| Home | News | Magazine | Library | Encyclopedia | Review | Essay | Forum |
2002
|
|
|
|
|
|
图：水手9号所摄火卫一的图象（扫校者注：原图为”水手9号所摄第一张火卫一的图象，未经计算机处理”，并有同一图片计算机反差增强、显露出撞击坑的效果，因扫描质量问题而更换。） 还在孩提时代我有幸读了几本写得很为夸张的小说，书名大致是“火星少女萨维娅”，“火星棋手”，“火星公主”，“火星军阀”等等。不用说，这些小说都是讲火星的事。但讲的并不是我们的火星——“水手 9 号”所发现的火星。 至少，我认为我们的火星并不象塑造了“人猿泰山”的作者埃德加·赖斯·勃勒斯( Edgar Rice Burroughs )的小说中所描述的火星。他的火星是珀西瓦尔·洛厄尔( Percival Lowell )②所设想的火星——上面有着古代的海底，流动的运河和泵站，六条腿的驮兽以及各种肤色（包括绿色）的人，有些人还没有头。这些火星人有着象塔斯·塔格斯这样的名字。勃勒斯在这些小说中提出的最惊人的假设也许是人类和火星人能繁殖后代——如果设想火星人和我们的生物起源不同，那么这种假设从生物学角度来看是不可能的。勃勒斯一本正经地写了地球人和火星人杂交的可能性：一个奇迹般地被送上了火星的弗吉尼亚人和火星上某个王国的公主德贾·托里斯( Dejah Thoris )匹配。这位公主所在的王国有一个令人难以想象的名字叫做氦国。我几乎毫不怀疑，既然有一个氦国作为先例，也就直接会引出另一个叫做氪国的行星，也就是连环图画上的英雄“超人”的家乡。这就成了丰富的未经发掘的文学宝藏。将来这类作品就可能包括各种行星、恒星、甚至整个整个的星系，以氖、氩、氙和氡等其余几种惰性气体命名。 但在勃勒斯所创造的那些名字中间，这些年来一直使我铭记不忘的是他设想火星人给火星取的名字：巴松( Barsoom )。他的有一句话最使我遐想无穷。那就是“巴松的两颗飞驰着的月亮”。 火星确实有两个月亮——这一情况在火星上的居民看起来完全是天经地义的，就象我们地球上的居民认定向来就只有一个月亮一样。我们都知道我们的这一轮萤(虫换凡)孤月从地球表面用肉眼看上去是什么模样。但是从火星表面看起来，巴松的两个月亮是什么样的呢?这个问题在我儿时曾常常使我绞尽脑汁，直到1971年，火星水手9号到了火星，才最后得到了解答。 图：后来所摄的清晰度较高火卫一照片，显示了它的真实面貌。（扫校者注：中译本原图并非此图，由于扫描质量问题而更换，此图为海盗 1 号飞船 1978 年所摄。） 火星有几个月亮首先是由约翰尼斯·开普勒( Johannes Kepler )提出的。开普勒发现了行星运行规律，并且智敏过人。但他生活在十六世纪，那是社会上对待知识的风气和现在大不相同。他以占星算命为生，天文学对他来说与其说是一种职业还不如说是一种爱好。他的母亲曾被当作巫婆受审。当开普勒得知伽利略用最早的天文望远镜发现了木星有四个大月亮时，他马上就得出结论说火星有两个月亮。为什么呢？因为火星离开太阳的距离刚巧在地球和木星的中间，那么它所拥有的月亮数目显然也应该在中间。根据当时的观测结果，似乎金星是没有月亮的，地球有一个月亮，木星有四个（我们现在知道，木星实际上有十二个卫星③），开普勒本来可能推断火星有两个或三个月亮。凭着他一生中对几何级数的爱好，他选择了“两个”的数目。这个论据当然是荒谬的。土星有 10 个月亮，天王星有 5 个，而海王星有两个，这一切与他的设想完全对不上号。他的算法根本不科学，而只是从美学出发的。 但开普勒的威信极高，尤其在牛顿用引力理论推导出了他的行星运行定律之后。因此，关于火星有两个月亮的典故就在书本上流传了几百年。