木星上有生命嗎?

【專家解說】：候補的“太陽” 木星難道僅僅是行星嗎?為什么不能把它看作是顆未來的恒星，看作是正在向恒星方向發(fā)展的天體呢?讀者也許會驚訝:這樣提問題是否太荒唐了?本世紀80年代初，前蘇聯(lián)科學家蘇切科夫提出木星也許是顆正在發(fā)展中的恒星這種新見解之后，確實遭到了不少非議。但是，蘇切科夫的意見也并非“空中樓閣”，毫無依據。他的主要觀點是:木星內部在進行熱核反應，它有自己的熱核能源，應該歸到“能自己發(fā)熱、發(fā)光”的恒星類天體里去。 事情真是那樣子嗎? 木星離太陽比地球遠得多，它接受到的太陽輻射也少得多，表面溫度理所當然要低得多。根據計算得出的結果，木星表面溫度應該是零下168攝氏度?？墒?，地面觀測得出來的溫度是零下 139攝氏度，與計算值相差近30攝氏度，這無論如何不可能是由誤差造成的。讓探測器在木星附近進行測量，準確程度理應更高些?！跋闰屨?1號”于1974年12月飛掠木星時，測得的木星表面溫度為零下148攝氏度，仍比理論值高出不少，說明木星有自己的內部熱源。 對木星進行紅外線測量也反映出類似情況。如果木星內部沒有熱源，它吸收到的熱量和支出的應該達到平衡，地球和水星等類的行星的情況正是這樣。木星卻不然，它是支大于入，約大1.5~2.0倍，這超支的能量從哪里來呢?很明顯，只能由它自己內部的熱源予以補貼。 木星是一顆以氫為主要成分的天體，這與我們的地球有很大的差異，而與太陽相似。木星與太陽這兩個天體的大氣，都包含約90%的氫和約10%的氦，以及很少量的其他氣體。關于木星的內部結構，現在建立的模型認為它的表面并非固體狀，整個行星處于流體狀態(tài)。木星的中心部分大概是個固體核，主要由鐵和硅組成，那里的溫度至少可以有30000度。核的外面是兩層氫，先是一層處于液態(tài)金屬氫狀態(tài)的氫，接著是一層處于液態(tài)分子氫狀態(tài)的氫;這兩層合稱為木星幔。再往上，氫以氣體狀態(tài)成為大氣的主要成分。 具有如此結構的天體，其中心能否發(fā)生熱核反應而產生出所需的能量來呢?許多人認為是可疑的，甚至不可能的。況且木星的質量并沒有達到太陽質量的0.07。 比起太陽來，木星確實有點“小巫見大巫”。稱“霸”其他行星的木星，體積只有太陽的千分之一，質量只及太陽的1/1047，即約0.001個太陽質量，而中心溫度也只有太陽的五百分之一。有人認為，這并不妨礙木星內部存在熱源，因為它是在木星形成過程中產生并積累起來的。 前蘇聯(lián)學者蘇切科夫等的意見是頗為新穎的，他認為木星內部正進行著熱核反應，核心的溫度高得驚人，至少有28萬度，而且還將變得越來越熱，釋放更多的能量。釋放的速度也將進一步加快。換句話說，木星在逐漸變熱，最終會變成一顆名副其實的恒星。 我國學者劉金沂對行星亮度的研究，從一個側面提供了證據。他發(fā)現在過去很長的一段歷史時期里，水星、金星、火星和土星的亮度都有減小的趨勢，唯獨木星的亮度在增大。如果前述四行星的亮度減小與所謂的太陽正在收縮、亮度在減弱有關，那么，木星亮度增大的原因一定是在木星本身。劉金沂得出的結論是:在最近2000年中，木星的亮度每千年增大約0.003等。這無異對蘇切科夫等的觀點作了注釋。 此外，太陽不僅每時每刻向外輻射出巨大的能量，同時也以太陽風等形式持續(xù)不斷地向外拋射各種物質微粒。它們在行星際空間前進時，木星自然會俘獲其中相當一部分。