[提要]二十年行星的探险已经大大地增加了对太阳系形成的科学理解；外空间化学奇异的内容使人类感到了它的迷人的魅力。
在人类历史上，20世纪后五十年对太阳系的探险比人类任何其他的单一成就更叫人难忘。
差不多500年前新世界的探险中，许多探险家，像F. 麦哲伦、C. 哥伦布、V. 伽马和A. 维斯布西都留下了闪光的足迹。然而，谈论当代科学探索的奇闻莫过于星际航行。以阿波罗、月球、水手、先锋、海盗和旅行者命名的宇宙飞船已经遨游了太空，使得广阔的宇宙世界变得更加鲜明可见。
人类已经踏上了凹凸不平和荒芜的月球表面，带回了月球的土壤样品；机器人探测器已经在火星和金星着陆，揭示了另一些世界闭塞地区的表面；其它的宇宙飞船已经航行在水星、木星、土星和它们一大群月亮的上空，不断传回使科学家吃惊和注目的照片和数据。尽管，近一百年来许多问题使天文学家感到迷惑，但是现在已可以回答，许多新问题亦有着落。
尽管八十年代末期已没有派遣新的行星使者的计划，但是过去二十年行星研究得到的连续不断的情报已经揭示了外空世界令人惊奇的景象。已经清楚，在太阳以外运动的太阳系原来是这样组成的：
·水星这个没有空气，异常生厌的不毛之地逐日变得干燥，而到了晚上又进入寒冷的黑暗。
·金星如同一个永久不变的热屋，在充满着二氧化碳和硫酸云雾的大气下异常酷热。
·地球是太阳系中仅有的一个具有富氧大气层和大量液体水的行星。它的土地上充满着生机。
·火星在冰河时期就是一个干燥的沙漠世界。那里空气如此稀薄，使人无法呼吸。但水还能以液体形式存在。
·木星是一个被闪电和比地球上更大的对流暴风多次冲击遭到破坏的氢和氦混合的气球。
·土星是个至壮观的冰和石块环绕的氢气球。它是如此的轻，以至于那里如有足够容纳它的海洋，可以浮在水面上。
·天王星是个蓝绿色的球体，它的一头倾斜着，并为九个薄而暗的同心环围绕着。
·海王星是太阳系四个气体星球最远和最小的一个。它是一个寒冷的蓝绿色的世界。由于太暗了，在地球上用肉眼不能看见它。
·冥王星是个很小的、暗淡的由冷冻的甲烷和其他气体形成的凝聚体。它位于熟知的太阳系的最外层，沉重地围绕着太阳运转。
除了这九个周知的行星而外，太阳系还有44个星体为行星束缚着。除了水星和金星，每个行星至少有一个卫星。木星和土星是有权势的君主，它们每一个都统治着15个以上的卫星。太阳系的中心是太阳，它是太阳系光明的缔造者。它的影响远远超出冥王星的轨道。
科学家根据行星的大小和组成把它们分成两类：陆地世界——水星、金星、地球和火星。它们基本是小的岩石球，具有不同的（相当稀薄的）大气层。相反，木星、土星、天王星和海王星是巨大的气体世界（大多是氢气和氦气），它们可能有不太明显的表面。每一个气体星球的大气渐渐地淹没在靠近行星地心受到高温和高压作用的液相和半固相中。冥王星是太阳系中一个奇特的球，它小得不能与木星相比，而又不太像陆地星球。
水星
水星是太阳系最内层的行星。从地球上观看它的表面是困难的，因为太阳耀眼的闪光太亮了。1974年水手-10号飞船靠近水星飞行，第一次也是仅有的一次使科学家清楚地看到了水星表面。1/3的水星表面以高分辨图片拍摄下来，照片揭示出一些清楚的平坦的熔岩岩层，蔓延的山脉、盆地、陷口、隆起和长而深的悬崖峭壁。
像月球一样，水星实际没有大气，在靠近表面只有痕量的氮、氩和氖形成不超过10-9τ非常小的大气压力。科学家推测痕量的气体可能起因于地壳下铀和放射性针的衰变或者行星内部排出的气。水星上有很弱的表面引力（大约是地球的1/3）。在水星上由于缺少足够的大气而造成引人注目的温度变化，尤其是靠近它的赤道地带。典型的一天是以十分低的温度-183℃（90K）开始，当地球已过了50天这里才刚过中午，此时水星温度爬升到427℃（700K）。还没有另一个星球为表面这样高的温度而感到烦恼。
