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沉没的姆大陆之谜（第6页）

神秘的土星环

伽利略是历史上著名的意大利天文学家，他曾有过许多重大的天文发现。他用很原始的自制望远镜，发现了环绕木星运行的那些新世界——木星的一系列卫星，观测了太阳被木星覆盖时所形成的“掩星”现象，还探索了月亮上的陨石坑。但是，当伽利略在1610年把他的那架望远镜对准一颗行星时，甚至他都大吃一惊。一

这颗行星看上去和太阳系里的所有其他行星都不同。在17世纪的望远镜镜头中，这颗行星是一颗明亮的星星，它的两侧有两颗稍暗的星星紧密相伴——这模糊地暗示着，这颗行星有着壮观的环。

这颗行星就是土星。在发现了土星的环之后，伽利略做了一件和土星一样不同寻常的事。他想把自己见到的壮观奇景告诉给所有人，但在他进一步研究这颗令人迷惑不解的行星同时，他又想为自己的工作保密。于是，他用密码公布了自己的发现。密码译出后，意为“我观察到了由三部分组成的行星最高形式”。

现在，只需要使用在任何百货商店里都能买到的普通天文望远镜，任何人都能比伽利略更清晰地观察到土星的环。然而，土星的环对现代人来说，仍和400年前一样是一个谜。任何初次观测土星的人，都会在望远镜前惊得目瞪口呆。

美国航空航天局艾姆斯研究中心的天文学家杰夫·古奇说：“尽管已过去了这么长时间，我们仍不知道土星的环起源于什么。”天文学家们曾经认为，土星的环是与土星同时形成的——8亿年前，太阳和太阳系中的所有行星均从旋转的星际气体云中聚合而出。古奇说：“但是，近来有越来越多的天文学家意识到．土星的环其实不应该像土星本身那么古老。”

古奇猜测认为，几亿年前——也就是最早期的恐龙在地球上游**之时，土星还没有明亮的环。接着，发生了惊天动地的事——一颗来自太阳系外侧、月亮般大小的天体在从土星附近飞过时，被土星强大的潮汐力撕裂成碎片；或者，一颗小行星撞击了土星已有的卫星之一，也产生了大量碎片。这些碎片包围了土星，最终就形成了今天所见的土星环。

土星的环之薄，简直令人惊奇。古奇说：“土星的环有25万千米宽，却只有几十米厚。如果把它的面积看做是旧金山市那么大，那么它的厚度还不到一把剪刀刃的万分之一。

土星的环为什么会这么薄呢?古奇认为，土星的环最初像油炸面圈那么“胖”，但环中粒子之间的碰撞是非弹性的，随着时间的推移，环就变得越来越扁平，越来越薄了。非弹性碰撞是指像两团泥土碰在一起时那种不产生反弹的碰撞。如果环中粒子发生了较大规模的上下垂直运动，碰撞效应也会阻碍这些运动。这样，环中粒子最终就”定居”在了它们的平均轨道面上，环也就从油炸面圈变成了老式的留声机唱片形状。

至于为什么说土星的环还很年轻，古奇认为有两个理由。首先，土星的环很明亮，还像新的东西一样闪光。这初看有些不可思议，但细想一下随着土星围绕太阳运行，伸展得很宽的土星环会扫**由彗星和小行星碎片组成的太空尘埃；假如土星环比几亿年古老得多，那么长期累积的太空尘埃就会令环变暗。而当今所见的土星环很明亮，因此暗示它并不古老。其次，在土星环的最远区域运行的小卫星会盗取环的角动量。古奇推测认为：“在未来几亿年中，土星环的外半层会朝着土星本身坍塌，而那些被称为‘牧羊星’的小卫星则会被抛向远方。这是一种年轻的动力系统。”换句话说，如果土星环不是这么年轻，上述后果早就该出现了。

也许很难想象，在上述两个理由中，第一个（即明亮的环）比第二个（即角动量）更不确定。古奇解释说：“因为我们还不清楚土星轨道中是否有足够的尘埃来玷污土星环，并让环变暗。”

20世纪80年代早期，当“旅行者”号飞船探访土星时，曾拍下了土星的许多近距离照片，显示土星环中有许多奇怪的现象，包括“棍子”、“辫子”和“波纹”，其中一些“小波纹”呈螺旋状。古奇认为，如果哪位宇航员有朝一日能在土星环中飞行，就会发现这些“波纹”其实是一些不太剧烈的隆起——高几千米、宽几百千米，它们每几天或几周绕土星环运行一圈。这些螺旋形“波纹”是由来自土星卫星的引力拖曳而形成的，而这些卫星正是吞噬土星环角动量的那些“家伙”。

土星环中诸如”棍子”、“辫子”以及不规则“波纹”等的其他怪异现象，目前仍然是谜。其中一些可能是太空岩石钻进土星环时的迹象，另一些则可能是尚未被发现的更小卫星在土星环中“乘风破浪”时的迹象。究竟是否如此，将环绕土星数年的“卡西尼号”应该能找到确切答案。

