要确定土星环上的粒子是什么,就必须靠近观察才行,因为这些粒子很小,是一些方圆只有1米左右的雪球和冰块。因为土星环反射阳光的光谱特性与冰反射阳光的光谱特性相似,由此我们知道土星环是由水和冰组成的。为了在宇宙飞船中就近观察这些粒子,我们必须使飞船减速,达到粒子运行的速度。粒子绕土星每小时运行4.5万英里,这就是说,飞船也必须绕土星运行,运行速度也必须与粒子相同。只有这样,我们才能看清单个的粒子。
为什么土星的周围只有光环而没有一颗大卫星呢?这是因为,土星光环中的粒子,离土星越近,其运行速度就越快(根据开普勒第三定律,粒子的“下降”速度也就越快);另外,内部的粒子可以穿越外部的粒子运行(我们已经知道,“穿越方向”总是向左)。尽管整个粒子层的运行速度每秒约有20公里,但两个相邻粒子的相对运行速度却很低,一分钟大约只移动几厘米。正是这种相对运动,使粒子不会因相互引力而聚合在一起。而一旦相互靠拢时,也会因运行速度不同而相互拉开。假若光环不是离木星这么近,那么,尽管粒子间的运行速度各异,也会聚集在一起,形成小雪球,最终形成卫星。因此,很可能决非巧合,在士星的光环外,还存在一些大小不同的卫星,其直径从几百公里到士卫六那么大,即近于火星,大小不等。其实,所有这些卫星和行星中的物质,都可能来源于光环中的物质,这些物质凝结积聚的结果,形成了今天的行星和卫星。
像木星一样,土星的磁场能俘获和激化太阳风中的带电粒于。当一带电粒子从一个磁极飞向另一磁极时,它必然要经过土星的赤道面。假如它在途中遇到一光环粒子,该小雪球就会吸收质子和电子。从而使两者的辐射带消失,因为辐射带只存在于粒子环的内部或外部。离木星或土星很近的一颗卫星,也能吞食辐射带中的带电粒子。事实上土星的一颗新卫星,正是这样发现的,一颗先前不为人知的卫星吸收了辐射带中的带电粒子,使辐射带产生了空当,从而“先驱11”号飞船也意外地发现了这颗卫星。
太阳风把土星轨道远远地抛在后面,进入太阳系外的空间。当“旅行者”号飞船经过天王星,进入海王星和冥王星轨道时,要不是仪器出了故障,肯定会探测到宇宙间的太阳风。这儿是太阳系的终点,离太阳比冥王星离太阳还要远两三倍,星际间的质子和电子的压力比太阳风在此处产生的压力还大。大约在21世纪中叶,“旅行者”号飞船将穿过太阳风的终点,进入茫茫的宇宙。但不会进入另一太阳系,而是最终进入银河系,并且将在银河系中漫游若干亿年。那时我们已经进入了更加伟大、更加壮观的航行时代。
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①惠更斯(1629~1695年),荷兰物理学家、天文学家和数学家,1655年3月,用经过改进的望远镜发现了土卫六,由此闻名于世。1655~1656年发现七星光环。逝世三年后出版了《宇宙论》,书中阐明恒星都是宇宙中的太阳,提出别的行星上也有生物。
②换一种比较方法,我们可以这样说,一粒受精卵从输卵管运动到并殖入子宫的时间同“阿波罗Ⅱ号从地球飞抵月球的时间一样长,而“海盗”号航抵火星的时间则同这粒受精卵发育成婴儿的时间一样长。人类正常的寿命运长于“旅行者”号飞离冥王星的时间。
③葡萄牙航海家麦哲伦的故乡。——校注
④我们甚至还知道他们送给朝廷什么样的礼物。他们呈献给皇后的是“六尊潜水员半身像”,呈献给皇帝的则是“两包肉桂”。
⑤1979年,罗马教皇保罗二世郑重宣布撤销346年前“神圣法庭”对伽利略的判决。
⑥其他人没有伽利略和开普勒提出日心论假说那样的勇气,就连居住在宗教教条不太严格的欧洲其他地方的人也是如此。例如,当时住在荷兰的笛卡尔,在1643年4月的一封信中写道:
“毫无疑问,你已经知道,伽利略最近受到了教堂法庭的谴责,以及他有关地球运行的观点被判定为异端邪说。我必须告诉你,在我的论文中说明的所有观点,包括地球运行的观点,都是如此地相互关联,从而不难看出,一但我的任何一个观点有误,我所用的全部论点便都站不住脚了。我认为,虽然它们是以十分确切可靠的证据为基础的,但我却无论如何不想对抗教庭的权威而去坚持我的观点。……我想安安静静地过日子,并能继续遵循遁世自好的格言,平安地过我已经开始的生活。”
⑦这种考察传统可以说明下述事实,即直到现在,从每人做出的贡献看,荷兰为著名天文学家提供了极大的方便,其中如柯伊伯,在本世纪40和50年代,是世界上惟一专职的行星天体物理学家。当时大多数职业天文学家都认为这个课题至少有点不体面,受了洛韦尔学说的极大影响。荣幸的是,我是柯伊伯的学生。
⑧牛顿称赞惠更斯,并认为他是当时“第一流的数学家”,也是过去和现在都极受推崇的古希腊数学传统的最真诚的继承者。牛顿认为,部分地因为阴影有锐边,因此光运行时看来就像一条微粒流。他认为,红光是由最大的粒子组成的,而紫光则是由最小的粒子组成的。但是,惠更斯则认为,光运行时像是真空中传播的一种波,就像海中的海浪波一样,这就是我们要说光的波长、光的频率的原因。光的许多特性,包括衍射性,都能由波动说加以自然解释,惠更斯的光的波动说后来流行了好多年。但在1905年,爱因斯坦宣布,光的粒子论能够解释光电效应,即金属经光束辐照时的电子发射现象。现代量子力学把上述两种观点结合在一起。今天,通常都把光在某些情况下的运行当粒子束,而在另外一些情况下的运行看做波。这种波—粒子论也许不容易符合我们的一般见解,但却与实验所显示的光运行的真实情况极其一致。这两者的结合显得有点奇妙和令人不解,把牛顿和惠更斯这两位单身汉称为当代我们对光的特性的理解的父母是适宜的。
⑨伽利略早就发现了这些环,但他不知道环为何物组成。从他初期使用的天文望远镜看来,这些环似乎像紧接着土星的两个对称凸块,他不无困惑地说,像两只耳朵。
⑩另外一些人也持有相同的观点。开普勒在《宇宙谐和论》中写道:“第谷的有关论点是,茫茫宇宙并非全是不毛之地,而是住满了居民。”浩瀚的宇宙,竟有如此众多的太阳和地球,这种想法多么诱人、多么奇妙啊……,而且,每一个地球上,都是绿草如茵、森林遍地,动物成群,既有大海,也有高山!而考虑到众多的恒星与其间巨大的距离,我们的惊奇与崇敬又将增大多少倍呀!
⑾这类传说是古代人的传统、其中有许多从探险一开始便带有宇宙的主题。例如:15世纪中国明朝对印度尼西亚、斯里兰卡、印度、阿拉伯和非洲一系列探险就被费信,——参加者之一——在一本进呈御览的图书中描绘为“星槎胜览”。可惜的是,图画都遗失了,但其文字版本还在。