纪录片《行星》|| 阳光灿烂的日子

《行星》The Planets ,是 BBC 于 2019 年上映的一部讲述太阳系行星的纪录片。

纪录片的英国版本,由 Brian Cox 教授讲解演示,而其美国版本,由 Zachary Quinto 教授展示。其初次放映,是 2019 年 5 月 28 日在 BBC 2 台播出。几十年来,人类已经用无人探测器造访过太阳系的全部行星,对于这些行星的认识,迈上了一个新的台阶,就连曾经的 9 大行星的说法,都已经更改成了 8 大行星。实际上在 20 年前的 1999 年,BBC 就已经上映过一部同名的纪录片。2019 年的《行星》,可以帮助我们更新对太阳系的认识。

Cox 教授,结合地球上相应的地表景观和自然现象,辅以震撼精美的特效,带领观众去理解和认识发生在遥远异星的美景和奇迹,以及他们的过去、现在和未来。闲话不多说,我们就一起来看看,这部引人入胜的纪录片吧!

这部纪录片,国内可以在腾讯视频上找到,但只有 VIP 可以观看全部五集,游客只能观看第一集的低画质版。古人云,不充钱你怎么变强?说罢,笔者露出了贫穷的表情。

01

第一集:阳光灿烂的日子:类地行星

第一集的英文名,叫做A Moment in the Sun: The Terrestrial Planets。这个名字一语双关,既是指太阳系的四颗类地行星距离太阳较近,又有全盛的繁荣时期的意味在里面。

四颗类地行星距离太阳相对来说很近,因此他们的兴衰,与太阳的发展变化密切相关。

我们都知道,太阳系有四颗类地行星(terrestrial planet),分别是水星、金星、地球和火星。那就有一个疑问,既然他们被称为是类地行星,为何却并不像地球一样,发展出了生命?


恒星的宜居带,太阳是从左侧上到下的第二个

一个简单的答案是所谓的宜居带。但是这样的答案,太过强调地球命运的巧合,是一种静止的,而非运动的科学观念,作为马克思主义的继承人的我们,不应该简简单单就去接受这样的解释。

如今,那些前往遥远异星的探测器,给我们带回了宝贵的物理、化学信息,我们得以深入解读这些星球的发展,进而回答这样一个终极的问题——为什么地球如此独特?那就要从地球的兄弟姐妹们讲起了。

一、水星

Cox 教授,操着独特的口音——具体来说就是所有g结尾的单词都会把g读出来——漫步在一片干旱荒芜的土地上,向我们讲述水星的故事。

水星是一个古怪的地方,它的轨道很不圆润,而是一个椭圆——远日点达到 69,816,900 km,近日点则只有 46,001,200 km。此外,她的公转周期和自转周期存在共振现象,每公转两圈,会精确地自转三圈。从水星地表来看,公转一圈,太阳在天上就移动了 180 度,也就是一个白天。这就能得出,水星的一天,相当于水星的两年

这使得水星非常适合用来修仙——不管是白天还是黑夜,都很长,每个水星太阳日,长达 176 个地球日。

如果你在水星地表赤道附近散步(假如你没有被晒死),只要保持每小时大约 3.6 公里左右的速度(这是很慢的步行速度了),一直向西走,太阳就会始终高悬在天空中的同一个位置,永不落下。

过去,我们认为,每一颗行星,在什么地方诞生,就会永远维持那个轨道。但是 2004 年 8 月 3 日发射的信使号(MESSENGER)水星探测器——第一个进入水星环绕轨道的人造飞行器——给了我们不一样的证据。

水星是一个很难去的地方,具体的描述读者可以参看笔者过去的文章——所以信使号一次飞掠地球,两次飞掠金星,三次飞掠水星,才终于实现充足的减速,在 2011 年 3 月 18 日进入水星环绕轨道。可能修仙,就是需要渡劫(引力弹弓)吧。

进入轨道之后信使号对水星进行了一系列细致的测量,包括重力和成分等。

Cox 教授讲述了两个重大的发现——

第一,信使号发现,整个水星,有一个非常大的核。水星表面 700 公里以下,整个水星 55% 的体积,都是其“水核”。这意味着,曾经有一种,目前还不明确的机质,剥去了水星的表面。

第二,信使号分析了水星表面的成分,探测到了很多的比如硫和钾这样的挥发成分。这些成分的占比超出了科学家过去的推算。挥发分,顾名思义,很容易挥发,因此一般认为,在太阳系内层,挥发分比较少,而在太阳系外层那些冰冻的星球上,挥发分比较多。

水星可是太阳系最内层的行星了,居然挥发分含量很高?

