那么落日为什么是红的呢?大气把阳光中的蓝色成分散射掉后，剩下的便是落日的红色了；因为大气层是固态地球用重力吸引住的在其四周的一个气体薄层，在日落或日出时，太阳光斜穿大气层要比在中午直穿大气层经过更长的路程。由于紫波与蓝波在更长的路程中比太阳当顶时被散射得更多，我们望着太阳时看到的只是剩余部分，即阳光中几乎没有散射掉的波段，尤其是橙色和红色的光。这样，蓝天形成了红的落日(中午的太阳看来有些偏黄，这一方面是因为太阳发射的黄光稍多于其他颜色的光，另一方面还由于即使在太阳当头时，地球大气还是散射掉了太阳光中的一些蓝光)。
有人说科学家不懂得浪漫，他们对推理的爱好使世界丧失了美丽与神秘。但是了解世界实际上怎样运作，难道就不激动人心吗?白光是由各种颜色合成的；颜色是我们识别光线波长的方式；透明的空气会反射光线，并在反射中把不同的光波区分开来；天空的蓝色与落日的红色是同样的原因造成的。难道这些都不令人兴奋吗?对落日有所了解并不损害人们对于它的浪漫情调。
因为大多数简单分子的大小都相差无几(大致是1厘米的亿分之一)，所以地球上天空的蓝色与大气的成分关系不大——只要大气不吸收光线。氧和氮分子都不吸收可见光，它们只把光散射到其他方向上去。然而有些别的分子却能“吞食”光线。汽车引擎和工业燃烧产生的氮的氧化物，真的会吸收光，因此它们是烟雾中暗棕色的来由。吸收和散射一样，也能使天空变色。
其他的星体，其他的天空：水星、地球的月亮，以及其他行星的大多数卫星，都是很小的星体：它们的重力很微弱，因此它们不能保留自己的大气，于是大气会慢慢地向太空流散。这样一来，近乎真空的空间会延伸到它们的表面。太阳光在传播途中既不被散射，也不被吸收，会毫无阻拦地射到它们的表面。这些星体的天空是漆黑的，甚至在正午也是这样。至今为止只有12个人，即“阿波罗”11号、12号、14号、15号、16号和17号的登月宇航员目睹过这种情景。
下表列出在本书撰写时已知的太阳系内全部卫星的清单。(它们几乎有一半是由“旅行者”发现的。)它们的天空都是漆黑的，但是土卫六，也许还有海卫一，是例外，这两颗卫星很大，因此它们有大气。所有的小行星的天空也都是漆黑的。
金星的大气大约为地球的90倍。它不像地球那样主要为氧和氮，而是二氧化碳。但是二氧化碳也不吸收可见光。如果金星没有云层，从金星表面望见的天空会是什么样子呢?在视线上有这样厚的大气，不仅是紫光和蓝光，而且所有其他颜色——绿、黄、橙、红——的光都被散射掉了。大气太厚了，几乎投有一点蓝光会射到金星的表面上；一层又一层的大气把蓝光反射回太空。这样一来，射到表面的光线应是非常红的——整个天空就像地球上的落日景色那样。此外．高处云层中的硫会把天空染成黄色。苏联“金星号”着陆器拍摄的照片证实，金星的天空是橙黄色的。
火星就是另外一回事了。它是一个比地球小的星体，它拥有的大气要稀薄得多。事实上火星表面的气压，大致与西蒙斯在地球的平流层达到的高度处的气压相等。因此我们可以预料火星的天空是漆黑的或深紫色的。1976年7月，美国的“海盗1号”着陆器(在这颗红色行星上成功着陆的第一艘太空飞船)首次从火星表面拍摄照片，并用数字资料准确地从火星传回地球，然后用电脑组合成彩色照片。让所有的科学家(而不是别人)感到大吃一惊的是，向新闻界发布的第一张照片显示火星的天空是令人舒适的，像地球一样的蓝色——这对于大气十分稀薄的行星来说，是不可能的。总有什么事情弄错了。