這樣的話，一方面木星的質量日積月累不斷增加，逐漸接近和達到成為一個恒星所必需的最低條件;另一方面，在截獲來自太陽的各種粒子時，木星當然也就獲得了它們所攜帶的能量。換言之，太陽以自己的日漸衰弱來促使木星日漸壯大，最后達到兩者幾乎并駕齊驅的程度，使木星成為恒星。 這樣的過程據說大致需要30億年的時間。那時，現在的太陽系將成為以太陽和木星為兩主體的雙星系統(tǒng);也有可能木星在其“成長”的過程中，把一些小天體俘獲過來，建立以自己為中心天體的另一個“太陽系”，與仍以現在太陽為中心天體的太陽系，平起平坐。不管是哪種形式的變化，目前太陽系的全部天體，包括大小行星乃至彗星等，都將有較大幅度的變動。 這種大變遷會帶來什么后果呢?特別是地球和地球上的人類該怎么辦呢?一種觀點認為，事物發(fā)生變化那是必然的，至于是否像前面提到的那樣，木星變成恒星那樣的天體，這只是一家之見，何況還有30億年的漫長歲月呢! 像木星內部結構之類的問題，本來就是一個假說不少、爭論頗多的領域，蘇切科夫等人的觀點只不過使得爭論更加熱烈而已。在目前的觀測水平和理論水平不完善的情況下，像“木星是否正在向恒星方向演變”之類的重大自然科學之謎，不僅現在無法解答，即使是在可以預見到的將來，恐怕也未必能理出個頭緒。它無疑將會在很長的一段歷史時期里，一直成為科學家們孜孜不倦地探討的課題。 木星的衛(wèi)星 在宇宙飛船探測木星之前，人們知道木星有13顆衛(wèi)星?？茖W家們從“旅行者2號”發(fā)回的照片上又發(fā)現了3顆，共有16顆木衛(wèi)。按距離木星中心由近及遠的次序為:木衛(wèi)十六、木衛(wèi)十四、木衛(wèi)五、木衛(wèi)十五、木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四、木衛(wèi)十三、木衛(wèi)六、木衛(wèi)十、木衛(wèi)七、木衛(wèi)十二、木衛(wèi)十一、木衛(wèi)八和木衛(wèi)九。它們都圍繞著木星公轉，離木星最遠的木衛(wèi)九與木星的距離比地球和月亮的距離遠60倍，它繞木星公轉一周需要758天。 木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四于16I0年由伽利略發(fā)現，稱為枷利略衛(wèi)星。1892年巴納德用望遠鏡發(fā)現了木衛(wèi)五，其他衛(wèi)星都是1904年以后用照相方法陸續(xù)發(fā)現的?！奥眯姓咛枴憋w船于1979年發(fā)現了木衛(wèi)十四，1980年又先后發(fā)現木衛(wèi)十五和木衛(wèi)十六。除四個伽利略衛(wèi)星外，其余的衛(wèi)星半徑多是幾公里到20公里的大石頭。木衛(wèi)三較大，其半徑為2631公里。 木衛(wèi)可分為三群:最靠近木星的一群--木衛(wèi)十六、木衛(wèi)十四、木衛(wèi)五、木衛(wèi)十五和四顆伽利略衛(wèi)星等8顆，軌道偏心率都小于0.01，順行，屬于規(guī)則衛(wèi)星;其余均屬不規(guī)則衛(wèi)星。離木星稍遠的一群衛(wèi)星--木衛(wèi)十三、木衛(wèi)六、木衛(wèi)十及木衛(wèi)七，偏心離為0.11~0.21，順行。離木星最遠的一群--木衛(wèi)十二、木衛(wèi)十一、木衛(wèi)八及木衛(wèi)九，偏心率0.17~0.38、逆行。 木星的四個伽利略衛(wèi)星和木衛(wèi)五的軌道幾乎在木星的赤道面上?！奥眯姓?號”對這五顆衛(wèi)星作了考察。 