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第10章 八大行星之谜(1)

地球之谜种种

导言:地球是人类的家园,理应受到人类更多的关注。但是人类对自己的家园也不是事事明白。作为天体,地球是怎样形成的?地球为什么自转?地球上流动的江河、浩渺的大海中的水又是从哪里来的……无不在让科学家伤着脑筋,不怕有问题,就怕提不出问题,只要提出问题,解决它就有了基础。世上无难事,只要肯登攀!地球形成之谜对于那些热爱我们生活的这个地球的人来说,一定会提出这样的问题:我们生活的这个地球是如何形成的?具有了一定科学知识的当代人,当然不会满足上帝“创世说”这样的答案。实际上,早在18世纪,法国生物学家布封就以他的彗星碰撞说打破了神学的禁锢。然而,人们也许还不知道,随着科学的发展与进步,关于地球成因的学说已多达十几种,它们主要是:

彗星碰撞说。认为很久很久以前,一颗彗星进入太阳内,从太阳上面打下了包括地球在内的几个不同行星。(1749年)陨星说。认为陨星积聚形成太阳和行星。1755年,康德在《宇宙发展史概论》中提出的。宇宙星云说。1796年,法国的拉普拉斯在《宇宙体系论》中提出。认为星云(尘埃)积聚,产生太阳,太阳排出气体物质而形成行星。双星说。认为除太阳之外,曾经有过第二颗恒星,行星都是由这颗恒星产生的。行星平面说。认为所有的行星都在一个平面上绕太阳转,因而太阳系才能由原始的星云盘而产生。卫星说。认为海王星、地球和土星的卫星大小相等,也可能存在过数百个同月球一样大的天体,它们构成了太阳系,而我们已知的卫星则是被遗留下来的“未被利用的”材料。

在上面这些众多学说当中,康德的陨星假说与拉普拉斯的宇宙星云说,虽然在具体说法上有所不同,但二者都认为太阳系起源于弥漫物质(星云)。因此,后来把这个假说统称为康德-拉普拉斯假说,而被相当多的科学家所认可。

但随着科学的发展,人们发现“星云假说”也暴露了不少不能自圆其说的新问题。如逆行卫星和角动量分布异常问题。根据天文学家观察到的事实,在太阳系的系统内,太阳本身质量占太阳系总质量的99.87%,角动量只占0.73%;而其他九大行星及所有的卫星、彗星、流星群等总共只占太阳系总质量的0.13%,但它们的角动量却占99.27%。这个奇特现象,天文学上称为太阳系角动量分布异常问题。星云说对产生这种分布异常的原因“束手无策”。

另外,现代宇航科学发现越来越多的太空星体互相碰撞的现象。1979年8月30日美国的一颗卫星P78-1拍摄到了一个罕见的现象:一颗彗星以每秒560千米的速度,一头栽入了太阳的烈焰中。照片把太阳吞噬彗星的过程清晰地记录下来,12个小时以后,彗星就无影无踪了。

1887年,也发生了一次“太空车祸”。人们观测到一颗彗星在行经近日点时,彗头被太阳吞噬。1945年,也有一颗彗星在近日点“失踪”。

前苏联天文学家沙弗洛诺夫还认为,地球所以侧着身子围绕太阳转,是地球形成一亿年后被一颗直径1000千米、重达1012亿吨的小行星撞斜的……

既然宇宙间存在天体相撞的事实,那么,布封的“彗星碰撞”说的可能性依然存在,这样也就又产生了新的灾变说。

今天,关于地球起源的学说层出不穷,但地球是怎样形成的,仍是一个谜。

地球转动之谜

我们都知道地球在一个椭圆形轨道上围绕太阳公转,同时又绕地轴自转。因为这种不停的公转和自转地球上才有了季节变化和昼夜交替。然而,是什么力量驱使地球这样永不停息地运动呢?地球运动的过去、现在、将来又是怎样的呢?