你的彩色电视机上的图象是三个单色象的混合物，它们各有自己的颜色——红、绿和蓝色。你从投影式彩电就可以了解这种颜色合成方法：有三个镜头分别放映红、绿和蓝色的象，然后形成全色(包括黄色)图象。要得出合适的颜色，你需要正确地混合或调节这三个单色象。如果你把一种颜色——比如说蓝色——的强度调高了，合成的图象就偏蓝了。从太空传送回来的任何照片都要求作类似的调色。有时电脑分析人员有相当大的权决定如何进行调色。可是“海盗号”的资料分析人员不是行星天文学家，他们在处理火星的这第一张彩色照片时，把色彩调到看起来“可以了”为止。人们习惯于按照自己在地球上取得的经验，当然认为蓝色天空是“可以了”。
这张照片的颜色很快改正过来，办法是使用太空飞船上为此设置的颜色校准标准系统的数据。这样得出的合成照片上根本就没有蓝天，更确切地说，天空的颜色介乎赭色与粉红之间。不是蓝色，但也并非紫黑色。
这正是火星天空的颜色。火星表面大部分是沙漠，而红色来自沙土的铁锈色。火星上偶尔有剧烈的沙暴，把地面上的细小沙尘吹到高空。沙尘要过好久才会落下来。在天空完全变清之前，又一次沙暴出现了。几乎在每一个火星年中，都会发生全球性的或接近全球性的沙暴。因为铁锈色的沙尘经常悬浮在火星的天空中，未来移居火星的人的后代，出生并终生居住在火星上，会认为鲑鱼肉色的天空是自然的和人人熟悉的，正如我们认为地球的天空是蔚蓝的那样。只要在白天瞧一下天空，他们大概就能说出上一次大沙暴是多久以前发生的了。
太阳系外围的行星——木星、土星、天王星与海王星——情况就不同了。它们是庞大的星球，拥有主要由氢和氮组成的深厚大气。它们的固体表面是在大气深处，太阳光根本照射不到。在那里向上望，天空是漆黑的，看不见日出的美景——从来就没有过。也许偶尔有一次闪电，才会照亮渺无星星的漫漫长夜。可是在太阳光能够射到的大气较高处，美丽得多的景色等待着人们去观赏。
在木星的高空，在一个由氨(而不是水)的冰粒子形成的高雾层之上，天空几乎是漆黑的。在这下面的蓝天范围内，有一些彩色的云——呈浓淡程度不同的黄褐色，其成分未知(可能的物质有硫、磷和复杂的有机分子)。再往下，天空看起来是红褐色的，云层的厚度不一，在薄的地方可以看到一小片蓝天。在更深的地方，又逐渐回到永恒的长夜。土星大气的情况颇为类似，只是颜色比木星淡得多。
天王星，尤其是海王星，有一种古怪的、朴素的蓝色。高速的风使云团(其中有些云稍白)在蓝天浮动。太阳光射到主要由氢与氦组成的，也富含甲烷的比较干净的大气。在很长的光程上甲烷把黄光，尤其是红光吸收掉了，而让绿光与蓝光通过。一层碳氢化合物的薄雾吸掉一点蓝光。也许在某个深度，天空是淡绿色的。
按常理推断，天王星和海王星的蓝色是由甲烷吸收以及在深层大气中太阳光所受瑞利散射的联合作用形成的。但是喷气推进实验室的贝恩斯(Kevin Baines)对“旅行者号”资料的分析似乎说明，这些理由不充分。显然在很深的地方——可能是在假定存在的硫化氢云附近——有一种含量丰富的蓝色物质。至今为止还没有人能够认定它是什么。自然界中蓝色物质很罕见。科学研究中常常出现这种情况，老的奥秘刚刚解开，新的奥秘又出现了。我们迟早也会找到这个奥秘的答案。
所有的天空不是黑色的行星都有大气。如果你站在一个行星的表面上，看见它有一个很厚的大气，就可能有一种办法飞越它。我们现在正在发射仪器，让它们在其他行星上颜色各异的天空中飞翔。总有一天我们自己会飞往那些地方。