木衛(wèi)五是天文學家巴納德于1892年在木衛(wèi)一的軌道內發(fā)現的，形狀呈卵形?！奥眯姓?號”發(fā)現它為淺灰色，上有一個長約130公里、寬200~220公里的微紅區(qū)域。木星光環(huán)正位于木衛(wèi)五的軌道里。 木衛(wèi)一是16顆衛(wèi)星中最著名的一顆，離木星很近，平均距離約42萬千米。它的體積并不是很大，直徑約3640千米，密度和大小有些類似月球，呈球狀，整個表面光滑而干燥，有開闊的平原、起伏的山脈和長數千千米、寬百余千米的大峽谷，還有許多火山盆地。它的顏色特別的鮮紅，比火星還紅，可能是太陽系中最紅的天體，上空由稀薄的二氧化硫大氣及鈉云所包圍，并有很頻繁的火山活動。旅行者1號探測器在木衛(wèi)一的表面共發(fā)現了9座火山，火山的噴發(fā)高度為70~300千米，噴發(fā)速度平均每秒1000米，比地球火山爆發(fā)大。這些火山不斷地噴出由二氧化硫組成的煙，降落在木衛(wèi)一的表面。這些煙是本星磁層中許多粒子的主要來源，也就是木星磁層中輻射帶最強的部分。木衛(wèi)一是迄今在太陽系中所觀測到的火山活動最為頻繁和激烈的天體，這一發(fā)現給天文學家對太陽系天體的研究提供了新的啟示。 木衛(wèi)二是一顆體積比月球小，但密度和月球差不多，表面非常光滑，被大量的冰覆蓋著，好像是一個冰與奶油巧克力混合而成的大球體。所以從望遠鏡中看是一顆顯得非常明亮的天體。木衛(wèi)二的另一特征是冰面上布滿了許多縱橫交錯、密如蛛網的明暗條紋，很可能是冰層的裂縫。在木衛(wèi)二的表面覆蓋一層50千米厚的海洋，海洋的上面又覆蓋著一層約5千米厚的冰層，也許這就是木衛(wèi)二的表面如此光滑，反照率又這么高的原因。 木衛(wèi)三是木星最大的一顆衛(wèi)星，它的體積比水星大，表面呈黃色，可分為蓋滿冰層的明亮區(qū)和冰上堆積著巖質灰塵的黑暗區(qū)，并有幾處橫向錯開的斷層、線狀地形、互相平形的山脊與深溝。這些線狀地形互相重疊，顯示它們形成的年代不同。因此，天文學家推斷，木衛(wèi)三可能曾經發(fā)生過類似地球的板塊活動。 木衛(wèi)四的表面布滿了密密麻麻的隕石坑，最明顯的特征是一個像牛眼似的白色核心，外面被一層圓環(huán)包圍著，類似同心圓盆地，直徑達600~1500千米。木衛(wèi)四除了坑洞以外再也找不到其他特殊的地形，因而推斷它是太陽系中最古老的衛(wèi)星表面，在很早以前就終止了內部活動。 每顆伽利略衛(wèi)星都有自己的特點，它們的表面、顏色、地殼構造和我們熟悉的行星很不相同。通過對伽利略衛(wèi)星的研究，我們對太陽系有了更新的認識。 1610年1月，大物理學家枷利略用望遠鏡首先觀測到木星的4顆衛(wèi)星，即木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四。后人統(tǒng)稱它們?yōu)榧侠孕l(wèi)星。以后很長一段時間，人們沒有再發(fā)現木星的衛(wèi)星，直到1892年巴納德才發(fā)現了木衛(wèi)五。爾后又陸續(xù)發(fā)現木衛(wèi)六、七……。1974年，發(fā)現了木衛(wèi)十三。1979年， “旅行者”探測器遨游木星時，又發(fā)現了3顆木星衛(wèi)星。這16顆衛(wèi)星連同木星一起，組成了一個龐大的系統(tǒng)，稱為木星系，不少人認為它是一個微型太陽系，對研究太陽系形成和演化的天文學家來說，它是一個令人心馳神往的世界。 