内行星之谜(上)

在靠近年轻太阳很近的地方，四个世界（水星、金星、地球、火星）诞生了，其中每一个都具备承载生命的条件。虽然太阳系中有大量地方存在可居住条件，但这四个故事却具有惊人的开端。

46亿年前，太阳诞生仅几百万年后，太阳周围并没有可见的世界崛起，而只有太阳形成后留下的、由尘埃和气体组成的巨大云团。在接下来的数千万甚至上亿年中，引力将这些残骸吸引在一起，形成首批行星胚胎。这些胚胎变成最靠近太阳的四个行星世界，这些行星的故事被太阳的命运主导，其中每一个的可居住性都增加或减少。今天，被烧焦的水星以极近的距离环绕无情的太阳。在稍远一点的地方，稠密的大气层将高温的金星裹住。在更远的地方，冰冻的火星是一个荒凉世界。在这四个世界当中，只有一个拥有卓越的开端。

这个世界就是地球。地球是一个非常特殊之地，拥有正好适合生命的条件。我们所知的生命依赖液态水，而只有地球有能力在漫长的岁月中保留液态水。这就是地球的卓越之处。地球是太阳系中唯一拥有生命的行星。不过，虽然在今天的太阳系中地球看起来很独特，但我们不能只注意一个很小的时段和一个很小的空间。太阳系中有大量地方曾经、现在或将来可以居住。然而，今天的太阳只钟情一个可居住的世界——地球。那么，为什么只是地球而不是其他行星？让我们离开蓝色地球去探索我们的姊妹行星，我们会发现很惊人的一点：我们的岩石邻居并不总是如此充满敌意，它们曾经也具有接近地球的生命条件。那么，究竟发生了什么事？

水星可能原本不在这里

最惊人的是水星。距离太阳5800万千米、直径4880千米的水星充满奥秘。在太阳系的4颗岩石行星即水星、金星、地球和火星当中，直到最近水星都被探索得最少，理由很簡单——水星距离太阳太近，要想进入环绕水星的轨道难上加难。2004年，美国宇航局“信使号”飞行器踏上飞往水星之旅。直线飞往水星是不可能的，直线飞的话飞行器就必须达到很高的速度，这样一来飞行器就需要很多燃料才能让自己在进入轨道时减速，而搭载如此大量的燃料是不现实的。于是，“信使号”从一颗行星飞到另一颗，运用行星引力为自己减速，旋转着向目标靠近。为此，“信使号”一次飞近地球，两次飞近金星。但即便如此，“信使号”接近水星时的速度依然太快，最终它不得不三次飞近水星，飞近速度一次比一次低。

2011年3月18日，在经过近7年的精准飞行后，“信使号”终于安全进入环绕水星的轨道，开始绘制水星表面地图。“信使号”在轨道中拍摄的第一幅水星照片，非常符合科学家对水星表面情况的预计。但这一次先驱旅行导致科学家对水星形成理论彻底改写。水星是太阳系中陨击坑最多的行星，水星表面许多令人不解的特征揭示了水星的狂暴历史，例如它的奇异轨道和慢得离奇的自转——水星绕太阳两圈，才相当于水星上的一天。换句话说，水星的一天等于两年。

更奇怪的是水星核很大。水星基本上是一个外层有很少量岩石的金属球。在太阳系四颗岩石行星中，为什么只有水星如此？“信使号”入轨后发回地球的水星化学数据，让科学家大吃—惊—一“信使号”探查到了大量挥发性化学元素，例如硫和钾。而在这么靠近太阳的地方，是不应该有这么多挥发性元素的。这些元素会进入岩石，但在高溫下会挥发。大量有关水星形成的理论没有预测到水星上会存在大量挥发性元素，科学家立即意识到这些理论是错误的。“信使号”对水星的探索，可能表明了太阳系故事中一个新的转折点。

45亿年前，刚形成不久的年轻水星仍然处于狂暴形成过程中的高温下。渐渐地，富含挥发性元素的水星壳形成了。如果水星当时很靠近太阳，这些元素就很可能在岩石变硬之前挥发掉。那么，今天的水星为何会大量存在挥发性元素？事实上，经过太阳系的漫长历史，行星轨道和位置才变成现在这样。也就是说，当初行星轨道和位置和现在的不一定相同。有一种可能性是，水星并非形成于它目前所在之地，而是形成于靠近其他行星的地方，甚至有可能形成于金星轨道和地球轨道外。但如果真是这样，水星又怎么会沦为今天所见的被太阳烤焦的奇异小东西？

科学家对此还不十分清楚，但已经有一些理论。“信使号”对于水星表面挥发物和水星巨大内核的探测结果，为一种有趣的新理论提供了依据：水星有可能形成于比今天它距离太阳远很多的地方。当时这个地方有几十个行星胚胎在竞争行星席位，年轻的地球也正在这里形成。在一片混沌中，有可能某个大天体把水星推出原来的轨道，推向太阳附近。在此过程中，水星与另一个行星胚胎发生碰撞，大部分水星壳和水星幔被撞掉。被撞掉的材料形成早期金星的一部分。只剩下金属核的水星继续朝着太阳而去，最终进入今天它所处的奇异长椭圆轨道，从而躲过被太阳完全湮灭的厄运。

