文：李海宁
在刚刚结束的春假中，许多人选择了出去旅行，去往自己最向往的目的地。目的地也许在地球的另一端，也许就在离家不远的某个地方。无论怎样，极少有人会离开我们脚下的这颗蓝色星球。下个假期，让我们逃离地球的引力，来一场说走就走的行星际旅行，到太阳系的其他大行星上去游历一番吧！
在出发之前，让我们先浏览一下这趟旅程的大致路线。篇首图展示了太阳系的主要成员，相信你一定不陌生。而这次我们要去近距离接触的，就是太阳系里除了地球之外的七颗大行星。
以下内容摘选自书籍《星征程》章节内容
蓝色落日与太阳系珠峰
首先，让我们先朝着远离炎热地带的方向行进。第一站，就是电影《火星救援》里马特·达蒙种土豆的火星！火星不仅拥有极冠 、峡谷和 火山，还有和地球相似的自转速度和转轴倾角，因此呈现出与地球类似的昼夜更替和四季变换，所以我们总是说火星是地球的姐妹星球。不过，地球上有地球人，火星上也有火星人吗？让我们带着这个疑问登上火星吧。
图 1 哈勃空间望远镜拍摄的火星照片
你在踏上火星的那一刻，也许会有点儿失望——这个姐妹星球的长相可真令人不敢恭维：它的表面被富含氧化铁的物质覆盖，呈现出铁锈的红色，然而，这里除了岩石和沙砾，一无所有。火星的大气太稀薄，热量散发很快，液态水蒸发迅速，导致火星表面比地球上最干的沙漠还要干燥，水只能以地下冰层的形式存在，因此在火星上完全不需要雨伞。不过保暖工作还是要做好的，因为火星上的平均温度和地球上南极洲严冬时的温度差不多。
到火星上来，一定不能错过“蓝色落日”。因为大气成分的关系，太阳西下的时候，我们在火星上看到的落日不是橙黄色的，而是淡蓝色的。岩石、土壤和锈尘一直在吹拂干冷的大气层。火星大气非常稀薄，且存在大量尘埃，这些尘埃在大气散射中发挥了重要作用。尘埃会将光向前散射，而且散射红光的角度比蓝光更大，因此当我们站在火星上看落日时，在地平线附近看到的是蓝光，这是阳光穿过火星尘埃大气底层时产生的结果。
如果你喜欢峡谷，那么火星上的水手号峡谷群 一定会让你心满意足。这条太阳系第一大峡谷宽约 200 千米，深约 7 千米，长约 4000 千米，几乎能够横贯整个北美大陆。即便在太空中，它也是火星的一 大醒目标志。对环形山的研究表明，水手号峡谷群的年龄可达 35 亿岁。
水手号峡谷群的成因仍然是个谜团。说是“峡谷”，却不是地球意义上真正的峡谷，因为它的形成并没有流动的水的参与。行星天文学家推测，它是火星壳层力量使表面分裂而形成的。由此产生的裂缝称为构造破裂，在塔尔西斯隆起的各个地方都有发现，水手号峡谷群是其中最大的一条。
如果 4000 千米长的水手号峡谷群对你来说仍然不够刺激，那么跟我来，我们到火星的最高峰——奥林波斯山上去“一览众山小”。这座火山高约 21 千米，约为珠穆朗玛峰高度的 2.4 倍，山脚所占面积比英国还大。它是太阳系中最大的火山兼高山，因此也被称为“太阳系的珠穆朗玛峰”。
火星上的火山为什么这么高？盾状火山是由于熔岩流出和扩张而形成的，其最终高度依赖新的火山支撑自身重量的能力。行星的重力越小，山的重量也越小，山自然就会越高。比如，金星上的麦克斯韦山脉和地球上的夏威夷盾状火山上升到大致相同的高度——高于各自的基点约 10 千米——这绝不是偶然，而是因为地球和金星的表面重力大小相近。而火星表面重力大约只有地球的30% ～ 40%，所以火山上升的高度能达到地球的 2.5 倍。