木星的4顆枷利略衛(wèi)星和木衛(wèi)五的軌道幾乎都在木星的赤道面上。1979年，探測器“旅行者1號”對這5顆衛(wèi)星一一起進行了考察，其中對木衛(wèi)一的考察尤其詳細，并第一次發(fā)現了地球之外的火山爆發(fā)現象。 木衛(wèi)一離木星很近，平均距離約42萬公里，它的直徑約3640公里，質量為89億億億克。無論從大小、質量以及離行量的距離來看，木衛(wèi)一都和地球的衛(wèi)星--月亮比較相似。木衛(wèi)一的視星等只有4.9等，而且又被木星的光輝所淹沒，因此用肉眼是無法看到它的。 在發(fā)射“旅行者”之前，天文學家就覺得木衛(wèi)一有些奇怪。首先是它的顏色，紅得十分耀眼，比火星還紅，可能是太陽系中最紅的天體。其次，從它的紅外線或雷達的反射特征上來看，在某些年份里，它似乎不斷在在發(fā)生著某種變化。再有，就是不知什么原因，木衛(wèi)一在運行軌道上遺落下一些硫、鈉和鉀的微粒。正因為如此，天文學家對木衛(wèi)一的探測特別感到興趣盎然。 當探測器接近木衛(wèi)一時，發(fā)現它的表面五光十色，這種奇特景象在太陽系的其他星球上是絕無僅有的。木衛(wèi)一與小行星區(qū)相鄰，照理說，它應受到小行星區(qū)散落物的不斷沖擊而變得傷痕累累，斑跡重重，但從“旅行者1號”所拍攝的照片來看，木衛(wèi)一上根本不存在直徑大于1公里的撞擊隕石坑。這就奇怪了。我們知道，在太陽系許多行星和衛(wèi)星表面，隕石撞擊的坑穴比比皆是，尤其是在像水星和月球這些沒有空氣的行星和衛(wèi)星上。我們地球表面上早期也存在著大量的隕石坑，只是由于水、風等因素的長期侵蝕和風化作用，才使許多隕石坑逐漸消逝，但現在仍然可以發(fā)現一些。據有的科學家考證，江蘇的太湖可能就是一個隕石坑。而木衛(wèi)一上很冷，根本沒有流動的水，也沒有稠密的大氣，因此也就談不上水蝕和風化作用。另外，從“旅行者2號”拍攝的照片來看，木衛(wèi)二的外貌有些像月球，即使在低分辨率的照片上，也能分辨出許多撞擊隕石坑。同樣是木星的衛(wèi)星，又處于近乎相同的空間環(huán)境，為什么兩者在地貌上會有如此大的差異呢? 看來，木衛(wèi)一受隕星轟擊是在所難免的，一定是某些更激烈的活動過程毀壞了或掩蓋了隕星坑。不少天文學家想到了這種激烈過程可能是火山，由于經常發(fā)生規(guī)模巨大的火山爆發(fā)，不斷把地下物質帶到衛(wèi)星表面，形成新的表面物質，所以木衛(wèi)一的表面看起來好像是昨天才形成的，十分年輕。 在“旅行者1號”到達木星之前不久，木衛(wèi)一的一種新的能源被證實，那就是斯坦頓·比爾和他的助手們提出的潮汐生熱。在以前，人們幾乎從來沒有重視過這個潛在的巨大能源。根據比爾等人的計算，木衛(wèi)一內部的大部分物質，由于潮汐生熱過程而熔化成為液態(tài)。比爾等認為，木衛(wèi)一上應該有噴發(fā)的火山。木衛(wèi)一內部的硫磺，在表面附近熔化、集中后，在火山的作用下，形成了液態(tài)硫地下海。當固態(tài)硫加熱到大約 115℃時，就會熔化，而且會改變顏色。加熱的溫度越高，顏色就變得越深。假如熔化的硫磺迅速冷卻，又會恢復它原來的顏色。我們在木衛(wèi)一上看到的不同顏色，很像火山口噴出的液態(tài)硫:火山頂端的呈黑色，溫度最高;火山附近形成的河流狀態(tài)硫，呈紅色及桔黃色;遍布在平原部分的硫呈黃色。 