地球起源之谜

骑UFO看外星人

一场宇宙暴力大赛造就了我们的地球家园。一艘大胆的飞行器正在让我们首次看清这场暴力大赛中的一个独特幸存者。“黎明号”对灶神星的探索，颠覆了有关太阳系尤其是岩石行星如地球形成过程的传统理论。

　　大约45亿年前，当地球仍处在形成过程中，而月球还是一颗熔融状态的球体时，一些岩石和冰块正游弋在火星轨道之外。如果不是木星巨大的引力作用让这些岩石和冰块还来不及彼此靠拢就被甩开，那么，它们很可能最终成为行星世界。如果那样，太阳系的行星数量可能会比现在多一些。然而，超过100万个这样的残块留存至今，构成了太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星带。

　　它们是小行星还是行星？

　　小行星带总质量的大约40%都集中于谷神星和灶神星这两颗差点“长”大的小行星上。谷神星是小行星带中已知最大和最重的天体，也是太阳系内已知最大的小行星。谷神星是如此之大，以至于国际天文学联合会在2006年把它升格为“矮行星”，在地位上与冥王星平起平坐。灶神星的个头要小些，但在某些方面它似乎更适合“矮行星”这个称号，因为它与地球、火星和其他太阳系内行星共享许多重要的地质特征。
　　天文学家分别从1801年和1807年起开始观测谷神星和灶神星，他们称它们是“新发现的行星”。当时发现的其他多颗较大的小行星也被认为是“新发现的行星”。19世纪的前20年中，在一些天文学教材中列出的太阳系行星有11颗：现在已知的真正的行星（海王星除外，因为它直到1846年才被发现），再加上谷神星、灶神星、智神星和婚神星（后两者也是小行星）。天文学家继续在木星与火星之间寻找，结果发现了更多的天体，但它们都比灶神星和谷神星小得多。到19世纪50年代，天文学家发现“行星”这个名称看来并不适合它们，于是他们开始称它们为“小行星”（这个术语最早是由天王星的发现者威廉·赫歇尔在1802年提出的）。
　　使用当时的望远镜，行星被辨识为小球体，而小行星的个头太小，只能被辨识为光点。事实上，直到最近，谷神星和灶神星还完全没被探测过。它们是太阳和海王星之间从未被人类探测器造访过的大质量天体。

　　2007年9月，美国宇航局用“德尔塔2型’，火箭把‘黎明号”飞行器送入太空。之所以起名“黎明号”，是因为科学家希望借助它近距离观测谷神星和灶神星这两个来自太阳系发端时期的残块。2011年夏季，“黎明号”进入环绕灶神星的轨道。2012年8月底，它离开灶神星，开始了为期两年半的寻访谷神星之旅。
　　根据“黎明号”的探测结果，一些科学家现在称灶神星是太阳系中“最小的行星”。历史仿佛开始倒转。不仅如此，“黎明号”的观测正在转变我们对地球及其他内行星（火星、水星和金星）从太阳系最初混沌中诞生过程的了解。

　　小行星带之旅

　　经过4年、20亿千米的漫长旅途后，“黎明号”于2011年7月抵达灶神星。科学家无需守在电脑前面焦急等待数据更新，也无需细调飞船轨道，这都归功于“黎明号”上的创新性离子引擎驱动系统（请参见相关链接《离子引擎》）。对于常规飞行器来说，在一段行星际飞行的终点，它们必须点燃强力火箭来减速和进入轨道。但对于像灶神星这么小（直径仅为560千米）的天体来说，这一过程尤其具有挑战性——如果速度太快，飞行器就会直接飞过小行星。“黎明号”在离子引擎稳定、柔和的推力下，按照飞行工程师设计的、逐渐与灶神星环绕太阳的轨道相匹配的轨迹接近灶神星。“黎明号”接近灶神星时的速度可谓非常缓慢——不是每小时上万千米，而是每小时大约i00千米。正因为飞得如此缓慢，它才可能被灶神星的微弱引力轻轻“抓住”，从而进入灶神星的轨道。事实上，“黎明号”只需持续旋转着环绕灶神星，就能在引力作用下越来越靠近并最终进入灶神星的轨道。
　　一当“黎明号”成功抵达谷神星，就意味着竖立起又一座里程碑：飞行器首次到达一个天体，环绕它，然后离开，再去环绕另一个天体。这类行星际空间导航在科幻小说中很常见，但现实中此前还从未尝试过。
　　值得一提的是，美国宇航局当初差点因经费问题而取消“黎明号”任务，是科学家的据理力争挽救了它。因此，对科学家来说，一次旅行就能近距离探测两颗太阳系中最大的小行星，这简直就是梦想成真。