在瓦尔泰( Voltaire )的显得稍长的短篇小说“迈克罗梅加斯”( Micromegas )中说到，有一位来自天狼星的来客在我们的太阳系中旅行时偶然注意到火星有两个月亮。关于火星有两个月亮，还有一个更加著名的出处，是在斯威夫特( Jonathan Swift ) 1726 年写的讽刺小说“格列佛游记”中——不是在“小人国”部分，也不在“大人国”部分，也不在“慧骃马”部分，而是在一个不那么著名的部分：“勒皮他空中浮岛”部分。情节无疑是对斯威夫特时代英国和西班牙之间的关系进行推理严密的评论，因为勒皮他( La puta )这个词在西班牙语中指的是“卖淫妇”。政治上的暗示并不鲜明，至少我看来是如此。不管怎么样吧，斯威夫特在这个故事里无意中提到，勒皮他的天文学家发现了火星有两个飞快地运行着的月亮，还指出了这两个月亮离火星的距离以及它们绕火星旋转的周期。这些说法虽不正确，却是不坏的猜测。关于斯威夫特怎么会知道火星上的事的，专有一派作品对此进行了研究，甚至有人说斯威夫特本人就是一个火星人等等。事实本身证明斯威夫特并不是火星人，因此关于两个月亮的说法几乎可以肯定是直接来自开普勒的推测。 真正发现火星的月亮是在 1877 年，在美国首都华盛顿的郊外。那时，美国海军天文台刚装好了一台大型的折射式望远镜。这个天文台有位天文学家名叫霍尔( Asaph Hall )，他一心想弄清楚，在诗歌和故事里世代流传的火星月亮究竟有没有。头几个晚上他没有成功，他泄气地对妻子说他要放弃这项工作了。霍尔夫人可不答应，她极力怂恿她的垂头丧气的丈夫再到望远镜旁边去观察几个晚上，于是霍尔终于发现了火星的两个卫星。在一个短时期内他曾经认为他发现了三个卫星，因为内圈那个卫星运行速度很快，头一天晚上他在火星的这一边看到它，第二天晚上却在火星的另一边看到了它。霍尔把这两个月亮叫做福博斯（Phobos，即火卫一）和德莫斯（Deimos，即火卫二），用的是希腊神话中驾在战神战车上的两匹马的名字，可笑的是，这两个名字分别有着“恐惧”和“恐怖”的意义。（相应的形容词会引起—些问题；我们是否在谈论“恐惧”的轨道和“恐怖”的晚上呢？）如果有朝一日再发现一个火星的月亮，我希望能给它一个不太可怕而比较乐观的名词——比如说叫帕克斯④。 我还希望，当国际天文学联合会最终为火卫一和火卫二这两个卫星上的地貌定名时，有一个地貌应该用霍尔夫人的名字命名。但由于肯定有另一个地貌会用霍尔先生的名字来命名，于是就会产生一个问题：两个环形山都叫霍尔，会互相混淆。我有一次在哈佛大学作有关天文学的谈话时提出，只要知道霍尔夫人出嫁前的名字，这个问题就解决了，我的朋友，哈佛大学的科学史教授金吉里奇( Owen Gingerich )立即一跃而起，脱口说出了“安吉利娜·斯蒂克尼( Angelina Stickney )”这个名字。因此，我希望有朝一日在巴松的某一个月亮上会有一个叫做“斯蒂克尼”的地方。 1877～1971 年期间对火卫一和火卫二进行的一系列研究有一段颇不寻常的历史。火星的月亮十分小，即使用地球上最大的望远镜来看，看上去也只是一团模糊的光点。这些光点极为微弱，用 1877 年以前的望远镜根本看不见。火星卫星的轨道可以通过在不同时间记下它们的位置而计算出来。1944 年 B·P·夏普力斯( Sharpless )在美国海军天文台（可以理解，这个地方对火卫一和火卫二应该已发生了特殊的兴趣）收集了当时所能得到的全部观测资料，尽可能精确地算出了这两颗卫星的轨道。他发现——毫无疑问他对此极为惊讶——火卫一的轨道看来在不断地衰减，天文学家们把这叫做长期加速度。在比较长的一段时间里，这颗卫星似乎愈来愈靠近火星，同时运行速度愈来愈快。