教……教廷有权断然确定天主教为唯一真正的宗教……甚至在今天．仍然需要确认天主教是唯一的国教，并取缔一切其他形式的信仰……民间对每一种信仰的自由选择，以及给所有人以公开发表意见与想法的充分权利，会很容易造成民众的道德和心灵的腐败……罗马教皇不能够也不应该与进步、自由主义以及近代文明达成和解或表示赞同。
虽然是太迟了并且是很勉强地，教廷为了维护它的信誉，在1992年否定了它对伽利略的谴责。尽管如此，它仍然不能完全认清自己这样做的含义。教皇约翰·保罗二世在1992年的一次演讲中辩解说：
从启蒙时代开始直到今天，伽利略案件一直是一种“虚构的故事”，它从事件中捏造出来的形象与真实情况大不一样。依照这种看法，伽利略案件象征着天主教廷被假定为抵制科学进步，或“武断地”用愚民政策来反对对真理的自由探索。
但是当宗教法庭把年老体弱的伽利略带进教廷的地牢并向他展示刑具时，无疑承认并要求有这样的理解。这只不过是对科学的警告和压制，一直到诸如周年视差这种令人不得不信服的证据已经取得的时候，才勉强改头换面。这也是对讨论与争辩的恐惧。对不同观点进行审查，并恐吓迫害其支持者，这暴露出教会宗旨本身对表面上要予以保护的教区居民并不信任。为什么要对伽利略进行威胁和软禁?难道真理在谬误面前不能捍卫自己吗?
尽管如此，教皇继续补充说道：
当时的神学家在坚信地球的中心地位时出了错．这在一定程度上是由于从《圣经》的字面意义来了解物理世界的结构而造成的。
在这里确实有相当大的进步——虽然原教旨主义信念的拥护者在听教皇说《圣经》在字面上并不总是对的时，会感到垂头丧气。
但是如果《圣经》并非每处都对，那么哪些部分是神授的，而哪些部分难免有错并且是人为的呢?一旦我们承认《圣经》有谬误(或者退一步承认当时的愚昧)，那么《圣经》怎么能成为伦理和道德的绝对正确的指南呢?现在能否让某些教派和个人把《圣经》中他们所喜欢的部分当成是真实可靠的，而把引起麻烦和累赘的部分扬弃掉呢?举例来说，禁止凶杀对社会是重要的，但是如果认为神对凶杀未必会惩罚，那么会不会有更多的人认为他们杀了人可以不受惩罚?
许多人认为哥白尼和伽利略不怀好意，破坏了社会秩序。实际上无论来自何方的对《圣经》字面真理的挑战，都会有这样的下场。我们容易看到科学怎样开始使人们紧张不安。那些把神话长期流传的人不受批评，而对神话提出怀疑的人却成为众矢之的。
我们的祖先从自身的经历来推测起源。难道他们还有别的办法吗?因此，宇宙是从一只宇宙之蛋孵化出来的，或是一位母神与父神性交受孕而生的，或者是造物主作坊的一种产品——也许是多次有缺陷的试制的最后一次成品。因此宇宙比我们所看见的大不了多少，比我们的书面记录或口头传说古老不了许多，并且与我们所知道的相差无几。
我们的宇宙学说中倾向于采用熟悉的事物。尽管尽力探寻，但并无太多创新。在西方，天国是安静和松软的，而地狱就像是一个火山的内部。在许多传说中，这两个领域都由以天神或魔鬼为首的统治集团管理。一神论者谈论王中之王。每一种文化都把管理宇宙的政治体系设想得与人间的颇为类似。很少有人认为这种相似是值得怀疑的。
后来科学发展起来，并让我们了解到自己并非一切事物的准则，有我们想象不到的奇异事情；另外宇宙也不一定像我们所想的那样是舒适的与合情合理的。我们已经知道我们的常识有某些特异性质。科学已经把人的自我意识推进到一个更高的水平。这肯定是进步的过程，也是走向成熟的一步。它与哥白尼之前的观念之幼稚和自我陶醉形成强烈的对比。
但是为什么我们一定要设想宇宙是为我们创造的?为什么这个想法如此令人神往?为什么我们培育它?是否我们的自尊心太强烈，因此除了一个为我们定做的宇宙之外，就不行?
当然，这种想法所仰赖的是我们的虚荣。狄摩西尼{De- mosthenes)㈡说：“一个人需要什么，他就把它想成真实的。”阿奎那高兴地承认：“信念之光让我们看见自己所相信的东西。”但是我想还会有别的东西。灵长类动物有一种种族优越感。无论我们出生在哪一个小的群体，我们对它都怀着热爱和忠诚；而认为其他群体的成员都卑不足道，应当排斥与仇视。就一个旁观者看来，同一种族的两个群体实际上是一模一样的，很难找出差异。对我们在动物王国中最相近的亲戚，即黑猩猩来说，情况正是这样。德鲁扬和我已经谈论过，在几百万年前，从这个观点来看待世界会形成多么重大的进化意识，然而在今天这就变得很危险了。甚至当时以狩猎、采集为生的人群的成员——他们的技能与我们目前全球文明的技术水平相差何其大也——也把他们所在的无论哪一个小团伙都正正经经地说成是“人们”。他们之外的任何人都是异种，甚至不是人。
如果这是观察世界的一种自然方式，那么我们每一次对自己在宇宙中的地位作出一种朴素的判断——没有经过仔细和严格的科学检验的判断——几乎总是选定自己的群体与环境是在中心，这就不足为奇了。进一步说，我们总要相信这是客观事实，而不是哗众取宠。
这样看来，一群饶舌的科学家滔滔不绝地向我们宣讲，“你是寻常的，你并不重要，你不配有特权，你并没有什么了不起，”这并不令人太感兴趣。听得多了，甚至不易激动的人对这种咒语以及坚持说教的人也许会产生厌烦。看来科学家从贬低人类中正在获得某种奇怪的满足。为什么他们不能找到我们优越的地方?让我们兴高采烈吧!吹捧我们吧!在这些辩论中，科学以它让人泄气的曼陀罗㈢，使人感到它是冷冰冰的、疏远的、冷漠无情的、孤独的、对人类需求毫无反应的。
再说，如果我们并不重要，不在中心，不是上帝的宝贝，那么我们根据神学建立的道德准则有什么意义呢?人类在宇宙中真实地位的发现长期来遇到激烈的对抗，至今仍有许多争议的残迹，地心学说支持者的用心有时昭然若揭。试举一例，下面是英国评论性刊物《观察家》在1892年发表的一篇未经署名的揭露问题的评议：
很清楚的事情是行星的日心运动的发现，使我们的地球在太阳系中蜕化到它固有的、“卑不足道的”地位，也
促使地球上占优势的种族迄今受指导和约束的道德准则，退化到一个类似的、但远非固有的、“卑不足道的”地位。许多奉命撰稿的作家笔下的自然科学并非一贯正确，而是错误百出，这便过分地动摇了人们对他们的道德伦理和宗教学说的信任感；这无疑是造成道德准则蜕化的部分原因。但是更多的仅仅是由于人类完全认识到自身的“卑不足道”，因为他发现他栖息的场所只是宇宙的一个偏僻角落，而不是太阳、月球和星星都绕之旋转的中心世界。人类无疑会感到，并且早巳经常感到，自己要成为任何特殊的神灵培育或关注的对象，是太不够格了。
如果把地球当作一座蚁山，人的一生看作是在许多小洞洞进进出出寻找食物与阳光的蚂蚁的一生，那么十分肯定，对人类一生的责任不必太重视，并且可以用一种深刻的宿命论和绝望，而不是抱着新希望，来看待人类的追求……
至少就目前而言，我们的视界已经够广阔了……；直到我们对已有的无限广阔的视界感到习以为常，我们在思考它们时不会像通常一样心慌意乱，而渴望得到更为广阔的视界还为时过早。
我们从哲学和宗教真想得到什么?是缓解剂?治疗?还是安慰?我们是否要再次相信无稽之谈，或是了解我们的真实处境?为了宇宙和我们的一相情愿不符合就心灰意懒，这似乎太孩子气了。你不难想到，把这种失望写下来并付印，对成年人来说真是难为悄的。时新的做法不是责怪宇宙——它似乎真是空空洞洞的，而是责怪我们了解宇宙的工具，就是科学。
肖伯纳(Ceonge Bemard Shaw)在他的剧本《圣琼》(St·Joan)的序言中，描写过科学消灭我们的轻信的观念，把一个陌生的世界观强加于我们，并恫吓我们的信仰：
在中世纪，人们相信大地是平的，对此他们至少有自己的知觉可以作证。现在我们相信它是圆的，并不是因为有百分之一的人能够为这个古怪的信念提供物理依据，而是因为近代科学已经说服我们，凡是明明白白的事物，没有哪一件是真的，而不可思议的、不大可能的、异常的、庞大的、微观的、无情的或者荒谬绝伦的事物却是科学的。
一个更新近的和十分有启发意义的例子，是英国新闻工作者阿普尔亚德{Bryan Appleyard)所写的《了解现在：科学和当代人的灵魂》。这本书阐明了全世界许多人都感觉到，但令人难以说出来的东西。阿普尔亚德的坦率使人耳目一新。他是一个真正的信徒，他不愿让我们陷入近代科学与传统宗教之间矛盾的泥沼中。
他痛惜说，“科学夺走了我们的宗教。”他渴望得到的是哪一种宗教呢?在他所要的宗教中，“人类是整个体系的要害、心脏和最终目的。它肯定把我们自己置于整个世界之上。”……“我们是终点、目的，也是伟大的太空圆穹绕之旋转的合理枢轴。”他渴望一个“天主教正统的宇宙”，在它里面“可以看出整个世界是为演出一场救世戏剧而制造的一架机器”。阿普尔亚德的用意是，尽管有明确的指令，一个女人和一个男人违令吃了一只苹果，这个反抗行动把宇宙转换成控制他们后代子孙的一种机构。
对比起来，近代科学“认为我们是偶然出现的。我们是宇宙的产物，而不是宇宙的目的。当代的人最后什么也不是，他在宇宙中不起作用。”科学是“精神上的腐蚀剂，它激起对古代权威和传统的仇恨。它不能和任何事物真正地共存。”……
“科学不知不觉地说服我们抛弃自我，我们真正的自我。”它揭示“缄默的、异样的自然界景象”。……“人类不能和这样揭示的事物共存，遗留下来仅有的德行便是自慰的谎言。”人类很渺小，这是一个难以忍受的负担，想到它比什么都使人难堪。
在缅怀庇护九世的一段文字中，阿普尔亚德甚至诋毁这样的事实：“可以指望一个近代的民主社会容纳若干个互相抵触的宗教信仰，它们不得不遵从一定数量的共同禁令，但没有别的限制。它们不得相互烧毁对方的教堂，但是，他们可以否认甚至辱骂对方的上帝。这是有效的、科学的行动方式。”
但是还有什么选择?把一个难以确定的世界执拗地说成是可以确定的?采用一种自慰的信仰体系，不管它与事实相差多远?如果我们不知道什么是真的，怎么能面对现实呢?由于实际原因，我们不能过多地生活在幻想世界。我们要不要审查彼此的宗教并烧毁彼此的教堂呢?我们怎么能够认定，数以千计的人类信仰体系中哪一个是没有争议的、无所不在的和非信不可的呢?
这些引文表明，面对着宇宙——它的宏伟和华丽，尤其是它的冷漠——我们多么缺乏胆量。科学告诉我们，因为我们有欺骗自己的才能，因此主观性不能任意支配一切。这是阿普尔亚德如此不信任科学的一个理由。科学似乎是太理性化、太按步就班，也太不顾个人情感了。它的结论都来自对自然界疑问的解决，而全然不是为满足人们的需要而预先设计的。阿普尔亚德为中庸的主张感到痛惜。他向往绝对正确的教义，废除审判，以及履行信仰而不是质询的义务。他不领会人们难免会出差错。他认为，无论是在我们的社会组织里，还是对宇宙的认识中，都不需要把改正错误形成制度。
这就是当父母不在时婴儿的生气哭泣。但是大多数人终于弄清楚了事情的真相，原来是父母本会绝对保证小孩不受伤害，但是有人要父母去办事时他们不得不痛苦地走开。大多数人终于找到了适应于宇宙的办法——尤其是在掌握思考工具的时候。
在科学的年代，阿普尔亚德抱怨说，“我们传授给自己孩子的只是这样的信念：包括培育我们的文化在内，没有一样东西是真实的、不可更改的或持久的。”对于我们遗产的不合适方面，他的话何等正确。但是把没有根据的必然事物加进去，它是否会变得更加丰富?他嘲笑“认为科学和宗教是可以轻易分开的独立领域的这种虔诚希望”。与此相反，“科学就其目前的情况来说，与宗教绝对是水火不相容的。”
然而阿普尔亚德是否真的要说，现在有些宗教对世界的本质发表直言不讳的错误声明而想不引起争议是难以办到的?我们认识到，甚至备受尊敬的宗教领袖(他们是他们那个时代的产物，正像我们是我们这个时代的产物一样)，也可能出了差错。各个宗教之间有矛盾，就琐碎小事来说，诸如走进礼拜堂时应该戴帽还是脱帽，是否应当吃牛肉而不吃猪肉，或反之，可吃猪肉而不能吃牛肉，等等；直到最重要的问题，例如有没有神灵，只是一个上帝还是有许多神。
科学把我们中的许多人带入如霍桑(Nathaniel Hawthome)㈣所描绘的梅尔维尔的心情，“他既不能信教，又不能为他的无信仰而感到宽慰。”或者如卢梭(Jean-Jacques
Rousseau)㈤所说的：“他们没有说服我，但他们使我烦恼。他们的论证震动了我，但从没有令我信服……要阻止一个人去相信他渴望得到的东西，是困难的。”由于世俗和宗教的权威所倡导的信仰体系都被破坏了，一般说来，对权威的尊重大概会遭到侵蚀。教训是明明白白的：甚至政治领袖也必然会对接受错误的教条留神。这不是科学的失误，而是它的一个恩惠。
当然，世界观的一致是令人宽慰的，而意见冲突会使人不安，并要求我们付出更多。但是除非我们不顾一切证据，坚持认为我们的祖先是十全十美的，那么知识的进步要求我们取消然后重新组合他们所达成的一致。
在某些方面，就引起敬畏的程度来说，科学远远超过宗教。任何一个主要的宗教几乎都不会审视科学并得出结论说，“这比我们想象的更好!宇宙比我们的先哲们所说的更大、更宏伟、更精巧、更优美。上帝必然是比我们想象的更伟大。”这是为什么呢?与此相反，他们会说，“不，不，不!我的神是一个很小的神，我要他以后还是这样。”近代科学揭示出宇宙的宏伟壮丽，一个强调宇宙如此宏伟壮丽的宗教，无论是老的还是新的，也许能博得传统信仰很难得到的尊重与敬畏。这样一个宗教迟早会出现。
如果你活在两三千年以前，那么坚持认为宇宙是为我们而创造的，就不是一桩丢脸的事情。它是与当年人们所知的任何事物都相符合的有吸引力的命题；它是当年人们中间最有学问的人毫无保留地宣讲的学说。但是从那时以来人类已有许多发现。今天还捍卫这样一种见解就是存心不顾证据和毫无自知之明。
然而，对我们许多人来说，消除认知上的这种狭隘观念却依然令人痛恨。即使它们不能主宰一切，它们也会伤害信心——不像早期随社会功利而起伏的人类为宇宙中心的信念那样走运。我们是为了一个目的才渴望在这个位置上，至于证据，除掉自我欺骗之外却一点也没有。列夫·托尔斯泰(L·Tolstoy)曾写道：“生活中毫无意义的荒唐事，便是人类能够取得的仅有的无可争辩的知识。”我们的自高自大接连被戳穿，这使我们的时代背着累积而成的沉重包袱。我们是后来者；我们生活在宇宙的荒野中；我们来自微生物和污泥；猿猴是我们的远亲；我们的思想和感觉并不完全由自己控制；其他地方可能还有更灵巧得多的和大不一样的生灵。除了这一切之外，我们正在把自己的行星搅得一团糟，并正在对自己构成威胁。
我们脚下的陷阱之门打开了。我们发现自己正在坠入无底深渊。我们迷失在一大片黑暗之中，谁也不会派人来搜寻。面对着如此严峻的现实，我们总想闭上眼睛，假装我们是在安全和舒适的家里，而认为下坠只不过是一场恶梦。
我们对自己在宇宙中的地位缺乏共识。对于我们种族的目标，并没有一个公认的长远见解——也许除掉单纯的求生存。尤其是在艰苦岁月，我们极度渴望得到鼓励，不愿接受接连不断的大降级和希望破灭，而非常乐意听到我们是特殊的——即使证据薄得像一张纸也并不在意。如果用一点神话和宗教仪式就能让我们度过似乎是没有尽头的漫漫长夜，我们之中谁又会不同情和理解呢?
