一一漫游太阳系的火箭送回的情报给科学家提供了关于地球早期历史的可靠线索。
由于能离开地球,我们在地球研究方面就变得更聪明了。宇航员漫游月球并且带回了岩石,不载人宇宙飞行器在火星登陆,探测器进入金星的稠密大气层,以及对于从峻峭多岩的水星到光环围绕的土星这一颗颗行星进行科学研究和摄影,所有这一切都揭示出迷惑人的甚至稀奇古怪的世界,它们犹如科幻小说中的描写一样充满着魅力。
对于太阳系的起源和演化,我们在太空时代比以往任何时期都了解得多。从我们那些进入粗糙而带有敌意的王国的载人与不载人的航行中,我们对我们自己的行星获得了意想不到的深入了解,了解它古老的历史和火山现象,它现在的大气层和将来的气候,甚至生命本身的起源。
美国地质调查所的哈罗德 · 马瑟斯基(Harold Mazurski)说,“我们从这一行星的大家族中看到了地球的概貌。我们可以看到地球与其他天体的相似之处以及它的独特性,独特的东西是液态水和生命。”
以1957年10月4日苏联发射人造地球卫星“斯普特尼克1号”开始的太空时代,证明了那些期待其它地方有生命的人的希望落了空。现在科学家们认为在太阳系中除了地球上有生命外,其它地方都不可能有生命,尽管有些科学家并不完全排除火星上有生命的可能性。这红色行星的大气中大部分是二氧化碳。它的表面如同所有多岩的行星一样,受到含有碳(我们知道这是生命所必需的一种元素)的陨星的撞击。然而1976年那一对海盗号登陆舱却发现火星的土壤中既无生命又无碳。
加利福尼亚州维尤山美国国家航宇局(NASA)阿姆斯研究中心生命科学研究室主任哈罗德 · 克莱因(Harold · Klein)说,“作为科学家,我们不得不说火星上有生命的可能性是非常小的。但是海盗号所发现的事实使得我们有些人要问:从二氧化碳过渡到有机含碳化合物是否如同我们惯常所想的那么容易。这儿有一个实例,使我们有理由相信现在是可以构成有机物质的,然而它们被某些东西破坏了。”
宇宙探险活动虽然并没有在别处发现生命,但为地球上出现生命的条件提供了新的线索。
几十年来,根据斯坦利 · 米勒(Stanley Miller)和哈罗德 · 尤里(Harold urey)于1952年在实验室中所作的实验,地球上的生命被认为是在一种由氢气、甲烷、氨和水汽组成的“还原”气氛中开始的。根据米勒 · 尤里理论,来自太阳的紫外线使这些气体发生反应而生成氨基酸——构成蛋白质的成分。但是现在人们对于这一长期保持的信念提出了质疑。
克莱因说,“我们正从太阳系的其他地方收集有关生命起源时地球环境方面的线索。当今的潮流是反对还原气氛的说法的。”相反,生命看来是在跟现今这种以氧气和氮气为主的大气较相似的气氛中开始的。
那么,最终变成地球这颗行星和上面的生命的那些化学物质的起源是什么呢?也许它们也曾到达过陨星和彗星,这两种星体都含有能够结合成有机分子的元素,有些陨星则含有氨基酸。
这一想法被某些人认为是严肃的,但被其它人认为是稀奇古怪的。产生这种想法的部分原因、是在太空中得到的有关地球的那些比较令人惊奇和兴奋的发现之一——它的不平静的早期历史。
太空和地球方面的研究使我们粗糙地估计出太阳系是在一亿年——宇宙史上一个短暂时期——中形成的。在那段时间内,云集的气体和尘土崩裂又积聚,形成了太阳和它的行星,以及小行星和彗星。仅在一百万年的时间内,太阳系从气云变成原太阳,再变成一个由气体、尘土、岩石和一系列小到巨石、大到高山的物体组成的旋转圆盘。行星都由这些东西构成,到大约46亿年以前,太阳和它的卫星基本上确定了各自的位置。
于是,婴儿时期的地球受到了巨大陨星(行星形成时的残余)的碰撞,这些陨星猛击着地球无生命的硬壳,在上面留下了一些陷坑。陨星雨(其中很多陨星像山那样大)下了约有五六亿年,它们把新物质跟地球表面的旧物质混合在一起。或许就是这样播下了生命的种子。
这种对于地球模糊历史的认识只能来自空间探索。火山的爆发、高山的形成和风雨的侵蚀已使地球远古时期的记录扫除殆尽。但是月球和地球邻近的行星上的地质并不那么活泼,在这些天体的表面可以读到太阳系过去的历史。
NASA的天文学家史蒂芬 · 马兰(Stephen P. Maran)说,“从水星起,向外延伸十亿英里直到土星的各颗卫星为止,我们所访问过的每一颗星体上都密密麻麻地布满了这古代碰撞所留下的伤疤。”麻省理工学院的约翰刘易斯(John · S. Lewis)补充说,“正是我们对其它行星和月亮以及这些星体上的陷坑所作的考察,使我们能够对地球的早期历史作出一些基本的陈述。”
几个世纪以来,对于是否只有地球上才有火山爆发这个问题,学者们只能作出些推测。关于月亮上的陷坑究竟主要是火山爆发的结果还是陨星碰撞的结果,这一争论一直进行到二十世纪六十年代。
结果以压倒之势证明了月亮上的陷坑是由于陨星碰撞而产生的。而那些形成“月中人”的较暗区域的巨大盆地,被证实充满了已经冷却30多亿年的熔岩。当我们靠近火星对它进行观测时,发现上面有年代较近、可能不早于十亿年前的火山爆发的迹象。仉是最令人惊奇并且最壮观的景象要算是Io(木星的主要卫星之一)上的火山了。“旅行者1号”拍摄了Io上七座火山同时爆发的照片,这些火山大股大股地喷射出形似熔融硫黄的物质。
