哪颗行星宜居?

2016-11-14 19:15
飞碟探索 2016年11期
关键词:水星木星大气层

水星

水星是距离太阳最近的行星,这就像坐在一个重200千克、行为举止不佳的人旁边。如果你在水星上,白天的气温会高达430℃,这样的温度足以使铅块熔化。水星几乎没有大气层,所以在被太阳炙烤的同时,你几乎处在真空里,这会立即抽掉你肺里的空气,蒸干你皮肤里的水分。缺乏大气层还意味着你会受到强烈的太阳辐射(水星上空的太阳是地球上空太阳大小的2.5倍)。唯一的好处是,水星的重力只有地球的38%,如果你能活下去的话,你可以在上面轻松地跳来跳去。此时你会特别渴望夜晚的降临,但是如果听到水星上昼夜交替的周期是58天,你可能会不开心。

一个月后,当夜晚终于来临,你最多也只能高兴1分钟,因为此时的温度是-170℃,比地球历史上有记录的最低气温(东方站,南极)还要低77℃。这是因为没有大气层来维持和分散太阳的热量。你仍然站在真空里,真是不方便。在将来的一个月里,你将会饱受低温困扰,之后接着是炙热难耐的高温。你最好期望自己所处的是靠近两极的区域,因为虽然仍然身处严寒和无边的黑暗,至少你不会缺水。从理论上讲,在这里建立人类基地是可行的,但是优势很小。

金星

金星的情况也不乐观。

金星有一个浓密到令人不可思议的大气层,相比之下,真空显得特别可爱,在水星上就像是坐在夏威夷海滩上吃烤虾一样舒适。拜访金星的情况大概会是这样的:

首先,这里的空气96%的成分是二氧化碳。

其次,这里的气压是地球表面气压的90倍,因此,还没等到吸入第一口气,你就被立刻压扁了。这种压力相当于在海底1000米——是自由潜水深度世界纪录的3倍。如果你有正常站立的方法,空气阻力会大到想抬一下胳膊都像划水一样困难。

再次,这里的地表温度是465℃,比铅的熔点还要高77℃,整颗星球都处在这样的高温中。在夜晚(金星的昼夜交替周期也相当长,甚至超过了它绕太阳的公转周期),温度也和白天一样炙热,因为浓密的大气层把所有热量都困住了。

金星上的白天处在微弱的光线下,头顶是橘红色的云层。太阳只不过是空中一个亮度更高的光晕。这里的夜晚是没有星光的彻底黑暗。无论是白天还是夜晚,你都身处一个高压熔炉当中。不过,至少这里不会有恼人的虫子。

鉴于以上几点,苏联发射的金星探测器“金星13”号还是相当令人佩服的,它不但于1982年降落在了金星表面,而且存活了127分钟——这让它有足够的时间拍摄下面这两张照片,这也是我们至今仅有的两张金星表面的图片。

金星表面倒是不存在风的问题,微风轻拂,但是从大气层中向上走,情况很快就不一样了。金星大气层上部是另一个地狱——这里的持续风速是地球上最高级别飓风的2倍,同时伴随硫酸液滴的拍打。

然而奇特的是,如果你到达了金星大气层的顶端,就会发现这里的环境条件竟然是宜居的。金星云层的顶端温度和压力都与地球上相近,而且因为氧气和氮气在这样浓密的大气层中会上升(就像地球大气层中的氦气一样),这一层的空气或许基本上是可以呼吸的。一些科学家真的在讨论在金星大气层50千米高度建设可以飘浮的人类城市的可能性。

当问到马斯克有关金星的宜居性时,令人惊讶的是,他实际上认为虽然“极度困难”,但是金星是可以变得宜居的。他说当技术足够先进之后,会有某种方式将金星大气层清理干净,因此在遥远的未来,人类是可以向金星上殖民的。

如果火星是地球上的一个地方,没有人会想去那里。但是在关于非地球行星宜居性的讨论里,所有这些行星对居住来说都是一场噩梦,此时搬迁到火星上去听起来就意外显得很不错了。

基本上,火星就是一个比南极要冷,看起来像亚利桑那州的沙漠,空气无法呼吸,人类如果暴露在太阳下,会被太阳辐射致死的地方。火星上任何一个地方都比地球上最不适宜居住的地方还要不适宜居住得多。但是这里的条件对建造一个封闭的人造栖息地来说,是足够合理的。有了一个温室花园一样的栖息地,以及一套足够好的太空服,你就真的可以在火星上生存了。火星上甚至还有水,有很多,被束缚在两极的冰里,如果你在一年中最好的时间到了火星上最好的地区,还可以享受21℃的怡人气温。即使是在栖息地内部透过窗户向外看,你也至少知道外面挺舒适的。

火星上的一天(一个“sol”)大约是24.5小时,这对人类和植物来说都很合适。火星的重力是地球的38%,基本上可以保持你正常活动,同时还能让你享受到一些低重力环境独有的好处,比如弹跳4米扣篮,或者住在公寓楼第二层,早上从窗户跳出去上班(1/3的重力意味着,地球上X米高的平台相当于火星上3X米高的平台)。