水星几乎没有使大气科学家感兴趣的东西。但这个行星内部的化学组成给行星科学家提供一个难得的魅惑的地球化学和地球物理的谜。根据十亿年前行星是从太阳的星云聚集形成的学说，曾预言，水星是个最致密的行星。虽然水星的体积只是地球的5%，但是假如把地球按水星的大小切成许多块，每一块的密度仅是水星平均密度的74%。水星有一个Fe-Ni的核心，它至少大于行星半径的3/4。这些金属大约占水星质量的2/3，而在地球上金属只占30%。
从水星反射太阳光、雷达波和发射红外辐射的方式，科学家估计它的表面覆盖着细的黑色粉末组成的薄薄的绝缘层。此外，水星上缺少多种挥发性元素和碱金属，而碱金属是地球和月球的重要组成部分。科学家估计，水星地壳的矿物地质结构一点也不像地球上地壳的岩石。十分遗憾，至今科学家还未掌握水星表面组成的任何情报。只有当另一个空间探测器更靠近水星去检验它那荒芜的和为太阳烤焦的表面之后，科学家才能得到有关水星化学组成的情报。
金星
自从地球的使者第一次访问金星以来。金星比任何其他的星球更多的被探测飞船考察。在不少于17个地球使者（12个苏联的，5个美国的）访问金星之后，很大程度上金星还是给人留下神秘的感觉，因为它的表面隐藏在浓厚的，不能透过的云雾下面。
尽管二艘苏联的金星宇宙飞船已在金星表面着陆，并且每艘飞船都发回一组显示金星岩石地面的照片，但是有关表面和地下化学组成的情报仍然是少得可怜。来自苏联登陆船的数据表明金星地壳在组成方面是多变的，某些表面岩石与地球宣武岩相像，而另一些很像地球的花岗岩。还有一些证据表明金星低密度的核心有丰富的铀和钍放射性元素。行星科学家推测金星也有Fe-Ni组成的地心。在地球这个“孪生姐妹”上还没有测出内部磁场。曾经从地球和先锋号轨道探测器上用雷达束绘制这个行星的地形图，但是所得到的分辨率实在太低，不能提供有关猜想的岩层地质构造的真实情况。雷达束的研究已揭示了金星是一个缓慢的波动起伏的世界，只有10%的岩层可以看成是高地。
但是，大气在那里起着真正的作用。在云顶风以每小时360公里的速度绕着这个星球激荡着，只用四个地球日可以转一周。令人惊奇的是在这个高度上空气的运动比行星的转动快60倍。在云层下面包含着另外的异乎寻常的不可理解的行为。从1967年以来，13个宇宙探测器深入到大气层中，然而由于遭遇到无情的热波，最终使所有飞船丧失工作能力。事实上，表面温度比460°C（733K）的金星甚至比水星还热，但与水星相反的是金星表面温度从早到晚几乎不变。
金星大气的化学组成在形成这个难以忍受的热屋已经起了作用。那里空气是由96%CO2和大约30%的N2及其非常少量的SO2，He，Ne，Ar和CO组成。某些云层包含有硫酸的气溶胶和可能的元素硫。云层下面还能检测出痕量的水蒸气和游离的氧。它们在大气层上部含量很少表明在云层里它们可能与SO2反应生成硫酸和硫的颗粒。
火星
火星的大气组成实际与金星相同（CO2和N2）。不过火星的空气比地球更稀薄，只有6—7×10-4巴。二艘海盗登陆船曾降落在火星红色的沙洲上，记录到温度的最低读数是-29℃。这种严酷的条件使水在火星表面不能以液体存在。
已经发现火星是有水的，一部分以水蒸气存在于空气中，但是在南北两极地区大部分水以冰的形式存在，并混有冰冻的二氧化碳。最近的新发现表明，夏季在火星某些区域地下2~3英尺深水可以成液体形式存在。无疑，在火星上液体水的存在更增加了在那里寻找生命的动力。曾有人预言火星应有比地球多六倍的水。