人们最容易产生的错觉,是认为地球的运动是一种标准的匀速运动,否则,一日的长短就会改变。伟大的科学家牛顿就是这样认为的。他将整个宇宙天体的运动,看成是上好发条的机械,准确无误,完美无缺。

其实,地球的运动是在变化着,而且极不稳定。根据“古生物钟”的研究发现,地球的自转速度在逐年变慢。如在4.4亿年的晚奥陶纪,地球公转一周要412天;到4.2亿年前的中志留纪,每年只有400天;3.7亿前年的泥盆纪,一年为398天。

到了1亿年前的晚石炭纪,每年约为385天;6500万年前的白垩纪,每年约为376天;而现在一年只有365.25天。

通过天体物理学的计算,证明了地球自转正在变慢。科学家将此现象解释为是由于月球和太阳对地球的潮汐作用的结果。

石英钟的发明,使人们能更准确地测量和记录时间。通过石英钟记时观测日地的相对运动,发现在一年内地球自转存在着时快时慢的周期性变化:春季自转变慢,秋季则加快。通过长期观测科学家得到结论,引起这种周期性变化,与地球上的大气和冰的季节性变化有关。此外,地球内部物质的运动,如重元素下沉,向地心集中,轻元素上浮、岩浆喷发等,都会影响地球的自转速度。

除了地球的自转外,地球的公转也不是匀速运动。这是因为地球公转的轨道是一椭圆,最近点与最远点相差约500万千米。当地球远日点同近日点运动时,离太阳越近,受太阳引力的作用越强,速度越快。由近日点到远日点时则相反,运行速度减慢。

还有,地球自转轴与公转轨道并不垂直;地轴也并不稳定,而是像一个陀螺在地球轨道面上作圆锥形的旋转。地轴的两端并非始终如一地指向天空中的某一个方向,如北极点,而围绕着这个点不规则地画着圆圈。地轴指向的这种不规则,是地球的运动所造成的。

科学家同时还发现,地球运动时,地轴向天空画的圆圈并不规整。就是说地轴在天空上的点迹根本就不是在圆周上的移动,而是在圆周内外做周期性的摆动。

由此可以看出,地球的公转和自转是许多复杂运动的组合,而不是简单的线速或角速运动。地球就像一个年老体弱的病人,一边时快时慢、摇摇摆摆地绕日运动着,一边又颤颤巍巍地自己旋转着。

地球还随太阳系一道围绕银河系运动,并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息,这种奔波可能自它形成时起便开始了。

就现在地球在太阳系中的运动而言,无论是加速还是减速都离不开太阳、月亮及太阳系其他行星的引力。人们一定会问,地球最初是如何运动起来的呢?未来将如何运动下去,其自转速度会一直慢吗?可能人们还要问,地球运动需要消耗能量吗?若是这样,消耗的能量又是从何而来?它若不需消耗能量,那它是“永动机”吗?它最初的动力是什么呢?存在着所谓第一推动力吗?

第一推动力至今还只是一种推断。牛顿在总结发现的三大运动定律和万有引力定律之后,曾尽其后半生精力来研究、探索第一推动力。

他的研究结论是:上帝设计并塑造了这个完美的宇宙运动机制,且给予了一次动力,使它们运动起来。而现代科学证明了伟大的牛顿这句话是错误的。那么,地球,乃至整个宇宙的运动之谜的谜底究竟是什么呢?

地球的海水来源之谜

辽阔的海洋,一望无垠,深不可测,占地球表面近3/4的面积,拥有地球总水量96.53%的海水(海水总量为13380亿立方米)。可见,海水是地球水的主体。那么,这众多的水是从哪里来的呢?

过去人们一直认为,这些水是地球固有的。当地球从原始太阳星云中凝聚出来时,便携带有这部分水。起初它们以结构水、结晶水等形式贮存于矿物和岩石之中。以后,随着地球的不断变化,轻重物质的分子便逐渐从矿物、岩石中释放出来,成为海水的来源。譬如,在火山活动中总有大量的水蒸气伴随岩浆喷溢出来。据此,一些人认为,这些水汽便是从地球深部释放出来的“初生水”。

然而,当人们对这种所谓的火山“初生水”进行同位素研究时,却意外地发现,它们是由与地面水十分相似的同位素组成的,从而证明它们实际上只不过是渗入地下然后又重新循环到地表的地面水。近代兴起的天体地质研究表明,在地球的近邻中,无论是距太阳较近的金星和水星,还是距太阳更远一些的火星,甚至离地球最近的月球都是贫水的,而只有地球拥有如此巨量的水,这不能不使人感到奇怪。

科学家对这个现象有着不同的认识。一些人认为,地球上的水,至少是大部分,不是地球所固有的,而是由撞入地球的彗星带来的。最近,美国的一些科学家,从人造卫星发回的数千张地球大气紫外辐射照片中发现,在圆盘状的地球图像上总有一些小黑斑,每个小黑斑大约存在两三分钟,面积约为200平方千米。经过仔细检测分析,他们认为这些斑点是一些由冰块组成的小彗星冲入地球大气层造成的,是这种陨冰因摩擦生热转化成水蒸气的结果。从照片还可估算出每分钟有20颗这种小彗星进入地球。若其平均直径为十米,则每分钟就有1000立方米水进入地球,一年即可达0.5立方千米左右。这样,将有23000亿立方米的彗星水进入地球。这个数字显然大大超过现在的海水总量。因此,科学家们的意见是否可靠,还有待验证。