　　灶神星的暴烈历史

　　“黎明号”很近距离地检视它的目标。在它与灶神星之间的最近点，它每4.3小时就环绕灶神星一圈，最近距离仅170千米。
　　“黎明号”搭载的相机拍摄的图片揭示，这个小小天体的地貌实在惊人：有高山、峡谷，还有穿梭整个赤道地区的地槽。灶神星的最惊人地貌是一个巨大的陨击坑——瑞亚希尔维亚，哈勃空间望远镜在1997年首次很模糊地观测到了它，而“黎明号”则看清了它的细节。瑞亚希尔维亚的宽度近500千米（占到灶神星直径的90%），几乎占满了灶神星的整个南半球，相当于地球上的太平洋。在陨击坑的中心矗立着太阳系的第二高山，高度超过22千米，仅次于火星上的奥林匹斯山。灶神星的微弱引力导致了如此高峰的存在，而在地球上这样的高山肯定会被自身重量压垮。
　　维内雷亚坑是灶神星上更早期的一个巨大陨击坑，直径为400千米，它的部分已被瑞亚希尔维亚坑抹掉。形成这两个陨击坑的巨大撞击力量，创造了环绕灶神星表面大约2/3的最大地槽，几乎将灶神星一分为二。这个巨大地槽的长度大约是390千米，宽度大约是_3g千米。两个陨击坑抹掉了灶神星赤道以南的所有更古老的表面特征。
　　科学家推测，瑞亚希尔维亚坑见证了灶神星所经历的最严重的、令它“命悬一线”的撞击事件。灶神星遭遇的撞击堪称不计其数，但它还是几乎完整地“活”了下来。根据最新分析，10亿年前，一颗直径约为20千米的小行星撞击灶神星，形成了瑞亚希尔维亚坑。这次撞击撞出的物质足够填满400个美国的大峡谷，其中大多数被抛向太空，成为流星体（小型的在轨岩石）。1000万年后，部分流星体坠落到地球上。迄今地球上发现的所有陨石中有大约6%来自于灶神星。实际上，地球上已发现的来自于灶神星的陨石比来自于月球的还多。 　　地球上的灶神星陨石样本直到1970年才被首次辨识。当时，科学家在研究从灶神星表面反射的光线时发现，其光谱（光谱能揭示存在的矿物质）与地球上的一类特殊的陨石完美匹配。研究最终证明，这类陨石同属于一个家族——灶神星族。之后，科学家着手调查灶神星族并得出惊人结论：就像地球一样，灶神星也拥有分层的内部结构——拥有地壳，甚至可能拥有铁核（光谱研究揭示，灶神星存在玄武岩矿物质，这些矿物质是在岩石熔化状态下形成的，岩石不断地熔化、冷却，必定会产生分层结构）。
　　在此之前，科学家一直认为只有行星大小的天体才可能拥有分层结构——只有广泛的熔融才可能让铁沉降到年轻行星的中心，让轻质的地壳矿物质漂浮到顶部。而小行星个头太小，无法产生熔化岩石所需的高温高压，更何况小天体的冷却比大天体快，小行星会更迅速地丢失它们在形成时期所累积的热量。灶神星光谱和灶神星族则暗示：灶神星在某个时期呈熔融状，这让它的所有的铁分化并向内沉降。

　　太阳系形成的全新理论

　　通过测量“黎明号”和灶神星之间的引力交互，天文学家以99%的准确度算出了灶神星的密度，为每立方厘米3.46克（地球为5.52克）。根据这一密度，天文学家进一步确定灶神星的铁核半径为110千米。那么，小小灶神星如何能产生足够的热量来铸造铁核呢？关键在于热源。科学家追踪灶神星的热源，触发了又一个科学破案过程——破解地球起源之谜。
　　大多数科学家现在相信，太阳诞生于充满其他年轻恒星的气体和尘埃云。一颗邻居恒星爆发，将自己的残骸散布到太阳系中，当时恰逢太阳系首批原行星开始生长。这场超新星爆发产生了铝26和铁60，这些元素分别在70万年和250万年的时间里衰减，暂时性地产生了大量能量。科学家认为，如果灶神星等天体的形成恰逢其时，那么超新星材料就会被它们俘获到自己的内部，加上其外部有某种隔热材料，由超新星材料产生的热量就足以熔化小天体内部。如此看来，灶神星基本上就是一颗残余的原行星，和40多亿年前融入地球及其他岩石行星的大量小天体没有两样。
　　基于“黎明号”对灶神星的观测，科学家认为他们现在终于弄清了地球起源之谜——地球和其他行星实际上是太阳系中第二代完全演化的天体。换句话说，地球是“吃星之星”，是通过吞噬成千上万颗已经有内核的微行星而形成的。作为那个时期的遗骸，灶神星是地球“吃星”的见证者。地球甚至无需制造自己的内核，它只需压缩其他天体的内核就能得到自己的内核。或许只有气态巨行星—一木星、土星、天王星和海王星，才是通过自力更生自主形成的。
　　地球之类的行星把自己构建在结束演化的灶神星之类的小天体之上——这就是有关太阳系尤其是岩石行星如地球形成过程的全新理论，它彻底颠覆了传统模式。这种对太阳系行星形成过程的诠释，可能也解释了其他恒星周围行星的诞生机制。