但是，如果我们的目标是获得深奥的知识，而不是肤浅的信念，那么从这个新前景所得到的会是远远超过失掉的东西。我们一旦克服了由于人类渺小而引起的恐惧感，就会发现自己是站在一个辽阔的和令人敬畏的宇宙的入口处，这个宇宙使曾让我们的祖先感到惬意的以人类为中心的舞台，无论在时间、空间和潜力上都绝对地相形见绌。我们透过数十亿光年的空间去观察大爆炸之后不久的宇宙，并探索物质的精细结构。我们窥视我们这个行星的核心，以及我们的恒星的炽热的内部。我们从解读遗传密码来了解地球上每种生灵的形形色色的技能和习性。我们揭示记录人类自身起源的隐密篇章，并怀着一定的痛苦更好地了解我们的本性与前景。我们发展和改良农业。如果没有农业，我们几乎全体都会饿死。我们发明了医药和疫苗来拯救亿万人的生命。我们用光的速度进行通讯，并且一个半小时就可以绕行地球一圈。我们已经向70多个世界发送了数十个飞行器，并向恒星发射了4个空间飞船。我们有权为自己的成就而欢欣鼓舞，为人类能看得这样远和评价自己的价值而感到自豪。我们能够这样做，在一定程度上靠的正是戳穿我们自命不凡的科学。
对我们的祖先来说，自然界有许多可怕的东西——闪电、暴风雨、地震、火山、瘟疫、旱灾、长冬。宗教之所以出现，部分地是由于对大自然暴乱的一面不甚了解，就试图抚慰和控制它。科学革命让我们隐约看到一个潜在的有秩序的宇宙，它具有天体的朴实的和谐[开普勒(Johannes
Kepler)的用语]。如果我们了解大自然，就有希望控制它，或至少减轻它造成的祸害。在这个意义上，科学带来了希望。
大多数反狭隘地方主义的争论起初都没有想到它们的实际意义。热情而好奇的人类希望了解他们的真实环境，他们及其世界是怎样的独一无二或平淡无奇，他们的最初来源和命运，以及宇宙如何运转。奇怪的是，有一些这样的争议产生了最深刻的实际效果。正是牛顿用来解释行星绕日运行的数学推理方法，导致了我们现代世界的大部分技术。工业革命，尽管有种种缺点，仍然是农业国家摆脱贫困的全球模式。这些争论具有国计民生方面的效果。
也可能是另外一种情况。也可能人类不愿接受，或总的说来，并不想了解一个令人不安的宇宙，也不愿意对流行的学识见解提出挑战。尽管在每一个时代都有人反对这种挑战，值得大加赞扬的是，我们仍让自己根据证据得出一个乍看起来令人沮丧的结论：宇宙非常庞大，极为古老，相比之下，我们个人和历史的经历都显得渺小和低下；在这个宇宙中每天都有若干个太阳诞生和若干个天体湮没；在这个宇宙中新近出现的人类只是依附在一团暗黑的泥土上。
如果我们被安置在一个为我们定造的花园里，而园内别的物件供我们随心所欲的使用，这该是令人多么惬意啊!在西方传说中有一个与此相似的著名故事，只是花园里并非每样东西都是供我们使用的。有一株特殊的树不归我们分享的，这就是智慧之树。在这故事里，知识、理解和智慧对我们都是禁物。我们注定要成为一无所知的。但是我们毫无办法。我们渴求知识——你可以说，我们生来就是知识饥饿者。这是我们一切苦难的根源。特别要谈到，正是由于这个缘故，我们不再住在花园里面：我们找到的东西太多了。我想，只要我们没有好奇心，也很恭顺，我们便可以用自高自大和中心地位来安慰自己，并告诉自己，宇宙就是为我们创造的。然而当好奇心开始使我们着迷时，要探索，要了解宇宙的真相，我们就把自己赶出了伊甸园。手持闪闪发光的宝剑的天使在极乐园门口站岗，阻止我们回去。园丁们就成了流放犯和浪荡者。有时候我们会为那个失掉的世界而悲痛，但我认为这是感情脆弱和多愁善感的表现。我们不可能永远幸福地停留在一无所知的状态中。
在这个宇宙中，想起来好像许多东西都是专门设计出来的。我们每一次碰到它们，都宽慰地松一口气。我们永远都希望找到，或者至少是有把握地推断出一位设计者。但是事与愿违，我们一次又一次地发现自然过程——例如星球碰撞创造世界、基因库的自然选择、甚至一壶开水的对流图象——能够从紊乱中得出秩序，并引诱我们去推断并不存在的目的。在日常生活中——在青少年的卧室里或在国家的政治中——我们常常感到紊乱是自然而然的，而秩序是上面强加的。宇宙的规律性比我们对普通境况常说的秩序更为深刻。所有的秩序，无论是简单的还是复杂的，似乎都来自在大爆炸(或更早)时创立的自然定律，而不是一位不完美的神祗干预迟了所造成的结果。“上帝可以在琐碎事情中找到，”这是德国学者沃伯格(Aby
Warburg)的一句名言。但是除了高度的优美和精确外，生活中的琐事，甚至宇宙还显示出随意、临时应急的事先安排和大量的计划不周。我们该怎样弄明白这件事情：一幢大厦在建造早期就被建筑师抛弃了?
至少是现有的证据以及自然规律，都不需要一位设计师。也许有一位，但他是藏而不现，极不愿意被发现。这似乎往往是一种非常渺茫的希望。
于是我们的生活以及我们的脆弱行星的意义，只能靠我们自己的智慧与勇气来决定。我们是生活意义的守护神。我们渴望有一位天父来照管我们，宽恕我们的谬误，从我们的幼稚错误中挽救我们。但是知识比无知更为可取。信奉令人难堪的真理远比叫人开心的无稽之谈要好得多了。
如果我们需要有某种宇宙的目的，那就让我们为自己找一个有意又的目标吧。
㈠英国诗人(1822-l888)。——译者
㈡古雅典雄辩家和民主派政治家(公元前384—公元前332)。——译者
㈢古印度宗教的祈祷词或咒语。——译者
㈣美国小说家(1804—1864)。——译者
㈤法国启蒙思想家、哲学家、文学家(1712－1778)。——译者
第五章 地球上有智慧生命吗?
他们旅行了很长一段时间，并没有发现什么东西。最后他们察觉到一个小光点，这就是地球……[但是]他们没有丝毫的理由会猜想到，我们和这个星球上的同胞们有生存的荣誉。
——伏尔泰《哲学史》(1752)
在我们的大城市及其周围一些地区，天然的景观几乎都消失了。你可以认出大街、小巷、汽车、停车场、广告牌、玻璃和钢制的纪念碑，但是看不见一棵树或一片绿地，也见不到任何动物——当然除人以外。人是很多的。只有当你穿过摩天大楼之间的峡谷，抬头仰望才能认出一颗星星或一片蓝天——它们提醒你．在人类出现之前老早就有什么东西了。但是大城市明亮的灯光使星光变淡了。甚至蓝天有时也不见于，工业污染把它变成褐色的了。
我们每天在这样的地方上班，不难取得这样的印象。我们为了自己的利益和方便，已经使地球改变了多少啊!但是在几百千米之上或下都没有人烟。除掉在地球的表面有一个薄薄的生命层，偶尔有一艘勇猛的宇宙飞船．以及一些无线电干扰之外，我们对宇宙的影响等于零。宇宙对我们毫无所知。
你是一位外来的探险家，经过在漆黑的星际空间中漫长旅行后进入太阳系。你从远处考察这颗平凡恒星的一小撮行星——有的是灰的，有的是蓝的、红的、黄的。你感兴趣的是它们是什么样的世界，它们的环境是稳定的还是在变化，尤其想知道的是有没有生命和智慧。你对地球预先并无所知。你刚才发现它的存在。
让我们设想出一个天界规则：只能看，不能摸。你可以从这些天体旁边飞过，可以绕它们飞行，但严格禁止着陆。受这样的限制，你能否判断地球有什么样的环境，以及是否有什么人在它上面生活?
你接近地球时，对它整体的最初印象是白色的云、白色的极冠、褐色的大陆以及掩盖它三分之二表面的某种带蓝色的物质。当你凭它发射的红外辐射来测量这个世界的温度时，你发现大多数纬度地区都是在水的冰点之上，而极冠是在冰点之下。水是宇宙中一种很丰富的物质；因此你认为，极冠由固态水组成的，以及云由固态和液态水组成，这些都是合理的猜测。
蓝色物质是大量的液态水——深达几千米，这个想法也会使你感兴趣。但是至少对这个太阳系来说，这种联想是奇特的，因为液态水组成的海洋在其他任何星体的表面都不存在。如果你从可见光和近红外光谱找到泄露其化学成分的若干特征，你就肯定发现了极冠中的水冰，以及空气中形成云的大量水蒸气。水蒸汽存在的数量必然很大，其实这是因为由液态水组成的海洋会蒸发。奇怪的假设就这样证实了。
用光谱仪进一步发现地球上的空气有五分之一是氧气 (O2（氧气的分子式）)。在太阳系中其他行星上没有这样大量的氧。那么，它从何而来?太阳的强紫外光把水(H2O()水的分子式)分解成氧与氢，而氢是最轻的气体，它很快就逃逸到太空中去了。这肯定是O2（氧气的分子式）的一个来源，可是它不足以说明有如此大量的氧。
另外一个可能性是太阳发射的大量普通可见光使地球上的水分解开——只是如果没有生命，还不知道有什么方法能这样做。为此必须有植物——含有能强烈吸收可见光的色素的生物，它用所储存的两个光子能量，把一个水分子分解，保留H与排出O，然后用这样分离出来的氢去合成有机分子。而植物便必须分布在地球上许多地区。对这些事情全都可以提出许多问题。如果你是一个优秀的、善于发现问题的科学家，就会了解到这样多的O2（氧气的分子式）还不足以证明生命的存在，但是它肯定可以成为猜测的依据。
有了这么多氧，你发现大气里有臭氧(O3（臭氧的分子式）)就不足为奇了，这是因为紫外光可以把氧分子O2（氧气的分子式）变成臭氧。然后臭氧吸收危险的紫外辐射。因此，如果说氧是来自生命，那么就有一种奇妙的感觉，即生命在保护它自己。但是这里谈到的生命也许仅是能进行光合作用的植物，而不包含具有高级智慧的生物。
当你更仔细地察看大陆时，就会发现大致说来有两类地区。一类展现出在许多行星上都可找到的普通岩石与矿物的光谱。另一类显示的是某种不寻常的东西：一种覆盖辽阔区域，并强烈吸收红光的物质。(太阳射出的当然是各种颜色的光，但最强的是黄光。)这种色素可能正是必须的作用剂，它使普通的可见光能够把水分解并形成空气中的氧。这是又一个说服力稍强的了解生命的线索。由色素形成的并不是到处都有的病菌，而是行星表面的充沛生命。色素实际上是叶绿素，它吸收蓝光和红光，并且是植物呈绿色的原因。你看见的是一个长满了植物的行星。
因此我们发现地球至少拥有在这个太阳系里独有的三个特征——海洋、氧气和生命。不难想象它们相互有关，海洋是丰富多彩的生命出现的地方，而氧是它的产品。如果你仔细看看地球的红外光谱，就会发现空气中的一些次要的成分。除水蒸气外，还有二氧化碳(CO2)、甲烷
{CH4)和别的气体，它们吸收地球在夜间向太空发散的热量。这些气体使地球变暖。要是没有它们，地球各处便都在水的冰点之下。于是你发现了地球的温室效应。
甲烷与氧在同一个大气中共存，这是一件奇怪事情。化学原理很清楚：O2过多时，CH4应当全部转变成H2O与CO2。这个过程效率很高，因此全部地球大气不应有一个分子是甲烷。与此不同，你却可以发现每一百万个分子中就有一个是甲烷。这是多么大的差异。它意味着什么呢?
唯一可能的解释是，甲烷进入地球大气非常快，它与O2的反应跟不上。这甲烷全都来自何处?也许它是从地球内部深层渗漏出来的——但是定量说来，这个看法似乎靠不住，何况火星与金星都没有这样多的甲烷。仅有的其他说法都是生物学的，所得结论不要求对生命的化学作任何假设，也不管生命看起来像什么．而只需了解甲烷在含氧的大气中如何不稳定。实际上，甲烷来自沼泽中的细菌、稻谷的栽培、植物的燃烧，来自油井的天然气以及牛的肠胃气胀。在含氧的大气中，甲烷是生命的一个征兆。
从行星际空间可以察觉牛的体内肠道活动，这件事使人感到有一点难堪，尤其在我们珍视的许多事物实际并非如此的时候。但是一位从地球旁边飞过的外星人的科学家目前还不能推断出沼泽、稻谷、火焰、石油或牛。他能推断出的只是生命。
到这里为止我们所讨论过的一切生命征兆都属于比较简单的形态(牛的瘤胃中的甲烷是由该处寄生的细菌产生的)。如果你的航天器是在一亿年以前飞经地球(那还是恐龙的时代，没有人，也没有技术)，你就仍然会看到氧和臭氧、叶绿素色素，以及远多得多的甲烷。然而在现在，你的仪器正在发现的不仅是生命的征兆，而且是高科技的信号——甚至在100年前这种信号都还不可能检测到。
现在你检测到一种特别的来自地球的无线电波。无线电波不一定象征生命和高智慧。许多自然过程可以产生无线电波。你已经发现其他的，显然无人栖息的行星发出的无线电辐射——这是由行星的强磁场所俘获的电子产生的，也可以由分隔这些磁场与行星际磁场的冲击波波前的混沌运动产生，还可能由闪电产生(无线电“啸声”一般都由高音调延伸到低音调，然后重新开始)。这些无线电辐射有的是连续的，有的重复爆发，有的持续几分钟后就消失了。
但这是不一样的：来自地球的一部分无线电发射正是在无线电波开始从地球电离层泄漏出来的频率上，而电离层是在平流层上面能反射与吸收无线电波的带电区域。每一个发射都有一个固定的中心频率，叠加在它上面的是一个调制信号(复杂的断断续续的信号序列)。磁场中的电子、冲击波和闪电放电都不能产生与此类似的现象。唯一可能的解释似乎是高智慧生命。无论断断续续的无线电信号意味着什么，你认为无线电发射来自地球上的技术这一结论总是成立的。你不需要译出电文就可以肯定它是一份电报(我们不妨假定，这个电报真的是美国海军传送给远处核潜艇的信息)。
因此，你作为一位外星的探险家，会知道地球上至少有一种生物已经掌握了无线电技术。这是哪一种生物呢?是不是制造甲烷的生灵?是产生氧气的生物?是用色素把大地染成绿色的生物?或者是其他的生物，更灵巧的生物，在突然降落的航天飞船上无法用别的方法发现的生物?为了搜寻这个具有高度发达技术的生物，你也许要以越来越精细的分辨率来察看地球——即使你寻求的不是那些生物本身，至少也是他们制成的物品。你起先用一架小望远镜观察，这时你能分辨的最小细节的尺度为1—2千米。你认不出雄伟的建筑、奇特的物体、大地的人工改造，也看不见生命的形迹。你看见的是不断运动中的稠密大气。充沛的水源一定会蒸发，然后是降雨。月球上明显可见的古老的撞击坑，在相距不远的地球上几乎完全没有。因此应当有一系列过程，使新的陆地产生出来，然后又被侵蚀掉，这些变化过程所需的时间比地球的年龄短得多。流水不用说是有的。如果你用越来越精细的分辨率观察，就会发现山脉、河谷以及表示我们的行星在地质上很活跃的其他许多迹象。也有被植物环绕的奇怪地方，但是它们本身没有植物。它们看起来就像是风景画上退色的污点。
当你用大约100米的分辨率来察看地球时，一切都变样了。你发现这个行星上覆盖着直线、正方形、长方形、圆圈——有的在河边上挤成一团，或偎依在低山坡上面，有的伸展在平面之上；但在沙漠或高山上很少见，在海洋中绝对没有。对它们的规律性、复杂性及分布，除掉用生命和智慧，很难加以解释，虽然对它们的功能与目的的更深刻的理解可能是难以捉摸的。也许你只能得出这个结论：处于统治地位的生物同时热中于占有领土和欧几里得几何图形。用这样的分辨率，你不能看见他们，更不用说了解他们了。
你会发现许多没有植被的小块区域都具有棋盘状的基本几何图形。这些是这个行星上的城市。不仅在城市中，在大部分土地上面都有为数众多的直线、正方形、长方形和圆圈。你会发现城市的暗黑区域都高度几何化了。只有少数植被地段——它们本身具有高度规则的边界——还保持原状。偶尔有三角形，在一个城市里甚至有五角形。
当你用1米或更好的分辨率拍照时，就会发现城市中纵横交错的直线以及把这些城市与其他城市连接起来的长直线，都充满着流线形的和五彩缤纷的几米长的物体。它们在一个长长的有秩序的行列中，一个接一个地彬彬有礼地缓慢行进。它们很有耐心，一列物体停下来，让另一列在垂直方向上能继续移动。按一定的周期，这种关照又反转过来。在夜里它们打开前面的两盏亮灯，这样可以看清它们正在走向哪里。少数特别的物体开进小房子，它们的工作日结束了，晚上便休息了。大多数却是无家可归，就在街道上睡觉。
终于弄清楚了!你已经找到一切技术的源泉，就是这个行星上占统治地位的生命形式。城市的大街和乡间的道路显然都是为他们的利益修建的。你可以相信你正在真正开始了解地球上的生命，并且你也许是对的。
如果分辨率再稍有改进，你会发现那种偶然会进入和离开占统治地位的生物体的微小寄生物。然而它们发挥某种更深刻的作用，这是因为一个不动的统治生物体，在它被寄生物再感染后往往就会又一次起动，并且就在寄生物被排除之前会再次停止。这是令人费解的。但是准也没有说过地球上的生命很容易了解。
你到目前为止所察看过的图象都是靠反射的太阳光，即在地球的白昼一面拍摄的。当你拍摄夜晚的大地，就会发现一件最有趣的事情：地球被照亮了。最明亮的地区靠近北极圈，它是由北极光照亮的。这种光不是生物制造的，而是由在地球磁场的作用下向下流动的来自太阳的电子与质子产生的。你所见到的其他一切东西都是来自于生物。灯光容易辨认地勾划出你在白天看到的陆地，许多陆地和你已经测绘出的城市相对应。城市集中在靠近海岸线的地方，在大陆内地却较为分散。也许占统治地位的生物体极想得到海水，也可能航海船只对商业和移民一度很重要。
然而有些光点并非来自城市。例如，在非洲北部、中东和西伯利亚，在比较荒芜的土地上有一些非常明亮的光点——它们原来是来自正在燃烧的油井和天然气井。在日本海，在你首次观看的那一天，有一个奇怪的、三角形的明亮区域。在白昼看来，它是在空旷的大海中，这不是城市，它会是什么呢?事实上它是日本的鱿鱼捕捞船队。它用光耀夺目的灯光来吸引鱿鱼群入网。在别的日子，这个明亮图案在太平洋上流动，到处捕鱼。就实际效果来说，你在这里发现的是寿司。㈠
我认为让人头脑清醒的是，你从太空很容易发现的是地球上生物的一些零星事物——反刍动物的肠胃习性、日本的烹饪与能毁灭200个城市的游弋潜艇的通讯工具——然而我们许多宏伟建筑、最伟大的土木工程、我们的相互关心，这些都几乎完全看不见，这值得深省。
到此为止，你的地球探险可以认为是极为成功的。你已经概略认识了环境，察觉了生命，发现了高智慧生物的显现，你可能已经证认出占据统治地位的种族，他们与几何学和直线图象结下了不解之缘。对这颗行星肯定值得进行更长期与更仔细的研究。这正是你现在把你的太空飞行器驶入环绕地球轨道的原因。
俯视这个行星，你会发现新的疑团。在地球各处，大烟囱正在把二氧化碳和有毒化学制品倾注到空气中。在道路上奔驰的统治这个行星的生灵也是这样做的。但是二氧化碳是一种温室气体，正如你所看到的，它在大气中的含量年复一年地持续增长。甲烷及其他温室气体也都如此。如果这种情况保持下去，这颗行星的温度将不断升高。你用光谱方法还发现另一种注入空气的分子，这就是氯氟烃。它们不仅是温室气体，还会严重破坏起保护作用的臭氧层。
你更仔细地察看南美洲的中部地区——你现在知道，这是一大片雨林。每天晚上你都会看见几千处大火。在白天，你发现这个地区云雾缭绕。数年后，在整个地球上你看到森林越来越少，而长着稀疏灌木的沙漠越来越多。
你往下看，望见大海岛马达加斯加。它的河流都呈褐色，在周围的大海中产生大片的污垢。这是正在被冲刷人海的表土层，冲刷的速度很快，再过几十年，全部表土层就都会流失光。你会注意到，同样的事情在这个行星上各处河口都在发生。
但是没有表土层就意味着没有农业。在21世纪，人们将吃什么?他们将呼吸什么?他们将怎样对付一个不断变化，更为危险的环境?
