书城科普读物破译奥秘大世界丛书:破译神奇天文之谜
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第16章 太阳系之谜(13)

突遭毁灭的星球

火星是个包含着许许多多奥秘的行星,火星的历史只是我们的猜测,火星在太阳系里的意义至今尚未弄清。我们所能确定的一点,仅仅是火星上曾经有过雨水、河流、湖泊和海洋,而它现在却荒芜死寂了。

科学家们一致认为,火星是被小行星或彗星引起的一次无比巨大的碰撞杀死的——而说火星被那次轰击判处了死刑,也并不算过分。火星那伤痕累累的表面上,布满了几千个巨大的深坑,都在默默无言地为那次碰撞作证。

科学家认为,那次碰撞很可能也造成了一次灾难性的大洪水,然后完全夺去了火星以前的浓厚大气,从此,液态水便在火星沓无踪迹了。

火星还处在黄金时代时就被完全毁灭了,这可能是一次什么性质的灾变呢?

火星的一些奇异之处

第一项:火星的轨道极度偏离中心,呈极扁的椭圆形,这样的轨道使火星每年都十分接近太阳,然后又距离太阳极为遥远。

第二项:火星的自转速度比应有的要缓慢得多。

第三项:火星几乎没有磁场。

第四项:在很长一段时期里,火星的南北地轴在空间“上下起伏”,极为剧烈地改变着火星与太阳之间的角度。

第五项:有证据表明,在过去的某个时刻,火星的一块外壳可能向内部塌陷了几层,使两极的陆地物质向赤道地区转移,也使赤道地区的陆地物质向两极转移。

第六项:火星上广泛分布着撞击而成的深坑,比正常统计的应有数量要多得多;它们都集中在所谓“二分线”以南的半球上。

第七项:火星的北半球上只有比较浅的坑,并且是个广阔的盆地,其高度比南半球低3千米。

第八项:火星南北半球之间的二分线,被高地上悬崖绝壁的陡峭边缘实际地标志在了火星表面上。这种独特的地貌围绕着整个火星,其大致完整的圆环以大约35度的角度穿过赤道。

第九项:火星的另一个独特之处是“水手谷”的庞大裂谷——它有7千米深,4000千米长——裂开在火星地表上。

第十项:最后一点,但也是同样重要的一点,火星上有太阳系里最深、最宽阔的深坑,即埃拉斯深坑、伊斯迪斯深坑和阿吉尔深坑。而火星另一半则有极乐高原和广阔无垠的萨西斯高原(从它的东部边缘空然出现了水手谷),作为对那些深坑的奇特的“补偿”。

一颗小行星与火星大碰撞

我们不妨先从二分线的奥秘说起。地质学家承认:“尽管对它的重要性的认识一直在增加,这种认识也表现为对它形成的性质、方式和年代的集中研究,但是,至今仍然没有一种立论坚实的假说能够描述它。”

少数几位科学家认为,这条二分线完全是火星内部的地质过程形成的。但是,大多数科学家却赞同威廉·哈特曼的观点。1977年1月,哈特曼在《科学的美国人》杂志上发表文章指出:

一颗直径1000千米的小行星横向撞击一颗处于原始发展阶段的行星,这可能使该行星的原始非对称性有所提高,也许是因为撞击摧毁了行星一边的外壳……这样的碰撞可能使火星地貌呈现出非对称性:火星的一个半球上布满了古老的深坑,而另外一个半球则几乎完全被火山活动改变了模样。

处在火星二分线以北的半球,其高度比南半球低,因此,那里必然会产生自动的补偿。所以,遭到撞击、并且失去了地壳外层的,就必定是火星的北半球。惟一值得严肃对待的不同意见是:造成这条二分线的,究竟是北半球遭到的多次重大碰撞,还是“一次极为巨大的撞击”?

不过,这两种理论各自描绘了一幅图景,两幅在本质上都相似,那就是:碰撞的破坏力大到足以在火星的整个半球上造成一个盆地的碰撞。这两种理论也都假定,火星的北半球也曾一度存在着与南半球数量大致相等的深坑。然后,这些理论假设发生了一次由几颗小行星(或是一颗体积巨大的小行星)引起的、格外巨大的撞击。

出于某种原因,那次撞击只落到了北半球,完全摧毁了北半球的外壳,降低了它的高度,抹掉了那里以前存在的深坑。接着,新鲜的熔岩从火星内部奔涌出来,迅速覆盖了失去了外壳的北半球,遮蔽了那上面的伤口,有效地重新塑造了它的表面。后来,尽管一些小行星有时还会继续碰撞火星,但次数大大减少,而北半球此后也没有经历过剧烈的撞击。

这两种碰撞理论都回避了一个重要的问题,那就是:既然厚达3千米的地壳物质似乎被从北半球剥去了,那么,这些数量极大的地壳又到哪里去了呢?科学家已经计算出了这些外壳物质的数量极为庞大,不可能被侵蚀掉,即使用数十亿年时间,也不可能。正如美国地质考察署的麦克尔·卡尔博士所说:

北半球过去的古老外壳被如此集中地摧毁,我们对这个过程的精确机制的了解十分贫乏……单独的侵蚀作用无法解释地壳的消失……因为不存在一个足够大的深池来容纳这些残骸。

这两种碰撞理论都求助于北半球遭到异常巨大的撞击,却无法描述任何一种机制,作为造成这种大碰撞的、令人信服的原因。因此,这两种理论也都暴露出了弱点。

最合理的推测是:那个撞击火星的天体是被吸到火星轨道上来的,原因是“小行星带上天体的偏离和碰撞”,也许是由木星大气层的引力造成的。但是,反对这种意见的人却说,这种偏离和碰撞不可能从小行星带喷射出足够的物质,造成我们在火星上见到的创伤。至于为什么这些创伤都集中在火星的北半球,而力量又如此猛烈,竟把外壳毁掉3千米之深,这也是个谜。正如这些科学家指出的那样:

任何试图用碰撞理论解释二分线成因的说法,都要依赖火星北部低地汇聚数量足够的碰撞……除非北部低地上受到的碰撞,其数量确实明显大于其他地方受到的碰撞,否则就绝对没有任何理由认为火星的北部低地和其他地方存在区别。

那么,火星北半球受到的撞击是否“数量确实明显大于”它的南半球呢?有些科学家提出,一切情况可能会按照截然不同的方式发生。

太阳系第十颗小行星

天文学家一致认为,在太阳系的早期发展史上,曾经频繁地发生小行星和行星相撞的现象,但后来,这种情况就以统一的、可以预测的速率逐步减少了。这样一来,“任何已知的行星”就都被认为“其相对年龄是清楚的,因为其布满碰撞深坑的区域的年龄要比其深坑稀少的区域更古老”。

正是由于这个原因,科学家才通常都认为,火星布满深坑的南部高原比它“最近才被重塑出来的北半球更古老”。

地理学家唐纳德·W·派顿和工程物理学家萨缪尔·L·温泽尔则另有见解。他们认为,受到“力量异常巨大的碰撞”的,并不是(像其他所有学者想象的那样)火星北半球,而是南半球。他们说,彗星的巨大残骸群是使火星北半球布满深坑的推一原因——这就是说,火星南半球地表的年龄并不比北部平原夏古老。于是,尽管他们并没有谈到因此而引起的一个结论,但他们的发现却暗示了一种有趣的可能性:火星北半球地壳的丢失,或许并不是因为对北半球的任何直接撞击,而可能是南半球遭到毁灭性撞击产生的“碰撞”效应所致。

太阳系目前有9颗行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。派顿和温泽尔的理论是,太阳系里还曾经有过第十颗小行星,其轨道在火星与土星之间(位于现在发现小行星带的区域)。就是这颗星,与火星发生了碰撞。他们把这颗假想的行星命名为“阿斯特拉”,并且认为它被吸向火星,如同飞蛾被火吸引那样,然后,在进人这颗比它大的行星的“引力场范围区”时被毁灭了。

所谓“引力场范围区”,是天文学家使用的一个技术术语,用来表示一个区域,它围绕着任何一个由可观物质构成的大型物体,并且在该物体半径2到3倍的范围内产生引力场。实际上,它是个危险区,任何进入这个范围的物体,若其质量小于该物体。或者其引力场弱于该物体,就或者会被这个范围的电磁迅速排斥出去,或者更常见的是:因为受到周期性压力的影响而解体。

这个“引力场范围区”具有磁性,是一个看不见的磁力场。如果一颗行星的引力场范围区受到了侵犯,这颗行星就可能产生自我保护反应——如同一个人那样,奋起摧毁入侵者。发生这种情况的时候,那颗自卫的行里便会遭受严重的、甚至是无法修复的创伤。这些创伤来自入侵者撞在行星上的成千上万的碎块,有些碎块非常巨大。不过,和两个完整的天体之间真正的碰撞造成的损伤相比,这样的损伤往往显得不那么严重。

派顿和温泽尔认为,“阿斯特拉”进入了距离火星5000千米的范围,完全处在火星的引力场范围区之内,于是被引力和电磁力分裂成碎块——纷纷落到火星朝向它的那一面上,如同一场高速度抛射物的突然倾泻,从同一个方向同时向火星轰击。这两位科学家发现了大量的证据,证明火星南半球曾经遭到过这样的轰炸,他们指出:

火星上存在的明晰边线(或者叫边缘),说明火星上密布深坑的地区曾经受到猛烈的外部撞击。那条边线(即二分线)标志着“炮轰截止的范围”。这颗红色星球的“和平区”(即北半球)也正是从那里开始的。任何人只要想到火星引力场范围区的那些碎块,都会清楚地看到这条边线。迄今为止,那些并没有想到行星大灾变的天文学家们,也看不到这一明显的事实。这条边线隆起于火星最北部的西北区域,位于北纬40度、西经320度……这条边线的南头位于南纬42度、西经110度。如果有意识地寻找和辨认,深坑的边界线并不难确定。正是在那些地方,火星只有一边仿佛经历了一场突然的、密集的、15分钟的碎块风暴的袭击……