对金星与火星的大气已经实现降落伞探测，按计划还会对木星与土卫六这样做。1985年，两个法国一苏联气球在金星的黄色天空中飞行。“维佳1号”是一个直径约4米的气球，它用13米长的绳索吊着一包仪器。气球在夜半球内充足了气，在表面上空大约54千米处浮动，并在几乎两个地球日的时间里发回资料，直到它的电池耗尽为止。在这段时间里，它在金星的低空飞行了11
600千米(约7 000英里)。“维佳2号”气球的外形几乎同“维加1号”一样。金星大气也已用来作空气制动器——利用稠密空气的摩擦力来改变“麦哲伦号”太空飞船的轨道。这对于将来把高速飞过火星的飞船减速到可以绕火星旋转或在火星上登陆，是一项关键性的技术。
一个由俄国牵头的火星探测计划，准备在1998年把一个庞大的法国热气球发射到火星。这个热气球看起来像一只号称“葡萄牙军舰”的非常大的水母。㈡按设计，它会在每个寒冷的黄昏时下沉到火星表面，而在第二天由太阳光加热又会上升到高空。火星上风很强，如果一切顺利，气球每天可以飞行几百千米，并蹦蹦跳跳地飞越北极。每天清晨，当它离表面很近时，可以获得分辨率极高的照片和其他资料。气球有一根辅助导绳，它对于气球的稳定非常重要。这根导绳是由加利福尼亚州帕萨迪纳市的一个民办团体“行星学会”构思和设计的。
因为火星表面的气压与地球上30千米(100 000英尺)高空处的气压大致相同，我们知道飞机已能飞得那样高。例如 U—2或SR—71型“黑鸟”飞机惯常在这种低气压高空飞行。比这些飞机翼展更大，适于在火星上飞行的飞机已经设计出来了。
在空气中飞行和太空中旅游的梦想，可以说是一对孪生兄弟。它们是由类似的幻想家构思出来，所需技术也互有联系，并且多少是一先一后发展起来的。当在地球空中飞行达到某些实用上和经济上的限度之时，飞越其他行星上不同颜色天空的可能性就出现了。
我们现在几乎已经能够根据天空和云层的颜色，来认定太阳系每颗行星的颜色的组成——从金星的染成硫色的天空 与火星的铁锈色天空，到天王星的海蓝色和海王星的催人入睡的、神秘的蓝色。“神圣的黄色!”“神圣的红色!”“神圣的绿色！”也许有一天，这些颜色会用来装饰人类在太阳系里设立的遥远前哨站的旗帜。到那个时候，新的前沿阵地从太阳推进到恒星，于是探测者们将在无穷无尽的漆黑的太空执行他们的使命。“神圣的黑色！”
㈠英国浪漫主义诗人和文艺批评家(1772-—1834)。——译者
㈡“葡萄牙军舰”是一种特大水母，触须长达50米，有剧毒。——译者第十一章
第十一章 昏星和晨星
别有天地非人间。㈠
——李白《山中问答》(中国唐朝，约写于公元730年)
在薄暮中你可以看见它明亮发光，在追随着太阳落到西方的地平线下面。每到晚上人们第一眼瞧见它时，总习惯于许个愿，有时真会如愿以偿。
或者，你可以在破晓前的东方发现它正在逃离上升的朝阳。同一个星体的这两种化身，在天空中比太阳和月球以外的任何天体都要亮，它以昏星与晨星而著称。我们的祖先并没有认识到它们是同一个星体——金星，由于它的轨道是在地球的轨道之内，所以它从来不会离开太阳很远。在日落前或日出后不久，有时候我们就会在一团白云附近见到它，于是把它与白云相比，发现它具有淡淡的柠檬黄色。
你通过一架望远镜(即使是大望远镜，甚至是世界上最大的光学望远镜)的目镜来观察它，根本看不见细节。接连几个月下来，你看到的只是一个无特色的，像月球那样有规则地作位相变化的圆面：从新月形的金星，到满月形的金星，再到凸月形的金星，又回到新月形的金星。没有任何大陆或海洋的迹象。
