太陽系行星：人類聚焦的太空明星

    劉健

    近一段時間，關於行星的事情很熱。

    先是新視野號探測器飛掠冥王星，成為人類首顆造訪冥王星的探測器。而這架探測器上還帶有冥王星的發現者美國人克萊德·湯博的部分遺骸。接著又有發現「地球兄弟」的消息傳來——在1400光年外發現宜居系外行星。

    借著這股「行星熱」，我們不妨來回顧一下，人類自古以來認識太陽系行星的過程。

    古埃及人最早把行星奉為神明

    今天我們所知的太陽系大行星共有八顆。除我們居住的地球外，其他七顆行星中，有五顆是憑肉眼就能進行觀測的，人類自古以來就對它們進行了詳盡的觀察和記錄。這五顆行星分別是水星、金星、火星、木星和土星。

    人類觀察和記錄行星的歷史，可以一直追溯到古埃及時期。古埃及人對神秘莫測的星空充滿敬畏之情，對天文的記錄和研究可謂不遺餘力。古埃及人也是最早將行星視為神明，並為之命名的族群。

    後來，古埃及人的天文知識影響到了古巴比倫人。結果，青出於藍而勝於藍，古巴比倫人在天文學方面的造詣更勝一籌。在當時，古巴比倫人已經能夠通過折線函數這種較為複雜的數理方法，較為準確地推算出行星運行軌跡，編製預測行星位置的星曆表。

    古希臘人堪稱是古代西方世界天文知識的集大成者，幾乎所有傑出的希臘學者都在天文學領域有所涉獵。其中，對後世影響最為深遠的就是托勒密的「地心學說」。這個學說的核心是把地球視為宇宙的中心，並以天文觀測為依據構建出一套完整的宇宙模型。托勒密的學說後來被羅馬帝國乃至此後的基督教世界接受為官方學說，統治了西方世界千年之久。

    也是在羅馬帝國時期，對於五大行星的名稱也基本得以確定。水星被命名為墨丘利，這是古代羅馬天神中信使的名字，常被畫成腳生雙翼的形象，象徵他在送信時神行如飛。之所以給水星起這個名字，很可能是因為它在天空中移動得比其他行星都要快。火星被以戰神之名命名為馬爾斯，很可能是因為這顆行星表面上的紅色，被看作是流血和戰爭的象徵。事實上，火星上的紅色是因為星球表面大量的氧化鐵造成的。金星因其常在日出或日落時出現且格外明亮而被賦予了美神維納斯之名。而木星則因為體量巨大而被冠以眾生之王朱庇特之名。至於土星為什麼會被用農業之神的名字命名，有多種說法，但很可能也與其顏色有關。

    德國人赫歇爾發現天王星

    1781年，德國天文學家赫歇爾在旅居英國期間，用他自製的一架望遠鏡觀測天空時，在雙子星座內看見一個小亮點。起初，他以為那是顆彗星，但仔細觀察下來，它不像常見的彗星那樣模糊不清。而這個小亮點每夜都會發生緩慢的位移，這讓赫歇爾很快意識到他發現了已知的五大行星外，另一顆更遙遠、繞太陽運轉的行星，它超過當時所知最遠的行星土星的距離很多。這便是近代以來人類發現的第一顆太陽系行星，後來被命名為「天王星」。

    說到天王星名字的由來，還頗有一番周折。赫歇爾發現天王星後，把這顆行星稱為「喬治·西達斯」，以表示對英國國王喬治三世的尊敬。但赫歇爾的英國同行們卻似乎並不領情，直接稱呼這顆新行星為「赫歇爾星」。最後，科學家們決定，按照自古以來西方對於太陽系行星命名的傳統，根據古希臘-羅馬諸神的名字為其命名。

    那麼，為什麼最後決定叫「天王星」（Uranus）？原因也很簡單。在地球軌道之外是火星（Mars），隨後是木星（Jupiter），然後是土星（Saturn），而在希臘神話中，木星是火星的「父親」，土星又是木星的「父親」。因此，按照這個傳統，這顆新行星理所當然應該用土星的「父親」 烏拉諾斯來命名。

    關於天王星還有一個鮮為人知的事實：早在1690年，一個叫弗蘭姆斯蒂德的英國天文學家就曾經在望遠鏡中看到過它，只是因為觀察得不夠細緻，以至於弗蘭姆斯蒂德把它錯當做了一顆亮度較低的恆星，並在星圖上將其標為「金牛座34」。事實上，如果弗蘭姆斯蒂德再多觀察幾個晚上，就會發現它的位置是在變化的。就這樣，一位缺乏耐心的天文學家便與這個「世紀大發現」失之交臂了。