木衛(wèi)一本身不發(fā)光，要想直接觀測木衛(wèi)一上的火山爆發(fā)現象，活動火山必須位于衛(wèi)星明暗交界處附近。這樣，陽光可以照亮在黑暗天空背景襯托下的火山噴發(fā)物，即使是“旅行者”探測器也不例外。 1979年3月9日，“旅行者”號飛行控制組的一位名叫莫拉比圖的女工程師，通過計算機強化木衛(wèi)一邊緣圖像時，發(fā)現一股耀眼的煙云正從衛(wèi)星表面噴射出來。不久，她就確定了噴出物的位置正好在一個被推測的火山口上。比爾等人的預言證實了，“旅行者”號發(fā)現了地球之外的第一個活火山。以后又陸續(xù)發(fā)現了8個正處于不同程度的連續(xù)噴發(fā)之中的火山，從而使木衛(wèi)一榮獲“擁有最多活火山的天體”的稱號。 木衛(wèi)一火山爆發(fā)時所形成的羽毛狀“噴泉”，給人們留下難忘而又美好的印象。由于木衛(wèi)一的引力很小，又不存在空氣，使火山噴出來的氣體、塵埃拋得很高，然后緩緩地落下，形成一種對稱的傘形結構。即接近中心的部分密度高;離中心越遠，密度越低，因而稱為傘形羽狀物?？茖W家就是從“旅行者1號”拍攝的8個羽狀物中，獲得木衛(wèi)一上有火山活動的直接證據的。 與地球相比，木衛(wèi)一的火山活動規(guī)模是十分壯觀的。在已經發(fā)現的羽狀物中，最大的一個直徑為1000公里，噴射高度達280公里，僅中央噴流的底部直徑就有37公里。從分布上說，8個羽狀物中有7個集中在赤道±30°左右，而沿經度方向大體上是隨機分布的。據猜測，這種分布可能同木星對本衛(wèi)一的潮汐作用相關。 這些羽狀物有著共同的特征:中央部分有一個暗黑的區(qū)域，噴發(fā)物即由此被拋出，核心部分有一圈不規(guī)則的或圓形的亮環(huán)圍繞著，在亮環(huán)外圍是一片范圍更大的擴散區(qū)域?？茖W家仔細地分析了“旅行者1號”的觀測資料，發(fā)現木衛(wèi)一上的許多區(qū)域都有這種特征。有的火山位于邊緣附近，但沒觀測到羽狀物噴發(fā);有的不是在邊緣找到的，因而更無法判斷是否有過火山爆發(fā)。但不能否認，這些地區(qū)在不久前可能有過爆發(fā)。照這么說來，木衛(wèi)一上的火山活動不僅規(guī)模大，而且所涉及的區(qū)域也是相當廣泛的。 在根據“旅行者1號”觀測資料所繪制的木衛(wèi)一地圖上，可以找到大大小小300多個不活動的火山口，其中直徑大于20公里的有200來個，最大的竟達250公里。它們深淺不一，最深的達1公里，它們在木衛(wèi)一表面上近乎隨機分布。地球的陸地總面積是木衛(wèi)一總表面積的3.5倍，但直徑大于 20公里的火山口一共只有15個左右，相比之下，木衛(wèi)一上火山活動的劇烈程度就不難想象了。 科學家對木衛(wèi)一的一些現象產生的疑惑和不解，隨著木衛(wèi)一上火山活動的發(fā)現而釋然了。 由于經常發(fā)生大規(guī)模的火山爆發(fā)，木衛(wèi)一表面的更新速率非常高，可以“隨時”把撞擊隕石坑掩埋掉。根據觀測估算，由于火山爆發(fā)，平均每年可以在木衛(wèi)一表面覆蓋一層厚約1毫米的物質，所以木衛(wèi)一的表面看起來總是那么年輕。 木衛(wèi)一表面的另一特征就是與火山密切相關的火山流，它們一般出現在衛(wèi)星表面的橙黃色區(qū)域。大部分火山流又長又窄，呈暗黑色，很顯然，它們是從破火山口放射出來的暗流。