现在，大多数行星科学家相信异常灾祸的泛滥有助于火星表面外形的形成。海盗飞船拍摄的照片看起来像是水冲刷造成的陆地外形：弯曲的、地段，分叉的河道。有人设想，固定在次表面永久的冰霜可以造成水和泥沙的泛滥。另外火星上从大气中转移CO2的唯一办法是借助于冷凝作用。当温度下降，围绕大气中大量CO2冷凝出来，结果使那个区域占大气盥成5%的N2和Ar气变成支配的气体。
火星土壤呈现的红色已确定是氧化铁造成的。已注意到可能是如下两种化合物：γ -氧化铁和δ -FeOOH，这是铁的水合氧化物。在火星土壤未探测到有机化合物，也许火星上有机化合物从未形成过。设想火星表面存在着氧化性制剂，而不利于碳的化合物的形成。
火星上有关生命的重大问题仍然没有什么结果或处于争论之中。
木星
木星的直径比火星大20倍（比地球大11倍）。所有陆地行星与之相比显得相形见绌。它宽广的空间像太阳一样多半是气体。木星基本的成分（89%H2和11%的He）可以与太阳相匹敌。
木星的气体大气层不小于1000公里，在大气层下面是70，000公里深的液氢的海，其一半以下到了木星岩石重叠的地心。在巨大的压力下压缩的氢也许达到1万度的高温，它的行为很像熔化的金属。地心本身深度与地球差不多，但是密度比地球大十倍。那是由Fe和比太阳表面温度还高的硅酸盐混合物
组成。因为地心实在太热了，只能看到岩石重叠地心美丽的轮廓。在这样极端条件下，“固体”和“液体”词汇已失去传统的含意。
木星表面为一系列明暗的色带装饰。从远处望去木星好像一个鱼盆。这是由于不同高度颜色相异的云层造成的。透过这些云层看到不同形状，大小和颜色的斑点在木星表面移动。其中最突出的一个是巨大的红斑。这个巨大的环状物在木星的南半球搅动翻腾，木星云层的奇异色彩和表面搅动的色斑引起了众多行星化学家的关注。至今已提出多种解释，可谓众说纷纭，然而进一步揭开这个秘密还有待1984年美国发射的伽里略飞船的到来。
木星大气层是由气体和颗粒物质组成，除了氢和氦而外，还有可探测的甲烷，氘化甲烷氨、乙烷、乙炔、磷烷、四氢化锗和氰化氢。木星大气的组成是不均匀的，某些气体在特殊的高度视温度不同被分凝。寒冷的云顶（-140K）和热的氢海之间无疑是甲烷、氨、水和其他气体分子的领地，那里闪电可以引发一些反应生成有机化合物。但是生成的任何复杂的有机分子不会存留太长时间，因为“木星是一个自清除的煤炉”。复杂的碳化合物通过大气层沉下时，遇到增加的高温和高压而退化到热稳定的形式。大多条件下又转变成像甲烷那样的简单分子，更复杂的分子由甲烷来形成。木星的有趣的大气化学使身挂奇异色彩勋章的木星君主又披上了一件外衣。
旅行者姐妹飞船在木星最蔚为奇观的发现是爱奥（Io）存在活动性火山，Io是木星最小和最里层的月亮。宇宙飞船的照相机拍了八座火山，当飞船飞过时它们同时爆发。在外空间星体观察到活动火山这还是第一次。Io是太阳系中最奇异的星体。它的红色的表面好像刚出炉的蛋糕，一层固体硫和冰冻的二氧化硫覆盖着熔化的硅酸盐的内层。一个熔化的硫地下海夹在冰冻的表面和内部硅酸盐体之间，好像一块三明治。来自这个硫海的熔化的和气化的物质在火山爆发时可以喷出来。
土星
去年11月份旅行者-1号终于到达了土星。这个被揭开的世界使人感到吃惊的美丽和光彩诱人。
土星比木星还小，还冷和更稀薄的大气层。土星呈现明暗相间的环，外表显得温柔透明，那是因为土星云层更深地淹没在大气层中。土星所独具的壮观和复杂的土星环给人留下更深刻的印象。
像木星一样，土星大气含有94%的氢，但所有的氦只是木星的一半。另外，土星地心有一个隐藏的液氢的海洋，据估计其中存在一个分开的密集富He的相，这可能造成土星大气He的量减少。土星的大气同样含有甲烷、氨、乙烷、乙炔、甲基乙炔、丙烷、磷烷。由于土星大气温度低到90K，大多数氨以冰晶的形式存在。