　　下一个目标：谷神星
　　“黎明号”的下一个探测对象是谷神星。谷神星是小行星中最大的一颗，在“黎明号”到达它之前，它是～颗比灶神星还神秘的谜星。与干燥的岩石天体灶神星相比，它更像是木星、土星、天王星和海王星的冰卫星（请参见相关链接《谷神星：生命之星？》）。
　　对于谷神星，天文学家能够确信的信息少之又少，但基于间接证据，他们猜测谷神星是黏土和冰的世界，其表面之下可能存在真正的海洋，其中保留着太阳系形成时期状况的线索。“黎明号”预计于2015年2月抵达谷神星附近并开始详尽测量。在此之前，无人能肯定谷神星的组成和结构。
　　“黎明号”于2012年8月离开灶神星，它离开的方式和到来的方式完全一样。地面控制中心只需把处在低轨道中的“黎明号”的位置提高，让它的飞行速度稍稍加快到刚好能克服灶神星微弱引力的程度。在此过程中，“黎明号”非常平稳，没有任何摇晃。它平静地道别灶神星，然后缓缓退却，转而踏上前往谷神星的征程。
　　离子引擎
　　为“黎明号”提供动力的离子引擎曾经只存在于科幻作品中，但最近这项技术成熟到了可用于真正的行星际飞行的程度。过去10年来发射了数艘离子驱动的飞行器，而“黎明号”是其中最为雄心勃勃的一艘。
　　常规的化学火箭通过合并燃烧可燃化合物和向太空喷射所得炽热气体来提供推力：气体往后面喷射，推动火箭前行。“黎明号”的引擎与此完全不同，它使用电场加速带正电的氙气离子束，离子束以高达每小时15000千米的速度喷射出飞行器。化学火箭的推进能量储存在燃料自身，而“黎明号”从两张太阳能电池板获取能量加速氙。也就是说，离子推进不受飞行器上存储的能量多少限制，只要有阳光就有推进力。也正因此，离子引擎的效率比化学引擎高出10倍。常规飞行器前往灶神星需要25盹燃料，而“黎明号”发射时只携带了不到450千克的氙，这已足够它在灶神星轨道外再转一个16亿千米的大圈而前往下—个目的地——谷神星。
　　“黎明号”的整个飞行轨迹都是由它的不同寻常的引擎决定的。由常规火箭驱动的探测器，在整个一次任务期间燃烧宝贵燃料的时间不超过几小时，这经常发生在制动入轨期间，在余下的时间里探测器只能依靠惯性巡航。而“黎明号”的引擎几乎可以连续不断地运作，因此它可以优雅的姿态缓慢扩大自己的轨道。
　　谷神星：生命之星？
　　在“黎明号”到达之前，科学家对谷神星的大部分了解都源自对它的密度和质量的间接测量。密度暗示谷神星的含水量很高，谷神星的形状则与硅酸盐内核和冰与水的外层吻合。科学家据此推测，谷神星是一颗含水量很高的原行星。谷神星的直径大约是500千米，其中约100千米可能是水。
　　“黎明号”搭载的相机将调查谷神星超过80%的表面，绘制分辨率达数十米等级的地貌图，这相比于现有的几乎毫无特色的望远镜图像（下图）来说将是巨大的进步。地球上没有任何陨石能与谷神星联系起来，因此它的表面组成情况至今未知，但天文学家估计谷神星由含水矿物分层，两极可能覆盖着冰霜。水的存在暗示谷神星或许有生命，因此“黎明号”将在远离谷神星至少680千米的地方探测它，目的是尽量避免由“黎明号”无意中携带的地球微生物污染这个纯；争的世界。“黎明号”将无法确定谷神星是否存在生命，但它将让天文学家一瞥太阳系演化过程中缺失的重要一环。