火星上究竟是否存在或者曾经存在过火星生命呢？要寻找生命，首先要寻找水。如果我们有时间在火星上漫步，只要足够仔细，就能看到径流通道网络和火星古代海洋可能存在的一些痕迹。这些证据强烈暗示我们，在遥远的过去，火星上存在流动的水。而科学家们在火星上发现的“泼溅”撞击坑，也表明这些陨石坑的喷发物曾经是液态的。
多次火星空间和实地探测表明，大部分残留在火星上的水可能是以地下冰的形式存 在的。
意大利科学家更是利用欧洲空间局的火星探测器的雷达，在火星南极极冠下发现了直径约 20 千米的高盐度地下湖，这些液态水的存在很可能会为火星生命的诞生和发展提供条件。
与地球相比，火星的个头儿要小不少。所以，假如能够成功地修建一条环火星高速公路，那么你只要花上两个星期，就能够完成一次环火星自驾游了。如果你厌倦了地球上的风景，觉得珠穆朗玛峰不够高，科罗拉多大峡谷不够长，那么这个红色星球就是你寻找壮美风景的绝佳选择。
灵活的胖子
离开行星际旅行的第一 站——火星之后，继续朝远离太阳的方向前进，我们的目标是：巨行星们！
这个有一只大眼睛的家伙就是木星。木星， 希腊人称之为“宙斯”，在神话 里是众神之王。木星确实无愧于这一称谓，它是太阳系里最 大的一颗行星，“体重”是地球 的约 318 倍。这大概是个什么概念呢？如果把太阳系的另外 7 颗大行星的质量加起来，也 只能达到木星质量的大约一半。
木星是天空中第四亮的自然天体（仅次于太阳、月球和金星）。别看它个头 儿大，却是个灵活的“胖子”。木星的公转周期约为 12 地球年，而自转速度是八大行星中最快的，自转一圈需要约 0.413 54 地球日，这说明木星不可能是固态行星。木星被浓厚的大气包裹着，大气下是液态的“海洋”，它是个液态行星。
木星上一直盯着我们看的“大眼睛”就是著名的“大红斑”（Great Red Spot）。其实这只“大眼睛”是一个巨型风暴，它从 1664 年第一次被发现，一直持续到现在。大红斑不仅耐力好，而且其规模也非同一般，大约可以容纳两到三个地球。大红斑等木星风暴系统对于地球上的科学家还有一个很重要的意义，就是可以让他们在地球上无法实现的环境下研究大气动力学的复杂性。
木星对于我们来说，还有一层非常特殊的身份。在太阳系里，彗星和行星撞击的大型冲突事件大约每 50 年就会发生一次。木星表面曾有一串深色的撞击痕迹，那是一次木彗大冲撞的战斗遗迹。不过，由于木星是一颗液态行星，这一痕迹早已不复存在。但试想，如果没有庞大的木星舍身阻挡，这一串彗星将很有可能越过小小的火星直击地球。所以木星对于地球以及我们这些地球上的生命来说，还扮演着“守护神”的角色。
1610 年，意大利天文学家伽利略第一次将人类的目光投向木星。通过小小的望远镜，他发现木星并不是孤独的，还有四颗小卫星在它周围。这不仅仅是人类第一次发现木星和它的小家庭，更是人类第一次意识到，地球并不是宇宙的中心，其他星球也有围绕着自己转动的天体。
身为“众神之王”的木星统治着一个庞大的王国。根据最新数据（截至2023 年），“木星王国”拥有 92 颗卫星，最大的四颗就是伽利略发现的那四颗，它们也被称作“伽利略卫星”：木卫一（Io）、木卫二（Europa）、木卫三 （Ganymede）和木卫四（Callisto）。这四颗卫星拥有不同的结构，形态、相貌各异，其中最出名的要数个头儿不大的木卫二。