第一批用望远镜观看金星的天文学家中，有一些人立即认识到他们看到的是一个由云层遮掩起来的世界。我们现在知道，云是由凝聚成微粒的硫酸组成的，由于有一点硫元素而染成黄色。云层高悬在表面上空。用一般的可见光根本无法看清这颗在云层顶部之下约50千米处的行星表面。它究竟是什么样子，几个世纪以来，人们只能瞎猜。
你也许猜想过，如果能透过云层的缝隙作非常细致的观测，我们可以一天又一天，一点又一点地看清平时看不见的神秘表面。猜测的时代终于过去了。地球平均有一半被云遮住。在金星探测的早期，人们没有理由认为金星是100％被云掩住，如果云覆盖的部分仅为90％，或即使有99％，转瞬即逝的小块晴空也会让我们了解不少情景。
在1960和1961年，美国设计的探测金星的第一批太空飞船“水手”1号和2号正在作准备之中。有一些人和我一样，认为这些飞船应当携带摄象机，以便把金星的图象用电信传回地球。几年之后，“徘徊者”7、8、9号就是运用相同的技术，在飞往它们的撞击地点（“徘徊者9号“的目标是阿方索
(Alphonsus）环形山)途中，拍摄了月球的照片。但是金星探测的时间很短，而摄象机又很重。有些人坚持认为，摄象机不是真正的科学仪器，不过是能抓到什么就抓什么，胡乱迎合公众胃口的玩意儿。它们不能解决任何一个简单明了的、有意义的科学问题。我自己认为，云层是否有缝隙便是这样的一个问题。我争论说，摄象机还有可能回答我们想象不到的一些问题。我还争论道，只有照片才能向公众——他们毕竟是为空间探测提供资金的人——显示，用航天器进行的探测是多么激动人心。无论怎样劝说，这两艘太空船还是没有携带摄象机。而以后对这个特殊星体的探测至少部分地证实了那种判断：在近距飞行中，即使用很高的分辨率，在可见光波段内也找不到金星云层的缝隙，这和土卫六的情况差不多①。这两个世界永远是阴云密布的。
用紫外光可以看到一些细节，但这不是表面的特征，而是远在主要云层之上的快速流动的高空云团。高空云团绕行星流动比行星本身的自转还要快得多，可以称为特快自转。因此用紫外光看见表面的可能性还更小一些。
我们认清了金星大气比地球上的空气要稠密得多——现在知道金星表面的气压是地球表面气压的90倍——这就立即会想到，即使云层有缝隙，在一般可见光波段内，我们也不可能看见金星的表面。少得可怜的太阳光曲曲折折地通过稠密的大气射到它的表面，确实也会被反射回来。但光子受低层空气分子的重复反射，其方向完全搞乱了，因此无法得到表面景物的图象。我们看到的只是像极区雪暴时出现的一片白茫茫的景象。然而这种强瑞利散射效应随波长的增加而迅速减弱，因此容易算出，用近红外光来观察，如果云层有缝隙，或者云对红外光透明，我们就能够看见金星的表面。
于是在1970年波拉克(Jim Pollack)、莫里森(Dave Mom- son)和我同去得克萨斯大学的麦克唐纳天文台，尝试对金星作近红外观测。在把底片装在望远镜上对金星拍照前，我们把底片上的感光乳胶“超敏化”，对优质的老式玻璃照相底片②用氨水浸泡，有时还加热或作短暂曝光。有一段时间，麦克唐纳天文台的地下室充满着刺鼻的氨味。我们拍了许多底片，但没有哪一张显示出任何细节。我们认为，也许我们用的红外波段还不够长，要不就是在近红外区金星的云不透明，也没有裂缝。
