太陽系中的“土木工程”

今天，人類可能正在見證太陽系最壯觀的變化。

自哥白尼推翻“地心說”以來，研究人員就認為，我們所處的時間和空間在宇宙中并不“特別”。天文觀測者現(xiàn)在看到的時空，從幾十億年前就是這樣，而且還將持續(xù)幾十億年。

然而，過去幾年，對太陽系中較遠地方的觀測，正在挑戰(zhàn)這種觀念。木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一（Io）、土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六（Titan）和土衛(wèi)二（Enceladus）正在發(fā)生變化；另外，土星的明亮光環(huán)可能是最近才形成的，隨著時間的推移可能會變暗。這種變化使得研究行星的學(xué)者難以接受，因為從統(tǒng)計上來說，人類幾乎不可能見證到這種不尋常的變化。

這種變化也違背地質(zhì)學(xué)的一個基本原理—均變論。均變論認為，行星的改變是一種持續(xù)的、逐漸的變化。美國航空航天局艾姆斯研究中心的行星科學(xué)家杰夫·摩爾（Jeff Moore）說：“地質(zhì)學(xué)家喜歡認為事物還是以前的事物?！彼€說：“對于人類來說，不變的世界可以讓人不用認為自己生活在特殊的時代?！?/p>

但證據(jù)讓科學(xué)家難以接受。因為，宇宙可能正在上演壯麗的奇觀。

土星環(huán)的身世之謎

長期以來，科學(xué)家一直認為，土星環(huán)形成于40億年前，即土星形成后不久。土星環(huán)可能是被撕裂的衛(wèi)星的明亮遺跡，也可能是一個彗星被巨行星的引力撕裂后的遺跡。

但是，一些行星科學(xué)家認為，土星環(huán)的明亮不可能持續(xù)幾十億年的時間。這是因為，土星環(huán)90%的成分是冰，彗星和小行星拋出的碳質(zhì)塵埃會污染土星環(huán)。因此，隨著時間的流逝，土星環(huán)將會變暗。美國航空航天局艾姆斯研究中心的行星科學(xué)家杰夫·庫茲（Jeff Cuzzi）說：“如果觀測木星、天王星還有海王星的環(huán)，你會發(fā)現(xiàn)，它們都比較暗。這是可以預(yù)見到的，因為這些環(huán)正在遭受‘污染’?！?/p>

在庫茲看來，土星環(huán)非常明亮的事實說明，這個環(huán)是在僅僅幾億年前，因為某種天體在土星周圍被撕裂而形成的—這個天體可能是遠道而來的冰體，也可能是土星自身的一顆巨大衛(wèi)星?！敖酉聛恚列黔h(huán)會慢慢變暗?！睅炱澱f。

但這種說法也存在問題。那些可以形成行星環(huán)、到處橫沖直撞的大型天體，在太陽系形成的最初7億年間可能比較常見，但在此之后，這樣的天體就很少見了。所以，10億年前，這種大型天體經(jīng)過土星的幾率很小。而且，如果土星的一顆衛(wèi)星大得可以形成土星環(huán)，那就很難解釋，在這個時間段里，這顆衛(wèi)星怎么會如此靠近土星。

還有另外一種可能性。土星環(huán)形成于幾十億年前，但因為某種機制，它一直像現(xiàn)在這樣明亮。如果土星環(huán)的質(zhì)量比其現(xiàn)在的質(zhì)量大10倍以上，這種可能性是存在的。因為，相對于土星環(huán)來說，碳質(zhì)塵埃的質(zhì)量太小了，不足以污染土星環(huán)使其變暗。

但是，目前科學(xué)家們還沒有發(fā)現(xiàn)這些質(zhì)量大得多的物質(zhì)在哪里。這些物質(zhì)可能隱藏在最大的環(huán)—B環(huán)的后面。由于B環(huán)透明度極低，因此，科學(xué)家目前還不能利用光線的通過情況，來研究B環(huán)里面的成分。這個問題的答案，可能很快會由從2004年就開始環(huán)繞土星運行的“卡西尼”號探測器揭曉。2017年，“卡西尼”號探測器將在它生命的最后時刻，進入土星最里面的D環(huán)。通過比較該探測器在不同軌道上的運行情況，將會以前所未有的精度得知土星環(huán)的質(zhì)量。

