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布鲁卡的脑-第46章

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    此后,另外有两个射电天文小组观察出来的数值,与布里格斯所得的数值相比,有的偏高,有的偏低。较高的温度数字,高得令人吃惊,甚至接近地球上寒带的温度。观察所得的情况,如同提坦的大气一样,似乎是非常含糊不清的。如果我们能用雷达光学测量可以告诉我们从云层顶部到另一星球云层顶部的距离测出提坦固体表面的面积,问题就可解决。这个问题可能要等“旅行者号”考察组研究的结果,已计划在1981年发送两艘精密的宇宙飞船接近提坦其中一艘将非常靠近它。

    我们选择的无论哪一种模型,都与对红云的认识是一致的。但红云是由什么构成的呢如果我们用甲烷与氢气造成一种大气,并给它提供能量,那么,我们将可以制造出一系列有机化合物,既有简单的碳氢化合物象制造丹尼尔森氏大气上部转化层所必需的那类碳氢化合物,也有复杂的有机化合物。在我们康奈尔大学实验室中,比斯恩卡哈bishunkhare和我以模拟方式制造了存在于外层太阳系的这类大气。我们所合成的复杂有机分子,具有类似于提坦云层那样的光学性质。我们认为,有力的证据说明提坦上是有丰富的有机化合物的,并且,大气中含有简单的气体而在它的云层及表面上则存在着更为复杂的有机物。

    与提坦上有大量大气存在有关的一个问题是,由于重力低,轻质气体氢必定会拚命往外逸。对此,我能作出的唯一解释是,那里的氢处于“平衡状态”。这就是说,它不断外逸,但又不断从某种内源很可能是火山得到补充。提坦的密度是如此之低,以致它的内部必定几乎全都由冰组成的。我们可以把它视为一颗由甲烷、氨和冰水组成的巨大彗星。那里也必定有少量放射性元素的混合物,它们衰变着并使它们周围的环境变热。热的传导问题,已由马萨诸塞理工学院的约翰刘易斯johnlewis解决了。很清楚,提坦内靠近表面的部分会呈粘稠状。甲烷、氨和水蒸气从内部逃逸出来,并且被太阳的紫外线分裂而同时产生大气氢和云层有机化合物。那里的表面,可能有由冰而不是岩石构成的火山,它们偶尔喷发出液态冰流而非液态岩石一种流动的甲烷、氨的熔浆,也许还有水。

    所有这类氢气的外逸,还带来另一个后果。大气分子从提坦外逸速度,通常不如从土星外逸速度大。因此,正如康奈尔大学的托马斯麦克多诺thosdonough和已故的尼尔布赖斯neilbrice所指出的,从提坦流失的氢,将形成一种围绕土星的扩散性氢环或氢圈。这是一种非常有意义的预断,首先是针对提坦提出来的,但对其它卫星也可能适用。“先驱者10号”已经探测到了在木卫二附近有一个这样的氢环围绕着木星。当“先驱者11号”和“旅行者1号”、“2号”飞临提坦时,他们也许能探测出提坦的环来。

    提坦将是外层太阳系中最容易探索的天体。类似木卫二或小行星这样无大气的世界,存在着一个着陆问题,因为我们无法利用大气来制动。类似木星与土星的巨大世界,则有一个相反的问题:因重力而产生的加速度是如此之大,以及大气厚度的增加是如此之快,以致很难设计一种进入时不至焚毁的大气探测器。然而,提坦却有足够稠密的大气和足够低度的重力。如果它的距离再近一些的话,我们今天也许已经往那里发射探测火箭了。

    提坦是一个可爱的、难以捉摸和具有启示性的世界,我们突然认识到它是可以探索的;通过用宇宙飞船的靠近飞行,以确定它总的球面参数以及搜寻云层的裂口;通过将探测器发射进去以获取红云和不得而知的大气样品;以及用登陆方式去考察那个与我们所知道的天体皆不相同的表面。提坦给我们提供了研究各种有机化学的绝妙机会,可能正是这种有机化学才导致了地球生命的诞生。尽管它的温度低,但提坦上有生物存在,决不是不可能的。它的表面地质学,可能在整个太阳系中是独一无二的。提坦正在等待着