从你环绕地球视察，你可以看到有的东西毫无疑问是搞错了。占据统治地位的生物体——不管他们是谁——费了很大的劲来改造地面，同时也在摧毁他们的臭氧层和他们的森林，侵蚀他们的表土层，并且对自己的行星上气候正在进行大规模的、无法控制的试验。他们是否注意到了正在发生的是什么事情?他们对自己的命运会漠不关心吗?难道他们不能齐心协力来维护好养育他们全体的环境吗?
你想，也许现在是再次断定地球上是否有智慧生命的时候了。
寻找其他地方的生命：一次校准
从地球出发的空间飞船现在已经飞过几十颗行星、卫星、彗星和小行星。飞船上装有照相机、测量热量与无线电波的仪器、测定化学成分的光谱仪，以及一大批其他装置。我们在太阳系的任何地方都没有找到生命的迹象。但是你也许怀疑我们检测出其他地方的生命(尤其是与我们所知道的不一样的生命)的能力。直到不久以前，我们从来没有进行过一次明显的校准试验：让一艘现代化的行星际空间飞船飞近地球，看看我们能否检测出我们自己。在1990年12月8日，这一切都改变了。
“伽利略号”是美国国家宇航局设计的一艘航天器，用于探测木星这颗巨行星，以及它的卫星和光环。它以一位英勇的意大利科学家来命名，这位科学家为推翻地心邪说发挥了核心作用。正是他第一个看清了木星的面貌，并发现了它的
4颗大卫星。为了到达木星，这艘宇宙飞船需要飞过金星(一次)和地球(两次)的旁边，并靠这些行星的引力来加速，否则它没有足够的力量来到达它的目的地。这种必要的轨道设计使我们破天荒第一次从外空系统地观察地球。
“伽利略号”飞过离地球表面只有950千米(约为600英里)的上空。除掉少数例外情况(包括显示物体尺度小于1千米的图片以及地球的夜间照片)，本章描述的许多空间飞船所得资料实际上都是“伽利略号”取得的。用它的资料，我们能够推断出含氧的大气、水、云、海洋、极区积冰、生命以及智慧。把为探测其他行星而研制的仪器与方案，用来监视我们自己行星的环境卫生——国家宇航局正在认真从事这项工作——这项任务，宇航员赖德(Sally
Ride)称它为“对行星地球的使命”。
在用“伽利略号”检测地球生命的国家宇航局科研组里，和我一道工作的其他成员有康内尔大学的汤普森(W·Reid Thompson)博士、喷气推进实验室的卡尔森(Robert
Carlson)博士、衣阿华大学的格内特(Donald Gumett)博士，以及科罗拉多大学的霍德(Charles Hord)博士。
我们事先对于地球上必定具有何种生命不作任何假设，就用“伽利略号”成功地检测到地球上的生命；这使我们增强信心，认为我们在其他行星上找不到生命这个否定性的结果是有意义的。难道这个判断是人类为宇宙中心论的、地心论的或是狭隘地方主义的?我认为并非如此。我们并不只是在寻找和我们同样的生物。任何分布很广的光合作用色素、任何与大气中其他气体显著不平衡的气体、任何地表上表现为高度几何化的图案、处于夜半球上的任何稳定的灯光构形、任何非天体物理的无线电发射源，都可以表示生命的存在。我们在地球上找到的当然只是我们的类型，但是在其他地方原本会检测到许多其他的类型。我们没有发现它们。对第三颗行星(即地球)的这种考察加强了我们的无把握的结论，即在太阳系的一切星体中，只有我们的地球有幸拥有生命。
我们刚开始搜寻。也许有生命隐藏在火星或木星、木卫二或土卫六上面。也许像我们这样生命丰富多彩的世界，在银河系中比比皆是。也许我们即将做出这样的发现。但是就现实的知识来说，目前地球是唯一的。还不知道别的星体上有微生物，更不用说科技文明了。
㈠寿司，日本的鱼制食品。——译者
第六章 “旅行者号”的胜利
他们乘船下海，在大海上做生意；他们看见了上帝的杰作和他在深处的奇迹。
——赞美诗，107(约公元前150年)
我们给孩子们提出的理想会影响他们的未来。重要的问题是，那是一些什么样的理想。它们往往是一些靠自己能力能达到的愿望的预言。梦想即是图象。
我并不认为描绘最可怕的未来是不负责任的。如果我们想避免它们，我们就必须知道它们是可能的。可是哪里是可供选择的办法?哪里是发挥促进与鼓舞作用的梦想?我们渴望把使我们引为自豪的世界现实图象交给孩子们。可是描绘人类目标图象的人在哪里?对充满希望的未来的理想在哪里?科学技术是改善人类生活的工具，而不是指着我们脑袋一触即发的一支枪。那么对科技的理想又在何方?
国家宇航局在它的常规工作中提出这样的理想。但是在 20世纪80年代与90年代初期，许多人都把美国的太空计划视为一系列灾难：在执行一项以放置一颗通信卫星为主旨的任务时，7位勇敢的美国人丧生了，而这颗卫星本来可以较低成本且不需要有任何人冒风险的方式发射的；一架价值10亿美元的望远境在分辨率很差的情况下送上太空；向木星发射的一艘太空飞船的主天线——它对于向地面发回资料是必不可少的——打不开；一个探测器在快要绕火星运转时丢失了。
每当国家宇航局把几名宇航员送人在320千米(200英里)高处的一个小密封舱，无穷无尽地绕地球旋转．什么地方都去不了，而把这说成是探测时，有些人感到畏缩了。和遥控装置探测的光辉成就相比，载人飞行取得的基础科学发现少得令人吃惊。除掉修配研制失误或发生故障的卫星，或者发射原本恰好也可用无人火箭助推器送上天的卫星之外，从20世纪70年代以来，载人航天飞行似乎没有取得与所化代价相称的成就。也有一些人把国家宇航局看作为实现把武器送入太空的奢侈计划而使用的一匹掩蔽用的假马㈠，全然不顾在许多情况下绕地飞行的武器只是一只坐以待毙的鸭子㈡。于是有许多症状显示国家宇航局是一个衰老的、动脉硬化的、谨小慎微的、没有雄心壮志的官僚机构。也许这种动向正在开始逆转。
但是这些批评——它们中的许多肯定是正确的——不应让我们对同一时期中国家宇航局的成就视而不见：对天王星和海王星系统的首次探测，对哈勃太空望远镜在其运转轨道上进行检修．证明星系的存在与大爆炸理论相符，对小行星的首批近距观测，对金星从南极到北极的勘测，对臭氧的损耗进行监测，证明在一个近邻星系的中心存在一个质量为太阳的
10亿倍的黑洞，以及美国与俄罗斯联合太空作业的历史性实施。
太空计划具有深远的，梦幻般的，甚至革命性的内涵。通信卫星把我们的行星联成一体，成为环球经济的中枢，并且通过电视经常体现我们是生活在一个全球大家庭里这样一个重要的现实。气象卫星预报天气，减少飓风和龙卷风造成的人员伤亡，并避免每年成十上百亿美元的农产品损失。军事侦察与限制武器等条约核实卫星，使各个国家以及全世界的文明变得更为安全；在一个拥有成千上万件核武器的世界上，它们让各方面头脑发热的狂人镇静下来；它们是使一个苦难的和难以捉摸的行星能够生存下来的主要工具。
地球观测卫星——尤其是即将发射的新一代卫星——监测全球环境卫生：温室效应使地球变暖、表土层侵蚀、臭氧层损耗、洋流、酸雨、洪涝和干旱的影响，以及我们还没有发现的新的灾害。这是明确的行星卫生学。
现在全球卫星定位系统已经在运转，因此藉助几个卫星可以通过无线电三角测量定出你的位置。手上拿着像现在的短波收音机那样小的仪器，你就可以读出你所在处非常精确的经、纬度值。将要坠毁的飞机，陷入浓雾中或浅海中的船只，或者在陌生城市中开汽车的人，都决不会再因迷失方向而遭殃。
天文卫星以前所未有的清晰度从绕地轨道向外凝视，就可以研究从近邻恒星拥有行星的可能性一直到宇宙的起源与命运等种种问题。行星探测器对我们太阳系中千姿百态的其他星体进行近距观察，把它们的命运与我们的地球进行对比。
所有这些活动都是有远见的、大有希望的、激动人心的，也是节省费用的。它们不需要使用载人航天器。未来的国家宇航局所面临的，也是本书所讨论的一个关键问题，便是就载人空间飞行所声称的辩解是不是有道理的和可行的。值得为它花费那样大的代价吗?