許多火山流是由硫構成的，硫的熔化溫度較低，再加上木衛(wèi)一地殼的熱導率很低，于是火山流蔓延得很長、很遠，最長可達300公里。由于硫的染色作用，使木衛(wèi)一成為太陽系里最紅的天體。 由于木衛(wèi)一上火山噴發(fā)得非常高，非常遠，以致它們的部分噴發(fā)物可以直接進入太空，圍繞木星運動。處于木衛(wèi)一軌道上的那些微粒環(huán)的來源可能就是這些火山噴發(fā)物。一種意見認為，這些微粒，盤旋著逐漸移向木星，覆蓋了在木衛(wèi)一軌道內側而靠得很近的木衛(wèi)五，遂使木衛(wèi)五也變紅了。照這樣推測，木衛(wèi)一噴發(fā)的物質中，相當一部分很有可能歷盡坎坷最后匯入到木星的環(huán)形系統(tǒng)。 關于火山噴發(fā)的熱源，科學家大都同意比爾等人的理論:木衛(wèi)一處于木星的強大引力場中，可能由相鄰的其他木衛(wèi)的潮汐攝動引起，這與地球上的火山可能靠放射性元素的蛻變，加熱地核這些因素不同。 木衛(wèi)一是迄今在太陽系中所觀測到的火山活動最為頻繁、最為激烈的天體，這一發(fā)現使天文學家對太陽系，特別是對木星系的認識豐富了不少，為今后太陽系天體的研究提供了新的啟示。但是關于木衛(wèi)一火山爆發(fā)，人們還存在著一些至今尚未解決的問題，譬如木衛(wèi)一噴射出來的是富硫的硅酸鹽物質呢，還是一種新型的、完全由硫和硫化物組成的物質? 人類探索木星的情況 為了探測太陽系外圍空間的物理情況，迄今為止，共發(fā)射了4艘宇宙飛船，即“先驅者” 10號、 11號，“旅行者” 1號和2號。它們都肩負著美國宇航局的重大科學考察項目?！跋闰屨?0號”于1972年3月2日上午，一路上考察了行星際物質;1973年12月3日與木星會合，在離木星13萬公里處飛掠而過，探測到木星規(guī)模宏大的磁層，研究了木星大氣，送回300多幅木星云層和木星衛(wèi)星的彩色電視圖像?！跋闰屨?1號”飛船于1973年4月6日發(fā)射，1974年12月5日到達木星。它離木星表面最近時只有4.6萬公里，比“先驅者10號”近兩倍。送回有關木星磁場、輻射帶、重力、溫度、大氣結構以及4個大衛(wèi)星的情況，并按地面指令調整航向，飛越在地面因視角不合適而難于觀測的木星南極地帶?！跋闰屨?1號”在完成任務后，向著土星飛去。1977年8月20日和9月5日，美國又相繼發(fā)射了“旅行者1號”和“旅行者2號”飛船。這兩艘飛船在儀器設備方面比“先驅者”10號和11號先進?！奥眯姓?號”于1979年3月飛臨木星，在3天之內探測了木星和4個伽利略衛(wèi)星，以及木衛(wèi)五，拍攝了數以千計的彩色照片，并進行了一系列科學考察?！奥眯姓?號”于1979年7月飛臨木星，對木星進行了考察。兩艘飛船在離開木星后，還要繼續(xù)探測土星、天王星和海王星，然后飛出太陽系，到茫茫的宇宙中去尋找知音。 伽利略是世界第一架天文望遠鏡的發(fā)明者和 4顆木星衛(wèi)星的發(fā)現者。1989年，美國宇航局發(fā)射了以他的名字命名的一個木星探測器，預定在1995年12月飛抵木星。據說，它是迄今發(fā)射的最復雜、最先進的行星探測器。 科學家賦予“伽利略”探測器三項使命:(1)探測木星大氣層，包括化學組成、同位素比例、木星大氣層垂直結構的輪廓圖;木星大氣層溫度、壓力輪廓圖;木星云層的位置和結構;大氣輻射能的平衡;木星閃電的出現頻率及其特征等資料。(2)木星的衛(wèi)星情況，提供木星系形成與演化的研究資料。 (3)了解木星磁層結構的特征。