你所不了解的行星与小型天体

杜以会

美国伽利略号宇宙飞船1989年从地球出发，1995年飞进木星轨道。木星虽是太阳系外行星里面距离地球最近的一个，但伽利略号太空船光是飞行就超过6年，可见太阳系的外行星离地球有多远。

那么，我们这里所说的太阳系外行星有哪些呢?

我们知道，太阳系除了太阳外，王丕包括绕行太阳的行星、小行星、彗星，以及绕行行星的卫星。

从太阳开始依序往外排列的是水星、金星、地球、火星、小行星带、木星、土星、天王星及海王星。其中，水星、金星、地球、火星是固体行星，属于内行星；木星、土星、天王星及海王星是气态行星，属于外行星。

根据模型计算，不同外行星的内部构造都差不多，里面有一个相当于10～15个地球质量的核心，成分是水、冰及石头。这些核心可能是小彗星在太阳系刚形成时，慢慢累积而成，且其质量与体积和外行星差不多。

1995年，天文界首度证实，银河里有非常多的系外行星环绕其他恒星运行，现已发现200多个，这是相当重要的突破。有一个说法认为，类似天王星、海王星这类外行星循其轨道运行时，如果走到较靠近中间恒星的地方，受恒星辐射加热的影响，表面气体会因为温度上升而散失。当表面温度够高时，冰会融化，表面变成海洋，最后变成与固体行星、气态行星不同的第三类行星“水行星”。如果变成水行星，想必里面的生物圈会很有趣，如果有高等生物在里面形成，会是什么样子呢?

冥王星被除名

地球到太阳的距离在天文学上称为1个天文单位，简称1AU。在海王星轨道外，离太阳约40AU～60AU的区域，有很多由几十到几百公里大小不等的冰和石头混合形成的小星体，称为“古柏带物体”，那里是短周期彗星的来源。

走到更外围，大约3～4万AU的区域是“彗星原乡”，是长周期彗星的来源。由彗星的轨道分布可知，整个太阳系被圆形的彗星河围绕，因此有另一个延伸揣测认为，或许每一颗系外恒星都有彗星河环绕。

在海王星轨道外的冥王星是美国一位天文学家在1930年发现的，美国人很高兴，把它当成第九颗行星。可是最新研究发现，在它的轨道范围附近还有一些大小不一的小星体，若把它们全都当成行星，可能有数万个或更多个行星出现。

这个问题在2006年的国际天文学会中提出讨论，该会为太阳系行星下了一个新定义：“必须是主宰该区域的轨道动力学的主要星体才能定义为太阳系里的主要行星。”显然，冥王星不符合这个新定义，因此，已从行星中除名，现在称为矮行星。

由此还可推断，2005年发现的、比冥王星更远、更大的第十颗“行星”，应该也无法得到认同，因为类似星体在更外围的地方可能还有十多个。虽然目前不了解这些星体是如何形成的，但在太阳系外围发现越来越多小星体后，已经使得科学界对太阳系的看法越来越不一样了。

到欧罗巴寻找生命迹象

对于卫星的认识，早期的人只知道，月球是地球的卫星。

1610年，意大利人伽利略用自制的光学望远镜观测，发现了伊奥(木卫1)、欧罗巴(木卫2)、甘尼米德(木卫3)、卡利斯多(木卫4)等4颗绕着木星转的星体，后来统称为“伽利略卫星”。接着，又发现所有外行星都有自己的卫星。1970年后，人类开始发射宇宙飞船至外行星附近照相，并用不同仪器测量，使得近30多年来大家对于外行星卫星系的观点又大幅改变。

超过6年才飞到木星轨道的伽利略号宇宙飞船，以2年时间绕着木星转，是为观测木星的内部构造、大气层和它的卫星。一个主要发现是：木星的卫星伊奥，其表面的火山活动是全太阳系最活跃的，它很热，表面有斑点(这些斑点应来自活火山的硫磺物质)。活火山产生的大量二氧化硫不但布满表面，还散播到整个木星系统。