实际上，我们的太阳系中还有其他大行星也有环，但它们的环远不如土星的环明亮，也比土星环的质量小许多。现在已知，当木星的卫星遭到陨星撞击时，飞出的残片就形成了木星的环。但还无人知道，海王星和天王星的暗色的环是由什么构成的，不过，古奇认为它们也是由小行星撞击小卫星时飞出的残片形成的。

如果古奇的猜测无误，数亿年之后，土星的环将向内塌陷，那时我们的太阳系将比现在逊色一些。也许，那时的人类星际旅行者将在其他银河系里看见数不清的有环行星，反而不再关心土星发生了什么事了。另一方面，也许土星的环确实是银河奇观，遥远未来的超级工程师们将能测量并保存它。

究竟如何，无人知道。我们能确信的只是土星环现在还很可爱。如果它真的正在消失，那就不仅可爱而且珍贵了。所以，千万不要丢掉观测、欣赏它的机会哟!

甲烷谜雾引发的生命猜想

太阳系里的所有行星，除了地球之外，火星可说是公认最有孕育生命潜力的了，可能现在有生命存在，也可能是曾经有过生命。火星有许多与地球相似的特性，例如：形成过程、早期气候史、有水储存，以及火山和其他地质活动等，这些可能正是微生物所需要的。

而另一个经常被列入讨论，认为可能有外星生物存在的，则是土星的最大卫星——土卫六（Titan，或称“土卫六”）。刚生成的土卫六，曾经有利于生命前驱分子形成的环境，有些科学家相信土卫六上曾经有过生命，甚至可能现在就正有生命存在着。

使这些可能性更引人关注的是，天文学家研究这两个天体时，都侦测到一种经常伴随生命出现、与生命息息相关的气体——甲烷。火星上的甲烷量虽不多，但很显著；而土卫六则几乎为甲烷所覆盖。

甲烷来自生物的可能性，不亚于来自地质活动的可能性，就算在土卫六上不是，至少在火星上是如此。这两种可能性以不同的方式解释甲烷的出现，而且都相当合理，这显示我们在宇宙中或许没有那么孤单，不然就是在火星与土卫六的地底下，都有大量的液态水，并且伴随着出乎意料的地球化学活动。如果能够了解这些天体上甲烷的来源与命运，将可以得到至关重要的线索，使我们得以更了解太阳系内甚至太阳系外那些类似地球的天体，包含其形塑过程、演化和生命存在的可能性。

在地球上，火山作用所产生的甲烷占总量不到0．2％，而且经由火山作用所排出的，甚至可能是古代有机体所产生的甲烷。相较之下，来自非生命作用的甲烷，例如工业过程所产生的，就不是那么重要了。因此，一旦在其他类似地球的天体上侦测到甲烷，自然也就提高了该天体有生命存在的可能性

就在2003与2004年，有三个独立的研究团队宣布在火星大气中发现甲烷。美国航天总署（NASA）哥达德太空飞行中心的孟玛（MichaelMumma）带领研究团队，利用位在夏威夷的红外线望远镜与位在智利的双子星天文台南座望远镜，以高分辨率光谱仪侦测到火星上甲烷的浓度超过250ppbv，浓度随着地点而不同，可能也会随着时间而变。

任职于罗马物理与行星际科学研究所的佛米沙诺（VittorioFormisano）与同事分析了数千个搜集自火星快递轨道卫星的红外线光谱，发现的甲烷含量低得多，约0～3．5ppbv。一般行星的平均值约接近10ppbv。后来，美国天主教大学的斯若波斯基（Vladimir。Krasnopolsky）和同事利用加法夏望远镜（CFHT）测量到的行星平均．值约为10ppbv，不过因为讯号与空间解析力不够，他们无法测量到在行星上的变化情形。

孟玛的研究团队正在重新分析他们的资料，想找出为什么数值会有这么大的差距。以目前来说，人们会把10ppbv的值当作是最有可能的，这样的甲烷浓度（单位体积的分子数）相当于地球大气中甲烷浓度的十万分之四。不过，即使是这么低的含量，也仍需要解释。

虽然天文学家早在1944年就已经侦测到土卫六上的甲烷，不过这只是当时发现氮的附加发现，过了36年，氮的发现广泛引起各界对这个寒冷且遥远卫星的兴趣。氮是氨基酸与核酸等生物分子的关键成分，所以大气中含有氮和甲烷，加上地面气压是地球大气压力的1．5倍，可能正提供了生命前驱分子所需的要素，有些人推测，这里甚至可能有生命形成。

