太阳系简史

第1章 我们从哪里来？ 时光魅影 坐落在尼罗河东岸的卡纳克神庙是古埃及帝国遗留的*壮观的建筑之一。这座宏伟的庙宇群始建于3 000多年前，在接下来1 000多年的时间里，先后又经历了30多位埃及法老的改良和扩建。神庙内到处布满了石墙和石柱，上面镌刻着历史文献、祈祷文和详细的宗教礼仪。今天，到此观光的游客可以从导游的解说中了解到这些符号的含义，以及这座神庙的非凡意义。但你可知道，在长达1 500多年的时间里，无人了解这些文字的含义，古埃及文明也因此蒙上了一层神秘的面纱？ 卡纳克神庙的铭文使用的是古埃及象形文字，古埃及象形文字是世界上*古老的文字符号之一。这种图形文字被广泛应用于正式文件和宗教性文本中，但公元前30年埃及成为罗马帝国的行省后，它的使用逐渐减少。到公元4世纪，随着基督教的传入，象形文字逐渐失传。接下来的几个世纪里，学者们一直尝试将它们破译，但始终没有成功。 1799年，拿破仑军队里的一名法国士兵无意间在一个堡垒的旧址中发现了一块灰色的石碑，该堡垒位于埃及一个叫作拉希德（又名罗塞塔）的城镇附近。石碑上刻着以古希腊文、古埃及象形文字和埃及草书（埃及草书比古埃及象形文字更接近近代埃及文字）三种语言书写的宗教宣言。学者们很快翻译出了古希腊文和埃及草书的内容，发现三种语言传达的意思毫无二致。遗憾的是，石碑的顶部缺了一角，象形文字只剩下14行，但事实证明这已经足够了。经过仔细的语言比对和一系列灵感迸发的查证工作后，学者们终于首次破译了象形文字。而就是这块在罗塞塔发现的石碑，成了打开古埃及和古埃及人民珍贵信息宝库的钥匙。 深入研究历史长河中遗留下来的罕见的人工制品有助于考古学家拼凑出人类的发展历史，罗塞塔石碑的故事就是一个很好的例子。过去的证据有时就和卡纳克神庙的石碑一样近在眼前，只待被人们鉴定出来。而更多时候，它们和充满传奇色彩的特洛伊城（位于今日的土耳其）一样，尘封几百年而不见天日。历史的真相往往隐藏在*令人意想不到的地方，就如同遗传密码里记录着人类历史一样。 想要从林林总总的来源里筛选出有用的信息是一项非常庞大的工程。今天科学家们用到的工具和技术无一不是人类几个世纪以来艰难摸索的成果，运用这些工具，人们可以解读过去留下来的线索，从而解释人类的发展历史。考古学和其他科学领域想取得进展，往往有赖于偶然的考古发现（如罗塞塔石碑）、新技术的发明，或者某个天马行空的先觉。尽管困难重重，但科学家们仍然孜孜不倦地探索着一个让所有人都着迷的问题：我们从哪里来？ 科学家对太阳系历史的刨根问底犹如考古学家对埃及沙子的锱铢必较。虽然他们的工作方法和工具各有千秋，但都是为了尽可能多地搜集珍贵的历史遗物，再将新发现与现有信息结合在一起。虽然他们所涉及的空间距离和时间范围不同，但他们讨论的基本问题是一样的：人类从哪里来，是怎样出现在地球上的？过去的世界是怎样的？这些都是他们共同关心的问题。探索太阳系的演化史本身就是一场浩大的考古活动 —— 人类社会出现的前提条件是，我们首先得进化成为人类；要想进化出人类，宇宙中必定得存在一颗围绕长生命周期恒星运动的宜居行星，这样才能出现生命。而这一切能够实现的前提是：太阳系已经在混沌的星际空间中脱颖而出。这一转变是如何发生的，以及科学家是如何将这些前因后果串联起来的，正是本书的主题。 平淡无奇的太阳系 我们先来认识一下今天的太阳系。太阳位于太阳系的中心，它的质量是太阳系总质量的99.8%。它的直径约等于1 400 000千米，相当于地球直径的109倍，远远大于任何一颗行星。太阳只是银河系中一颗普通的恒星，但“普通”和“平均”的含义可不一样 —— 无论从亮度还是质量上来说，它都大大超过银河系中90%的恒星。太阳的寿命约等于100亿年，至今已经过去快一半，它目前正处于稳定而旺盛的中年期。太阳还有几个比较显著的特点。有些恒星具有多变性、特殊的成分和强大的磁场，这些特性太阳统统都没有，这对于地球上的生命来说是一件好事：恒星的稳定性和可预测性可以为生命的繁衍生息提供良好的环境。 太阳的平均密度接近于水，但是它的绝大部分成分是比水还要轻的氢和氦，氢和氦由于太阳引力而紧紧挨在一起。这两种化学元素占太阳成分的98%，其余的2%为其他物质，这样的配比广泛存在于大多数恒星中，也是恒星的重要特征之一。太阳与其他恒星一样由等离子体组成，等离子体是太阳内部一种温度高达数百万摄氏度的带电气体。太阳核心的核反应释放出源源不断的能量，使太阳持续发光，而太阳光是地球以及太阳系其他行星的一个重要热源。 太阳占据太阳系的绝大部分质量，它的强大引力主宰着太阳系其他天体的一举一动。太阳所处的位置接近太阳系的正中心，其他天体都绕着它公转。奇怪的是，太阳的质量如此之大，但它的角动量，也就是转动的惯性却只占了太阳系的2%。太阳的自转速度极慢，自转一圈大概需要一个月。它的组成物质是流动的，不同圈层的自转速度各不相同。推动整个太阳系自转的大部分能量来自绕太阳运行的行星，这一点曾困扰了科学家很长一段时间，而且对太阳系形成学说也产生了深远的影响，这个问题我们会在第3章中讨论。 围绕太阳公转的大行星一共有8个。从太阳的北极点俯瞰，八大行星均按照椭圆轨道逆时针方向绕日公转。它们的公转轨道几乎（但不完全）位于同一个平面上，看上去就像放在同一张桌面上的几个同心圆环一样（见图1 -1）。除水星和火星以外，其他6颗大行星的轨道都非常接近圆形，水星和火星的轨道相对比较狭长，用数学术语来说就是轨道偏心率较大。火星轨道的偏心率是帮助早期天文学家了解各行星运动的一个重要线索，这点会在第2章中展开。