有时候伊奥走进木星影子里，太阳光照不到它，照理说宇宙飞船的望远镜也看不到它，可却依然看到亮光。这是因为，木星上稀薄的大气层围着火山口，当火山口喷出的气体碰撞木星大气层的高能带电粒子时，带电粒子受到激发而射出光子，因此有亮光。

欧罗巴是木星的第二颗卫星，表面光滑，当宇宙飞船靠近时可以看到许多条纹。经过移动比对后推测，它的表面可能像地球的南北极一样，曾经有不少冰山在海水上漂浮，因此推测，表层的冰块下应有一大片地下海洋。

这个“欧罗巴底下可能有地下海”的揣测，令行星科学家相当兴奋，他们透过重力和磁场测量后认为，在木星的多个卫星的冰层下极可能有融化的水，而其下面应该是密度较高的地心。可是这些冰层究竟有多厚呢?可能几公里、几十公里，也可能几百公里，没人知道，这使得在欧罗巴寻找生命的研究相当困难。

到泰坦寻找生命起源

美国与欧洲合作的“卡西尼－惠更斯”宇宙飞船在1997年发射升空，2004年6月进入土星轨道，成为绕着土星走的人造卫星，计划以4年时间观测土星的不同卫星。同年12月，由这艘宇宙飞船载运、欧洲太空局拥有的“惠更斯泰坦大气探测船”登陆“泰坦”(土卫6)。由于这艘大气探测船上载运了多种科学仪器，因此，能在泰坦大气层降落过程中得到大量资料，藉以增进对泰坦大气层的了解，这是卡西尼计划的最重要目标。

泰坦的大气层由氮气形成，它也是土星的最大卫星。由于在生命未出现以前，地球大气层也是以氮气为主，因此，要了解地球生命的起源，泰坦相当于一个自然博物馆，可以告诉我们地球在尚未出现生命前的情况。

科学界对泰坦格外感兴趣的原因是，除了氮气外，那里还有一点甲烷，而甲烷加氮经化学作用会产生大质量有机分子，这些分子很可能就是产生生命所需要的。这是探测船为何登陆泰坦的原因。

当年，在筹备“卡西尼－惠更斯”计划时，科学界的想法是：泰坦大气层历经几十亿年受太阳光照射而起化学作用，遗留下来的大分子会像下雨一样沉下去，可能在表面累积一两公里厚。若以泰坦表面的压力和温度推测，累积在表面的物质很可能不是固态而是液态。因此，在发射卡西尼太空船-时，一个主流的揣测是：泰坦表面很可能是汪洋一片。但经实际观测后得知，绝大部分的泰坦表面由冰块组成，有些地域温度低到－183℃。

泰坦大气层接受光合作用后，里面的甲烷经化学作用所形成的复杂分子是气胶。气胶会反射太阳光、吸收太阳光，使得整个泰坦大气层非常不透明，因此，只能用雷达照射才能得到地面构造的影像。一个令人振奋的消息是，卡西尼宇宙飞船的雷达仪器在2006年7月观测泰坦北极时，发现有大小湖泊散布其间，小的宽约10公里，较大的宽约50公里。人类终于发现，在宇宙穹苍中的其他地方也有湖泊的存在。

卡西尼计划的明日之星

当初设计卡西尼计划时，泰坦是主要的目的地，没想到一颗不太起眼

的土星卫星“恩希拉德斯”(土卫2)，反而成为卡西尼计划的明日之星。

恩希拉德斯的直径约500公里，表面有些地方看起来很老，也有很多像弹坑的地方，可能是太阳系形成时遗留下来的；而有些表面非常平滑，表示那些地方仍很年轻。由于整个表面的反射非常亮，很可能表面是由冰组成的。

2005年7月，卡西尼宇宙飞船在飞过恩希拉德斯时距离其表面仅100多公里，用红外线观测温度分布时发现一个奇怪现象：其最高温度不在赤道，而在南极。更有趣的是：其表面有非常细的表形条纹，条纹旁有喷流，喷流里面除了水汽，更有大小约1微米的冰块。这使得恩希拉德斯像个大彗星一样，从地里不断地跑出气体与尘埃来。