今天我们对这种现象已相当熟悉了：人造卫星的轨道在地球大气层内不断地衰减，一开始它们与地球高层扩散的大气碰撞而减速，但根据开普勒的定律，其最后结果是更快的运行。 夏普力斯关于火卫一具有长期加速度的结论一直是一个未能得到解释、几乎是没有进行过研究的悬案。直到 1960 年前后，才为苏联的一位天体物理学家什克洛夫斯基( Shklovskii )所注意。什克洛夫斯基为这种长期加速度没想了一系列可供选择的假设，包括太阳的影响，假想的火星磁场的影响，火星引力的潮汐影响等等。他发现，这些假设没有一个是接近于能说明问题的。于是他重新考虑了大气阻力的可能性。当时还没有宇宙飞船对火星进行探测，因而对火星卫星的确切大小还知道得很少，而且是间接地知道的。但已知火卫一的直径约为十英里。火卫一离火星表面的高度也是已知的。什克洛夫斯基和在他之前的科学家发现，火星大气层的密度很小，不可能产生夏普力斯所推断的那种阻力。正是根据这一点，什克洛夫斯基作出了一个了不起的大胆猜想。 所有的计算都表明，火星上的大气阻力对火卫一的轨道不会有影响。但这些计算都基于一个出发点，即假定火卫一是一个具有常规密度的天体。要是它的密度很低很低，那会怎么样呢?那么，尽管它的体积很大，它的质量就会相当的小，于是它的轨道就会受到火星的稀薄的高层大气的明显影响了。 什克洛夫斯基计算了火卫一应该具有的密度，结果得出的大小约为水的密度的千分之一。没有一种天然物体或物质的密度会这么低。比如说：轻木的密度约为水的一半。如果密度这样低的话，只可能有一个结论：火卫一是空心的。这样一个直径为十英里的巨大空心体不可能是天然产生的，因此，什克洛夫斯基得出结论说，那是由火星上一个发达的文明社会创造出来的。确实，要发射一个直径为十英里的人造卫星，要求具备的技术水平要远远超过我们地球上的水平，也大大超过勃勒斯所想象的巴松上的技术水平，勃勒斯所设想的火星人只能造造刀剑和小型的飞船而已。 由于今天没有迹象表明火星上有这样一个发达的文明社会。什克洛夫斯基推断说，火卫一（可能还有火卫二）是由火星上一个现在已经毁灭了的文明社会在遥远的过去发射的。（感兴趣的读者可以在我和什克洛夫斯基合著的“宇宙中的智慧生物”一书中谈到关于什克洛夫斯基这一惊人论点的更多细节。该书出版商及年份为：旧金山，Holden Day，1966； 纽约， Delta Books，1967）。继什克洛夫斯基关于这个问题的第一本书之后，英国的G·A·威尔金斯( Wilkins )也重新研究了火星月亮的运行问题，他发现可能并不存在长期加速度，但他未敢肯定。 什克洛夫斯基关于火星的月亮是人造卫星这一非同寻常的假设是关于火星月亮起源的三个假设之一。另两个假设就其本身来说是很有意思的，但比起什克洛夫斯基的假设来却要逊色得多。这两个假设是：(1) 这些月亮是俘获的小行星； (2) 它们是火星本身形成时留下的碎片。 小行星是在火星和木星轨道之间绕太阳旋转的大块岩石和金属。火星的引力能俘获从近旁掠过的小行星，这种方案在现论上是可能的，但实际上却未必有可能。 根据“火星碎片”假设，设想当初是许多块大大小小的岩石聚落在一起而形成火星，最后一批落入的岩石块造成火星表面那些古老而又巨大的撞击坑，而火卫一和火卫二则是火星早期灾变史中偶然仅存的残余。 显然，这三种关于火星月亮起源的假设中若是有一种能得到证实，那末，它必将是一项重大的科学成就。 我曾有幸参与 1971 年进行的水手号火星飞行任务的研究工作。原先打算发射两艘宇宙飞船：水手 8 号和水手 9 号，计划把它们放置在不同的轨道里，对火星本身进行不同目的的研究，当这两艘飞船的轨道最后商定时，我注意到，它们距离火卫一和火卫二的轨道都并不太远。我还感到，水手号飞船对火卫一和火卫二进行电视观测及其他接近观测会使我们多少能确定它们的起源和实质。 