从化学的观点，飞往土星的旅行者-1号最魅惑的经历是与土星最大的月亮——泰坦（Titan）相遇。Titan在大小上像一个陆地卫星，但是它的相当低的密度使人设想它是由石头和冰组成的。最有趣的是Titan为很厚的难以贯穿的烟雾弥漫的大气遮盖，大气中含有大量的有机化合物。事实上，它是太阳系中唯一具有实在大气的卫星。而且它也是另一个显示出与地球类似外貌的卫星，因为Titan大气几乎全是氮气组成的，相反木星和天王星大气中几乎没有N2气。但是还不能把Titan看成是地球的孪生兄弟，因为Titan带有明显太阳系外层行星寒冷的地方色彩。科学家把它叫做“深冷的陆地星球”。在其表面上，大气压比地球大60%，温度低到93K。这个温度可使甲烷以固、液和气体同时共存。在更高的高度，气温是70K足以使甲烷成冰冻的雾状。低于这个高度的大气中含有的甲烷。因此有可能甲烷分子起到地球上水的那种作用，下甲烷雨，甲烷雪和气化成甲烷气。
Titan大气充其作用好像一个化学生产工厂。这个工厂用甲烷和氮气做原料生产许多产品。除了甲烷以外，旅行者-1号测定的红外光谱指出大气上层的八种其他有机气体组分：丙烷、乙烷、乙炔、乙烯、甲基乙炔、联乙炔、氰化氢、氰。氰化氢是合成氨基酸和核酸的关键性中间体，它曾是地球上生命的前身。最近发现的丙炔腈使科学家高兴得从椅子上跳起来。因为通过丙炔腈和氰化氢可制备与生命有关的嘌呤和嘧啶。无疑，Titan寒冷的环境并不利于生命有机体的发育成长，但是旅行者-1号测定的结果指出在那里有机化学反应确实正在进行。
天王星和海王星
旅行者-2号离开土星之后，将飞往太阳系的边缘。假如飞船在随后的岁月中还能活着和起作用的话，在到达天王星之前还要飞行五年，再花三年时间才能抵达海王星。
那些专门研究外层行星的天文学家不再等待这个勇气方刚的飞船。最近几年，他们对天王星和海王星做着孜孜不倦的观察。当然通过地球天文望远镜观看这些星球模糊不清的图像不能与旅行者这种外空间探测器提供的观察相比。但是还是能得到一些有关它们化学组成的情报。
天王星和海王星是蓝绿色的球，具有大体相同的质量和半径。它们比土星更冷和更致密。这两个星球大气中也含有甲烷，因为这个化合物的吸收带已经在光谱中十分突出地呈现出来。科学家们猜想He、NH3和H2O在那里也是同样存在的。寒冷的温度（大约50—66K云顶）同样使一部分甲烷凝聚，生成稀薄的结晶雾。有人认为Ar结晶的雾可以翱翔在海王星超冷的大气中。事实上，这两个孪生兄弟不寻常的绿色的云是甲烷强吸收带的光学作用结果。甲烷选择性吸收了红光频率，使绿光控制了这个行星的可见光谱。
科学家猜测这两个蓝绿色的球是由大约50%的冰和岩石组成，其余是H2和He，并且在它们地壳深层像木星和土星一样具有惊人高温的液体氢和熔岩的地心。天王星同样有一组环围绕，显得暗淡不那么明亮。
冥王星
最后一个行星是冥王星。自从1930年发现冥王星以来，它在围绕太阳的轨道上只走了1/5。它是非常小的行星，也许“不比天国的雪球大多少”。它极低的密度（2克/厘米3）和低的温度（-55K）使人估计它主要是由冰组成的。一个有关冥王星组成的模型认为：74%水，29%石头和5%甲烷。有人说它“穿着一件霜状甲烷和冰的外套”。
尽管冥王星是那样小，但是1968年发现它还有一个卫星，人们称之为Charon。因为Charon只有冥王星一半那么大，所以某些科学家把它看成半行星。Charon的发现使某些天文学家想到，冥王星以外是否存在第十个行星？因为冥王星轨道并不是太阳管辖领地的终点。正如一位天文学家所说的：“只有我们保持对这些神秘的遥远的星体的好奇心，我们就能更好地发展研究它们的技术”。
[Chemical & Engineering News，1981年59卷32期]