图说太阳系的十道“伤疤”
by Shea on 3月 12, 2009
Shea 编译
从人造卫星上5毫米的凹痕到木卫三表面4,000千米的陨击地貌，太阳系中遍布着各式各样由撞击留下的“伤疤”……
第一道：微创
自从进入太空时代以来，科学家们一直关心着一个问题，那就是长期暴露在太空中对人或者航天器会有什么影响。于是1985年3月19日，美国“挑战者”号航天飞机将“长期曝露飞行器”（图1）送入了近地轨道。长期曝露飞行器的大小和一辆公共汽车差不多，在地球轨道上持续工作了2076天。之后在1990年1月12日被“哥伦比亚”号航天飞机收回（这难道是巧合？）。
[图片说明]：图1（右）：长期曝露飞行器。版权：NASA。
它的重要使命之一就是研究在太空环境下微流星体撞击对航天器所造成的破坏情况，这对于航天器的设计而言具有非常重要的意义。照片（图2）中盛开的银色“花朵”正是长期曝露飞行器被微流星体撞击所留下的。尽管这道直径5毫米的“疤”和太阳系其他“疤痕”比起来顶多也就算是“微创”，但是这已经是长期曝露飞行器上最大的撞击痕迹了。
[图片说明]：图2：长期曝露飞行器上直径5毫米的撞击痕。版权：NASA。
第二道：神明
[图片说明]：图3：博苏姆特维湖。版权：Christian Köberl。
博苏姆特维湖位于西非加纳共和国，距离素有“园艺之城”美誉的库马西市大约30千米。目前博苏姆特维湖是加纳有名的旅游风景区，其周边大约有30个村子，生活着7万人口。在加纳阿善堤人的心目中，死者的灵魂会来到博苏姆特维湖向他们的神特维告别。正因为如此，博苏姆特维湖只允许乘坐木船打鱼。博苏姆特维湖陨击坑的直径为10.5千米，比现在的湖面稍大。形成的时间大约是在100万年前。陨击坑以及撞击留下的其他痕迹大部分已经被侵蚀，并且其四周被浓密的热带雨林所覆盖。
[图片说明]：图4：鸟瞰博苏姆特维湖。版权：Christian Köberl。
第三道：火星上的麦哲伦大航海
维多利亚环形山位于火星的本出子午线平原，大约730米宽。它以麦哲伦环球航行中的五艘船之一的名字命名。沿着环形山的边缘有许多突出或者凹陷的结构，它们也都以麦哲伦航行中发现的海湾和海角命名。
[图片说明]：图5：“机遇”号火星车拍摄的维多利亚环形山全景。版权：NASA/JPL-Caltech/Cornell。
“机遇”号火星车于2006年9月26日来到了维多利亚环形山的边缘，之后它沿着顺时针方向绕维多利亚环形山行驶了大约1/4圈。从2006年10月16日到2006年11月7日，“机遇”号火星车上的全景相机拍摄了几百张维多利亚环形山的照片，最后拼接成了一幅它的全景照片（图5）。
[图片说明]：图6：环火星巡逻者拍摄的维多利亚环形山。版权：NASA/JPL/University of Arizona。
除了在地面上“机遇”号火星车对维多利亚环形山进行实地探测以外，在环绕火星的轨道上环火星巡逻者也拍摄了它的照片。在环火星巡逻者所拍摄的照片（图6）中，维多利亚环形山的锯齿状边缘格外显眼，这是由于侵蚀和环形山山壁物质下陷所造成的。在环形山的内壁上是层状沉积岩，其内侧则散落着许多巨石。维多利亚环形山中央纵横交错的“条纹”则是一大片沙丘。除此之外，如果你眼神足够好的话，你可以看到照片左侧环形山的边缘上有一个小黑点，那就是“机遇”号火星车（见图7放大图）。
[图片说明]：图7：环火星巡逻者拍摄的维多利亚环形山旁的“机遇”号火星车。版权：NASA/JPL/University of Arizona。
第四道：想看？请先付15美元
[图片说明]：图8：亚利桑那陨石坑。版权：USGS, D. Roddy。
亚利桑那陨石坑位于美国亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的沙漠之中。在科学界，亚利桑那陨石坑也被称为巴林杰陨石坑，以纪念在1903年第一个提出它是由天体撞击而形成的丹尼尔·巴林杰。
[图片说明]：图9：亚利桑那陨石坑内部的全景照片。
目前亚利桑那陨石坑是巴林杰家族通过巴林杰陨石坑公司所拥有的私人财产。巴林杰家族声称这是“地球上第一个被认证并且保存最完好的陨石坑”，同时它也是全世界最热门的陨石撞击研究“标本”。亚利桑那陨石坑海拔1740米，直径大约1200米，170米深。它大约在5万年前由一颗直径50米左右的镍铁陨石撞击而成，撞击所释放的能量是广岛和长崎原子弹的150倍。对于普通游客，如果你想一睹亚利桑那陨石坑的“芳容”的话，就请先掏15美元的门票费吧。
[图片说明]：图10：亚利桑那陨石坑中央被废弃的矿井。注意篱笆上的美国国旗和宇航员。
第五道：机缘巧合