因此，我就去找国家航空和航天局组织和经管这项飞行任务的官员，要求同意安排对火卫一和火卫二的观测，尽管实际执行机构喷气推进实验室的飞行任务控制人员对我的要求并非不表同情，但国家航空和航天局总部的某些官员却持反对意见。关于水手 8 号和水手 9 号的飞行计划包括哪些内容写成了一本厚厚的书，而在这个飞行计划里却没有一处提到火卫一和火卫二。这样，我就不可能对火卫一和火卫二进行观测了。 我指出，我的建议只需要移动一下飞船上的扫描平台，使照相机能观测到火星的卫星就行了，但反应仍然是否定的。过了一个短时期，我又提小这样一个论点，即如果火卫一和火卫二果真是被俘获的小行星，那么从水手 9 号上对它们进行研究就相当于不花钱对小行星带安排一次飞行任务。按我的建议把扫描平台稍作调动，就可以为国家航空和航天局节约两亿美元左右。我的这个论点至少在某些人看来更加值得考虑。我游说了差不多有一年时间，终于成立了一个卫星天文学计划小组，制订出了研究火卫一和火卫二的计划草案。根据我的建议，卫星天文学工作小组由我从前的一位学生詹姆斯·波拉克( James Pollack )博士领导。但这个小组直到水手 9 号发射以后，在它到达火星以前的两个月左右才建立起来，这说明国家航空和航天局对此不太积极。（水手 8 号其时已发射失败。） 当水手 9 号到达火星时，我们发现这个行星几乎完全被尘埃所遮蔽，由于火星上几乎什么也看不到，于是突然戏剧性地出现了一股研究火卫一和火卫二的意想不到的巨大热潮。第一步是拍摄远距广角照相，以便较为精确地确定这些月亮的轨道和位置。这一任务在飞船进入火星轨道后约两周之内初步完成，水手 9 号的轨道周期约为 12 小时，因此每天绕火星转两圈左右。 水手 9 号飞船上的电视图象通过无线电从火星发送到地球，就象地球上发送有线新闻传真照片一样。每张图象分成大量小点（水手 9 号的图象约分成数十万点），每一小点都有它自已的亮度，即从黑到白的灰度梯度。在宇宙飞船摄下图象并把它们录制在磁带上后，就一个点接一个点地把它们发回地球。实际上发回的是；第 3277 点，灰度 65；第 3278 点，灰度 62，等等。地面上的计算机实质上就是根据这些点把图象重新还原。 第一张火卫一的中等近镜头照片是在飞船转到第 31 圈时摄得的。第 98 页上所示的就是 1971 年 11 月 20 日收到的第 31 圈上摄得的照片。这是一张火卫一的电视监控图象的波拉罗伊德照片⑤。这个图象很不清楚，因此无法就此得出任何结论。 就在那天深夜，我和我从前的另一位学生——康奈尔的约瑟夫·维弗卡博士( Joseph Veverka )在喷气推进实验室的图象处理室里一直工作到次日凌晨，用计算机反差增强技术，把图象的全部细节显示出来。其结果如第 100 页所示（扫校者注：由于扫描质量问题，这些图片未能附上）。所得到的形状凹凸不齐，那些斑点是撞击坑吗？ 我们的计算机增强照片是在计算机的电视监控器上一行接着一行地从上到下拼起来的。当顶部的明显的大撞击坑逐渐呈现出来时，我们看见在撞击坑中央有一个亮点。在一刹那之间，我似乎觉得我们看见一颗星星正穿过火卫一上的一个巨洞——或者，更加令人惊骇的是，我们看到了一个人工的发光体。但当我们要求计算机一个不剩地消除全部差错时，这个光点就不见了。 在第 34 圈上，水手 9 号和火卫一相互间的距离不到四千英里，这是整个飞行任务中相距最近的机会之一。在收到这次所拍摄的照片的当天深夜，我和维弗卡又通过计算机对它加以增强，所得的结果见第 101 页上的附图。我不能肯定，直径为十英里的人造卫星看上去究竟是什么样子，但这个卫星看上去不象。火卫一看上去与其说象一颗人造卫星，还不如说象一个有病害的土豆。确实，火卫一上到处都是撞击坑。