姆斯·汉森(James Hansn)及其同事们完成的。
他发展了一套主要的计算机气候模型，井用它来预测如果温室气体继续聚积，地球
气候会有什么变化。他曾用地球古代气候检验过这些模型(有趣的是，在上次冰河
时期大量的二氧化碳及甲烷与气温升高明显有关)。詹姆斯·汉森收集了本世纪和
上一个世纪的大量气候资料，以了解全球温度的实际情况，然后把它与计算机模型
预测的本应出现的情况进行比对。两者符合的程度都在测量与计算的各自误差范围
之内。白宫的管理和预算局出于政治需要[当时是在里根(Reagan)执政年代]，指令
詹姆斯·汉森要夸大不确定性和缩小危险性，但是他在国会面前作证时勇敢地拒绝
这样做。他对菲律宾皮纳图博火山爆发的预言以及由它引起的地球气温暂时下降(
约为0.5℃)的计算结果，都正好说对了。他是说服世界各国政府应当认真对待全球
变暖的主要人物。 

　　詹姆斯·汉森怎样会首先对温室效应感兴趣呢?他的博士论文(1967年在衣阿华
大学撰写)是关于金星的。他同意金星的非常炎热的表面产生很强的射电亮度，也
同意温室气体保持了金星表面的热量；但是，他提出主要的能源是来自金星内部的
热能而不是太阳光。1978年"先驱者12号"飞临金星时把一些探测器投入大气。它们
直接探明一般的温室效应--即太阳使表面受热，而空气的屏蔽作用把热量保存下来
--是起作用的原因。然而正是金星使詹姆斯·汉森思考温室效应的问题。 

　　你知道了，射电天文学家发现金星是一个强无线电波源。对射电辐射来源的其
他解释都失败了。因此你推断金星表面一定热得难以想象。你要进一步阐明高温从
何而来，就只能求助于这种或那种无情的温室效应。再过几十年，你会发现这项研
究工作的训练能够让你准备好了解并帮助你预测对地球上人类文明的一个意料不到
的威胁。我还知道有许多别的事例都表明，科学家起先想解开其他行星大气之谜，
但结果得出对地球很重要并非常实用的发现。因此，其他行星是培养研究地球的学
者的极好训练场地。这些学者的知识既要有广度，也要有深度。他们向想象王国挑
战。

 　 　　谁要是对二氧化碳温室致暖有怀疑，不妨了解一下金星上大规模的温室效
应，这是有益的。没有人会提出，金星的温室效应来源于鲁莽的金星人燃烧了太多
的煤炭，驾驶燃油效率低下的汽车，并砍倒了他们的森林。我的看法不一样。我们
的这颗近邻行星，除掉表面热到可以熔化锡和铅以外，在其他方面都与地球类似。
有些人认为，地球上不断增长的温室效应可以不医自愈，我们实在不必为它自寻烦
恼，甚至还说温室效应本身便是一个"骗局"(你从有些自称为保守分子的著作中可
以读到这些言论)。特别是对这些人来说，金星的气候变迁史很值得借鉴。 

　　(3)核冬季是预料在一场全球性的热核战争后，主要由于城市及炼油、储油设
备的燃烧，细小烟雾粒子喷入大气，使地球变暗变冷的现象。对于核冬季会真正严
重到什么程度，接着出现了激烈的科学争论。各种不同的见解现在趋于一致。所有
的三维大气环流的计算机模型都预测出，在一场全世界范围的热核战争之后，全球
的温度会比地质学上更新世的冰河时期㈣更低一些。由此对世界文明产生的后果
--尤其是农业的彻底崩溃--是极为可怕的。在美国、苏联、英国、法国和中国决定
积聚远远超过6万件核武器的时候，它们的行政与军事当局都忽视了核战争的后果
。虽然这类事情还难以肯定，但可以说核冬季的确起到了一种积极作用(当然还有
其他原因)，它使拥有核武器的国家--尤其是苏联--相信核战争是徒劳无益的。㈤
 

　　核冬季是在1982-1983年由5位科学家--我感到很自豪，是其中的一员--组成的
小组首先计算和命名的。这个小组用5位科学家姓氏的首字母缩略词命名，为
TTAPS。这5个人的名字是特科(Richard 　　P·Turco)、图恩(Owen B· Toon)、
阿克曼(Thomas Ackerman)、波拉克和我自己。在TTAPS小组里，两个人是行星科学
家，其他三人也在行星科学领域发表过许多文章。最早想到核冬季是在"水手9号"
探测火星期间，那时在这颗行星上正出现一场全球性的尘暴，使我们看不见它的表
面。飞船上装载的红外光谱仪发现，火星的高层大气比预期的要热一些，而表面却
比预期的冷一些。波拉克和我坐下来努力计算，想弄清楚这是怎样一回事。在随后
的12年中，这条研究线索从火星上的尘暴引向地球上的火山悬浮微粒，再到可能出
现的撞击尘埃使恐龙灭绝，然后想到核冬季。你永远也不知道科学会把你引向何方
。 

　　行星科学促成一种广阔的、跨学科的观点，事实证明，这对发现和试图消除迫
在眉睫的环境灾难大有裨益。当你开始了解其他行星的时候，你对我们自己的行星
环境的脆弱以及还可能有别的完全不同的环境，会取得一种新的见解。仍然很可能
有尚未发现的潜在的全球性灾难。如果确实有这样的灾难，我敢断言，行星科学家
在对它们的研究中将发挥核心作用。 

　　在数学、技术和科学的一切领域中，国际合作性最强的学科(这表现在同一研
究论文往往由两个或更多国家的作者合作完成)是"地球与空间科学"。正是由于这
门学科的性质，研究它的人往往不是地方主义者、国家主义者或沙文主义者。也很
少有人因为是国际主义者而进入这个领域的。几乎没有例外，他们由于其他原因进
入这一领域，然后发现这种补充自己原有工作的杰出研究是其他国家的科研人员正
在做的；他们还发现，为了解决一个问题，你需要在自己的国家里无法得到的资料
或一架望远镜{例如需要观测南天的天象)。你一旦尝到了这种合作的甜头--来自世
界不同地区的人们使用彼此都能了解的科学语言一起工作，成为共同关心的事业的
伙伴--就不难设想这种合作也可能在其他的非科学性的项目中实施。我个人认为，
地球和空间科学的这种特色可以成为世界政治中和解与团结的力量；不管这是否有
益，这种趋势已经是不可避免的了。 

　　当我看到这种证据时，它似乎告诉我，行星探测对我们住在地球上的人来说，
是最实用和最迫切的事业了。即使探测其他世界的前景并不使我们感到鼓舞，即使
我们没有一丝一毫的冒险精神，即使我们只关心自己，而就最狭隘的意义上来说，
行星探测仍然是一种极好的投资。 　 　 　㈠在沙特阿拉伯境内的许多古墓。--
译者 

　㈡美国东北部哈佛、哥伦比亚、普林斯顿等名牌大学的总称。因为它们历史悠久
，墙上爬满常青藤，故名。一译者 

　㈢如煤炭。--译者 

　㈣大约100万年前。--译者 

　㈤中国发展核武器是为了打破西方强国的垄断。中国政府再三申明不首先使用核
武器，井主张全面禁止核武器试验，最终彻底销毁全部核武器。--译者

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.239.188]