木卫二体积比月球小，但密度和月球差不多。它是一 颗 表面光滑、非常明亮的天体 ，木卫二的表层可能覆盖着一层至少 50 千米厚的海洋，海洋的上面又覆盖着一层约 5 千米厚的冰层，也许这就是木卫二的表面如此光滑、反照率 又这么高的原因。由于液体海洋的存在，有人认为这里可能存生命。继火星之后，木卫二重新燃起了人类在太阳系内寻找生命的希望。
最上镜的星球
离开木星继续远行，就会看到一颗身披美丽光环的星球：土星（Saturn）。 土星是太阳系第二大行星。它也是伽利略 1610 年通过望远镜第一次观察到的。别看它体积庞大，如果你能找一个足够装下土星的大盆，放入水，你会发现它居然能漂在水上！这是因为土星是气态巨行星，它的密度比水还小，大 约 0.7 克 / 立方厘米。
土星最著名的外号是“指环王”，因为它拥有复杂而多变的光环系统 。这些光环并不是连续的，而是分别由不同物质组成。科学家们根据发现的顺序，将这些光环命名为 A、B、C、D、E、F、G 环等。光环盘面随着土星一起绕太阳转动，如果地球上的观测者长时间观察土星环，就会发现随着时间的变迁，土星环呈现出了不同形态和角度。甚至在土星约为 29.5个地球年的公转周期中，有一个极为特殊的时刻——地球恰巧与光环盘面处在同一平面。这时，地球上的人会发现，土星环神奇地“消失”了！
虽然太阳系的美图千千万，但是这张土星倩影我必须强烈推荐。这张照片结合了可见光、红外线和紫外线数据， 由“卡西尼号”探测器搭载的摄像机拍摄。
“卡西尼号”在 2005 年飞到土星身后，蓦然回首之际拍摄了这幅内太阳系的照片。 此图不仅揭示了土星及其错综复杂的光环的精致细节，同时也产生了意想不到的精妙构图：照片底部中心位置的明亮光点是太阳的一部分；在八点的位置，刚好位于最亮光环外侧的点则是一颗暗弱、遥远的行星——地球的反射光造成的斑点。
假如有人为太阳系的天体举办选美大赛，相信凭借这张令人惊叹的照片， 土星一定能夺得“最上镜奖”。
和木星一样，巨行星土星也拥有自己庞大的卫星系统。其中有两个非常有趣的代表：土卫二（Euceladus）和土卫六。
土卫二很小，却十分明亮。乍看之下，它的表面就像覆盖着刚落下的雪；仔细看，上面有山脉，也有裂缝。“卡西尼号”探测器曾拍摄到有物质从土卫二 的南极喷出。最开始科学家们以为是摄像机坏了，后来才发现那是一排排巨大的间歇泉，将水和冰晶从雪白的表面喷入太空。目前最明显的迹象表明，那些物质可能来自地下海洋，是地热将其喷出。土卫二的南极竟然温度很高，这听起来就像说地球北极比赤道热一样离谱！
或许，你以为这颗小卫星死气沉沉，然而，不但它的表面之下暗流涌动，而且其表面之上还具备生命所需的一切：能源、水源、有机物和氮。这颗小星球的发现令寻找地外生命的人们大为惊喜。
土星另一颗有趣的卫星就是土卫六。这是太阳系里唯一一颗拥有大气的天然卫星。土卫六具有固态的地面和稠密的大气层，表面遍布湖泊、河流，从地形图上看，和地球有几分相似。不过，这些湖泊与河流里流淌的可不是我们可以饮用的水，而是液态天然气，所以土卫六也被戏称为“太空补给站”。
最远的星球
结束巨行星之旅，我们要进入太阳系最外围的两大行星主宰的空间了。
离开土星，继续往外太阳系方向行进，我们会看到一颗 “躺着”的星球，它就是天王星。天王星是太阳系第三大行星，拥有像刀片一样薄的光环。天王星和海王星都属于冰质巨行星（气态行星的子类）。天王星和海王星呈蓝绿色，主要是其大气中含有甲烷造成的。
人们开玩笑说天王星是一颗非常懒惰的行星，因为无论春夏秋冬，它都斜倚着。科学家们一直很想弄明白个中缘由。
早前有一种观点认为，曾经有一颗爆发力极好的大彗星撞上了天王星，把它撞翻了。