    占星誤事丟了腦袋

    在世界另一頭的東方，中國先民自古以來，也有著對天文的濃厚興趣。對天文現象的系統記錄的出現，不晚於夏商時期。而至晚於周代，中國人便已經形成了一套五星對五行的獨特星象觀，「五行星名」一直沿用至今。在長沙馬王堆漢墓中出土的《五星占》一書中，將五星與五方、五行、五帝等作了嚴整的對應。在《史記·天官書》中，又將五星與季節對應起來，以木星主春，火星主夏，金星主秋（成語「金秋送爽」就源於此），水星主冬。至於土星，則被與「季夏」對應。「季夏」被認為是在夏秋之間。後來又有將每季的末尾十八日抽出的說法，四季共抽出七十二日，以之與土星對應。到了《漢書·天文志》中，又將五星與「五常」、「五事」等倫理問題對應。

    事實上，無論是東方還是西方，人們之所以都對天文現象如此熱衷，都是源於一個簡單的信念。那就是相信，人世間和自然界的變化都與蒼穹中的星象變化相關。而天空中恆星的位置變化非常緩慢，需要幾百乃至上千年才能發現其位移。但行星的變化卻要顯著得多。因而，行星的變化便在古人的占星學體系中佔據了重要地位。

    可是，過於迷信占星，往往也容易誤事。西漢末年，王莽篡漢，施政不力，天怒人怨。大將王涉與大司馬董忠、「國師公」劉歆密謀，想要劫持王莽，向義軍投降。本來時機已經成熟，但精通占星之術的劉歆卻堅持認為要等太白星（金星）運行到相應的位置才可以動手。結果，謀事不秘，被人告發。王涉和劉歆自殺而亡，董忠被王莽殺害。

    哥白尼、伽利略、牛頓接力探索

    在經歷了文藝復興和宗教改革運動後，西歐各國在思想文化領域邁入近代。此時的歐洲人，尤其是天文學家們對太陽系行星的看法，已經有了根本性的變化。它們不再是神秘莫測的超自然力來源，而是可以被人類科學所認知的對象。

    1543年，已經雙目失明的哥白尼終於出版了他用畢生心血完成的《天體運行論》。在這本長達6卷的巨著里，哥白尼從根本上顛覆了前人對於宇宙的認識，他認為，是太陽而不是地球屹立在宇宙的中心（雖然後來人們正確地認識到，太陽只是太陽系的中心，而不是宇宙的中心），行星圍繞著太陽運行。離太陽最近的是水星，其次是金星，再次是地球。月亮繞著地球運行，是地球的衛星。比地球離太陽遠的行星，依次是火星、木星和土星。行星離太陽越遠，運行的軌道就越大，周期就越長。在行星的軌道外面，是布滿恆星的恆星天。

    1609年，義大利物理學家、天文學家、「近代科學之父」伽利略，在前人研究的基礎上製造出了第一台真正意義上的天文望遠鏡（又名「伽利略望遠鏡」），從而為人類觀察和研究天體運行提供了最強有力的工具。而在伽利略的物理學和天文學研究的基礎上，英國科學家艾薩克·牛頓在1687年發表了他最為著名的研究成果之一，即萬有引力定律，為通過數學方法科學地計算行星運行軌道提供了可能。這兩項科技成果，讓人類對太陽系行星的探索駛上了快車道。

    「算出來」的海王星與冥王星

    天王星的發現，刺激了西方天文學家尋找新的太陽系行星的熱情。天文學家們利用數學方法對天王星的運行軌道進行計算後發現，這個理論上的軌道數值與實際觀察到的天王星運行軌道存在偏差。而根據牛頓的萬有引力定律，天文學家們認為，在天王星之外，應該還有一個行星，它的引力造成了天王星軌道的偏差。

    19世紀40年代，英、法兩國的科學家分別通過計算的方法，給出了新行星可能出現的天區位置。1846年，兩位德國天文學家伽勒和德雷斯特果然在那個預計的天區里發現了一顆新的行星。這顆藍綠色行星被以羅馬神話中的海神之名，命名為海王星（Neptunian）。發現海王星，其意義不止於發現了一顆新的太陽系行星，而且有力地證明了萬有引力定律的科學性，從而打開了天體物理學研究的一扇大門。

    與海王星的發現過程類似，曾經被作為「第九行星」的冥王星，也是一顆首先在筆尖上被發現的行星。只是時間要晚很多。1894年，美國天文學家洛威爾在亞利桑那州建造了一座以他的名字命名的洛威爾天文台。建造這座天文台最重要的目標之一，就是為了尋找洛威爾通過計算髮現的「第九行星」。然而，在他的有生之年卻未能找到這顆行星。尋找「第九行星」的重任，落到了他的得意弟子湯博身上。

    農家子弟出身的湯博有一股樸實無華的韌性。從1916年開始，湯博使用帶有照相功能的天文望遠鏡，在不同的夜晚對天穹上一個特定的區域進行了持續不斷的探索，終於在1930年2月18日捕捉到了冥王星的蹤跡。