[图片说明]：图11：皮克斯基尔陨石和被皮克斯基尔陨石砸到的雪佛兰轿车。版权：Pierre Thomas (LST)，ENS Lyon。
1993年美国宇航局喷气推进实验室的科学家对600年来中国的历史纪录进行了研究，得出了一个惊人的发现。如果这些历史资料是真实的话，那么在这600年里陨石造成了4起人员伤亡和13起建筑物毁坏事件。根据目前世界人口的数量，估计大约每60年就会发生一次陨石伤人事件。1992年10月9日一颗亮度超过满月的火流星划过长空，在40秒的时间里穿越美国的数个州，最终“降落”在纽约附近的皮克斯基尔小镇。只不过这次降落稍稍的有点与众不同，砸到了一辆雪佛兰轿车（图11）。
[图片说明]：图12：教皇和上帝的“信使”。版权：D. PLUESS/EPA/CORBIS。
有人说，如果你有幸发现了刚落地的陨石，注意千万别去触摸它，因为陨石会严重烫伤或者冻伤你的手。由于到目前为止还没有一颗陨石落到过科学家的后院里，因此陨石落地时的温度从没被仔细测量过。不过可以肯定的是，它落地时的温度取决于陨石飞行的轨迹、速度以及进入大气层时的多方面因素。有报告称刚落地的陨石犹如“烫手的山芋”，虽然烫拿着不舒服，不过可以“捣腾”在两手之间，但绝对不至于严重烫伤。也有报告称发现了冰冷的陨石，但其表面也绝没有传说中的霜冻。有人说陨石是上帝的信使，怎么说呢……这位信使到达的方式有时候就连教皇也不一定吃得消（图12）。
第六道：疯狂的石头
[图片说明]：图13：火星陨石ALH84001中像是微型细菌化石的东西。
1984年在南极发现了一块来自火星的陨石。由于发现它的地方的叫艾伦山（Alan Hills）并且时间是在1984年，因此定名为ALH84001。一晃时间就过去了12年，普通的火星陨石演变成了一块令人“疯狂的石头”。1996年美国宇航局科学家宣布，在ALH84001中发现了像是微型细菌化石的东西（图13）。
[图片说明]：图14：格雷特里环形山的红外波段照片。版权：THEMIS。
一“石”激起千层浪，世界舆论哗然。之后对这一发现的反对声不绝于耳，“口水仗”一直打到现在也还没有个最终的结论。而这一切的发源地则极有可能是火星上的格雷特里环形山。格雷特里环形山是一座位于火星上古老地区的环形山，它的直径为6.9千米，而它的辐射纹的长度是这个数字的30倍甚至更多。在这张由美国宇航局火星奥德赛探测器上的热辐射成像系统拍摄的照片（图14）里，格雷特里环形山周围由撞击而形成的辐射纹清晰可见而且蔚为壮观。在地球上用望远镜看月亮上的环形山，看到的是明亮的辐射纹，而照片中格雷特里环形山的辐射纹却是暗的。原因是这张照片是在日出之前一小会儿拍摄的，此时火星的天还没亮，因此这张红外照片所呈现出的正是火星地表所散发出的热量。也正是这次撞击，撞出了这块“疯狂的石头”。研究表明ALH84001是来自火星的陨石中最年老，形成的时间大约在45亿年前。而格雷特里环形山形成的时间却大约是2千万年前。这两个时间虽然并不矛盾，但是除非对格雷特里环形山及其周边地区进行采样分析和比对，否则现在就“拍板”说它是ALH84001的发源地同样也是一件“疯狂”的事情。
第七道：一“坑”一卫星
[图片说明]：图15：从6800千米远处看火卫一。版权：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona。
火星的两颗卫星火卫一和火卫二是在1877年火星大冲时由美国海军天文台的天文学家阿萨夫·霍尔所发现。这两颗卫星分别用战神（火星）和美神（金星）的两个儿子命名。这两颗卫星有一个共同的特点，那就是小。火卫一的直径大约是22千米，而火卫二的直径只有12千米。这样的“小不点”被撞一下，基本上就只有一个结果——“毁容”。火卫一表面上有一个以霍尔的妻子斯蒂克尼命名的巨大陨击坑。单这个陨击坑的直径就有9千米，几乎占据了火卫一的一半（图15）。
[图片说明]：图16：火卫一的局部放大图。版权：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona。
从陨击坑的大小和形状来判断（图16），这次撞击的规模非常大，差一点就可以把火卫一整个撞碎。从局部放大的照片来看，斯蒂克尼环形山边缘部分的颜色比火卫一其他部分要更蓝一些。根据类似于对月球环形山的分析研究，这一现象说明这一地区是新形成的，比火卫一的其他部分要年轻。除了绝无仅有的表面特征之外，火卫一的轨道特征也是非常有特点的。它的轨道正受到潮汐力的作用不断收缩，最终会撞向火星或者粉碎成火星的光环。按照计划，2009年10月我国的“萤火一号”和俄罗斯的“火卫一”探测器将一起奔赴火星。“萤火一号”将成为一个环火星的探测器，而“火卫一”则将降落在火卫一上，对土壤进行采样并返回地球。