它在太阳系的这个部位上积累了那么多的撞击坑，说明它必定是历史悠久，很可能已经存在了几十亿年了。 火卫一看来象一块纯属天然的巨大岩石的碎块，这块岩石受到反复撞击，因而损坏严重，撞出了许多洞孔，削去了许多块块。它看上去有点象我们的更新世时代的祖先沿着天然的石纹断面凿制成的手斧，上面没有工业技术的痕迹。火卫一不是人造卫星。当火卫二的照片经过计算机衬度增强后，结论也是一样。 火卫一和火卫二是最早用近镜头拍摄到的另一个行星的卫星。水手 9 号上的紫外线分光仪和红外线辐射计也对它们进行了观测。我们已能测定它们的大小、形状，以及有关它们的颜色的部分情况。这两个卫星是颜色极深的天体——深得比你现在所在的房间里可能有的颜色最深的东西还要深。确实，它们属于太阳系中颜色最深的天体之列。因为别处几乎没有一个天体颜色有这么深，我们希望能对它们的组成推断出某些结论。它们全都至少被一层薄薄的细粉末状物质所覆盖。它们为早期太阳系的碰撞过程提供了重要的线索。我相信，我们所看到的是一种因碰撞而自然选择得到的产物。在此过程中，有许多碎块从一个更大的母体上碎裂下来，而我们所看见的只是剩下的两块：火卫一和火卫二。火星的两个月亮同的又是校测火星碰撞的重要参考天体。火卫一、火卫二和火星很可能在太阳系的同一地区已经呆了很长很长的时间。总的来说，火星上一定尺寸的撞击坑的数目要比火卫一和火卫二少得多，这就提供了重要的资料，说明在火星上存在侵蚀过程，而在没有空气和水的火卫一和火卫二上并没有侵蚀作用。 由于现在我们已经拥有第一批有关这些天体大小和形状的宝贵资料，又由于我们现在有充分理由认为它们具有普通岩石的典型密度，我们就能够推测，如果我们站在比如说火卫一上，我们会看到怎样的景象了。首先，离火卫一不到六千英里远的火星，将占据火卫一上面的一半天空。火星的升起会是一种极为壮观的景象。最终在火卫一上建造一所天文台来研究火星可能是一个不坏的主意。我们从水手 9 号得知，火卫一和火卫二都和我们的月亮一样，在绕火星转的过程中总是以同一面向着火星。当火卫一位于火星处于白天的那半球上空时，火星的红光可使火卫一上的人在晚上还可借以看书。 由于火卫一和火卫二的体积很小，它们的重力加速度极低，它们的引力也不大。火卫一上的引力仅为地球引力的千分之一。如果你在地球上原地跳高能跳二、三英尺，那么你在火卫一上就能跳到半英里高。用不着跳很多次你就能绕火卫一跳一圈。而且跳起来的动作很优美，慢慢地划一个弧形。要化许多分钟才能达到自我弹射的最高点，然后再轻轻地落回地面。 更为有趣的可能是在火卫一上打球，比如说打棒球。发射一个物体进入绕火卫一运行的轨道所需加速度仅为每小时 20 英里左右。一位业余投手轻而易举地就能把一只棒球发射到绕火卫一运行的轨道上去。脱离火卫一的逃逸速度仅为每小时 30 英里，一位职业投手很容易达到这一速度。从火卫一逃逸出去的棒球仍将在绕火星运行的轨道之中，从而变成一个人力发射的小月亮。如果火卫一完全是圆形的，一个孤独的宇航员如果对棒球感兴趣，可以发明一种古怪的然而有点慢腾腾的玩法（而棒球运动本身就已经是够慢腾腾的了）。首先，他可以当投手，以每小时二、三十英里的速度用体侧投球法把球平投出去。然后他就可以回家吃饭去了，因为这个球要化两个小时左右才能绕火卫一转一圈。饭后，他再检起球棒，面朝另一个方向，等待他两小时前发出的那个球。一个好的投手很少同时又是好的击手，但在这儿不用担心，击中这个球相当容易。从这个球在地平线上出现一直到它来到我们这位宇航员的身边要化十五秒钟左右。如果他挥动球棒而没有击中，（或者更为可能的是，如果这个球离本垒很远），那末他就可以回家睡两小时午觉，再戴着接手手套去接球。相反，如果他击中了这个飞球，使球得到每小时二、三十英里的速度，他就可回家睡午觉，然后戴上一副守场员手套回来，等待两小时后球从相反的地地平线处飞来。