但是，首先还是让我们考虑在行星中间航行的遥控空间飞行器所展现的大有希望的前景。
“旅行者1号”和“旅行者2号”是为人类敞开太阳系，并为子孙后代开辟新途径的两艘飞船。在它们于1977年8月和9月发射之前，我们对太阳系的行星部分几乎是一无所知。在发射后的12年间，它们向我们提供第一批关于许多新世界的详尽资料与特写镜头，而过去在地面望远镜的目镜中，这些新世界有的看起来是模糊的圆面，有的仅是光点，而对有一些连它们的存在都还没有猜想到过。这两个航天器现在还在发回大量资料。
这些航天器让我们了解其他世界的奇观、我们的世界的唯一性和脆弱性以及宇宙的起源和终结。它们使我们接近太阳系的大部分区域——就范围的广度上与众多的数量上来说都是这样。正是这些飞船首先探测了也许会成为我们远代后裔家园的星体。
目前美国的运载火箭的威力都不够大，难以单靠火箭的推进仅在几年里把这样的一艘太空飞船送达木星或更远处。但是我们是聪明的(也是幸运的)，还有别的办法：我们能够
(像“伽利略号”做过的那样)飞到一个天体的近旁，让它的引力把我们推向下一个天体。这叫做引力支援。除掉独出心裁，我们几乎没有花费什么。这有点像玩旋转木马，在它转过来时抓住在它的上面的一根柱子，就会使你加速并转到某个新方向。航天器的加速被行星绕日轨道运动的减速抵销掉一部分。但是因为与航天器相比，行星的质量要大得多，因此行星几乎一点也未慢下来。每一艘“旅行者号”太空飞船都从木星的引力获得近每小时64
000千米(40 000英里)的速度增值。反过来，木星绕太阳的运动则变慢了。这有多少呢?从现在算起50亿年之后，当我们的太阳变成一颗膨胀的红巨星时，木星与20世纪后期“旅行者号”尚未飞越它时的情况相比，将向太阳移近1毫米。
“旅行者2号”利用罕见的“行星联珠”天象，它飞到木星近旁，受到加速而驶向土星，再由土星到天王星，从天王星到海王星，然后经海王星飞向恒星。但是你并不能在你希望的任何时候都这样办：这种天体“联珠”游戏的上一次机会是在杰斐逊(Thomas
Jefferson)㈢当总统时出现的。那时人们处于仅在马背上、独木舟里和帆船上进行探测的时期(当时汽船是即将出现的新技术)。
由于缺少足够的资金，国家宇航局的喷气推进实验室仅承担得起建造能远到土星仍可靠工作的飞船。超过它，就一筹莫展了。然而由于卓越的工程设计——事实上是用无线电把指令发往飞船的喷气推进实验室工程师们具有非凡才能，他们及时排除了飞船的故障——使得两个航天器都能继续前进，去探测天王星和海王星。目前，它们正在从距太阳已知最远的行星之外的空间，把它们的发现用电讯发送回来。
我们往往更多地听到探险带回来的辉煌成果，而不是运载它们的船只，也不是造船工人。情况总是这样的。甚至那些使人醉心于哥伦布(Christopher
Columbus)航行的历史书籍，对“尼娜号”、“平塔号”和“圣玛丽亚号”船只的建造者以及这些轻快帆船的原理都谈得不多。这些太空飞船，以及它们的设计人、建造者、导航员和操纵人员，都是为了很明确的和平目标而发展的科学技术所能取得的成就的范例。那些科学家和工程师应都是为美国追求卓越成就和国际优势地位的模范人物。应当把他们印在我们的邮票上。
对木星、土星、天王星和海王星这4颗巨行星中的每一个，上述两艘或其中一艘太空飞船研究了行星本身及其环带和卫星。1979年，它们在木星附近经受了为致人于死地的辐射剂量1
000倍的被俘获带电质点的袭击。在这种辐射的全部包围中，它们发现了这颗最大行星的若干个环，在地球之外首次看到的一些活火山，以及在一个没有空气的世界上可能存在的地下海。此外还有许多惊人的发现。1980年和1981年，它们在冰暴袭击中幸免于难，并且发现了不是几个，而是几千个新的环。它们考察了相对来说不久之前曾神秘地融化了的冰冻卫星，以及一个可能拥有液态碳氢化合物海洋(上面漂浮着有机物质云)的大星体。
1986年1月25日，“旅行者2号”进入天王星系统并报道了一系列奇异事件。这次会合只持续了几个小时，但是如实传回地球的信息，使我们对这颗蓝绿色行星(包括它的15个卫星、漆黑的环系和俘获的高能带电粒子带)的认识发生了一场革命。1989年8月25日，“旅行者2号”掠过海王星系统，并观察到在遥远太阳的微弱照耀下千变万化的云彩图案；还有一个古怪的卫星，在它上面，稀薄得令人惊异的大气中的风吹起有机微粒的卷流。直到1992年，已经飞越了已知最外面的行星，两个“旅行者”航天器还接收到无线电辐射，它可以认为是来自更遥远的太阳风层顶——即太阳风让位给恒星风的地方。
因为我们栖息在地球上，我们不得不通过一个使图象变形的大气海洋凝视遥远的星体。它们所发射的紫外光、红外光和无线电波，大部分都不能穿透我们的大气。因此容易了解，为什么我们的太空飞船已经革新了对太阳系的研究：我们升到彻底透明的真空的太空，像“旅行者号”那样接近我们的目标，飞过它们旁边，或者绕它们运转．甚至在它们表面着陆。
这些航天器已经向地球发回4万亿比特的信息，这大约相当于100 000卷百科全书。我在《宇宙》中描述了“旅行者1号”和“旅行者2号”与木星系统的会合。下面我要谈谈与土星、天王星及海王星的会合。
在“旅行者1号”正要与天王星系统会合之前，任务设计人员已设定好了一个最后的操纵动作，即让航天器上的推进系统短暂点火以校正航天器的位置，使它在急驰飞翔的卫星中间按照预定的航线穿过。但是实际情况是这种航线改正已经不必要了。在沿一条弧形路径飞行50亿千米之后，飞船还是在离设计轨迹的200千米范围之内。其精度已大致相当于抛出一根针，让它穿过50千米之外的针眼；或者在华盛顿开枪，击中在达拉斯的一头牛的眼睛。
行星蕴藏的珍贵信息由无线电传回地球。但是地球毕竟太远，地面上的射电望远镜收集到海王星的信号时，其接收功率只有10的负16次方 瓦(在小数点与1之间有15个零)。这种微弱信号与一盏普通台灯的功率相比，有如一个原子的直径与地月之间距离之比。要收到这样的信号，就像听到一只变形虫的“脚步”声。
“旅行者”的任务是在20世纪60年代后期设想的。1972年获得第一笔经费。但是直到两艘飞船完成对木星的侦察后，这个任务(包括与天王星及海王星的会合)才得到最后的批准。两个航天器的发射升空，用的是一个不能再度使用的“大力神／半人马”助推火箭组合。每个“旅行者”重约一吨，可以塞满一间小屋。每一个所需功率约为400瓦——比一个普通美国家庭的能耗少得多——由一台把放射性钚转换成电力的发电机提供。(如果必须依靠太阳能，那么当飞船离太阳越来越远时，它所能得到的能量就迅速减少。如果不是用了核能，“旅行者”除了从木星也许发回一点点资料外，就根本没有外太阳系的资料发送回来了。)
在航天器内部有电流通过，就会产生颇强的磁场，足以干扰测量行星际磁场的灵敏仪器。因此磁强计是放在一根长吊杆的末端，远远离开引起不良效果的电流。这根吊杆与其他伸出的部件，使“旅行者”航天器看起来有点像一头豪猪。照相机、红外和紫外光谱仪以及一架称为照相偏振测量仪的仪器都放在一个扫描平台上，此平台按指令绕支架转动，使各种装置对准所观测星体。只要天线的指向是正确的，航天器就必定知道地球是在何方，因此信息可以传送回来。它还需要知道太阳以及至少一颗亮星的位置，这样一来它可以确定自己在三维空间中的方位，并正确指向任何一个在附近通过的星体。如果你不能把照相机对准，飞船就无法把几十亿千米外的图象很好地传送回来。
每一个航天器的成本大致都和一架现代战略轰炸机一样昂贵。但是和轰炸机不一样，“旅行者”一旦发射出去，就不能收回库房进行修配。因此飞船上的计算机及电子仪器都设计得很累赘。许多关键性的部件，包括主要的无线电接收机在内，都至少有一个备件——一旦需要就可投入使用。每当一个“旅行者”航天器出现故障，电脑就使用树形逻辑程序中处理意外事故的分支来制定一套适当的动作程序。要是这不能解决问题，飞船就发电报回家求救。
太空飞船飞得离地球越来越远，无线电往返传递的时间也变长，当“旅行者号”在海王星的距离处时，这个时间接近 11个小时。因此，一旦出现紧急情况，飞船需要知道怎样让自己进入一个等待地球指令的安全待命状态。随着航天器的老化，它的机械部件和电脑系统的失灵会越来越多；然而直到现在还没有出现过严重的记忆能力衰退和某些自动装置的阿尔茨海默氏病㈣。
这并不是说“旅行者号”航天器是完美无缺的。严重威胁探测任务的令人神经极度紧张的事故确实出现过。每一次都委派一批工程师——有的人从一开头就参加“旅行者号”计划——组成一个特别小组来“处理”问题。他们研究有关的科技资料，并运用他们对失灵的部件原有的经验，他们用从未发射过的、完全一样的“旅行者号”航天器设备来做实验，或甚至制作许多个失灵的部件，来对它们的失灵方式进行某种统计研究。
1978年4月，在发射将近8个月之后，飞船正在接近小行星带，这时遗漏了一个地面指令——这是一个人为的差错——使“旅行者2号”上的计算机未与主要的无线电接收机连接，而误连到它的备用机上了。在接下来地面向航天器发送指令时，备用接收机未能锁住来自地球的信号，这是因为一个叫做跟踪环形电容器的部件失灵了。在“旅行者2号”完全失掉联系7天之后，它的故障警戒软件突然命令备用接收机断开，并让主接收机接通。然而主接收机在片刻之后神秘地失灵了，再也听不到它的声音了。(直到今天，谁也不知道究竟为什么。)为了完成任务，航天器上的电瞄此刻愚蠢地坚持要使用已经失灵的主接收机。就这样，由于人为的和电脑的一连串不幸的差错，飞船现在处于真正的危险之中。谁也想不出一个办法让“旅行者2号”恢复使用备用接收机。但即使这办到了，由于电容器失效，备用接收机也不能收到来自地球的指令。许多设计人员曾经担心，这样一来一切都完蛋了。
但是在一个星期对地球指令冷漠地毫无反应之后，飞船终于接受了两个接收机之间自动转换的指令，并编入了这台反复无常的船载电脑的程序中。也就在那一个星期，喷气推进实验室工程师们设计出一个创新的指令频率控制程序，来保证让受过损伤的备用接收机也能理解主要的命令。
工程师们现在至少初步地能够和飞船恢复联系了。不幸的是备用接收机现在变得很不稳定，它对航天器各个部件通电和断电时散发的热量极为灵敏。在随后的几个月中，喷气推进实验室的工程师们通过自己设计与进行的一些试验，彻底弄清楚了大多数航天器操作模式受热的影响：哪些因素会阻碍，而哪些会容许接收来自地球的指令?
有了这样的知识，备用接收机的难题就完全解决了。此后它收到了地球上发出的、关于如何收集木星、土星、天王星与海王星系统的资料的全部指令。就这样，工程师们拯救了飞行任务。(为了保障安全，在“旅行者2号”后来的大部分飞行中，在与下一个行星会合之前，总是先把一套按计划进行的收集资料的程序存储在船载的电脑中，这样一来，即使航天器再次听不见来自家园的请求，也不碍事。)
另一个令人痛心的失败，是在1981年8月“旅行者2号”刚从土星背面出现(就地球上看来)后就发生的，扫描平台发疯似的摇摆不定——在靠近土星的十分短暂时间内指向各处，有时指向环，有时指向卫星或行星本身。突然，平台卡住了。扫描平台卡住不动是一个使人急得发疯的困难处境：要知道航天器正在飞越从来没有看见过的奇景，今后好几年或几十年我们将再也不能看见它们了，而漠不关心的飞船固定不动地向外望着太空，什么也没有看到。
扫描平台由带齿轮组的促动器驱动。因此喷气推进实验室工程师们起先在一次模拟试验中使用一个同样的飞行促动器。它在转动348次后失灵了，而航天器上的促动器转动了
352次后失灵。问题原来出在润滑失灵。知道这一点是好的，可是怎样对付它呢?很清楚，无法给“旅行者号”追加一个加油器。
工程师们考虑，他们用交替地加热和冷却的办法能否使失灵的促动器再次起动呢?也许由此产生的热应力会引起促动器的部件以不同的速率膨胀和收缩，并使它松动。他们在实验室里用特制的促动器来试验这个设想，于是兴高彩烈地发现，用这个办法他们可以让扫描平台在空间重新起动。设计人员还想出办法及早地诊断促动器失灵的任何别的迹象，因而有足够时间环绕这个问题开展工作。此后，“旅行者2号”的扫描平台运作得完美无缺。由于这项工作，才有了在天王星与海王星系统中拍到的全部图片。工程师们又赢得了一次胜利。
“旅行者”1号和2号按设计都只用于探测木星系统与土星系统。它们的轨道确实能让它们通过天王星及海王星，但是从来没有正式公开宣布过，把这两个行星也作为“旅行者”探测的目标。这是因为原来投有预料到航天器会存在那样长的一段时间。因为我们希望“旅行者1号”能够飞到土卫六这个神秘世界附近，受到土星引力影响，它进人了一条再也不能碰到任何一个已知星体的飞行路线。飞越天王星和海王星并取得辉煌成功的正是“旅行者2号”。这些星体离我们都很遥远，那里的太阳光越来越暗淡，发回地球的无线电讯号也越来越微弱。这些都是意料中的事，但仍然是喷气推进实验室工程师和科学家们所要解决的非常严重问题。
由于天王星与海王星都很暗，“旅行者”的电视摄象机不得不作长时间的曝光。但是航天器在飞驰[例如经过天王星系统时，它的速度约为每小时56 000千米(35000英里)]，因此图象便会变得模糊不清。作为补偿，在曝光时间内整个飞船需要转动来抵销这种运动，这就像你在一辆开动的汽车上拍摄街景照片时，向相反方向转动镜头那样。这件事说起来容易，但实际上并非如此：你必须抵销最单纯的运动。在失重的情况下，仅仅是飞船上的磁带记录仪的开动和停止都会使航天器轻轻摇晃，并达到使图象模糊的程度。
解决这个问题的办法，是给航天器上极为灵敏的小型火箭发动机(称为推进器)发出指令，在每次收集数据过程的开始和结束时，推进器喷出一点气体，使整个航天器稍微转动一点，这样就可补偿磁带记录仪的轻微摇晃。为了解决在地球上接收的无线电讯号太微弱的问题，工程师们设计出一种新的、更有效的办法来记录和传送资料，并把地上的各个射电望远镜用电子线路连接起来，这样可以提高灵敏度。整个说来，用许多判据来评估，照相系统对天王星和海王星的运作，比起土星，甚至木星都要好一些。
“旅行者”的探测还没有结束。当然有可能某个至关紧要的子系统明天就会失灵，但是就钚能源的放射性衰变来说，两个“旅行者”航天器大概一直到2015年都能向地球送回资料。
“旅行者”是一种有智慧的存在物——一部分是自动机械的人工智慧，一部分是人的智慧。它把人的知觉扩展到遥远的星体。对于简单问题和短期任务来说，它依仗的是自觉的智慧；但是对复杂问题与长期任务而言，它就须求助于喷气推进实验室工程师们的集体智慧及经验。这种动向肯定还会发展。两架“旅行者”航天器体现出20世纪70年代早期的技术。如果是在今天为同样使命设计太空飞船，它们就会采用在人工智能、微型化、快速数据处理、自行诊断与修配的能力，以及从经验吸取教训等方面的惊人进展，此外，它们还会便宜得多。
就许多对人过于危险的环境来说——无论是在地球上还是在太空中，未来属于机器与人的合作，而两个“旅行者号”可以认为是这方面的前例和先驱。在此不妨只提到几个有潜力的应用领域：核事故、矿井灾难、海底探测与考古发掘、潜行到火山内部以及家务劳动。对这些行业来说，有一支由灵巧的、机动的、紧凑的和听人指挥的机器人组成的特种预备部队，来诊断和修配它们自身的故障，情况就大不一样了。在不久的将来，这样的部队很可能会越来越多。
由政府制造的任何东西都会成为一场灾难，这在现今已经是习以为常的看法了。可是两个“旅行者号”航天器是由政府(还与同样吓唬人的学术界合作)研制的。它们按价、按时制成，大大超过原来设计的规格以及研制人最美好的梦想。这些优良的机器并不是要控制、威胁、伤害或者摧毁什么东西，它们代表我们本性中想寻根究底的成分，想要自由自在地邀游太阳系和更遥远的太空。这种技术所发现的宝藏属于世界各地的人民，可为全人类所利用。有人厌恶美国的大部分政策，也有人赞同它的一切；但是近几十年来，美国的所作所为只有少数受到普遍一致的赞誉，太空探测技术便是其中的一项。“旅行者号”从发射到与海王星会合，每一年只花费每一个美国人不到一分钱。我认为对行星的探测，是我们不仅对美国，也是对全人类做得最好的事情之一。