地球表面70%都是水另一些科学家相信水是地球固有的。他们指出,虽然有证据表明火山蒸汽与热泉水是主要来自地面水的循环,但却不排斥其中可能混有少量真正的“初生水”。据计算,如果过去的地球一直维持与现在火山活动时所释放出来水汽总量相同的水汽释放量,那么几十亿年来的累计总量将是现在地球大气和海洋总体积的一百倍。所以他们认为,其中99%是周而复始参加不断循环的水,但却有1%是来自地幔的“初生水”,它们制造了大海。

有的学者认为,金星、水星和月球上原先并不是没有水,而是有的质量太小(月球和火星),没有足够的引力,致使原有的水全部逃逸;有的表面温度太高(金星),也无法维持水的存在。地球由于条件适中,把原有的水保存下来。因此他们认为,不能从地球近邻目前的贫水状态来推论地球早期也是贫水的。

中国学者董妙生先生在《多四季论》一书中提出“大自然存在多四季规律”的假说。“多四季假说”的中心内容是:地球在椭圆形轨道上围绕太阳公转,形成四季,周期为一年。在它参与太阳系、围绕太阳系和其近星系的质心公转,乃至围绕银河系的银心及更大星系公转时,因为与不同强度的热源距离、辐射角的变化而形成多种不同时期不同程度的大、中、小四季变化。较大四季中包含着若干个较小四季,较小四季的冷暖程度由它处在较大四季的那一个阶段来决定。这个规律对地球适用,对整个宇宙其他星体都适用。并由此引出生物圈周期性地从一个星球转移到另一个星球。按此假说,自地球形成至今的46亿年间,生物圈曾数次周期性地从地球转移到另一个星球,又周期性地像候鸟回归那样循回到地球上来。这其中自然也包括海水的数度干涸和高涨。用此假说,正可以解决以往“天外来水”说和“地球固有”说都未能解决的难题。

然而,假说毕竟尚待检验。海水到底从哪里来还是一个未解之谜。

金星之谜

导言:金星是人类所关心的仅次于月亮的天体,美国和前苏联曾发射飞行器光顾金星,因此人类对金星的了解相对多一些。我们中国现在开始了探月工程,相信探测金星的行动也为之不远。中国一定会为解答这个宇宙问题作出贡献。金星是八大行星之一,按离太阳由近及远的次序是第二颗。它是离地球最近的行星。中国古代称之为太白或太白金星。它有时是晨星,黎明前出现在东方天空,被称为“启明星”;有时是昏星,黄昏后出现在西方天空,被称为“长庚星”。

金星是天空中最亮的星星,仅次于太阳和月亮。在空中,金星发出银白色亮光,璀璨夺目,因而有“太白金星”之说,西方人认为爱与美的女神维纳斯就住在金星上。金星最亮时,亮度是天空中最亮的恒星——天狼星的10倍。

造成金星如此明亮的原因有两点。一方面,是因为它包裹着厚厚的云雾,这层云雾可以把75%以上的光反射回来,反射日光的本领很强,而且对红光反射能力又强于蓝光,所以,金星的银白光色中,多少带点金黄的颜色。另一方面,金星距离太阳很近,除水星以外,金星是距太阳第二近的行星,它到太阳的距离是10800万千米,太阳照射到金星的光比照射到地球的光多一倍,所以,这颗行星显得特别耀眼明亮。

金星离太阳更近一些,绕日公转轨道在地球的内侧,这点与水星很类似。但金星的轨道比水星轨道大一倍,所以,金星在天空中离太阳就要远些,容易被看到。金星被我们看到时,它与太阳距角可以达到47度。也就是,金星在太阳出来前三小时已升起,或者在太阳下落后三小时出现在天空。这样很多地区的人很容易看到它。

宇航时代的开始,意味着金星神秘时代的结束;美国和前苏联前后发射20多个金星探测器,频繁地对金星大气和金星表面进行探测。

首先是前苏联的“金星1号”,这是人类历史上发射的第一艘金星探测飞船,在1961年2月12日升空,但并不成功。

首度成功观测金星的是美国的“水手2号”,于1962年8月27日升空,同年12月14日通过了距离金星34830千米的地方探测金星。

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