水，躲在你不知道的地方

王思潮

對地外生命和外星文明的探尋已成為當(dāng)代天文學(xué)兩大熱點(diǎn)之一（另一個是暗物質(zhì)和暗能量），而水或其他合適的液體是地外生命和智慧生物出現(xiàn)的首要條件。科學(xué)家已經(jīng)在太陽系的多顆星球上發(fā)現(xiàn)了水的痕跡。

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月球

在很長時間里，天文學(xué)家都認(rèn)為月球是一顆沒有大氣、異常干燥的無水星球。2009年9月，印度“月球飛船1”號探測器項目的科學(xué)家發(fā)表研究報告，公布了有關(guān)月球南北兩極的土壤中存在水的證據(jù)。

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同年，美國的月球隕石坑觀測和感應(yīng)衛(wèi)星（簡稱LCROSS），在10月9日“半人馬座”火箭撞擊月球90秒后從撞擊地上空掠過，用分光計掃描其成分，對撞擊造成的月球塵羽流進(jìn)行了檢測，將所得信息傳回地球。4分鐘后，完成任務(wù)的LCROSS也撞向月球南極。美國航空航天局的月球勘測軌道探測器和地面天文設(shè)施負(fù)責(zé)分析LCROSS撞擊所濺起的物質(zhì)。11月14日，LCROSS探測項目科學(xué)家、美國航空航天局艾姆斯研究中心首席研究員安東尼·科拉普雷特說：“我們真是欣喜若狂！LCROSS和‘半人馬座火箭撞擊月球后的高角度蒸氣羽流和噴出物幕流中都存在水。這表明月球南極凱布斯隕石坑中存在水冰。”

2009年12月至2010年6月之間，美國航空航天局的月球勘察軌道探測器通過微型射頻技術(shù)雷達(dá)對月球南極的沙克勒頓隕石坑探測了三次，在隕石坑陰影區(qū)檢測到了水或者冰的信號。微型射頻技術(shù)雷達(dá)可穿透一兩米的深度，發(fā)現(xiàn)隱藏在地表之下的水或者冰物質(zhì)。

科學(xué)家最后確認(rèn)，沙克勒頓隕石坑表面的水冰物質(zhì)占到總量的5%至10%。這是一個重大發(fā)現(xiàn)，表明月球南北兩極土壤中天的水冰含量相當(dāng)可觀。

找到水對人類未來的探月計劃具有重大的推動作用，因為它不僅可以用作飲用水的來源，也能用作燃料。而且，既然在月球這樣干旱的星球都發(fā)現(xiàn)了水，其他星球存在水或其他合適液體的希望更大了。

現(xiàn)在，美國航空航天局和加拿大太空局正在開發(fā)一款新型月球探測車，希望能在10年內(nèi)發(fā)射到月球上去。這個項目名為“風(fēng)化層和環(huán)境科學(xué)以及氧氣和月面揮發(fā)提取”。最近，這款月球車正在夏威夷的火山巖床進(jìn)行測試。它可以在月球表面鉆個洞，然后加熱里面的物質(zhì)，在水份被蒸發(fā)出來后測量水的含量。

土衛(wèi)六

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土衛(wèi)六是土星最大的一顆衛(wèi)星，直徑是月球的1.5倍，有著與地球類似的地表。它還是太陽系唯一擁有濃厚大氣層的衛(wèi)星，大氣層富含碳，與原始地球相似。

“卡西尼”飛船的觀測發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六的北極和南極地區(qū)存在若干充滿液態(tài)物質(zhì)的湖泊。到目前為止，除地球之外，人類探測器只在土衛(wèi)六表面發(fā)現(xiàn)有湖泊存在。2009年7月8日，“卡西尼”號探測器的可見光與紅外成像分光儀拍攝到來自土衛(wèi)六的光斑，在排除其他因素后，已確認(rèn)光斑來自一個名為“克拉肯·馬雷”的湖泊。這個湖泊面積約40萬平方千米，比地球上最大的湖泊里海還要大，位于土衛(wèi)六北緯71°、西經(jīng)337°。

美國航空航天局噴氣推進(jìn)實驗室的行星科學(xué)家鮑勃·帕帕拉多說：“這張照片透露了有關(guān)土衛(wèi)六的很多信息，比如它有厚厚的大氣層、表面有湖泊，就像一個光怪陸離的地球。對于人類來說，它既有令人熟悉的地方，也有令人完全陌生的感覺?！?/p>