由于火卫一各处引力不完全相同，打起棒球来比我上而所说的要困难一些。并且由于火卫一上的白昼只有四小时左右，因此必须装上灯，或者把棒球游戏适当安排，使所有的投球、击球、接球等活动都在白昼进行。 一、二个世纪以后，可能有人会在火卫一和火卫二上发展旅游事业，用进行这类体育活动吸引游客。但是，在火卫一上打棒球却不能作为我们要到火卫一去的理由，正如（随便举个例子）在月亮上打高尔夫球不能作为我们要到月亮上去的根据一样。科学界对火星月亮深感兴趣的是：它们究竟是俘获的小行星还是形成火星时所造成的碎片。迟早（当然这个“迟早”可能要几百年）会有仪器（然后是会有人）登上火卫一的表面，怀着敬畏的心情仰望着一轮巨大的、从天顶到地平线盖没整个天空的红色行星。 从相反方向看过来，又会是什么景象呢？从火星表面上看起米，巴松的月亮会是什么样子呢？尽管火卫一实际上是一个极小的天体，但由于它离火星这样近，它看上去可能就象一个可以看得清清楚楚的圆盘，其实，火卫一看上去的大小约相当于从地球上看月亮时所看见的一半大小。我们从水手 9 号得知，火卫一只有一面朝着火星，就象我们在在地球上只能看到月亮的一面一样。火卫一的这一面多少就象第 100 页所示。在水手 9 号以前，除了火星人（如果有的话）没有人看见过这一面。 由于火卫一离火星非常近，根据开普勒定律，它绕火星运行的速度较快，大约在 24 小时内绕火星转两圈半。面火卫二则要化 30 小时 18 分才能沿轨道绕火星转一圈，这两个月亮在它们的轨道上旋转的方向与火星绕轴自转的方向相同。这样，火卫二从东方升起，在西方落下，我们根据地球沙文主义来看，一个规规矩矩的卫星就应该这样。但火卫一绕轨道转一圈所化的时间比火星自转所化的时间少，因此，火卫一从西方升起，在东方落下，从地平线到地平线运行 6 个半小时。这不能算真正的“飞驰”，——如果以星空为背景观测一分钟是不太容易觉察它在移动的，但也不能算缓慢了。在火星赤道上，有几个晚上可以看到火卫一在日落时分在东方落下去，然后在黎明之前很久又从西方升起。 火卫一离火星赤道面很近，因此在火星的两个极区完全看不见它。如果我们设想在火星上有智慧生物，研究天文学只可能在赤道地区进行，而不会在高纬度地区。我不敢肯定氦国是否是以前的赤道王国。 佛洛伊德( Freud )⑥曾经说过，孩提时代的梦想能付诸实现的人是最幸福的人。我不能够说我童年时梦想的实现使我的生活变得无忧无虑了。但是我永远不会忘记在一个寒冷的加利福尼亚的十一月，我和喷气推进实验室的一位技术专家维弗卡一起度过的那几个凌晨的小时。就在那时，我们俩成了首先看见火卫一真面目的两个人。 加利福尼亚州政府对我真是体贴入微，他们给了我一张汽车牌照，上面写的是“火卫一”( PHOBOS )。我的汽车开起来不算特别慢，但它也不能够在一天内绕地球开两圈。这个照会牌我很喜欢，我其实宁可要“巴松”( BARSOOM )，但牌照上的字母严格限制在六个以内，因此我的愿望也就只好作罢了。 ① 巴松(Barsoom)是勃勒斯所写小说中的火星人给火星取的名字，详见下文。——译注 ② 珀西瓦尔·洛厄尔，1855~1916，美国天文学家。——译注 ③ 到目前为止，己发现木星有十五个卫星。——译注。扫校者注：截至2002年5月，木星有39个卫星，土星有30个。 ④ 罗马神话的和平女神。——译注 ⑤ 指一种在拍照后可立即冲洗出来的照片。——译注 ⑥ 1856~1939．奥国精神病学家，首创精神分析。——译注 |
|
| 首页 | 版权声明 | 本站导航 | 关于本站 | 联系我们 ©1999-2002 www.OurSci.org,All Rights Reserved. |