综合上面这两点,科学家推测,也许水星刚刚诞生的时候,轨道并不在现在的地方。

按照水星当前探测到的挥发分含量,水星诞生的地方,应该大致位于火星目前的轨道附近。火星轨道附近,曾经有很多很多的行星“胚胎”,这些胚胎互相碰撞,于混乱中孕育新的世界。在很多很多年以前——也许是四十多亿年前——一次偶然的,但是猛烈的碰撞,将水星推离了原有的轨道,后来渐渐进入了现在的轨道。

在这次碰撞中,水星被剥离了大部分的地壳。


看着都觉得好疼

但是 Cox 教授说,这样的假说也存在致命的缺陷。那就是,碰撞的过程,无论怎么想,都是一个剧烈释放能量的过程。在这样的过程中,如何才能保证挥发分不被蒸发掉呢?也许,需要一个“恰到好处”的碰撞,恰到好处地保留了挥发分吧。

如果你有什么想法,也可以在评论区聊聊~

激烈的碰撞导致地壳缺失,过于靠近太阳导致地表温度很高,质量太小导致几乎没有大气层,继而导致昼夜温差巨大……等等等等的因素,使得水星不具有孕育生命的可能。

水星沐浴在最灿烂的阳光之下,但是已经被这灿烂的阳光,烤干了。

二、金星

金星,我们中国人也把她叫做启明星,长庚星,太白星,这是因为金星是夜空中最亮的那颗星(如果不考虑月球的话),可以认为是自带 BGM 的行星。

金星是个神奇的地方,虽然很亮,也很近,但是如果你用望远镜去看她,只能看到厚重的云层,却完全无法看到其表面。曾经的人们认为那里是一个生机勃勃的天堂,有着丛林、湖泊,甚至还有着丰富的动物!所以在人类筹备第一次登陆金星的航天任务时,曾经考虑到了溅落在水面的情况。

之前在《如何优雅地造访金星》的文章里,我也曾讲过,前苏联的前几颗探测器,甚至使用白糖,作为着陆器的填缝剂,以便能在水中溶解,打开着陆器的保护锁。但是真实情况不是这样,一次次的科学探测,渐渐揭露出金星的真实面目。


前苏联金星 13 号着陆器进入金星大气层的模拟动画

这里的天空,被硫酸和盐酸的浓云遮蔽,大气压可以在瞬间将一辆坦克压成纸片,温度则可以瞬间融化金属。这里不是天堂,倒反而像是地狱的图景。


金星 13 号最后的下降阶段,切断主降落伞以防止下落过慢

之前的探测器,有的甚至还没到达地面,就已经完全损坏,失去联络;有的没预想到大气层如此稠密,降落伞过于高效,以至于电量耗尽,都还没落到金星表面。

金星 13 号(Venera-13)在金星表面存活了 127 分钟,在过热损坏之前,传回了宝贵的数据,我们才知道,原来金星的地表温度,达到 457 摄氏度,大气压达到 89 倍地球标准大气压,大气中 96.5% 都是二氧化碳。

这温度,比水星地表,赤道日下点的温度还要高!

但是本不应该这样的,这一切,应该归因为,金星失控的温室效应

说到温室效应大家先不要激动,地球上也有温室效应,但是目前并没有失控。如果不是温室效应保护我们,地球的平均温度应该是零下 18 摄氏度左右。而现在,我们的平均温度大约是零上 14 摄氏度左右,明显是温室效应,保护了地球上大部分生命的繁衍生息。

但是金星不一样了。在 44 亿年前,太阳系还很年轻,金星也很年轻的时候,这里可能充满了液态水,平均温度大约在 20 摄氏度左右,就像是宜人的春天。

好景不长,年轻的太阳渐渐进入壮年,散发出远多于过去的光和热。这些光和热,被金星的温室效应困死在金星内部。强力的温室效应气体——水蒸气,无法变成雨,落回地面,而是长期囤积在金星的空气中。于是温室效应越发强烈——直到失控。

于是海枯石烂。于是今天的金星,变成了地狱,变成了太阳系最酷热的行星。就算金星曾经出现过低级的生命,那短暂的,阳光灿烂的日子,也一去不复返了。“金星人”,再也没有进化出来的可能了。

三、火星

火星是地球的“姐妹”,二者在很多方面都非常相似。加上离得又比较近,所以是人类探测最深入的,除地球之外的行星。上面说到,太阳光和热的增长,破坏了金星的水循环平衡,导致了失控温室效应。但是太阳光和热的增长,给火星带来了机遇。


也许是 35 亿年前的火星

  好奇号(Curiosity)火星车,于 2012 年 8 月 6 日着陆火星。出于好奇心,他发现了很多火星表面曾经存在水的迹象,一些火星轨道上的探测器,也用种种方法证明了水曾经的存在——甚至在火星两极,固态水直到今天依然大量存在着。因此关于火星表面有没有水这个问题,科学家基本上可以确定——曾经是有液态水的,如今,也依然有冰存在。