㈠意即掩饰用的借口。——译者
㈡意即容易受到攻击的目标。——译者
㈢美国第三任总统(1743—1826)，于1801—1809年连任两届。——译者
㈣早老性痴呆。——译者
第七章 在土星的众多卫星之间
你让自己像君主一样端坐在土星的卫星之间。
——梅尔维尔《白鲸》第107章(1851)
有这样一个星体，它的大小介于月球与火星之间，它的上层空气带电，并起伏波动——空气是从邻近的典型的带环行星流进来的，行星上永恒的褐色多云天空带有一种奇特的赭橘色，而真正的生命物质从天空掉到下边未知的表面上。这个星体太遥远了，从太阳发出的光要经过一个多小时才能射到它上面。至于航天器就要好些年了。它在许多方面都还是个谜——包括它是否拥有大海。然而我们所了解的情况恰足以说明，在离它的一个够得着地方可能有某些变化过程目前还在进行，而早在洪荒时代它们已经在地球上出现过了。正是这些过程导致生命的起源。
在我们的星球上有一个持久的——在某些方面来说是十分成功的——物质演化的实验在进行。已知最古老化石的年龄大约有36亿年。当然，早在这以前很久生命就开始出现了。但是在42亿或43亿年以前，地球还在遭受它形成过程最后阶段的折磨，那时生命还不可能存在。剧烈的碰撞使表面熔化，把海洋化为蒸汽．并且把最后撞击以来聚积的大气驱赶到太空中去。因此大约在40亿年前有一个相当短暂的时间之窗——大约只有1亿年——我们的最远代祖先开始出现了。一旦情况许可，生命就很快地滋长起来。它以某种方式成长。
最早的生物很可能是笨拙的，远逊于今天还活着的最低级微生物——也许只能勉强为自己制作粗糙的复制品。但是首先由达尔文有条有理描述过的自然选择这一重要过程，是一个威力巨大的工具。它把最幼稚的生物体演变成为千姿百态和美丽多彩的生物世界。
在一个无生命的地球上，受物理与化学规律驱使而自然产生的若干碎片、成分和基本单元，形成了最早的生物体。地球上一切生命的基本单元叫做有机分子，即以碳为主要成分的分子。在多得不可胜数的可能存在的有机分子中，只有极少数与生命有关系。最重要的有两类，即氨基酸(它是蛋白质的构成单元)和核苷酸(这是细胞核酸的构成单元)。
但是，就在生命出现之前，这些分子从何而来呢?只有两个可能性：来自地球之外或地球内部。我们知道，比现在多得多的彗星和小行星曾经撞击过地球。这些小天体是复杂有机分子的丰富宝库，而在碰撞时有些这样的分子幸存下来了。现在我要谈的不是外来的，而是在地球上自生的有机体，即在原始地球的大气与水域中产生的有机分子。
不幸的是，我们对早期大气的成分了解不太多，而在某些大气中有机分子远比在其他大气中更容易形成。早期大气不可能有大量的氧，这是因为氧是由绿色植物产生，而那时还没有任何绿色植物。很可能以前氢要多一些，因为氢在宇宙中含量极丰，并且氢比其他任何原子都更容易从地球高层大气逃逸到太空中去(由于氢很轻)。如果我们能够设想出若干种可能的早期大气，就可以在实验室里复制，输入一些能量，看看会产生哪些有机分子，以及有多少。近年来这类实验是饶有趣味的和大有指望的。但是我们对原始大气的情况一无所知，很难找到它们之间的关系。
我们所需要的是一个真实的星体，它的大气仍然保存那样丰富的氢，在其他方面它要与地球甚为相似，现在它还大量产生构成生命的有机物，通过它我们可以找到自己的起源。在太阳系里只有一个这样的星体①，就是土星的大卫星土卫六。它的直径约为5
150千米(3 200英里)，比地球的一半略小一点。它绕土星运转一周需要16个地球日。
没有哪个星球会与任何其他星球一模一样。土卫六至少有一个重要方面与原始地球大不相同：它离太阳太远，表面极为寒冷，约为摄氏零下180°，远低于水的冰点。当生命出现时的地球和现在一样，表面上主要是海洋，但在土卫六上面根本不可能有液态水构成的海洋(我们以后会谈到，由别的物质形成的海洋埂是另外一回事了)。然而低温也是有利的，这是因为分子一旦在土卫六上合成，它们往往便固定不变。温度越高，分子分离就越快。在过去40亿年间，分子像雨点一般落在土卫六上，有如从天而降的吗哪(manna)㈠，它们可能还在那里，大部分没有变化，处于深冻状态，等待着地球上的化学家去研究。
在17世纪，由于望远镜的发明，许多新天体被发现了。 1610年，伽利略首次观察到木星的4个大卫星。这就像是一个小型的太阳系，小月亮们绕着木星旋转，犹如哥白尼所设想的行星绕着太阳旋转一样。这对地球中心主义者是又一次打击。45年后，著名的荷兰物理学家惠更斯(Christianus
Huy- gens)发现了有一个卫星在绕土星运动，并给它取名为泰坦(Titan)㈡②。它是15亿千米{约10亿英里)以外的一个光点，因反射太阳光而微弱可见。从发现它之时起(那时欧洲男人披着长长的卷发)，到第二次世界大战期间(这时美国男人流行短发)，除掉知道它有一种奇特的黄褐色外，对这颗卫星几乎没有任何新的发现。甚至从原理上来说，地面望远镜几乎不可能认清它的神秘面目。在20世纪初期，西班牙天文学家索拉(J·Comas
Solá)报告说，有微弱和间接的证据表明它有大气。
在某种意义上说，我的成长与土卫六有关。我在芝加哥大学在柯伊伯(Gerard P·Kuiper)指导下撰写博士论文，而这位天文学家明确地发现土卫六有大气。柯伊伯是荷兰人，因此可以说他是惠更斯在学术上的嫡系传人。1944年，柯伊伯在对土卫六作光谱观测时，惊奇地发现它有甲烷气体的光谱特征。当他把望远镜指向土卫六时，甲烷的特征出现③；把望远镜移开，这种特征就一点也没有了。但是不能认为卫星有相当可观的大气，地球的卫星，月球就肯定没有大气。柯伊伯认为，虽然土卫六的重力比地球小，但它还是能保留大气，这是因为它的高层大气非常冷，这样一来，分子运动不够快，不会有大量分子达到逃逸速度并向太空散失。
柯伊伯的一个学生丹尼尔·哈里斯(Daniel Harris)断定土卫六是红的。也许我们看见的是一个火星那样的铁锈色的表面。如果你想更多地了解土卫六，不妨测量它所反射的太阳光的偏振。一般的太阳光是非偏振的。现在我在康内尔大学的同事韦韦尔卡(Joseph
Veverka)，是以前我在哈佛大学的研究生，因此也可以说是柯伊伯的徒孙。韦韦尔卡在他于1970年前后完成的博士论文中，测量了土卫六的偏振，并发现它随土卫六与太阳、地球的相对位置而变化。但是这种变化与其他星体(例如月球)所显示的偏振变化大不一样。韦韦尔卡的结论是，这种变化的特征与土卫六上面有范围很大的云或雾相符。在我们用望远镜观察土卫六的时候，看不见它的表面。我们对它表面的情况一无所知，根本不知道它的表面离云层有多远。
因此，在20世纪70年代初期，可以认为从惠更斯开始的学术传人的一项成就，就是我们至少知道了土卫六拥有一个甲烷含量丰富的稠密大气，此外它大概是被一层淡红色隆云笼罩着或被气雾所包围。但是什么样的云会是红色的呢?在
70年代初，我的同事哈尔(Bishun Khare)和我在康内尔做了一些实验。我们用紫外光或电子使各种甲烷含量丰富的气体发光，并产生红色或褐色的固体；这些物质沾在我们做反应试验的玻璃器皿的内表。我认为，如果富含甲烷的土卫六大气有红褐色的云，这些云会很像我们在实验室里做出来的东西。我们用“泥土”的希腊词，把这种物质称为“索林”{tholin)。起先我们对它的成分了解得很少。它是由我们原有的分子分裂而得出的有机混合物，是由碳、氢、氮原子和分子碎片重新组合产生的。
“有机”这个词在生物学方面并没有特殊的含义。它在化学上使用了长达一个多世纪，指的仅是由碳原子构成的分子 (除掉少数诸如一氧化碳和二氧化碳这样很简单的分子)。因为地球上的生命以有机分子为基础，并且因为过了一段时间之后地球上才有生命，所以在第一个有机体出现前，在我们地球上必定有某种制造有机分子的过程。我认为类似的过程今天也许正在土卫六上发生。
在我们对土卫六的认识中，具有划时代意义的事件是“旅行者”1号和2号分别于1980年和1981年到达土星系统。
“旅行者”的紫外、红外与无线电仪器测量出了土卫六大气——从隐而不见的表面到太空边缘——的压力和温度。我们弄清楚了到云层顶部有多高。我们发现土卫六的空气和今天的地球一样，主要由氮组成。正如柯伊伯发现的，另一个重要成分是甲烷，就是以碳为基础的有机分子在那里产生的起始物质。
还找到了一些呈气态的简单分子，主要是碳氢化合物和睛。它们中间最复杂的有4个“重”（碳和／或氮)原子。碳氢化合物是仅由碳与氢原子组成的分子，对此我们熟悉的有天然气、石油和蜡。{它们与糖及淀粉之类的碳水化合物完全不同，碳水化合物含有氧原子。)腈是一个碳原子和一个氮原子用某种特殊方式结合而成的分子。最著名的腈是HCN，即氰化氢。它是一种致人于死命的气体。但是氰化氢参与了地球上形成生命的过程。
在土卫六的高层大气中找到了这些简单的有机分子——即使只有百万分之一或十亿分之一——是发人深省的。原始地球的大气会与此相似吗?土卫六的大气约为现今地球大气的10倍，而早期地球也可能有过比现在更稠密的大气。
除此而外，“旅行者号”在土星周围还发现由行星磁场所俘获的高能电子与质子形成的一个大区域。土卫六绕土星运转时，在这个磁层中穿进穿出。电子束(加上太阳的紫外光)射到土卫六的高层大气中，正像原始地球的大气拦截带电粒子(加上太阳的紫外光)那样。
因此，用紫外光和电子在很低的压力下照射氮与甲烷的特定混合物，并找出由此形成的更为复杂的分子，这就是一个自然而然的想法了。我们能否模拟出正在土卫六高层大气中进行的过程?在康内尔大学我们的实验室里，我和我的同事汤普森(一位关键人物)一起，复制出土卫六上产生的一些有机气体。土卫六上最简单的碳氢化合物是由太阳的紫外光产生的。但是一切其他的在实验室里最容易用电子做成的气体产品，都与“旅行者号”在土卫六上所发现的相对应，并且成分相同。二者呈一一对应。我们在实验室找到的次丰气体，将在对土卫六以后的研究中设法寻找。我们造出的最复杂的有机气体拥有6至7个碳原子和／或氮原子。这些分子成品可以形成索林。
在“旅行者1号”接近土卫六时，我们曾经希望天气能转好。从远处看去，土卫六像一个小圆盘；在靠得最近时，我们的照相机视场只能看到它的一个小区域。如果雾和云有一个裂口——即使只有几千米大——在我们扫描圆面时就会看到一部分隐蔽的表面。可是缺口连一点踪迹也没有。这个世界被封闭了。地球上没有人知道土卫六的表面有什么东西。如果在那里有一个观测者，他在普通可见光的波段内抬头仰望，根本看不见云层之上的壮观景象，也看不到土星和它的宏伟光环。
通过“旅行者”、在绕地轨道上的“国际紫外探险者”以及地面望远镜的测量，我们对掩盖土卫六表面的橙褐色雾粒子已经了解得相当多了：它们吸收的是哪些颜色的光；它们容许大量通过的是哪些颜色的光；它们使通过的光线偏转了多少；以及它们有多大。(它们大部分和香烟喷雾中的粒子一样大。)“光学性质”当然和雾粒子的成分有关。
哈尔和我与美国田纳西州橡树岭国家实验室的荒川(Ed- ward Arakawa)合作，测量了土卫六索林的光学性质。我们发现原来它与真正的土卫六雾极为相似。没有其他的待选物质
(无论是矿物的，还是有机的)能与土卫六的光学性质相符。因此我们可以明确地宣称已经弄清楚了土卫六雾的底细——在土卫六大气的高层形成，缓慢地坠落，并在它的表面大量积聚。这种物质是什么东西组成的呢?
要想知道一种复杂有机固体的确切成分是非常困难的。举例来说，虽然长时期以来有经济上的需要，但对煤的化学组成至今还没完全弄清楚。但是我们对土卫六的索林已经有所了解。它含有地球上生命的许多重要组成材料。的确，如果你把土卫六的索林滴入水中，就会形成大量的氨基酸、蛋白质的基本成分和核苷酸盐基，以及脱氧核糖核酸(DNA)与核糖核酸(RNA)的组成材料。这样形成的氨基酸，在地球上的生物体内分布很广。其他的属于完全不同的种类。此外还有一大批其他的有机分子，它们有些与生命有关，有些则无关。在过去40亿年中，极其大量的有机分子从大气沉积到土卫六的表面上。如果在以往的漫长岁月中，它们都处于深冻和不变的状态，那么积累的物质至少应该有几十米(100英尺)厚，最高的估计为1千米厚。
但是你也许会认为，在水的冰点之下180℃时，氨基酸决不会形成。把索林滴入水中可能对早期地球有重大作用的，但对土卫六似乎不同。然而彗星和小行星偶尔会撞击到土卫六的表面。(土星的其他近距卫星上面有大量撞击坑，而土卫六的大气并没有厚到足以阻止巨大的、高速的物体落到它的表面。)虽然我们从来投有看见过土卫六的表面，可是行星科学家们却对它的成分有所了解。土卫六的平均密度是在冰和岩石的密度之间，大概会两者兼而有之。在邻近的星体上冰与岩石都很丰富，而有的几乎纯粹由冰形成。如果土卫六的表面是冰，一次高速的彗星碰撞便会使冰暂时融化。汤普森和我估计，土卫六表面上的任何一处，都有50％以上的机会曾经一度融化过，而这种碰撞融化和泥浆平均几乎要保持
1 000年。
这样就形成一种大不相同的经历。地球上的生命大概是在海洋或潮汐浅塘里出现的。地球上的生命主要由水形成，水在物理和化学两方面都起了重大作用。的确，我们这些迷恋着水的生物难以想象出没有水的生命。如果在我们地球上生命的起源经历了不到1亿年，是否可能这在土卫六上只要
1 000年呢?有了搀和到液态水中的索林，甚至只要1 000年，土卫六的表面可能就会向生命起源以比我们想象的要大得多的步伐演进。
在我参加了一次在法国图卢兹举行的，由欧洲空间局主办的关于土卫六学术讨论会后回家时，不禁这样想：尽管有了这些认识，我们对土卫六的了解仍然是少得可怜。虽然在土卫六上不可能有液态水的海洋，但液态碳氢化合物的海洋就是另一回事了。在土卫六表面之上的低空，估计有甲烷的云，而甲烷是最多的碳氢化合物。次多的碳氢化合物乙烷(C2H6)应当像地面附近水蒸气变成液体那样，在土卫六表面凝聚出来。(地面温度一般是在冰点与融点之间。)在土卫六存在期间，应当已经聚积出液态碳氢化合物的浩瀚海洋，它们可能远在雾与云之下。但是，这并不意味着它们对我们来说是完全无法达到的——这是因为无线电波容易穿透土卫六的大气以及悬浮在它里面的、缓慢下落的细小粒子。
在图卢兹，加利福尼亚理工学院的米勒曼(Duane O·Muh- leman)向我们讲述了一个技术上非常困难的重大成果：用加州莫哈韦沙漠的射电望远镜，将一组无线电脉冲射向土卫六，穿过它的雾和云直达它的表面，然后反射到太空，并返回地球。为此，在新墨西哥州索科罗附近的一个射电望远镜阵接收到了大为减弱了的信号。这真了不起!如果土卫六有一个由岩石或冰覆盖着的表面，那么由它反射的雷达脉冲，在地球上应当能够检测到。但是，假如是碳氢化合物海洋掩盖着土卫六，米勒曼就什么也看不到：液态碳氢化合物对这些无线电波的吸收很强，于是就不会有回波返回地球。事实上，当土卫六的某些经度区转向地球时，米勒曼的庞大雷达系统就接收到反射电波，但是并非所有的经度区都是这样。不错，你可以说土卫六既有海洋也有大陆，而把信号反射回地球的是大陆。但是如果在这方面土卫六与地球相似——对某些子午线(例如通过欧洲到非洲的)主要是陆地，而对另一些子午线(如通过太平洋中部的)则基本上是大海，那么我们必定碰到另外一个问题：
土卫六绕土星运转的轨道并不是一个正圆。它显然是扁的，或者说呈椭圆形。然而，如果土卫六拥有广阔的海洋，那么，它绕之旋转的巨行星土星就会在土卫六上引起显著的潮汐，由此产生的潮汐摩擦，定会使土卫六的轨道在远短于大阳系年龄的时期内变成圆形。德莫特(Stanley
Dermont，目前在佛罗里达大学)和我在1982年发表的一篇题为“土卫六海洋的潮汐”的学术论文中论证道，由于这个原因，土卫六要么是一个全部是海晦，要么是一个完全为陆地的世界。如果不是这样，在浅海地区潮汐的摩擦就会起到作用。湖泊和岛屿虽可以存在，但是别的就没有了，于是土卫六的轨道就会和我们现在看到的大不一样。