    第十四章行星上的气候

    造成地球气候捉摸不定变化的原因,是否就是那寂静肃默的高度

    罗伯待格拉维斯robertgraves相会

    人们认为,在三千万年到一千万年前,地球上的温度恰好以摄氏几度的速率缓慢下降,但许多植物和动物都具有自己的生命周期,以灵敏地适应这种温度的变化,而巨大的森林则向着低纬度的更热地带退缩。森林的这种退缩缓慢地改变了那些仅有几磅重的小皮毛双目生物的习性,这些小生物原来都栖息在森林里,用它们的臂膀从这一树枝攀缘到另一树枝上。随着森林的消失,只有那些在大草原上能够生存的毛皮生物才幸存下来。几千万年以后,这些生物留下两类后裔:一类包括狒狒,而另一类便叫做人类。我们之所以能生存下来,是由于气候变化平均只有几度的缘故。这些变化使一些物种生存下来而另一些物种归于消亡。我们这个行星上生命的特征,受到这些改变的强烈影响,而且事情变得日益清楚,气候的变化直到今天还在继续着。

    有许多方法可以指明,过去气候是变化的。有些方法可以探索遥远的过去,而另一些方法则只具有有限的适用性。方法的可靠性也不相同。有一种方法,可以有效地追溯到几百万年以前,它是基于在有孔虫类化石壳体的碳酸盐中同位素氧18与氧16的比率。这些壳体,属于跟我们今天所能研究的物种非常相似的物种。氧16与氧18之比按这些物种在其中生长的水的温度而变化。与氧同位素法多少类似的方法是建立在同位素硫34与硫32之比基础上的方法。还有另外一些更直接的化石指示法;例如,珊瑚、无花果树和棕榈树的广泛存在,则指示出是高温,而数目众多的大型皮毛兽,诸如猛犸之类的遗骸,则指示出是低温。地质记载提供了冰河存在的广泛证据巨大的能移动的冰层,留下了巨大的鹅卵石和冲蚀的痕迹。另有明显的地质证据表明,有许多蒸发河床即盐水已被蒸发而留下盐的地区。这种蒸发只有在温暖的气候下才会发生。

    当这一系列气候信息汇综起来,一个温度变化的复杂模式就显现出来了。例如,地球的平均温度始终没有一个时候处于水的冰点以下,而且甚至也没有一个时候温度接近于水的正常沸点。但几度的变化则是常有的,甚至二三十度的变化至少局部地发生过。摄氏几度的波动,在几万年特征时间发生过多次,冰期和间冰期新近更替就具有这一特征时间和温度幅度。但也有更长周期的气候波动,最长的周期达几亿年数量级。温暖期似乎存在于约六亿五千万年前和二亿七千万年前。依照过去气候被动的标准,我们现在处于冰期中。就地球大部分历史而论,并没有象今天的南极和北极那样的“永久的”冰封期。过去的几百年,我们部分出现了冰期时代,由于迄今未明的原因,造成了较小的气候变化;如果从无限追溯地质时代的观点来看,我们又可能退回而陷入到全球性寒冷的时代,成了我们这个时期的特征。二百万年前,芝加哥市所在地还被埋在一英里厚的冰层之下,这决不是夸大其事。

    地球温度是由什么决定的呢从太空的角度看,地球是一个旋转着的蓝色球,伴有变化多端的片片云层,红棕色的沙漠和光亮白色的极冠。加热地球的能量,几乎无例外地来自太阳光,从地球的炽热内部传导上来的能量,总起来还不足来自太阳以可见光形式达到的百分之一的千分之一。但不是所有的太阳光都被地球吸收。有些通过地球表面上的极冰、云层以及岩石和水而被反射回太空中。地球的平均反射率,或反照率,通过从卫星上的直接测量和从地照反射出月球暗面的间接测量结果表明,大约是百分之三十五。百分之六十五的太阳光被地球吸收,以加热地球而达到已能容易地计算出来的温度。这个温度约为-18c,它在海水的冰点以下,比已测定的地球平均温度要冷30c左右。

    这种不符是由于这种计算忽略了所谓的室温效应而造成的。从太阳来的可见光进入地球纯净的大气并由此被传入地球表面。然而,在力图辐射回太空的表面,受到在红外线中辐射的物理规律所约束。大气在红外线中不易透进,而某些波长的红外辐射诸如62微米或15微米辐射只能穿过几厘米,就被大气气体吸收了。由于地球大气�
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