但美國西南研究所主管行星科學(xué)研究的副主席羅賓·坎努普（Robin Canup）警告說：“如果‘卡西尼’號探測器告訴我們，土星環(huán)的質(zhì)量很小，我們將會面臨一個難題。”

木衛(wèi)一的運轉(zhuǎn)軌道現(xiàn)象

作為太陽系內(nèi)火山活動最強的天體，木衛(wèi)一有上百種火山特征。木衛(wèi)一的火山活動可以向太空噴出長達500千米的帶狀硫磺和二氧化硫，這個距離比從地球到空間站的距離還要遠。木衛(wèi)一的熱量噴出功率為9萬億瓦特，這比木衛(wèi)一由于受到木星的潮汐力而產(chǎn)生的功率大好幾倍。對于這個問題，美國加州理工學(xué)院的行星科學(xué)家戴維·史蒂文森（David Stevenson）說：“木衛(wèi)一的火山活動有些時期比較活躍，而其他時期則不太活躍?！?/p>

一種可能的解釋是，木衛(wèi)一的軌道在發(fā)生周期性變化。受到木衛(wèi)二（Europa）和木衛(wèi)三（Ganymede）引力的影響，木衛(wèi)一圍繞木星的軌道有一點偏心率。就像踉踉蹌蹌的小孩子一樣，木衛(wèi)一環(huán)繞木星運行一周的過程中，總會受到其他兩顆衛(wèi)星引力的推動，這使得木衛(wèi)一的軌道不是正圓軌道。這種偏心軌道會加劇木衛(wèi)一由于受到潮汐力而發(fā)生的變形，每轉(zhuǎn)一周，木衛(wèi)一的表面將會變形約10米。表面變形時，會產(chǎn)生摩擦。這種由于表面變形摩擦而產(chǎn)生的能量，正是通過火山噴發(fā)的形式釋放了出來。

在這個過程中，木衛(wèi)一的軌道運行能量被提取了出來，因此，木衛(wèi)一不可能跑到離開木星更遠的地方去。軌道能量不斷變成熱能，最終，木衛(wèi)一的軌道將會變得非常圓。軌道變圓的情況下，木衛(wèi)一受到的潮汐作用會弱化，它將會冷卻下來。然后接下來的幾百萬年中，木衛(wèi)二和木衛(wèi)三的引力作用會將木衛(wèi)一推入另一個偏心率比現(xiàn)在大幾倍的軌道，循環(huán)又開始了。

巴黎天文臺的行星科學(xué)家瓦萊里·萊內(nèi)（Valery Lainey）同意這種觀點—木衛(wèi)一的軌道在發(fā)生周期性變化。對木衛(wèi)一超過一百年的觀測也支持這種觀點。觀測發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)一的軌道正變得越來越圓。如果這樣，木衛(wèi)一猛烈的火山活動也可能正處于衰退期。

【愛因斯坦再次對了】

宇宙是最好的實驗室。距離地球約7000光年之遙的PSR J0348+0432是目前所發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的中子星，其地表的引力場強度大約是地球表面的3000億倍。科學(xué)家利用這顆行星的極端引力場環(huán)境，通過計算它與伴星相互靠攏的特定速率，再次檢驗了愛因斯坦相對論的正確性。

Via 科學(xué)探索

【IBM發(fā)布世界最小動畫片】

這部動畫的畫面由CO分子排列而成，一共242幀，講述了一個男孩和原子朋友一起跳舞、玩游戲的故事。研究人員解釋說，我們沒有在里面講科學(xué)故事，而是用科學(xué)語言講好玩的故事。這種操縱單個原子的能力將對計算和通信技術(shù)產(chǎn)生深遠影響。

via 環(huán)球科學(xué)雜志社