这样一来，我们就有三种学术论点：一个认为这个世界几乎完全被碳氢化合物的海洋所覆盖；另一个主张它是大陆与海洋兼而有之；第三个要求我们选择，土卫六是辽阔的海洋，或者全是陆地。要知道答案会是什么，这是一件很有趣的事。
我上面讲述的是一种科学进展报告。明天可能会有新的发现，使这些谜团和矛盾全部澄清。也许米勒曼的雷达探测结果有某个差错，但很难查出错在哪里：他的仪器测到土卫六的时候，正是土卫六最靠近的时候，也是他应该看见土卫六的时候。也许德英特和我所做的潮汐对土卫六轨道演化作用的计算有某处出错，可是至今还没有人能发现任何错误。此外，难以解释在土卫六表面的乙烷怎么能够免于凝固。尽管温度很低，也许几十亿年来仍有某种化学变化；也许从天而降的彗星撞击与火山或其他大地结构变化结合起来，加上宇宙射线的作用，可以使液态碳氢化合物凝结，并变成某种能把无线电波反射回太空的复杂有机固体。或者也许反射无线电波的有机物只是浮在海的表面。可是液态的碳氢化合物的密度很小，因此每一种已知的有机固体，除非是泡沫极多的，都会像一块石头那样沉入土卫六的海洋。
现在德莫特和我在怀疑，当我们设想土卫六上面有大陆与海洋时，我们是否过分拘泥于我们在自己星球上得到的经验，我们的思考是否太地球沙文主义了。土星系统中其他卫星的表面尽是破损的、坑凹的地带，还有大量的撞击坑。如果我们想象液态碳氢化合物在一个这样的星球上缓慢地聚积起来，于是出现的不是布满全球的海洋，而是互相隔离的并没有完全装满液态碳氢化合物的大塘。许多圆形的石油海，有的直径超过160千米(100英里)，坑坑洼洼地分布在卫星的表面。但是远处的土星不会激起可以察觉的波浪；并且惯常会想到，那里没有船，没有游泳者，没有玩冲浪的人，也没有人钓鱼。按我们的计算，在这种情况下潮汐摩擦可以忽略不计，因而土卫六的拉长的椭圆轨道不会变成圆形。在开始得到表面的雷达或近红外图象之前，我们不能了解确切的情况。但是可以认为，我们目前遇到的难题的答案大概是：土卫六拥有许多碳氢化合物的圆形大湖泊，在有些经度多一些，有些经度少一些。
我们是否应当指望有一个覆盖着深厚索林沉积物的冰冻表面；一个碳氢化合物海洋，它各处有一些盖满有机物的岛屿；一个布满坑状湖泊的世界；或者还有什么我们想不到的更微妙的东西?这不只是一个学术问题，因为一个正在设计中的太空飞船将要飞往土卫六。如果一切顺利，一个由美国国家宇航局和欧洲空间局联合研制的，名为“卡西尼”的航天器将于1997年10月发射。这艘飞船将两次飞经金星，一次飞经地球和一次飞经木星，以便取得引力加速；在航行7年后它将进入环绕土星的轨道。飞船每一次到达土卫六附近时，将用包括雷达在内的一整套仪器来考察这颗卫星。因为“卡西尼”离土卫六会近得多，它能够分辨出土卫六表面上用米勒曼的地面仪表(这是土卫六探测的先驱)无法察觉的许多细节。表面情况还可以用近红外光察看。在2004年夏天的某个时候，我们手里可能就会有土卫六隐而不见的表面图。
“卡西尼”还携带一个进入土卫六大气的探测器，它的名字很适当，叫“惠更斯”，它将与航天器的主体分离，并垂直降落到土卫六的大气中。一个大降落伞会打开，仪器包会穿过有机物形成的雾和甲烷云层，缓慢地坠入低层大气。它在降落时将考察有机化合物。如果在着陆时没有坠毁，它还将考察这个星体的表面。
一切都无法担保。但是飞行任务在技术上是可行的，硬件正在制作。一批志同道合的、令人难忘的专家(包括许多年轻的欧洲科学家)正在埋头苦干，并且有关各国似乎都很认真对待这个项目。它大概会实现。或许在不太遥远的将来，穿越16亿千米(10亿英里)的行星际空间，仪器将会传来土卫六在拥有生命的道路上已经走了多远的信息。
㈠基督教{圣经》中所说的古以色列人经过旷野时获得的神赐食物。——译者
㈡按后来的编号，这颗卫星即土卫六。——译者第八章
第八章 第一颗新行星
我恳求你，你不会希望有理由说明为何有这样多的行星吧，你会吗?这个烦恼已经有人解决了……
——开普勒《哥白尼天文学概论》第4卷(1621)
在人类创造出文明之前，我们的祖先主要是在露天生活。在制造出人工光源，出现大气污染以及有了现代的各种夜间娱乐之前，人们经常观察星星。当然，为了编制历法的实际需求是有的，但还有更多的原因。甚至在今天，城市里精疲力竭的居民，一旦望见装点着数以千计闪闪发光的星星的晴朗夜空，也会意想不到地精神为之一振。许多年来，每次看到这种景色，我都会感到兴奋。
在每一种文化里，天象与宗教神话总是交织在一起。我躺在旷野里，苍穹环绕着我。它的规模令我折服。它是多么浩瀚，多么悠远，相比起来我就显得很渺小。可是我并不感到自己被天国遗弃了。我是它的一部分——肯定是微小的一部分，但是和那种无与伦比的浩瀚相比，任何事物都是微不足道的。当我全神贯注于恒星、行星及其运动时，我无法抑制地感到这是一种机械、时钟式和高度精密的运作。无论我们的抱负多么伟大，它的无比规模总使我们显得很渺小和卑不足道。
在人类历史上大多数伟大的发明——从石制工具与火的利用，到文字——都是无名的恩人做出的。我们对远古事件的记忆是很差的。我们不知道首先察觉行星与恒星不一样的祖先叫什么名字。他或她应当是活在几万年或甚至几十万年以前。但是全世界的人终于了解到，装饰夜空的明亮光点中有五个——只有五个——与别的光点步伐不一致，它们往往在几个月内古怪地运行，好像它们有自己的主见。
和这些行星一样，太阳和月亮也有奇怪的视运动。这样一来，在天界漫游的星体总数为七个。这七个星体对古代人都很重要，因此他们用神灵来给它们命名。不是随便哪个古老的神，而是主要的、为首的神，是指点其他神灵(以及世间凡人)如何行动的神。巴比伦人把这些行星之一，明亮而缓慢移动的，㈠用马杜克(Marduk)来命名；斯堪的纳维亚人用奥丁
(Odin)；希腊人用宙斯(Zeus)；罗马人用朱庇特(Jupiter)；他们都是神中之王。罗马人把暗淡、快速移动和离太阳不远的一颗行星㈡叫做墨丘利(Mercury)，意为众神的使者；把最亮的一颗行星㈢称为维纳斯(Venus)，即爱情和美丽之女神；对一颗血红色的行星㈣用战争之神来命名，即马尔斯(Mars)；至于其中一颗行动最迟缓的叫萨图恩(Saturn)㈤，是时间之神。这些是我们祖先所能提出的最好的隐喻和暗示。他们除了肉眼之外，没有科学仪器，他们局限在地球上，并且根本不知遭地球也是一颗行星。①
到了要制定星期的时候——星期这个时间间隔与日、月和年都不一样，没有真实的天文含意——人们把它定为7天，每一天都用夜空中这7个反常的星体之一来命名。我们不难找到这种定名的痕迹。在英语中，星期六(Saturday)是土星
(Saturn)之日。星期日(Sunday)和星期一(Mo[o]nday)是够清楚的了。㈥星期二至星期五是用撒克逊人与其同种族的曾入侵凯尔特／罗马不列颠的条顿人的神来命名的。举例来说，星期三(Wednesday)是奥丁(Odin)[或沃丁(Wodin)]的日子。如果我们按现在的拼音把它说成是“韦恩的日子”(Wedn’s
Day)就更清楚了。星期四(Thursday)是雷神(Thor)的日子。星期五(Ffiday)是爱情女神(Freya)的日子。一星期的最后一天仍用罗马神的名字，其余的都已变成德语了。
在所有罗曼语族的语言(如法语、西班牙语和意大利语)中，这种联系更为明显。这是因为它们都起源于古代拉丁语，而在这种语言里，一周的日子(从星期天开始)，是依次用大阳、月亮、火星、水星、木星、金星和土星来命名的。(太阳日成为上帝的日子。)他们原本可按相应的天体亮度次序来为日子定名，即按太阳、月亮、金星、木星、火星、土星与水星的次序，排出星期日、星期一、星期五、星期四、星期二、星期六和星期三；但是他们没有这样做。如果在拉丁语系中一周的日子是按与太阳的距离的次序来排列，就会成为：星期天、星期三、星期五、星期一、星期二、星期四、星期六。然而回溯到为行星、神灵和周日取名的时候，谁也不知道行星的这种次序。周日的排列次序似乎是任意的，虽然可能承认了太阳的首要地位。
7尊神灵、7个日子和7个星体——太阳、月球与五颗漫游的行星——的这种结合，在世界各地广为流传。7这个数字开始取得神奇的涵义。以前人们认为有七重天，即以地球为中心的7个透明球壳，是它们使天体运转。最外面的球壳，即第七重天，是假想中的“恒”星居留的地方。一共有7个创世日{如果我们把上帝的休息日也包括在内)，人的头上有7窍，有7项美德，7大罪恶㈦，苏美尔㈧神话里有7个恶魔，希腊字母中有7个元音(每一个都属于一位行星之神)，炼金术士认为有7位主管命运之神，摩尼教有7本巨著，基督教有7次圣餐，古希腊有7位圣人，此外还有7种炼金的“丹源”(金、银、铁、汞、铅、锡和铜——金至今还与太阳有关，银与月亮有关，铁与火星有关，等等)。第7个儿子的第7个儿子具有超自然的魔力。7是一个“幸运”数字。《新约全书》的《启示录》中谈到，把一卷圣谕的7张封条打开时，7只喇叭就会一齐吹响，7个碗一齐盛满。圣奥古斯丁含糊地论证过7的神秘的重要性。他的理由是，3是“第一个为奇数的整数”(那么1算什么呢?)，“4是第一个偶数”(2又算什么呢?)，并且“它们合起来便是7”，如此等等。甚至在今天，像这样的穿凿附会还在苟延残喘。
甚至有人不相信伽利略发现的4个木卫(还不是行星呢!)的存在，理由是它损害了7这个数字的优越地位。随着哥白尼体系逐渐为人们接受，地球进入行星的行列，而太阳和月球去掉了。这样一来，似乎只有6个行星(水星、金星、地球、火星、木星与土星)。于是有人杜撰出学术依据来论证，为什么必须是6个。举例来说，6是第一个“完全”数，等于它的除数之和(1+2+3)，这就是证明。还有，无论如何只有6个创世日，而不是7个。人们找出各种理由来迎合行星由7个变成6个。
到了那些善于玩弄数字神秘主义的人也接受哥白尼体系的时候，这种自欺欺人的思维模式便从行星转移到卫星。地球有一个卫星，木星有4个伽利略卫星，加在一起是5个。显然还缺了一个。(请不要忘记，6是第一个完全数。)当惠更斯在1655年发现土卫六时，他和其他许多人都确信，这是最后一个了：6个行星，6颗卫星，而上帝在他的天国里。
哈佛大学的科学史专家科恩(I·Bemard Cohen)指出，惠更斯确实放弃了对其他卫星的探寻，这是因为从上述论证再也没有其他卫星了。16年以后，令惠更斯啼笑皆非的是他在场时，巴黎天文台的卡西尼②发现了第七颗卫星，即土卫八。它是一个古怪的星体，它的一个半球是黑的，而另一个是白的；它的轨道是在土卫六之外。不久后，卡西尼又发现了另一颗土星卫星，即土卫五。这是在土卫六之内的卫星。
对玩弄数字游戏的人来说，又一个机会来了。这一次是专门应用于阿谀奉承恩主。卡西尼把行星数(6)与卫星数(8)相加，得到14。当时碰巧的是，为卡西尼兴建天文台并支付薪金的人是法国的路易十四，号称太阳国王。这位天文学家急急忙忙地把这两颗新卫星“奉献”给他的君王，并宣称路易已经“征服”了太阳系的尽头。谨言慎行的卡西尼于是中断了对其他卫星的探寻。科恩认为，大概他害怕再发现一颗卫星会触犯路易——他是一个不能被嘲弄的帝王，他可以粗暴地把他的臣民定为叛逆的新教徒，并投入地牢。尽管如此，12年后，卡西尼重新进行探索，并发现——无疑是战战兢兢地——另外两颗卫星。(幸好人们没有一脉相承地这样做，否则法兰西波旁王朝就会有70多个叫路易的国王，那就麻烦了。)
在18世纪后叶，当新天体陆续发现时，这个玩弄数字论证的势力大为削弱了。然而在1781年，当人们听说用望远镜发现了一颗新行星的时候，仍然有一种真正的惊奇之感。相比之下，新卫星不太引人注意，尤其是在前面6个或8个发现之后。但是，还有新的行星可以发现，并且人们还创制出发现它的工具，这两件事既令人惊异又使人感到是理所当然的。如果有一颗前所不知的行星，就可能还有许多颗——在我们太阳系以及其他恒星附近都会如此。谁也不知道，在漆黑的天空里，究竟还有多少尚未发现的新世界?
这次的发现甚至并非由一位职业天文学家，而是由威廉，赫歇尔(William Hershel)做出的。他是一位音乐家，他的家人跟另一位英国化了的德国人(也就是后来美洲殖民地的压迫者英王乔治三世)的家庭一同来到英国。赫歇尔希望用他的庇护人来命名这颗行星，即称它为乔治(实际上是“乔治之星”)；然而幸运的是，这个名字并没有流传下来。(天文学家似乎都热中于讨好君王。)赫歇尔发现的这颗行星后来被称为天王星(Uranus)(这是每一代讲英语的9岁的孩子都听不厌的故事)。它以古代天神命名，而按希腊神话，是萨图恩(土星名)的父亲，因此是奥林匹亚众神的祖父。
我们不再把太阳和月球当作行星，并且——忽略不计相对说来不重要的小行星与彗星——把天王星认作按与太阳的距离排列的第七颗行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星)。它是古人不知道的第一颗行星。外面的4颗行星(类木行星)与4颗内行星{类地行星)原来是大不相同的。冥王星是一个独特的例子。
随着岁月的推移和天文仪器质量的改进，我们对遥远的天王星开始了解得较多了。向我们反射暗淡太阳光的不是固体表面，而是大气与云——正如土卫六、金星、木星、土星及海王星那样。天王星的空气由氢和氦这两种最简单的气体组成，还有甲烷与其他碳氢化合物。地球上观测者看得到的云层之下就是厚实的大气，它含有大量的氨、硫化氢，特别还有水。
在木星和土星的大气深处，压力大到把原子中的电子挤出，并使空气呈金属性。在质量较小的天王星上似乎没有出现这种情况，这是因为它的大气深处的压力小一些。然而只有通过天王星对其卫星的微妙的引力，可以研究根本看不到的更深处，发现在上面大气的沉重压力下，那里是一个岩石般的表面。那是一个隐而不见的与地球相似的庞大行星，它被浩大的空气掩盖和包裹起来。
地球表面的温度是由地球拦截的太阳光保持住的。太阳一旦离去，地球就会很快冷却——远不只是像南北两极那样冷，也不仅海洋会冻结，而是严寒甚至于使空气凝固，形成覆盖整个地球的10米厚的氧与氮的冰层。从炽热的地球内部渗透出来的一点点热量不足以融化这些隆冰。对木星、土星和海王星而言，情况就不一样了。从它们内部倾泻而出的热量与它们从远方太阳获得的辐射热大致相等。把太阳“关掉”，它们所受的影响并不很大。
但是天王星就是另一回事了。它在类木行星中是反常的。天王星像地球：真正从内部渗出的热量很少。我们不了解为什么会是这样，为什么在许多方面与海王星很相似的天王星却缺少一个强大的内部热源。由于这个以及别的原因，我们不能说已经了解这些巨大星体的内部深层的情况。
天王星是“躺下来”绕太阳旋转的㈨。在20世纪90年代，它的南极受太阳照射，20世纪末地球上的观测者察看天王星时，他们所见到的正是这个极。天王星绕太阳运转一周需要
84个地球年。因此在21世纪30年代，其北极将朝向太阳(也是朝向地球)。到21世纪70年代，南极会又一次对着太阳。在中间这段时期，地面天文学家所看见的主要是它的赤道区域。
所有其他行星都是“直立地”在轨道上自转。谁也不能肯定天王星反常自转的原因。最有可能的假说是，在它早期历史上的某个时候(总是几十亿年之前)，一颗在很扁的轨道上运行的，大小与地球差不多的凶猛行星撞上了它。这样的碰撞，如果曾发生过，一定早巳使天王星系统乱成一团。也未可知，这一场古代的浩劫总应该留下一些别的痕迹让我们去发现。但是天王星太遥远，要揭开它的奥秘并非容易的事。
1977年，由埃利奥特(James Elliot)(当时在康内尔大学)领导的一批科学家偶然发现，天王星也像土星那样有环。当时这些科学家为观测天王星掩一颗恒星，乘一架美国国家宇航局特制的飞机——柯伊伯机载天文台——正飞越印度洋。
(正因为天王星相对于遥远的群星在缓慢地移动，这种掩星现象才常常发生。)观测者大吃一惊地发现，恒星就在走到天王星及其大气背后之前闪烁了几次，随后在它从天王星及其大气背后刚出现后又闪了几次。因为在掩星前后闪耀的情况是一样的，这次的发现(以及后来的大量工作)表明天王星拥有