    當冥王星被發現後，如何命名又成了輿論關注的焦點。一位年僅11歲的英國小女孩貝妮認為，這顆新的行星距離太陽如此遙遠，它所獲得的太陽光照必然很微弱，應該用冥界之王普魯托（Pluto）的名字來命名。

    後來，天文學家們在冥王星附近發現了更多與冥王星質量與運行軌道相近的星體。這些星體運行的區域後來被命名為「柯伊伯帶」。終於，在2006年8月24日舉行的國際天文學聯合大會上，多數與會者投票決定將冥王星降格為「矮行星」。從此，太陽系內只剩下了八大行星，而這是後話了。

    延伸閱讀

    美蘇「冷戰」 行星探索競賽

    提到美、蘇之間的太空競賽，很多人會想到載人航天以及登月行動。但事實上，旨在對太陽系內各種星體和太空環境進行探測與研究的深空探測活動，才是美、蘇兩個大國投入資源最多、持續時間最長的競賽領域。以至於到今天為止，我們對於太陽系行星的大多數認知，都來自於這一時期美、蘇兩國發射升空的各種探測器發回的信息。而美、蘇行星探索競賽，則主要圍繞著火星和金星這兩顆最有可能成為人類外太空殖民地的近地行星展開。

    從技術角度上說，火星是距離地球第二近的行星，考慮運行軌道的原因，每隔兩年就出現向其發射飛船的時間窗口，這使火星具有相對良性的工作環境。因而，美、蘇之間的行星探索競賽，最早便圍繞著火星展開。蘇聯曾在20世紀六七十年代向火星發射了多艘宇宙飛船，但大都以失敗告終。結果，被美國人搶了先手。1964年，美國「水手4號」探測器第一次拍攝到了火星的特寫圖像。

    為了挽回顏面，蘇聯人研製了姊妹探測器「火星2號」和「火星3號」，準備爭得最先進入火星軌道和登陸火星的殊榮。但蘇聯人沒想到，1972年1月，美國的「水手9號」成為人類歷史上第一個進入火星軌道的飛船。很不幸的是，「火星2號」和「火星3號」雙保險的登陸任務也宣告失敗。最終人類探測器首次登陸火星成功的桂冠，被美國的「海盜2號」飛船於1976年摘得。

    相比於在火星上的失落，蘇聯人在探索金星的道路上則要順暢得多。當然，也並不是一開始的時候就很順利。1961年，蘇聯「金星1號」探測器由於過熱而被燒毀。直到1967年，蘇聯的「金星4號」成功進入金星軌道，並發回了對金星大氣的檢測數值。1970年，「金星6號」探測器成為第一個成功地在金星著陸的探測器，這也是人類在地外行星上著陸的第一個探測器。遺憾的是，「金星6號」在成功登陸金星後，僅僅工作了23分鐘後，就在金星表面高達475℃的大氣中燒毀。但蘇聯人並未因此而氣餒。1975年，「金星9號」探測器發回一個令人振奮的180°金星表面全景圖；「金星13號」探測器在1981年又發回了金星的彩色全景圖。

    相比之下，美國人主要是通過「水手5號」、「水手6號」探測器，測量了金星的大氣雲高以及磁場等數據。直到冷戰結束前夕的1990年，美國麥哲倫探測器到達金星，利用雷達遙感測繪技術繪製了金星的表面地圖，而且測量了金星的溫度和大氣變化情況。而此時，國力已經消耗殆盡的蘇聯，再也無力與美國爭奪深空探索的主導權了。

    未來大觀

    地外行星：未來新家園？

    一直以來，火星被認為是人類移民外太空的首選之地。這也是為什麼火星會成為人類太空探測器光顧最多的行星的原因。不過，隨著我們對火星了解的增多，人們開始意識到，要讓這顆紅色星球成為適宜人類居住的行星，必須對其進行一番複雜而長期的改造。人類或許可以從主要成分為冰的小行星上獲得大量的供水，然後通過大量投放經過基因改造的微生物到大氣中，以改良火星大氣層的氣體結構，使其更適合人類生存。大氣環境的改善，讓火星能捕獲充足的陽光，進而變得更加溫暖，水就不會結冰，從而形成海洋，許多動物和植物就能被帶到火星上來。這樣一來，也許有一天，火星真能變成一個小小的地球。不過，整個過程或許要花費上萬年、甚至數十萬年。

    與改造類地行星使其適應大規模太空移民的需求相比，利用這些類地行星既有的自然條件，建立小型的移民點，利用人工智慧和機器人技術開發當地資源，或許是更加可行和現實的選擇。

    或許有一天，人類移民地外行星不再是一個幻想。正如俄國火箭之父康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基所言：「地球是人類的搖籃，但是人類不能永遠生活在搖籃里。開始他將小心翼翼地穿出大氣層，然後便去征服太陽系。」

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