但后来科学计算表明，想要实现这个过程，还是相当有难度的。目前人们普遍接受的一种观点是，以前木星和土星的位置同现在是相反的。有一天，这两个大家伙突然决定换个位置玩玩，它们巨大的拖曳力却牵连了无辜的天王星，使它变成了现在这种奇特却稳定的姿态。
天王星有一颗非常特别的卫星——天卫五（Miranda）。这颗拥有高山的小星球上的重力非常小，因此当你从天卫五上的高山之巅一跃而下时，并不会以极快的速度下坠，而是会像拥有翅膀一样，悠然翱翔。如果你像我一样，很想体验高空飞行的快感，又无法承受蹦极的刺激，那么这里一定是个极佳的 去处。
告别天王星继续前行，我们将会遇到一颗蔚蓝色的星球：海王星（Neptune）。海王星是太阳系最边缘的行星，它和地球一样，拥有迷人的蓝色外表。
不过，产生蓝色的原因并不是其表面有海洋，而是其大气中充沛的甲烷吸收了 太阳光中的红光。
从 1989 年“旅行者 2 号”探测器给海王星拍摄的照片中，我们能清晰地看到它的表面有一个大暗斑，整个暗斑差不多跟地球一样大。其实这是海王星大气中的风暴系统，在结构上与木星的大红斑可能相似。不过非常奇怪的是，近年来大暗斑已经消失，但原因不明。
极热挑战
最后，我们要前往的区域属于太阳系的热带地区。
其中距离地球较近的是金星（Venus）。金星比地球略微小一些（直径约为地球的 95％，质量约为地球的 80％），其内部密度与化学组成都和地球十分类似，因此被称为地球的“双胞胎”星球。金星是天空中除了日月之外最亮的星星，古语中“东有启明，西有长庚”说的就是它。
金星表面火山遍布，是名副其实的火山王国。同时，金星的大气非常浓厚，并且含有大量的二氧化碳，形成了天然的温室效应，从而造就了太阳系最炙热的星球表面。
金星不仅是个火山“富豪”，也是个“美食大亨”。我们可以在金星表面看到很多像“煎鸡蛋”“烤饼干”之类的“美食”地貌。不过哪一个都不能真吃，它们只是火山喷发和高压大气相互作用而形成的独特地貌特征。
关于金星，还有一点非常重要，那就是它的自转方向和地球相反。所以如果你在金星上面迷路了，希望通过太阳来辨认方向，千万要记住，在金星上，太阳是西升东落的。所以，在这里形容不可能发生的事情，千万不要说“太阳打西边出来了”，因为这种事在金星上实在再正常不过了。
我们旅行的最后一站就是水星（Mercury）了。水星是太阳系里距离太阳最近的行星，也是个头儿最小的行星。水星的模样和月球颇有几分神似，都是坑坑洼洼，极不平坦。这是无数次行星际撞击留下的遗迹。
在太阳系中，水星也是一颗拥有磁场的行星。大量来自太阳辐射的高能粒子与它的磁场相互作用，可能形成类似极光的过程。
短暂的太阳系行星际旅行就要结束了。尽管我们在旅行结束时会感到意犹未尽，但太阳系还有许多美妙和奥秘在等待我们去探索。
长久以来，人类从未停止过探索太阳系的脚步。我们派出了不计其数的飞船和探测器，试图探索地球以外的世界，寻找第二个适合人类生存的家园。每一次，我们都带着找到答案的希冀启程，但是每一次我们得到的都是更多的惊奇和疑问。想要揭开奥秘，似乎只有前往那里亲自探索。而目的地遥不可及、变幻莫测，这也许就是太空探索和天文研究的魅力所在吧。
《星征程：聆听宇宙的解答》
作者：中国科学院国家天文台
书号：9787115633033
出版社：图灵｜人民邮电出版社
定价：99
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