9个很薄、很暗的围绕行星的环，于是天王星在天空中看来像有若干黑圈环绕的一个靶心。
地球上的观测者了解到．在这些环的外面是当时已知的 5颗卫星的同心轨道。这5颗卫星都是用莎士比亚的《仲夏夜之梦》和《暴风雨》，以及蒲伯(Alexander
Pope)的《卷发遇劫记》中的人物命名的。具体说来，天卫五是米兰达(Miranda)，天卫一是埃里厄尔(Ariel)，天卫二是乌姆勃里厄尔{Umbriel)，天卫三是泰坦尼亚(Titania)，天卫四是奥伯龙{Oberon)。它们之中有2颗是赫歇尔本人发现的。5颗卫星中最里面的一颗，即天卫五，直到1948年才由我的老师柯伊伯发现③。我回想到．当时认为发现天王星的一颗新卫星是一项多么了不起的成就。后来由反射的近红外光连续发现5个卫星的表面都有一般水冰的光谱特征。这不足为奇——天王星距太阳太远了，因此它在正午时的亮度还不如日落后地面的亮度。温度极低，任何水都必然结成冰。
我们对天王星系统——这颗行星、它的光环和它的卫星——的认识，在1986年1月24扫开始有了一场革命。在那一天，“旅行者2号”飞行了8年半之后到达离天卫五很近的区域，并“击中”了天空中的靶心——天王星。于是天王星的引力把它椎向诲王星。这艘太空飞船发回了4
300张天王星系统的近距照片以及大量其他资料。
还发现天王星周围有一个强辐射带，它由该行星磁场俘获的电子和质子形成。“旅行者”穿过辐射带，顺便测量它的磁场及俘获的带电粒子的强度。它还检测出由加速的俘获电子产生的无线电波发出的不和谐声音，其音色、和声及细节都在不断变化，但收听到的主要是最强音。在木星与土星上都发现有类似现象，后来在海王星上也发现有，但每个行星始终都有其特定的主旋律和对位特征。
地球磁场的极与地理南北极很靠近。天王星的磁轴和自转轴有约为60度的交角。还没有人了解为什么会是这样。有人曾认为我们正好赶上天王星磁场的南北两极在对调，这种情况在地球上定期发生。还有人提出这也是古代那次把天王星弄得改变了自转轴方向的猛烈碰撞的后果。但是我们不知道孰是孰非。
天王星发射的紫外光远比它从太阳接收到的要强，这很可能是由磁层泄漏出的带电粒子冲击高层大气所产生的。太空飞船从天王星系统里的一个有利位置观察到一颗亮星在通过天王星的环时所发生的闪烁。从地球上看去，飞船走到天王星背后；因此它发送回来的无线电讯号在切线方向穿过天王星的大气，这可用来探测直到甲烷云层之下的大气。有人由此推断，有一个也许厚达8000千米的浩大深邃的超热液态水所构成的海洋在空气中漂浮。
与天王星会合的最辉煌的成就是拍到的照片。用“旅行者”的两部电视摄象机，我们还发现了10个新卫星，测定了在云层中天王星一天的长度(约为17小时)，还研究了一打左右的环。最为壮观的是过去已经知道的天王星的5个大卫星的照片，其中最小一颗，即柯伊伯的天卫五的照片尤为突出。它的表面布满了断裂的山谷、平行的山脊、悬崖峭壁、低矮的山脉、撞击坑以及一度熔化的表面物质形成的冻结河流。对于一个远离太阳的小而冰冷的星体来说，很难预料到会有这种混乱的景观。这个表层也许是在好久以前的某个时代熔化和重新形成的，那时天王星、天卫五与天卫一之间的引力共振从该行星里面汲取能量并注入天卫五的内部。或许我们看到的据说是把天王星弄得改变自转轴方向的原始碰撞所留下的痕迹。或者(只是凭想象)，天卫五一度被一个猛撞上来的天体全部摧毁、并爆裂成一大难碎块，许多碎块仍留存在天卫五的轨道上。这些碎块缓慢地相撞，由万有引力而相互吸引，于是重新聚合成今天这样一个乱糟糟、破烂不堪、未经修补的天卫五。
对我来说，看到黑黝黝的天卫五的照片，我感到甚为震惊，因为我清楚地记得它只是一个几乎被天王星的光芒淹没了的微弱光点，多亏天文学家的本领和耐心，克服很大困难才发现了它。仅仅过了半个人生，它就从一个未经发现的世界变成一个探测目的地，它的古老而奇特的奥秘至少有一部分已被揭示出来了。
㈠指木星。——译者
㈡指水星。一译者
㈢指金星。——译者
㈣指火星。——译者
㈤指土星。——译者
㈥星期日是太阳(Sun)日，星期一是月亮(Moon)日。——译者
㈦宗教认为该罚入地狱的7大重罪，指骄、贪、欲、怒，馋．妒、懒。——译者
㈧古代幼发拉底河下游地区。——译者
㈨天王星的自转轴在黄道面上。——译者
第九章 太阳系边缘的一艘美国飞船
……在特里顿(Triton)㈠湖的岸边……
我愿倾诉心中的秘密。
——欧里庇得斯{Euripides)㈡《伊翁》(lon)(约公元前413年)
在“旅行者2号”贯穿太阳系的宏伟征途中，海王星是最后一站。一般认为它是倒数第二颗行星，冥王星是最外面的一颗。但是由于冥王星的轨道是很扁的椭圆，所以近年来海王星变成最外面的行星，一直到1999年都是这样。由于海王星离太阳非常远，它的云层上部的典型温度约为－240℃。如果没有来自内部的热量，它还会更冷一些。海王星沿星际夜空的边缘滑行。它太遥远了，以致在它的天空中太阳只不过是一颗极亮的恒星而已。
究竟有多远呢?它太遥远了，甚至从1846年被发现之后，它还没有绕太阳运行一整圈，即一个海王星年还没有过完哩①。它太遥远了，以致用肉眼看不见。它太遥远了，以致比其他任何东西都跑得快的光线，也要用5个多小时才能从海王星传到地球。
1989年，当“旅行者2号”飞经海王星系统时，它的照相机、光谱仪、粒子与磁场探测器以及其他仪器，全都发疯似地忙着考察这个行星、它的卫星和它的环。这个行星本身和它的姊妹星木星、土星与天王星一样．是一个巨行星。每颗行星的核心都与地球相似，但是这4个庞大气团都披上复杂而笨重的伪装。木星和土星都有辽阔的大气和相对说来较小的岩石及冰块组成的内核。而天王星和海王星则基本上由岩石与冰组成，它们被稠密的大气包裹起来，不让我们看见。
海王星有地球的4倍大。当我们向下看见它的冰冷的、严峻的蓝色外表时，我们又是只见到大气与云层，而看不见固体表面。和天王星相似，海王星的大气主要由氢与氦组成，有少量的甲烷以及一点点其他的碳氢化合物。也可能有些氮。大概是由甲烷晶体组成的亮云，飘浮在成分未知的更深厚酌云层之上。我们从云的运动发现有强劲的风．其速度接近当地的声速。还发现一个大暗斑，奇怪的是它所处的纬度几乎与木星的大红斑相同。蔚蓝的颜色看来对这个以海神命名的行星是相宜的。
在这个暗淡发光、寒冷、多风暴和遥远的星球周围，也有一套环。它们每一个都由无数多个沿轨道运行的物体组成，这些物体小到似烟灰中的微粒，大到犹如小型卡车。和其他类本行星的环相似，海王星环似乎是短命的。计算表明，引力和太阳辐射会使它们在远短于太阳系年龄的时期内瓦解。如果它们很快被毁掉，而我们偏偏看见它们，只能是因为它们不久前才形成。可是这些环是怎样形成的呢?
在海王星系统中最大的卫星是海卫一。②它绕海王星运转一周几乎需要6个地球日，它运转的方向与其母行星自转的方向相反。(如果我们把海王星自转说成是反时针方向，那么海卫一绕海王星运转就是顺时针方向。)在太阳系的大卫星中，这种情况是独一无二的。海卫一拥有一个含氮丰富的大气，这与土卫六颇为相似。但是由于海卫一的大气和雾要稀薄得多，所以我们可以看见它的表面。表面的景观是多样的和宏伟壮丽的。这是一个冰的世界——有氮冰、甲烷冰，也许下面还有我们较为熟悉的水冰及岩石。表面上有撞击水潭，它们似乎被液体淹没后再冻结起来。(因此，海卫一上面曾经有过湖泊。)还有撞击坑；长而纵横交错的山谷；覆盖着新降氮雪的辽阔平原；像甜瓜表皮似的起皱的地形；以及大致平行的、长而暗黑的条纹，它们似乎是由风刮出来，然后留存在冰冻表面上的——虽然海卫一的大气十分稀薄，其厚度大约只有地球的万分之一。
海卫一上面的坑全都保持原始状态，它们好像是由一个巨大的铣床铣出来的。没有陡峭的断壁或隐约可见的起伏地形。甚至尽管定期降雪和积雪蒸发，似乎几十亿年来海卫一的表面没有受到侵蚀。因此这颗卫星形成时的撞击坑，想必已经由某种早期全球表面的改变而填满和掩盖了。海卫一绕海王星运转的方向与海王星自转的方向相反，这与地月系以及太阳系里大多数大卫星的情况都不一样。如果海卫一是由形成海王星的同一个旋转的盘状星云产生的，那么它绕海王星旋转的方向就应当与海王星自转的方向相同。因此，海卫一不是原来在海王星周围的那个原始星云产生的，而是在其他某个地方——也许远在冥王星之外——产生，然后在它偶然运动到离海王星很近的地方时，被海王星的引力俘获的。这个事件应该在海卫一上面引起巨大的固体潮，于是使表面融化，并使过去的地形完全改观。
海卫一有些地方的表面就像地球南极洲新降的雪那样明亮和洁白。(因此这是整个太阳系中可能提供滑雪运动员大显身手的绝无仅有的地方。)其他的地方有颜色——从粉红到褐色。一种可能的解释是：新降的氮、甲烷与其他碳氢化合物的雪受到太阳紫外光的辐照，也受到海卫一在穿过海王星磁场时所俘获的电子的辐照。我们知道，这种辐照会使雪(和相应的气体一样)转化成复杂、暗黑、微红的有机沉积物，即冰冻的索林。并没有产生生物体，但也含有与40亿年前地球上生命起源有关的某些分子相似的成分。
那里的冬天，表面上冰雪层层堆积。(感谢上苍，我们的冬季只有海卫一的4％那样长。)到了春天，它们缓慢变化，越来越多的淡红色有机分子积累起来。在夏季，冰雪蒸发掉了，由此释放出的气体穿越半个星体，迁移到正在冬天的半球，并在那里又一次变成冰雪，把表面掩盖起来。但是淡红的有机分子不会蒸发，因而也不转移地方，它们成为停滞的沉积物；到下一个冬季又被新雪掩盖，新雪再受到辐照，于是到第二年的夏天，淡红色有机分子的堆积层更厚了。随着时间的推移，大量有机物在海卫一的表面堆积，这可能就是它的表面有精致的彩色花样的原因。
这些条纹发端于小而暗的源区，也许是由于春夏两季的热气使表面之下的积雪挥发了。当雪水蒸发时，气体像喷泉一样流出，把不太容易挥发的表面积雪及暗黑有机物吹走。占优势的低速风把暗黑有机物带走，有机物慢慢从稀薄的空气中下沉，并积聚在表面上，于是形成条纹状的外貌。这至少是海卫一近期历史的一种可能情景。
海卫一大概有由光滑氮冰组成的季节性大极冠，在它下面有若干层暗黑的有机物质。氮雪似乎不久前才降落到赤道区。对于大气如此稀薄的一个星体来说，降雪、气体喷泉、由风吹起的有机尘埃以及高纬度薄雾，都是过去完全预料不到的。
为什么空气这样稀薄?因为海卫一离太阳太远了。假如你用某种方法能够把这个星体搬进绕土星旋转的轨道，那么氮和甲烷冰块会很快蒸发，于是形成一个由气态氮与甲烷组成的稠密得多的大气，并且辐射会产生一层不透明的索林雾。它就会成为一个很像土卫六的世界。反之，如果你把土卫六移到绕海王星的轨道上，它的大气几乎会整个冻结成雪与冰，索林会落下，而不再进入大气，空气将变成清澈的，且用昔通光就可以看见其表面。它也就会变成一个与海卫一非常相似的世界。
这两个星体并非一模一样。土卫六内部所含的冰似乎远多于海卫一，而岩石却少得多。土卫六的直径几乎为海卫一的两倍。尽管如此，如果把它们放到离太阳同等距离处，它们看起来就像一对姊妹。西南研究所的斯特恩(Alan
Stem)提出，它们是在太阳系早期形成的一大群富含氮与甲烷的小天体中的两个成员。尚待太空飞船去访问的冥王星看起来也是这个天体群的一个成员。在冥王星外面还可能有更多个等待我们去发现。所有这些星体的稀薄大气和冰冻的表面都受到辐照——如果没有其他东西，至少是受到宇宙线的辐射——并且富含氮的有机化合物正在形成。看来，构成生命的物质不仅在土卫六上面存在，而且遍布我们行星系的寒冷和暗淡的外围地区。
近来又发现了另外一类小天体，它们的轨道使它们至少有一部分时间是在海王星与冥王星之外。它们有时被称为小行星，更可能是不活动的彗星(当然没有尾巴，在离太阳这样远的地方，它们的冰块不容易蒸发)。但是它们比我们所知道的一般彗星要大得多。它们可能是从冥王星轨道到最近恒星一半距离处的一大批小天体的先驱。这些新天体可能是奥尔特彗星云的成员，而奥尔特彗星云的最里面的区域用我的导师柯伊伯的名字命名，称为柯伊伯带，因为他第一个提出它的存在。像哈雷彗星这样的短周期彗星就是在柯伊伯带内产生的。它们受引力牵引，掠过太阳系的内区，它们的尾巴变大，并为我们的天空增添光彩。
回溯到19世纪后叶，这些天体的构成材料(这在当时只是假设)称为“星子”(planelesimal)。我认为这个词与“无穷小”(infinitesimal)甚为相似：你需要有无穷多个无穷小的量才能做成一样东西。诚然，并不是说要形成一个行星真需要无穷个星子，但确实要有极大量的星子。举例来说，要用几万亿个1千米大小的物体才能聚积成一颗质量和地球一样的行星。过去有一段时间，在太阳系的行星区域曾经有过大量的小天体。现在它们大多消失了——抛入星际空间，落进太阳或者变为构成卫星与行星的材料。但是在海王星和冥王星外面，没有聚积起来的、被遗弃的及剩余的小天体还留存下来——少数稍大的约为100千米，而数目多得惊人的大约1千米和更小的物体像雨点一般撒向太阳系的外围，一直远到奥尔特云的边界。
从这个意义上说，在海王星和冥王星外面还有行星，但是它们不像类木行星那样大，甚至比不上冥王星。但是在冥王星之外的空间，可能会有隐藏在黑暗中，理所当然应称为行星的更大天体，也说不准呢!它们离我们越远，我们便越难察觉它们。然而它们不会刚好在海王星外面，否则它们的引力便会明显改变海王星和冥王星的轨道，以及“先驱者”10号、11号和“旅行者”1号、2号的轨道。
新近发现的彗星体(就像名为19920B和1993FW那样的)，并不是这个意义上的行星。如果我们的检测极限刚好把它们包括在内，那么很可能在它们中间还有更多个停留在太阳系外围等待我们去发现。它们太遥远了，从地球上很难看到它们；它们太遥远了，要作很长距离的飞行才能接近它们。但是我们有能力研制出到达冥王星及更远处的小型、快速飞船。向冥王星及其卫星发射一艘飞船是很有意义的；然后，如果办得到，让它近距飞越柯伊伯彗星带的一个成员。
天王星和海王星的与地球类似的岩石内核，似乎是首先吸积而成的，然后它们从形成行星的太古星云中，以引力吸取大量的氢和氦气体。它们最初存在于雹暴中。它们的引力只够在冰冻小天体靠得太近时把它们赶跑，赶到行星区域之外很远处，加入奥尔特彗星云。同样的过程也使木星和土星成为富含气体的巨大行星。可是它们的引力太强，因而不能使奥尔特云增长。这是因为冰冻小天体走到它们附近时，就被它们的引力完全赶出太阳系，于是命中注定要在恒星之间茫茫漆黑的太空中永远飘泊。
可爱的彗星有时使人类感到迷惘和敬畏，它们使内行星与外太阳系的卫星遍布撞击坑，也常会危害地球上的生命。如果天王星和晦王星在45亿年前没有形成为巨行星，那么我们就不会知道彗星，也不会感到它们的威胁了。
说到这里，我想简短地穿插谈谈远在梅王星与冥王星之外的行星，即其他恒星的行星。
在许多近邻恒星的周围，都有绕它们旋转的气体和尘埃薄盘，薄盘往往伸展到距所属恒星几百个天文单位㈢的地方。(太阳系最外围的行星，即海王星与冥王星，离太阳约40天文单位。)比较年轻的类太阳恒星，比起较老的恒星，更可能有盘。在有些情况下，就像唱片那样，盘的中央有一个洞。洞边离恒星也许有30或40天文单位。举例来说，环绕织女星和波江座ε星的盘就是如此。围绕绘架星座β星的盘中央的洞，它的边缘离恒星只有15天文单位。确有可能，这些没有尘埃的内区已经被不久前在该处形成的行星弄干净了。实际上，已经有人预料到我们的行星系在早期历史上会有这种清扫过程。随着观测的改进，我们也许会看到含尘埃与无尘埃区域的能够泄露内情的细微结构，这会显示出太小、太暗因而难以直接看见的行星的存在。光谱资料表明，这些盘状物在剧烈扰动，它们的物质落向中心恒星。物质大概是来自在盘内形成的彗星，看不见的行星使彗星偏离原轨道，而彗星在距中心星太近的地方会蒸发。