和那些提出火星北半球曾受到密集撞击的科学家一样,这两位科学家的理论的最薄弱点,也是他们提不出一种令人信服的机制,使它能够把他们假设的那颗“阿斯特拉”星置于和火星碰撞的轨道上。实际上,他们的有关想法的基础是,他们相信太阳系只是最近才形成目前的形式,而各个行星以前的轨道与现在极为不同。

在这方面,只有为数不多的学者赞成派顿和温泽尔提出的假说,但是,这并不必然意味着他们是错误的。何况,即使他们关于这种机制的见解真的错了,他们对其他问题的见解也是百分之百正确的。

例如,他们说,也许存在过那颗“阿斯特拉”星或者某种非常类似它的天体,这就有可能是正确的。当然,在原则上不会有人反对把一个爆炸开的第十颗行星作为无数岩石导弹的来源,这些岩石导弹有大有小,它们在火星与木星之间的小行星带里运行。

早在1978年,华盛顿特区美国海军天文台的天文学家汤姆·凡·弗兰登就在专业杂志《伊卡路斯》上详细探讨了这种情况。他虽然承认自己无法说明一颗行星为什么会被炸碎,却提出了令人信服的证据,证明火星和木星之间的第十颗行星的确可能被毁灭了。他认为这颗行星的毁灭发生在大约500万年前,并且不仅造成了这个小行星带,而且使彗星进人了太阳系。

派顿和温泽尔的另一个核心思想是,这场无比猛烈的碰撞有选择地集中在火星北半球。至少,这个见解并不比那个被广泛接受的看法包含更多的必然性。那个看法就是,火星北半球曾经受到“数量非常密集的多次碰撞”。不仅如此,火星南半球还确实有可能成为一次如此巨大的碰撞的目标。

抛射物杀手

太阳系里3个最大的冲击深坑——埃拉斯、伊斯迪斯和阿吉尔深坑,全都处在火星二分线以南。埃拉斯深坑是个椭圆形盆地,位于南纬40度、西经295度,深5千米,面积为1600千米×2000千米。它是如此巨大,连它边缘线上的盆壁都宽达400千米。

根据派顿和温泽尔的计算,这个庞大的深坑是一个直径为1000千米的物体撞击造成的结果——这个物体相当于阿拉斯加州、华盛顿州和半个俄勒冈州加在一起的面积,是德克萨斯州面积的两倍,此大多数西欧国家的面积都大。

伊斯迪斯深坑宽1000千米。派顿和温泽尔认为,它是由一个直径600千米的物体撞击而成的。阿吉尔深坑的直径为630千米,是一个直径为360千米的物体撞击的结果。在派顿和温泽尔对这场碰撞的重新构想当中,埃拉斯深坑是3个深坑里最先遭受到达火星的抛射物杀手攻击的地方。那些抛射物杀手以每小时4万千米的速度呼啸着穿过火星大气层,落到二分线以南半球中央的一个“靶心”上:

落在埃拉斯的那个碎块几乎垂直而降,直接打击着火星外壳。它穿入火星内部的岩浆里,造成巨大的压力波和切变波。埃拉斯碎块并没有从火星外壳的另一面穿出……但是,它的撞击角度和力度却的确使火星遭受了突然的、巨大的内部创伤,因此在北半球造成了两块巨大的高原……埃拉斯碎块继续向前钻进,一路旋转,穿人火星岩浆。在火星受到“阿斯特拉”碎块撞击大约100分钟以后,萨西斯高原突然开始隆起……与此同时,至少另外有两个碎块钻入了火星外壳,那就是伊斯迪斯碎块和阿吉尔碎块。在伊斯迪斯深坑受到撞击的另一面,则隆起了火星上的第二块大高原——极乐高原。

几个世界之死

在成千上万个较小的深坑当中,在3000多个直径大于30千米的深坑当中(包括十几个直径达250千米的深坑),埃拉斯、伊斯迪斯和阿吉尔深坑都是火星地貌里幽暗而隐伏的巨怪。

派顿和温泽尔对造成这3个深坑的3颗小行星直径的计算是不正确的,它们分别被估计为1000千米、600千米和360千米。根据对地球深坑的研究,我们知道,直径为10千米的物体的撞击能够造成直径将近200千米的深坑。对撞击火星的物体的更精确计算表明:埃拉斯深坑的撞击物的直径是100千米,伊斯迪斯深坑的撞击物的直径为50千米,而阿吉尔深坑的撞击物的直径则是36千米。

对一个和地球一样大小的行星(火星的大小至多是地球的一半)来说,最重要的是要理解到一点,即任何直径大于大约1千米的物体的撞击都是一场灾难。

的确,一些比这小得多的物体曾经给地球造成过非常严重的损害。美国亚利桑那州著名的“巴林格深坑”,深180米,直径大于1千米,是一块直径不到50米的陨铁造成的结果。