亚利桑那州图森城行星科学研究院的克拉克 · 查普曼(Clark Chapman)说,对这些遥远太空中的火山的研究“使我们增加了对地球的了解。有些研究圣海伦斯山的人是行星地质学家。在行星火山研究和地球研究之间有着一种内在的联系,我认为这种联系势将扩展。”
从其它行星上得到的研究结果所以能帮助科学家们了解地球的原因之一,是物理、化学和数学方面的定律在火星和水星上正如同在地球上一样有效,虽然这并不使人感到惊奇,但是它帮助了那些试图理解我们大气层的复杂作用的人们。
帕萨迪纳加州理工学院的安德鲁 · 英格索尔(Andrew Ingersoll)说,“基本定律是众所周知的,而且它们对于所有的大气层来说也都是一样的。所不知道的是整个大气系统对于阳光、引力、转速、大气质量等外界作用的反应如何。”
我们邻近的那些行星的大气层是显著的各各不同的,而且与地球上的大气也不同。研究一下各种作用以怎样的方式影响这些大气层、可以对于我们周围空气的活动提供新的线索。
—个例子涉及到使用喷雾器的战争。到二十世纪七十年代初为止,地球的大气层一直被认为是清楚地分了层的,在层与层之间几乎没有混进什么空气。
然后密执安大学的托马斯M. 多纳休(Thomas M. Donahue)和哈佛大学的迈克尔 · 麦克尔罗伊(Michael B. Mc Elroy)发现火星大气层里有一股盘旋上升的强涡流,将气体从一层带入另一层,从而得出了这样的结论:在地球大气层里存在着类似的涡流,尽管这股涡流要弱得多。
大约在同时,欧文加利福尼亚大学的罗兰(F. S. Rowland)和马里奥 · 莫利纳(Mario Molina)证明了,用作喷雾器中喷气燃料和致冷剂的氟利昂和另一种卤化碳,会严重地破坏大气表面保护着地球使它不致受到太阳紫外线损害的臭氧层。
只要卤化碳保持在接近表层的地方,就没有危险。但是涡流活动的发现揭示了一种破坏臭氧层的潜在威胁,并且它最终可能危及地球上的生命。美国政府经过广泛调查,并在国内进行了一场严肃的辩论后,限制了卤化碳在喷雾器中的使用。
NASA的罗伯特 · 墨菲(Robert E. Murphy)说,“大气化学的研究工作,大部分是以行星研究为基础的。我们在气象学方面最聪明的见解是在行星和地球之间反复研究,这种反复研究是有效的。”
使人感兴趣的反复研究的一个领域牵涉到气候变化问题。金星的热大气基本上是二氧化碳。由于越来越多地燃烧化石燃料——石油、汽油、天然气和煤,地球大气层中的二氧化碳总量现在正在上升。
这已带来了忧虑:类似在金星上的那种“温室效应”可能会在地球上发展。温室现象,即大气发热,是因为二氧化碳阻碍从行星表面释放热量而产生的。二氧化碳越多,辐射到太空的热就越少,于是大气就越热。
有些科学家已经预言:如果我们源源不断地把二氧化碳放入大气层里,那么或许在下世纪的开始,地球的冰帽就会渐渐地融化,然后海洋可能会上涨300英尺或更多,这样,世界上所有人口稠密的沿海地区都会被洪水淹没。现在还没有人知道那种危险的情景是否真的可能发生或将要发生,但是科学家们正在注意着金星,为推测在我们这颗地球行星上可能发生的现象寻找线索。
从气温的另一方面来看,研究者希望火星能帮助解决地球上周期性冰期的奥秘。这颗红色行星的低气压——比地球稀薄100倍——使得它的表面在今天不可能有液态水。
然而,大多数行星地质学家确信巨大的洪流曾在过去不同时期浸蚀过火星的部分表面,而且大量的水现在正冻结在火星两极的冰帽地带和它的富铁土壤下面。那些会使火星的大气增多并温暖起来,以至于使水能周期性流动的自然力,是否也会使地球的冰期产生水流涨落,是受到怀疑的。
NASA的罗伯特 · 墨菲说,“我们正开始千方百计地来解决气候问题。将来是大有希望的。”
不幸的是,在过去二十年中几乎已成为普通事情的那些壮观的行星探索,在最近的将来几乎已不会再有了。
1981年8月疾驰过土星的“旅行者2号”是美国一艘孤寂的宇宙飞船,现在它正要飞往另一行星。如果它在旅途中能一帆风顺,那么这艘外观丑陋的飞行器将于1986年高高飞过天王星,并于1989年到达海王星。此外,国会只批准了一次行星航行,即伽利略号被安排在1985年飞往木星。
现在看来白宫或国会里对于向任何大胆的新的行星探险进行投资没有什么大的兴趣。长期以来献身于空间研究的许多人认为我们在了解太阳系和了解我们自己这颗蓝色行星方面是做得比较差的。
贝文 · 弗伦奇(Bevan M. French)在NASA的一本新书《会见宇宙》(A Meeting with the Universe)中写道:“我们对所有的行星了解得越多,就能对自己的行星——它过去的地质概况、大气层的情况和将来的气候趋势——了解得越清楚。”
[American Way,1982年6月]