由于行星小，靠反射的光线发光，因此它们往往会淹没在中心恒星的光芒中。尽管如此，天文学家正在多方努力寻找在近邻恒星周围已经完全成形的行星。办法是：当暗黑的行星置身于恒星与地球上观测者之间时，可以察觉星光的短暂变暗；或者探测恒星在受到一个看不见的绕行伴星有时这样有时那样的吸引而产生的微小摆动。航天技术的灵敏度要高得多。在一颗近邻恒星附近绕行的类木行星，比该恒星要暗弱约10亿倍。尽管如此，新一代的地面望远镜可以补偿地球大气的闪烁，就可能仅在短短几个小时的观测时间内很快检测出这样的行星。一个近邻恒星的类地行星会更暗弱100倍；但是现在看来，一艘在地球大气之上飞行的、造价比较便宜的太空飞船，也许就能探测，到其他的类地行星。这样的研究至今还投有任何一项获得成功，可是我们显然已经接近于可以检测到绕近邻恒星运转的至少是与木星一般大的行星——假如有这样的行星可供我们去发现的话。
最近的一个最重要也是碰运气的发现，是对一颗约1 300光年之外的，难以想象的恒星，找到一个真正的行星系；而使用的是极意料不到的技术。编号为B1257+12的脉冲星是一颗快速自转的中子星，一个密度大到难以置信程度的恒星，也是一颗大质量恒星在遭受一次超新星爆发后的残骸。它的自转周期测量之精确令人惊异，即每0．006
218 531 938 818 7秒钟转动一周。就是说这颗脉冲星每分钟大约自转一万次。
它的强磁场所俘获的带电粒子产生射向地球的无线电波，每秒钟约闪烁160次。目前在宾夕法尼亚州立大学的沃尔兹赞(Alexander Wolszezan)于1991年对闪烁频率有极小但仍可察觉的变化，提出了尝试性的解释：由于行星的存在，脉冲星才会有细小的反复运动。1994年，他研究了几年间微秒数量级的计时残差，证实了预料中的这些行星之间的引力相互作用；这是一些真正的新行星，而不是中子星表面的“星震”
(或其他什么东西)，现有的证据是确凿无疑的。或者，如沃尔兹赞所说，是“无可辩驳的”；一个新的太阳系是“毫不含糊地”证实了。和所有其他技术都不一样，使用脉冲星计时法发现靠近的类地行星比较容易，而更远的类木行星倒比较难以检测出来。
重量约为地球2.8倍的行星C，在距离为0.47天文单位处，每98天绕脉冲星旋转一周；具有大约3.4个地球质量的行星B在0.36天文单位处，它的一年为67个地球日。更小的行星A离脉冲星更近，质量约为0.015地球质量，距离为
0.19天文单位。粗略地说，行星B到脉冲星的距离大致相当于水星到太阳的距离；行星C的距离在水星和金星的距离之间；而行星A比这两个行星都更靠里，质量大致与月球一样，而距离是水星至太阳的距离的一半左右。我们不知道，这些行星是由产生脉冲星的超新星爆发中不知怎么地幸存的一个早期行星系遗留下来的呢?还是由继超新星爆发后出现的星周吸积盘形成的?但是，无论是哪一种情况，我们现在都已经知道，宇宙中还有其他的地球。
脉冲星B1257+12发出的能量约为太阳的4.7倍。但是和太阳不同，它的大部分能量不是在可见光，而是在带电粒子的猛烈风暴中。设想这种粒子碰撞行星并使它们受热，于是甚至在1天文单位处，行星的表面温度都会达到水的正常沸点之上约280℃，这比金星的温度还要高。
这些暗黑和灼热的行星似乎对生命不适宜，但是离 B1257+12更远的其他一些行星却可能是适宜的。(由观测资料推断，在B1257+12系统中至少还有一颗更靠外的较冷行星。)当然，我们甚至还不知道这些星体是否保留着它们的大气。也许超新星爆发(如果它们当时就已存在)把任何大气都赶跑了。看起来我们确实检测出了一个可以认识的行星系。在未来几十年中，围绕着一般的类太阳恒星以及白矮星、脉冲星和其他处于恒星演化最后状态的星体，我们可能还会发现更多的行星系。
到最后，我们会有一个行星系清单——也许每个行星系都有类地行星、类木行星，或许还有新类型的行星。我们要用光谱方法和其他方法来考察这些新世界。我们要寻找新的地球与其他的生命。
“旅行者号”飞船在太阳系外围的任何一个星体中，都没有发现生命的征兆，更不用提有智慧的生物了。找到了大量有机物质——这也许是组成生命的原料，也是生命的预兆——但是就我们迄今所知道的情况来说，没有发现生命。在它们的大气中没有氧．也没有远离化学平衡的气体(例如地球大气中的甲烷)。许多行星世界都涂着微妙的色彩，但是没有哪一个具有特别的、鲜明的吸收征兆，就像覆盖地球表面大部分的叶绿素。“旅行者号”对极少数星体能够分辨出小到l千米宽的细节。按这样的标准，即使我们自己的科技文明已经移植到太阳系外围，“旅行者号”也不会察觉。但是值得提到，我们没有发现有规则的图案，没有几何形象；没有对小圆圈、三角形、正方形或长方形的偏爱。在夜间的半球上，没有稳定光点的集合。在任何这些星体的表面，都找不到被技术文明改造过的征兆。
类木行星是丰富的无线电波发射源。一部分电波来自在它们磁场中俘获的大量带电粒子束，一部分来自闪电，还有一部分来自它们炽热的内部。但是任何这种辐射，都不具备智慧生命的特征——大概这方面的专家都这样看。
当然，我们的思路也许太狭窄，我们可能遗漏了某种东西。举例来说，在土卫六的大气中有少量的二氧化碳，这会使它的氮／甲烷大气偏离化学平衡。我想二氧化碳可能来自不断劈劈啪啪地落进土卫六大气的彗星——但也许并非如此。或许在富含甲烷的表面上有某种难以理解的东西在产生二氧化碳。
天卫五和海卫一的表面，和我们所知道的其他任何卫星的表面都不一样。它们上面有广阔的锯齿状地形以及十字形的直线，甚至头脑清醒的行星地质学家也一度开玩笑似地把它们说成是“公路”。我们(勉强地)把这些地形理解为断层和地壳碰撞的结果．但是当然我们可能出错。
表面上的有机物斑点——有时像在海卫一上面那样，有精细的花纹——来自带电质点在简单碳氢化合物冰块中引起的化学反应，由此产生较为复杂的有机物质，而这一切都与生命的媒介作用无关。但是当然我们可能出错。
我们从四颗类木行星全都接收到的复杂形态的无线电天电干扰、爆音和哨声，一般说来可用等离子体物理和热辐射来解释。(对大量细节还不太清楚。)但是当然我们可能出错。
在几十个天体中，还没有找到像“伽利略号”太空飞船经过地球时所发现的，明显和引人注目的生命象征。生命是当作最后一着的假设，只是在你投有别的办法来解释你看到的事物时，才借助于它。如果让我来裁判，我会说，我们研究过的任何一个世界都没有生命（当然我们自己的世界例外)。但是我可能弄错了。不管是对是错，我的判断只适用于这个太阳系。也许在某一次新的探测时，我们会发现某种不一样的，令人吃惊的，用行星科学的一般手段完全无法解释的事物——于是我们就会战战兢兢地、小心翼翼地向生物学解释慢慢转移。然而，就目前情况来说，还没有任何东西要求我们走这一步。到现在为止，太阳系仅有的生命就是来自地球的生命。在天王星与海王星系统中．唯一的生命迹象，便是“旅行者号”本身。
在我们确认其他恒星的行星，以及发现大小和质量都与地球大致相等的其他世界的时候，我们会仔细考察它们是否有生命。甚至在一个我们从未想到的世界上，会有可以检测到的稠密含氧大气。对地球来说，有氧便是有生命的征兆。一个含氧的大气以及可以察觉到的甲烷，就像调制的无线电波发射一样，几乎可以肯定是生命的象征。有朝一日，当我们在早晨喝咖啡的时候，可能会听到宣布，从我们的或另一个行星系的探测中发现了生命的新闻。
“旅行者号”空间飞船是飞往恒星的。它们从太阳系逃逸出来，沿轨道每天几乎要飞驰160万千米(100万英里)。木星、土星、天王星和海王星的引力场都以很高的速度把它们抛射出来，使它们终于摆脱太阳引力对它们的约束。
它们是否已经脱离了太阳系?答案与你怎样定义“太阳王国”的边界有密切关系。如果边界是最外面的相当大的行星的轨道，那么“旅行者”航天器早已跑出去了；因为大概没有还未发现的和海王星大小相近的行星。假如你指的是最外面的行星，那么在海王星与冥王星之外很远的地方，可能还有和海卫一相似的其他行星。要是这样，那么“旅行者1号”和“旅行者2号”仍然是在太阳系范围之内。如果你把太阳系的外部边缘定为太阳风层顶——在此处，行星际粒子与磁场被恒星际粒子与磁场所取代——那么两艘“旅行者号”飞船都还没有离开太阳系，再过不多的几十年，它们可能会飞出去。③但是，如果你把太阳系的边缘定义为太阳不再能控制星体在轨道上绕它运转的距离，那么“旅行者”在几百个世纪内都不会离开太阳系。
在天空的任一方向上，都有被太阳引力轻轻抓住的数以万亿计或更多的彗星，它们聚积成浩大的群体，这就是奥尔特云。两艘太空飞船要再过大约20 000年才能穿过奥尔特云。在这之后，它们终于向太阳作漫长的告别，摆脱曾经把它们和太阳束缚在一起的引力的羁绊，两个“旅行者号”才会驶向星际空间的汪洋大海。只有到那个时候，它们的第二阶段探测才算开始。
那时它们的无线电发射机早巳失效，两艘太空飞船在漫长的岁月中将在宁静、寒冷而又漆黑的星际空间漫游，几乎没有任何东西会侵蚀它们。一旦飞出太阳系，它们在10亿年或更长的时期内会保持完整无损，它们将绕银河系的中心运行。
我们不知道在银河系里是否还有其他的智慧生物在从事太空探测。如果他们确实存在，我们不知道他们有多少，更不知道他们在何方。但是至少有一次机会，在遥远未来的某个时候，一个“旅行者”会被外星人的飞船截获，并进行考察。
由于这个缘故，当每个“旅行者号”离开地球飞向行星与恒星时，它都携带着一张镀金的唱片，它装在一个镀金的、亮如明镜的封套内。尤其值得提到的是，唱片录有下列信息：59种人类语言和一种鲸鱼语音的问候浯；一套12分钟的声音集成，包括亲吻、婴儿啼哭，以及一位热恋中的青年女子静思时每个“旅行者号”本身就是一个信息。它们的探险精神，它们对自己目标的崇高追求，它们完全无意伤害别人，以及它们的设计和性能的出众，这两位机器人雄辩地替我们诉说这一切。
但是那些外星人一定是比我们高明得多的科学家与工程师——否则他们绝对不能在星际空间找到并回收这小小的、无声的太空飞船——也许他们会毫无困难地了解镀金唱片所传达的信息。也许他们会认识到我们社会的不稳定性，以及我们的技术与我们的智慧多么不相称。他们可能会猜想，我们在发射“旅行者号”之后，是否已经毁灭了自己，还是继续从事更伟大的事业?
也许这些唱片永远不会被截取。也许在50亿年内谁也不会碰到它们。50亿年是漫长的岁月。在50亿年中，全体人类谅必都已灭绝，或者进化成其他生灵，不会有什么人造的东西会留存在地球上，大陆谅必已完全变样或毁灭，而太阳的演化谅必己把地球烧成焦土或者把它还转化一大堆紊乱的原子。
到那个时候，两艘“旅行者号”飞船远离家乡，不会受到这些远方事件的影响，它们怀着对这个不复存在的世界的追忆，仍会继续飞翔。
㈠特里顿也是本章要详细讨论的海卫一的名字。——译者。
㈡古希腊三大悲剧剧作家之一(约公元前480-约公元前406)。——译者
㈢1天文单位等于太阳与地球之间的平均距离，即约为1.496亿千米。
第十章 神圣的黑暗
在一切视觉印象中，深邃的天空和感情最为接近。
——柯勒律治(Samuel Taylor Coleridge)㈠ 《札记》(1805)
五月晨空晴朗无云的蔚蓝色，或是海上日落的红色和橙色，都会引起人们的惊奇、诗兴，并激励他们去钻研科学。无论我们生活在地球上什么地方，不管我们操何种语言，有什么习俗和政治观点，我们都拥有同一个天空。我们中间大多数人企盼的都是蔚蓝色的天空。如果有一天早上日出时醒来，发现一丝云彩都没有的天空是漆黑的，或是黄的或绿的，我们都会理所当然地大吃一惊。(洛杉矶和墨酉哥城的居民们对褐色的天空已经渐渐变得习以为常，而伦敦与西雅图的市民却习惯于看见灰色的天——但是连他们也都仍然认为蓝色的天空才算是正常的。)
可是确实有一些星体，它们的天空是黑的或黄的，甚至可能是绿色的。天空的颜色是一个世界的特征。如果把我扑通一声扔到太阳系中任何一个行星上面，不让我去感受它的重力，不让我看看地面，只许我匆匆地瞧一下太阳和天空，我想本人就能够相当满意地告诉你我在何处。熟悉的蓝色天幔，点缀着洁白的羊毛状云团，这就是我们世界的特征。法语中的常用语“sacre-bleu！”大致的意思是“天哪”直译出来便是“神圣的蓝色！”真的，假如地球有一面正式的旗帜，它就应该是这种颜色。
鸟儿在蓝天飞翔，云彩悬挂在蓝天上，人们赞美蓝天，并经常穿过它，太阳和星星的光线照射它。但它是什么?它是由什么形成的?它的边缘在哪里?它有多大?它的蓝色从何而来?如果全人类共享同一蓝天，如果它是我们世界的象征，那么我们就应当对它有所了解。蓝天是什么呢?
1957年8月，人类第一次上升到蓝天之上并四处眺望。一位退休的空军军官和内科医生西蒙斯(David Simons)成为有史以来上升到最高处的人。他独自驾驶一个气球，飞到30千米(100
000英尺)之上，并且透过气球的厚玻璃窗瞥见一个不同的天空。现在是加利福尼亚大学欧文分校医学院教授的西蒙斯博士回忆说，那是暗黑和深紫色的天空。他已经到达地面上看见的蓝色被太空的完全漆黑所取代的过渡区域。
自从西蒙斯那次几乎被人们遗忘的飞行以来，许多国家的人都飞到过大气层之上。人们(以及机器人)多次在太空的直接体验清楚地说明，即使在白昼，天空也是黑的。太阳把太空船照得亮堂堂的，下面的地球也是一片明亮，可是上面的天空像夜晚一样漆黑。
下面是加加林(Yuri Cagrin)在]961年4月12日驾乘“东方1号”作人类第一次太空飞行的回忆：
天空是漆黑的，在黑色天空的背景上，星星看起来要亮一些，也更为清楚。地球有一个很特别的，很美丽的蓝色晕圈，你观察地平线时，可以很清楚地看见它。色彩平稳地转变，从嫩蓝到蓝色，再到深蓝，又到紫色，然后变成太空的漆黑色。这个转变太美了。
白昼天空的蔚蓝色，显然与大气有某种关系。可是当你向餐桌对面望去，你的同伴不会是蓝色的。天空的蓝色必定不是一点点空气，而是大量空气造成的。如果你从太空仔细地观看地球，就会看到有一条薄薄的蓝带把地球围住，这便是低层大气。在这条带的顶部，你可以看出蓝天逐渐消退成漆黑的太空。这就是西蒙斯第一次进入和加加林第一次从上面观察到的过渡区。在常规的太空飞行中，你从蓝带的底层出发，起飞后几分钟就完全穿过它，然后进入无边无际的空间，在那里如果没有精心研制的生命维持系统，连吸一口空气也办不到。人类生命的存在实在有赖于蓝天，我们说它是柔和的、神圣的，这完全正确。
我们在白天看见天空是蓝的，这是因为我们头上和周围的大气在反射太阳光。在一个无云的夜晚，天空是黑的，这是因为没有一个很强的光源被大气反射。不知怎么的，大气总喜欢向我们反射蓝光。这该如何说呢?
太阳的可见光包含多种颜色——紫、蓝、绿、黄、橙、红——它们对应于波长各不相同的光。(波长是波动在空气或空间传播时，从一个波峰到下一个波峰的距离。)紫光与蓝光的波长最短，而橙色与红色光波的波长最长。我们看出来的颜色，便是我们的眼睛和头脑“读”出的光的波长(我们也许可以合理地把光的波长，比如说，转换成听的音调，而不是看的颜色，可是我们的感官进化的结果并非如此)。
当光谱中所有这些彩虹颜色像在太阳光里面那样混合起来，就几乎成为白光。这些光波在8分钟内穿越1.5亿千米 (9300万英里，一齐从太阳传到地球。它们射进主要由氮和氧分子组成的大气。有些波被空气反射回太空。有些在到达地面之前被反射到各个方面，并且可以用肉眼看出。(也有一些被云层或地面反射回太空。)大气对光波的这种全方位反射，叫做“散射”。
但是空气分子对各种光波的散射情况是很不相同的。波长比分子尺度长得多的光波被散射的机会较少；它们把分子遮掩住了，几乎不受分子的影响。波长与分子大小相近的光波就散射得多一些。波动不容易绕过和它们大小差不多的障碍物。(你从码头上的木桩散射的水波，或从水龙头的滴水在澡盆里形成的波碰上橡皮小鸭，就可以了解波被物体挡住的情形了。)波长越短的光(如紫光和蓝光)比起波长较长的光
(像橙色与红色的光)，越容易被散射。当我们在无云的白昼抬头仰望并赞美蓝天时，我们看到的是优先散射的短波太阳光。这种散射称为瑞利散射，用以纪念对这种现象首先作出合理解释的英国物理学家瑞利(Lord
Rayleigh)。也是由于这个缘故，香烟的烟雾呈蓝色，因烟雾中的粒子小到与蓝光的波长大致相当。