至此得到一个结论：恩希拉德斯的表面下可能有融水。最合理的解释是：因为有融水所以有高压，高压造成的喷流，甚至连旁边冰的尘沙也一起带出来。这就表示，距离表面不远处，可能数十米下面便有融水。

过去的看法认为，欧罗巴的冰层底下有融水，因而幻想里面可能有生物，可是冰层到底多厚很难查证。观测恩希拉德斯以后，推测它的融水处可能只在表面下几十米，于是情况变得不一样了，大家对它下面是否有生物的研究兴趣相当高。不过仍有一些问题，因为，它是土星的卫星，比木星更远，大概要再等20年才可能有飞船去那里寻找生物。

没有光合作用也能活

寻找外星生命是天文研究领域中相当热门的活动，然而，地球上许多与生命有关的知识，我们也是最近才知道的。譬如，原本以为一切生物都靠光合作用取得养分，如果照不到阳光，生命就无法延续。但是，海底下数公里的火山口喷出来的水温高达数百度，科学家已在，火山口的地气出口处发现有趣的生物圈。这些生物圈只在海底，地面上找不到，里面的生物靠化学作用取得养分。

另外，在台湾中部车笼埔地震断层2公里下取出的样本中，竟然也有微生物；有些地方钻到6公里下面，仍然找得到微生物。更令人讶异的是，以平均1公斤石头含若干重量的微生物计算，全地球地下5公里以内的微生物总重量，会比地表上所有生物的总重量还重。

把地底下的微生物探样做DNA分析后发现：它们在高温中才能生存，放到低温中会死亡。因而出现一个想法：或许这些地底下的微生物是地球生命出现的第一代生物。也就是说，地球刚形成时表面温度很热，只有这些微生物存活，待地面冷却、海洋出现，温度慢慢降低，它们才退到地底下。

循着这一说法，科学家进一步联想，有可能欧罗巴的地底下、海底下也正发生着类似事件。这些想法令地质生命科学家充满兴趣，而这也是当初美国一些太空科学家想到欧罗巴寻找生命的原因——他们想在冰层很多的地方钻洞，然后放下潜水艇去寻找生命。可是，这个昂贵计划可能遇到阻碍，因为美国太空总署想把这笔经费挪到在火星上寻找生命和推动太空殖民的计划!

火星生命应该在地底下

火星是从太阳开始往外算的第四颗行星；1996年，美国太空总署科学家发现一块火星陨石表面上有一些微细形状，他们推测，可能是火星微生物遗留下来的化石。

过去几年来，许多科学家都在争论这个说法是否正确，姑且不论真相如何，众多科学家、生物学家、大气地质学家对火星发生兴趣，就是这块陨石引起的。火星表面极端干燥，常被大量的沙尘暴肆虐，没有生命迹象。但是很多地方有大峡谷，似乎表示过去有一段时间曾被大量融水冲蚀过。

目前观测到的说法是：火星的大气很少，压力是地球的1％，无法阻挡会破坏DNA的宇宙射线和紫外线，如果有生命存在，应该在地底下。此外，又观测到火星大气层的主要成分是二氧化碳，冬天时，北极区有由二氧化碳形成的许多大小冰帽，春天会消失，到了秋冬又再凝结。如果有融冰。可能藏在南北极地底。

综合这些信息，科学家推测出另一个想法：未来航天员在火星上建立基地后，必须维持生命，因此要找水；若要找水，必须走到极区附近钻洞找水，这时可以附带寻找隐藏在地表下的生命(微生物)。

天文生物学未来无可限量

卡西尼宇宙飞船的种种发现，使得科学家相信到外星球寻找生命的起源与演化不再是幻想，同时更促成“天文生物学”的兴起。

这是行星科学研究领域中一个新的重要学科，它结合了天文太空发展及生命科学的知识，除了探讨地球外，还要探讨别的星球是否也有生命发展的可能性。这个研究领域的未来发展无可限量，有兴趣投入者，除了天文知识外，还需具备物理、化学、生物、地球科学等基础知识。