好奇号火星车的自拍。用于自拍的机械臂被 NASA 给 PS 掉了

但是火星太小了,只有 0.107 个地球质量,其引力不足以保留较厚的大气层。而且小的质量和体积,导致其内核很快就冷却,不再能产生内生的磁场,不像地球这样可以通过磁层来抵御太阳风。

于是来自太阳风的高能粒子,将火星大气层离子不断电离、加速,使其不断逃逸。水的重要成份——氢原子是最轻的原子,最容易逃逸。因此,火星的大气层不断变薄——尤其致命的是,那些从地面蒸发的水蒸气,很多将不再回到地面,而是被解离之后,逃逸到外太空去了。

于是,在迎来灿烂的阳光,并因此引发了全太阳系最大的洪水,创造了全太阳系最大落差的瀑布之后(这些都是目前的推测),火星,便再次沉默。阳光依然灿烂,可是阳光下那个脸红红的孩子,寂寂无声。

四、泰坦

泰坦?不是神话传说里那个泰坦,而是根据神话传说命名的,土卫六:泰坦

土卫六是太阳系众多行星的卫星中,第二大的,比水星还大一点,不过比水星轻 40%。

土卫六最引人注目的地方,在于其具备非常致密的大气层,表面大气压达到 1.45 个标准大气压。更具体的情况,读者可以翻一翻公众号过去的文章:《灭霸同款土豆试吃指南》。

按照前面说过的,太阳在变得越来越热。实际上,根据主序星的生命轨迹,在大约 50 亿年以后,我们的太阳会进入老年,变成一颗红巨星,并开始剧烈膨胀,吞没水星、金星、地球。到那时,可能火星还能在太阳外面苟延残喘,但是也会变成熔岩炼狱。

然而到了那个时候,由于太阳体积的极度膨胀,外层行星及其卫星,接收到的太阳热能,会不断增加。Cox 教授认为,那个时候,太阳也许能将这些冰封的世界解冻,变成生命的天堂。

Titan,作为目前唯一一颗有着浓厚大气的卫星,在这样的未来,被寄予了厚望。

在当下,土卫六的地表温度,仅有零下 179 摄氏度,说是冰天雪地,都有点热了。在这里,甲烷代替水,成为了循环的主角。2005 年 1 月 14 日,卡西尼-惠更斯号探测器分离,惠更斯号探针被释放,进入土卫六的大气层。

惠更斯号穿越了这浓浓的大气层,在划过大气层的时候,拍下了这样的画面:


惠更斯号降落时拍下的画面

没看明白?这是一座,河网密布的山峰!河流?没错!在土卫六上,甲烷会以液态稳定存在,并形成类似于地球上水的循环,蒸腾上天,再飘落成雨,然后汇聚成河,奔向湖泊和大海。Cox 教授说,根据计算和分析,这些山峰,其实是富含水冰的冰山。但是在土卫六上,水冰,充当了地球上岩石的地位。


惠更斯号拍摄到的土卫六上的卵石,只有流体的冲刷才会磨圆卵石

两年后,卡西尼号探测器再次造访土卫六,拍下了复数个的湖泊。这些湖泊的边缘,有明显的液体侵蚀的痕迹。

不同的是,因为这些湖泊中的液体,是甲烷,不导电,而非地球上导电的水溶液,所以在雷达上的图案截然相反。但是科学家还是可以判断出——这就是湖泊。等到数十亿年之后,太阳变热,甲烷蒸发,原来保存在土卫六高山和深谷中的,凝固成石头的水,就会喷薄而出,配合着甲烷等生命必不可少的基本有机分子,开始新的生命的演化。

那也许又是一个,阳光灿烂的春天。但那,也是数十亿年之后的事情了。

我们看到,在这灿烂的阳光下,水星因为阳光过于灿烂而枯萎,金星阳光灿烂的日子已经逝去,而火星无力承受阳光,而衰竭。至于土卫六,他的太阳还远未升起。

只有地球,在无数个历史的分岔口中一路走下来,有挫折也有磨难,但终究依然在灿烂的阳光下,繁衍出复杂、多彩的生命。

我们生于一场整个星空下最奇迹般的幸运,因此更应该通过认识其他星球,而更珍惜这份幸运,而不是心安理得,挥霍她,破坏她,辜负她。

更进一步的,我们知道我们能存在于此时此地,看似是宿命的必然,实际上却是无数客观科学现象,在概率上堆积起来的偶然。这种概率的,而非必然的事件,提醒我们,在这漫天的星空中,总会有着同样接受了相似幸运的,生命的伴侣,等待我们去发现——我们一定,并不孤独。

而这,就是《行星》第一集告诉我们的故事。

 

 

来自: 中科院地质地球所
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