要维持土卫六厚重且充满氮的大气，甲烷扮演着具控制性的中心角色。甲烷是碳氢化合物霾的来源，它吸收了太阳的红外线辐射，并且使平流层增温将近100℃，在对流层内，则是氢分子的碰撞使对流层升温20~C。如果甲烷用尽，温度会下降，氮气就会凝结形成液态的雨，大气也因而瓦解，土卫六的特性将会永久改变，它的烟雾和云会消散。看似一直在雕刻着地表的甲烷雨会停止，湖泊、水坑与河流将会干涸。而且，因为掀去了覆盖的面纱，土卫六荒凉的地表将得以**裸地呈现，在地球上可以用望远镜直接看清楚，那么，土卫六将不再具有神秘感，并且成为有着薄薄大气的一颗普通卫星。

要回答这样的问题，第一个步骤必须要得知甲烷产生或由某处逸出的速率，那么，得先反过来测量大气中甲烷减少的速率。在火星地表海拔60千米以上，太阳的紫外线辐射会分解甲烷分子，在较低层的大气，则是水分子会因紫外线光子的照射而分解，形成氧原子和羟基（OH），而使甲烷氧化。在没有补充的情况之下，甲烷会逐渐由大气中消失。

甲烷生命期的定义为，在原有的大气中，甲烷浓度因凝结而降为原本的1／e倍（e为数学常数，约2．7182818284）或约1／3倍时所花费的时间，在火星上是300～600年。甲烷生命期会依水气含量（随季节改变）、太阳辐射强度（随着火星公转而周期性变化）而有所不同。在地球上，相似过程所造成的甲烷生命期约为10年。在土卫六上，太阳的紫外线辐射弱得多，而且含氧分子的数量也稀少许多，因此甲烷生命期可以长达1000万～1亿年（在地质时间尺度来讲仍然算短）。

在火星上，甲烷的生命期够长，风和扩散作用应该有充裕的时间可以使甲烷与大气均匀混合才对，这么一来，甲烷浓度随着地点而改变的这个观测结果，就很令人不解了。这表示甲烷气体可能是来自某些局部地区，或是在某些地区会因土壤吸收而减少。容易和甲烷发生化学反应的土壤，可能就是储存甲烷的地方，它们使甲烷的量加速减少。如果真有这样额外的储存机制在运作，那么这就是让甲烷量得以维持在观测值的一个重要来源。

下一个步骤是要考虑形成甲烷的可能情形。先研究火星是个不错的开始，因为这颗红色行星上的甲烷含量很低，如果一个机制连这么少的含量都无法解释，就更别说要解释土卫六上那么大量的甲烷了。以生命期600年的情形来说，要使全火星平均甲烷浓度维持在10ppbv的定值，每年所产生的甲烷必须略多于：100吨，这大约是地球上甲烷产生率的二十五万分之一。

和地球上相同的是，火山可能不是最重要的因素。火星上的火山已经沉寂了数亿年，而且，如果火山爆发喷发出甲烷，应该同时也会喷发出大量的二氧化硫，但是火星的大气中却缺乏含硫化合物。外层空间来的贡献看来也相当微小，根据估计，每年约有2000吨的微流星体尘埃来到火星表面，其中碳的质量占不到1％，即使这些物质大多被氧化，也只会是甲烷不太重要的来源。彗星的整体质量中，甲烷占约1％，但是平均每6000万年彗星才撞击火星一次，因此，每年彗星所递送的甲烷量大约一吨，不到所需的l％。

双星传奇：天王星＆海王星篇

怪异磁场之谜

在20世纪80年代，“旅行者2号”探测器开始对天王星、海王星进行考察，这使得人们有可能将这两个行星的磁场绘制成图。不过，最后的结果却是非常出人意料。

众所周知，太阳系中的大多数行星都有南极和北极两极磁场。以我们居住的地球为例，其磁极位于极地附近，与地球的南北极存在一个偏角，称为磁偏角，目前二者之间的交角为11．5°。其他许多行星，包括木星、土星和木星的卫星“伽里米德”等都与地球类似。比如木星的磁偏角是10°，与地球相近。

然而，海王星和天王星的磁场与其他行星的情况大相径庭，它们的磁场不是有两个，而是有多个极，而且磁偏角很大，分别是47°和59°。科学家曾提出若干机制来解释这些异常的磁场，但都没有达成共识。

10年前，科学家曾猜想这可能是两个行星的薄外壳循环流动的结果，而这种外壳是由水、甲烷、氨和硫化氢组成的带电流体。2004年3月，美国哈佛大学的天体物理学教授萨宾·斯坦利和杰里米·布洛克哈姆利用一个数学模型检验了这个理论，指出产生磁场的循环层是天王星、海王星的薄外壳，而不像地球那样，是位于接近地球核心的外核。同时，他们还指出：薄外壳的循环或对流运动实际上是行星产生怪异磁场的原因，因为这是行星中存在流动和运动的部分。

换句话说，磁场是由行星中导电体的复杂流动运动产生的，这个过程被称为“发电机效应”。