土衛(wèi)六湖泊的主要成分可能是液態(tài)甲烷，估計是由甲烷雨降落形成的?！翱ㄎ髂帷碧柼綔y器還發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六可能也像地球一樣，存在活躍的“水文循環(huán)”，只不過這個循環(huán)的主角是碳?xì)浠衔铩?/p>

科學(xué)家還在土衛(wèi)六云量密集的天然電場發(fā)現(xiàn)了電流活躍的跡象，類似于地球的閃電輻射能量，這說明在土衛(wèi)六冰殼以下可能是由水和氨組成的海洋。閃電與生命起源密切相關(guān)，這一特征暗示了土衛(wèi)六具有孕育生命的可能性。

天王星及其衛(wèi)星

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天王星的質(zhì)量大約是地球的14.5倍，是類木行星中質(zhì)量最小的，密度是1.29克/立方厘米，只比土星高一點(diǎn)。直徑雖然與海王星相似（大約是地球的4倍），但質(zhì)量較低。這些數(shù)示，它主要由各種各樣的揮發(fā)性物質(zhì)，例如水、氨和甲烷組成。天王星內(nèi)部冰的總含量還無法確切知道（根據(jù)模型的不同有不同的結(jié)果），粗略估計，是地球質(zhì)量的9.3倍至13.5倍。

天王星的標(biāo)準(zhǔn)模型結(jié)構(gòu)包括三個層面：中心是巖石構(gòu)成的核，中間是冰構(gòu)成的幔，最外面是氫和氦組成的外殼。這里的冰并不是一般意義上的冰，而是由水、氨和其他揮發(fā)性物質(zhì)組成的熱且稠密的流體。這些流體有高導(dǎo)電性。

對天王星大氣層的光譜研究顯示，其主要成分是氫和氦，還包含較高比例的由水、氨、甲烷等結(jié)成的“冰”，以及可以探測到的碳?xì)浠衔?。其外部的大氣層具有?fù)雜的云層結(jié)構(gòu)，水在最低的云層內(nèi)，而甲烷組成最高處的云層。

目前已知天王星有27顆天然衛(wèi)星，都由冰和巖石組成，大約是50%的冰和50%的巖石。在這些衛(wèi)星中，天衛(wèi)一有著最年輕的表面，上面只有少許的隕石坑，天衛(wèi)二看起來是最老的。天衛(wèi)五擁有深達(dá)20千米的斷層峽谷、梯田狀的層次和混亂的變化，形成令人混淆的表面年齡和特征。天衛(wèi)五過去的地質(zhì)活動被認(rèn)為源于在其軌道比目前更偏心的某個時候，受到了潮汐加熱的影響。偏心的原因大概與天衛(wèi)二軌道共振有關(guān)。與地幔上涌相關(guān)的外部運(yùn)動，很可能是天衛(wèi)五賽道般“運(yùn)河”的起源。海王星及其衛(wèi)星

海王星是介于地球和巨行星之間的中等大小的行星：它的質(zhì)量是地球的17倍，是木星質(zhì)量的1/18。因為它的質(zhì)量較典型類木行星小，而且密度、組成成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)也與類木行星有顯著差別，常和天王星一起被歸為類木行星的一個子類：冰巨星。

海王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和天王星相似，行星核是一個質(zhì)量不超過地球的、由巖石和冰構(gòu)成的混合體。海王星地幔的總質(zhì)量相當(dāng)于10個至15個地球質(zhì)量，富含水、氨、甲烷和其他成分。作為行星學(xué)慣例，這種混合物被稱為冰，雖然其實是高度壓縮的過熱流體。甲烷、氨和水的含量越靠近地表越高。

海王星有14顆已知的天然衛(wèi)星，與天王星的衛(wèi)星一樣，也都由冰和巖石組成。其中最大的，也是唯一擁有足夠質(zhì)量成為球體的海衛(wèi)一在海王星被發(fā)現(xiàn)17天以后就被威廉·拉塞爾發(fā)現(xiàn)了。與其他大型衛(wèi)星不同，海衛(wèi)一運(yùn)行于逆行軌道，說明它是被海王星俘獲的，可能曾經(jīng)是一個柯伊伯帶天體。它與海王星的距離足夠近，使它被鎖定在同步軌道上。它將緩慢地經(jīng)螺旋軌道接近海王星，當(dāng)它到達(dá)洛希極限時將最終被海王星的引力撕開。

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