由于对水星真实情况的惊人揭示，“信使号”正帮助科学家全面改写水星形成理论。在“信使号”探测水星之前，科学家根本没有意识到水星历史会这么复杂而又有趣。令人遗憾的是，在探索水星4年后，“信使号”用于修正自己轨道的燃料耗尽。“信使号”最终坠毁于水星，为这个因为距离太阳太近而其上所有生命希望都己被抹去的小小世界增添了一个小小陨击坑。然而，距离不见得能帮助一颗行星避开太阳的威力。

极高温金星曾经有海洋

在水星轨道外4800万千米、距离太阳1.08亿千米的地方，直径1.21万千米的金星看起来与地球更像。但金星被云层彻底笼罩。金星距离地球近，所以古人很早就知道金星的存在。但因为看不穿金星云层，所以金星对古人来说非常神秘。早期科学家已经料到金星有大气层，还想到了金星在地球天空中如此明亮是因为云层完全覆盖金星。过去的科幻作家着迷于一种想法—金星表面有闷热、潮湿的热带丛林。如此看来，金星会不会是隐身云层下的另一个地球？科学家曾经对金星的可居住性非常看好，甚至第一批金星登陆探测器被设计来适应掉在水面上。

20世纪六七十年代，苏联向金星发射了一系列登陆探测器。其中，1961年发射的“金星1号”还未登陆就与地球失去联系。经历多次失败后，1967年“金星4号”再次尝试登陆金星，但在金星大气层中进行测量时失灵。尽管如此，每一次尝试都让科学家更多一点意识到金星的状况根本就不像地球的那么温和，而是非常极端。1975年，“金星9号”终于成功登陆金星，在实施探测不到1小时后停摆。1982年3月1日，“金星13号”开始非常艰险地向着金星表面下降。这艘飞船能忍受在几秒内就能把汽车压扁的高压和能熔化铅的高温。这一天，苏联人拍摄了金星表面的第一张彩照。“金星13号”采集数据共127分钟。

探测表明，金星远远不是一个海洋世界，而是一个彻头彻尾的地狱，金星表面完全不可能存在生命。金星表面温度高达457°C，金星大气压是地球的8g倍，金星大气层中二氧化碳含量高达95.5%。但通过分析金星大气层，科学家发现曾经的金星环境远远不像今天的这么糟糕。今天金星大气层中水含量很低，金星表面根本不可能有水，却有证据表明金星曾经湿润过。通过对金星大气层中氢同位素组成的测量，科学家确信44亿年前的年轻金星存在大量水，甚至很可能存在海洋。也就是說，当时金星与地球很相似——两者与太阳的距离都很合适，因此两者表面都有液态水，有江河湖海。这样看来，年轻时的金星是完全可能支持生命的。根据地球当时的情况，科学家推测金星当时有可能也出现过生命。但金星后来遭遇了什么变故，以至于最终变成一座炼狱？

太阳系行星的可居住性与太阳的历史紧密相关。在这中间，行星与太阳的距离是一回事，太阳的年龄是另一回事。科学家已经很清楚，像太阳这样的恒星会随着衰老而变亮。随着年轻的太阳升温，太阳的辐射平衡也开始改变。金星或许曾有过全球性海洋，但随着太阳温度越来越高，金星表面也会升温。在20亿年里，随着太阳核心的核反应引起太阳升温，太阳越来越明亮。太阳能量输出的增加导致金星表面温度越来越高，越来越多的表面水蒸发变成空气中的水蒸气。水蒸气是一种温室气体。金星表面温度越高，越多表面水转化成水蒸气。空气中水蒸气越多，升自金星表面的热辐射被阻挡回来的也越多。金星云层一天比一天稠密，雨水还未等到落地就己蒸发，最终云层覆盖了整个金星。

1990年，美国宇航局“麦哲伦号”探测器开始在环绕金星的轨道中探索金星。“麦哲伦号”配备了穿云雷达，能看穿金星的稠密大气层。“麦哲伦号”发现，金星表面布满巨大的火山熔岩平原，火山甚至高达8千米。金星表面的一些盾形火山，在太阳系中数一数二。事实上，金星是太阳系中名副其实的火山之都，金星表面分布的死火山数量在太阳系行星中最多。科学家相信，在金星大气层被太阳加热的时期，这些都是活火山。当时火山气体大量进入金星大气层。在地球上，二氧化碳、水蒸气和甲烷等火山气体都是作用很强的温室气体。科学家推测，金星火山气体也不例外。最终，金星到达临界点，失控的温室效应占据上风，导致金星海洋蒸发一空，生命希望随之湮灭。现在金星表面温度甚至比水星还高，是太阳系所有行星中最高的。而随着太阳亮度增加，它的威力被所有类地行星都感受到，火星自然不例外。