太阳系中最酷的旅游景点在火星上——太阳系最高的山,奥林帕斯隆起。

它的面积可以装下整个亚利桑那,高度会让珠穆朗玛峰看起来像个小山包。

另外,火星上的峡谷会让科罗拉多大峡谷看起来像是纸上的划痕。

后面我们还会对此进行详尽的解读,但是从理论上讲,如果投入足够的精力和技术,人类可以对火星的土壤进行改造,而且在将来的某个时候,让居住在上面变得令人愉快,拥有树木和海洋,在室外不需要穿太空服。

木星、土星、天王星和海王星

希望你已经好好享受了地板带来的便利,因为这四颗行星都没有坚固的地面。

46亿年前,太空中有一团巨大的气体云,某种扰动触发了它自身的坍缩。宇宙里的物质太熟悉这意味着什么了——突然间到了黑色星期五,可以疯狂采购了。这是一场疯狂的竞赛,请尽量收集尽可能多的物质。每一颗恒星和行星都会告诉你,取胜的关键在于早一点获得领先。如果你一开始就收集了最多的物质,你收集物质就会越来越容易,而你也会因此变得越来越大,进一步增加你的优势。一旦在早期建立了领先优势,其他天体就很难赶得上了。

最终的获胜者会变成恒星,其他天体就只能变成在今后100亿年当中绕恒星旋转的行星,直到有一天恒星走向终结,新一轮游戏又开始了。

在太阳系,这场游戏的获胜者是太阳,它在此过程中收集了整个气体云中99.8%的物质。此时,这场游戏变成了一场瓜分残留物质的血战。那些收集了足够多物质的天体会成为行星,而收集不到足够多物质的天体只能成为卫星,在今后的100亿年当中围绕行星旋转。

如果运气不佳,既无法成为恒星、行星,也无法成为卫星,就只能或者成为小行星——太阳系中无家可归的天体,或者被更大一些的天体吸收,失去它们原本的身份。这是一个残酷的世界。

在这场比赛当中,可能会发生一件尴尬的事情。有些物质因为经验不足,不知道太阳系形成的黄金法则——知道什么时候认输。水星、金星、地球和火星显然早就认清了情况,知道太阳的领先优势太明显,于是放弃了当明星的梦想,干起了普通的工作。它们改头换面,成了行星。

但是另外四颗气体巨星,继续着自己徒劳的收集过程,希望能扭转局面。一旦这么做,就处在了一个糟糕的局面——成了一颗奇怪的“将是未是的恒星”。木星的组分是氢气和氦气,和太阳相同,但是木星没有足够的质量来引发聚变,因此只能永远维持在目前的模样。

气体巨星自己当然不会承认。一旦明确它们无法成为恒星,它们很快就变了说辞,装作自己本来就想当行星的。现在,它们被遗弃在恒星和行星之间的一片不毛之地中,在未来100亿年里作为没有地表的肿胀行星存在。

我们并不完全清楚像木星这样的气体巨星内部到底是什么样的。想要一探究竟,就需要穿过外部云层,强烈的重力(地球的2.5倍)会使得降落的速度越来越快,周围会越变越暗,温度越来越高,压力逐渐增大。最终,四周变成漆黑一片,温度会超过太阳表面温度,而且由于上方大气的巨大压力,四周的气体会被压缩到难以和液体区分开来(这被叫作超临界状态)。氢气浓缩到了电子可以在原子间自由流动的程度,变成一片电流的海洋——导电金属氢。木星是不是有一个固体的核心,目前还存在争论。

不存在争论的是人类永远不会殖民木星。土星、天王星和海王星也同样如此。

但是,人类有可能殖民到木星和土星周围有冰覆盖的大型岩石质卫星上去,虽然那里可能会很冷。我们也可以搬到月球上去,但是它只比水星好一点——白天温度可以将水变成蒸汽,夜间温度能把氧气变成液体,同样没有对太阳辐射的防护。

当问马斯克除了火星之外人类还有哪些潜在的殖民地时,他说,如果我们的技术足够先进,就有一大把可以去的地方——几颗卫星,为数不多的最大的几颗小行星,如果足够疯狂还可以去水星和金星,但是他最后说:“火星是目前最好的选择。”

现在,你知道住在地球上有多好了吗?我们拥有适宜的温度,一个大气压的大气,微风拂面,暴风雨是水组成的,丰富的液态海洋,地球磁场和大气层保护我们免受太阳伤害,到处都有食物,空气可以直接呼吸。只有在大量环境条件都处在精确的位置上时,我们才可以在不穿宇航服的情况下到室外散散步。所以,让我们在忘掉这一切优待之前,花7分钟时间感激一下住在地球上这件奢侈的事情。

延伸阅读

2016年7月,哈勃空间望远镜的研究人员宣布,他们分析了两颗距离地球大约40光年的类地行星TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c的大气层,发现其氢气和氦气含量很低。这两颗行星绕着宝瓶座的一颗红矮星旋转,大小和地球相当,年龄至少有5亿年。

这两颗行星到其主序星的距离介于地球到太阳距离的1/100到1/20之间。由于它们的恒星要比太阳黯淡许多,研究者认为至少其中一颗行星位于这颗恒星的宜居带内,表面温度适合水以液态形式存在,也可能两颗行星都在宜居带中,但还不能确定它们是不是岩石行星,如果是,这将进一步增加它们孕育有生命的可能性。

此后,研究者将在韦伯空间望远镜等设备的帮助下仔细分析这些行星的大气构成,他们希望能在这些大气层里检测到甲烷或者水的特征。

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