第八道：连环疤
[图片说明]：图17：被木星引力撕碎的舒梅克-列维9号彗星。版权：H. Weaver (JHU), T. Smith (STScI), NASA。
上面讲了太阳系卫星中的“小不点”，现在再来看看“大个子”。木卫三是太阳系中最大的卫星，个头比水星还要大。而它的“主子”——木星，则是太阳系中的行星之王。伴君如伴虎，此话不假。木星以其千分之一太阳质量的“体重”，当之无愧地成为了太阳系中的“粉碎机”。如果有一颗“团结”得不是那么紧密的天体（比如，彗星）不幸从木星附近路过的话，木星的引力就会把它撕碎。这样一来，原本一个天体就会被撕成一“串”天体（图17）。
[图片说明]：图18：舒梅克-列维9号彗星撞击木星所留下的痕迹。版权：哈勃空间望远镜彗星小组。
之后彗星会继续前进，但是故事还远没有结束。木星的引力就像是一把机关枪，现在“子弹”（彗星）已经上膛，就等扣动扳机了。不过这把机关枪有点问题，它不是指向别人而是指向自己的。1994年7月，被木星引力撕碎的舒梅克-列维9号彗星犹如一辆彗星列车径直撞向了木星。结果就是在木星的“脸”上留下的一系列的疤痕（图18），其中较大的疤痕都可以容下整个地球。不过木星是一颗气态的巨行星，“新陈代谢”的能力很强，现在的木星早已恢复了原貌。
[图片说明]：图19：木卫三上环形山链。版权：Galileo Project, Brown University, JPL, NASA。
但是木卫三就没那么运气了，同样是木星“擦枪走火”，同样是被粉碎的彗星，但这次命中的却是木卫三。也许它在不合适的时间恰好运行到了不合适地点，于是在它的表面留下了由13个环形山所组成的连环“疤”。在这张“伽里略”探测器于1997年拍摄的照片（图19）中，木卫三上的这条环形山链长达161.3千米。在这条环形山链的一端，由撞击而散落在周围的物质显得很明亮。
第九道：同心疤
[图片说明]：图20：1979年“旅行者”1号拍摄的瓦尔哈拉环形山。版权：NASA。
2007年12月20日，第62届联合国大会正式通过了由国际天文学联合会和联合国教科文组织共同提出的动议，将2009年定为“国际天文年”。以此来纪念伽里略首次把望远镜用于天文观测400周年，而提出这个决议正是意大利。400年前的1609年12月或者1610年1月，当伽里略把望远镜指向木星的时候，发现了木星旁的四个小亮点。这就是现在我们熟知的木星的四颗伽里略卫星——木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。木卫四是太阳系中的第三大卫星，在木星卫星中仅次于木卫三。它的直径几乎和水星相当，但是质量只有水星的三分之一。在木卫三的表面有一座奇特的环形山，名叫“瓦尔哈拉”（图20）。瓦尔哈拉环形山中央明亮区域的直径为600千米，而它周围蔚为壮观的同心环结构波及的范围却达到了大约4,000千米，犹如撞击所造成的涟漪被“凝固”在了木卫三的表面上。这些同心环几乎占了木卫三表面的十分之一，可算得上是太阳系中最大的撞击地貌之一。
[图片说明]：图21：1967年月球轨道飞行器4号拍摄的月球东海盆地照片。版权：NASA。
同样的结构也出现在了月球上。月球东海盆地的直径大约900千米，形成于30亿年前的一次小行星撞击。与瓦尔哈拉环形山一层又一层的同心环不同，这次撞击只留下三个可见的同心环结构（图21）。
第十道：贯穿伤
[图片说明]：图22：“卡西尼”探测器拍摄的土卫一和赫歇尔环形山。版权：NASA。
1789年威廉·赫歇尔发现了土星的卫星土卫一。它的半径还不到200千米，是太阳系中能在自身引力作用下呈近似球形的卫星中最小的一个。其表面最显眼的特征是占据土卫一直径差不多1/3的赫歇尔环形山。赫歇尔环形山的山壁有5千米高，最深的地方可以达到10千米，其中央峰的高度为6千米（图22）。
[图片说明]：图23：土卫一上和赫歇尔环形山相对的裂缝。版权：NASA。
如果把土卫一放大到地球的大小，那么赫歇尔环形山的直径就会超过4,000千米，相当于加拿大的大小。和火卫一上的斯蒂克尼环形山一样，造就赫歇尔环形山的撞击几乎是毁灭性的。在土卫一上和赫歇尔环形山相对的一面，你还可以看到由于撞击所产生的激波贯穿整个土卫一而造成的裂缝（图23）。另外，对于星战迷来说，有没有发现土卫一和“死星”有几分相似？
（本文已刊载于《天文爱好者》杂志2009年第2期）
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