20多年后，“伽利略号”太空船近距飞过金星，以较高的分辨率和灵敏度察看这颗行星，所用波长比我们用原始的玻璃底片乳胶所能感光的红外波段更长一些。“伽利略号”拍到了大的山脉。然而在这之前，由于使用了效力更强得多的雷达技术，我们已经知道有这些山脉。无线电波可以毫不费力地穿透金星的云层与稠密大气，被表面反射并回到地球。把电波收集起来，便可制成图象。这件开创先例的工作，主要由喷气推进实验室在莫哈韦沙漠设立的跟踪站的地面雷达和康内尔大学设在波多黎各的阿雷西博天文台的地面雷达完成的。
随后美国的“先驱者12号”、苏联的“金星”15号和16号以及美国的“麦哲伦号”都曾装载雷达望远镜环绕金星飞行，测绘出金星从一个极到另一个极的表面图。每一艘太空船都向表面发射雷达讯号，并接收反射的回波。从表面上每一片的反射能力以及信号从发出到回收的时间长短(对山脉来说要短一些，而对山谷则长一些)，整个表面的详细图终于缓慢而煞费苦心地绘制成了。
用上述方法显示出来的这个独一无二的世界，原来是由下一章将要描述的熔岩流(还略微受到风化的影响)塑造出来的。现在金星的云和大气对我们来说都已成为“透明”的了。这样，从地球来的勇敢的机器人探险家已造访了另一个世界。我们探测金星的经验现正应用于其他星体——尤其是土卫六。对土卫六来说，又是穿不透的云层遮掩着神秘的表面，而雷达正开始提示我们，云层下面到底是什么情景。
长时期以来，人们一直把金星看成地球的姊妹星。它是离地球最近的行星，它的质量、大小、密度和引力都与地球差不多。它离太阳比地球稍近一些，但它上面明亮的云层反射回太空的太阳光多于地球。你的初步猜测很可能是，在那些连绵不断的隆云之下的金星与地球颇为相似。早期的科学臆想就有：像石炭纪时代的地球那样，怪异的巨型两栖动物在发出恶臭的沼泽地爬行；一个遍布沙漠的世界；一片全球性的石油汪洋；以及一个到处点缀着石灰岩岛屿的矿水海。虽然有一点科学资料作依据，金星的这些“模式”——第一个出现在
20世纪之初，第二个是在30年代，后面两个在50年代中期——都是和科学幻想差不多的臆测，它们简直不受当时已有的稀少科学资料的约束。
后来在1956年，《天体物理学杂志》发表了迈耶(Comell H·Mayer)及其同事的一篇论文。他们把部分地是为军事机密研究而在华盛顿海军研究实验室顶层上新安装的一架射电望远镜对准金星，并测量它发射到地球的无线电波的流量。这不是雷达，因为不是测量在金星表面反射的电波，而是测量金星自身向太空发射的无线电波。他们发现金星比遥远的恒星与星系背景要亮得多。这件事本身并不太令人惊异。每一个温度高于绝对零度(-273℃)的物体都会发射出包括无线电波在内的遍布电磁谱的辐射。举例来说，你本人就以大约
35℃的有效温度或“亮度”温度发射出无线电波。如果你周围的环境比你的身体冷一些，一架灵敏的射屯望远镜就会检测出你向各个方向发射的微弱电波。我们每一个人都是一个冷的电波源。
迈耶的发现令人惊异之处是金星的亮度温度超过 300℃，这远高于地球的表面温度或所测出的金星云层的红外温度。金星上面有些地方的温度似乎比水的正常沸点至少还高出200℃。这意味着什么呢?
很快就涌现出一大批解释。我的论点是，很高的射电亮度温度是灼热表面的直接表现，而高温是大量二氧化碳与水气的温室效应引起的(一部分太阳光穿过云层，使表面受热，但是由于二氧化碳和水蒸气对红外辐射高度不透明，表面热量极难消散到太空，这样就形成温室效应)。二氧化碳的吸收波段一直延伸到红外区，但是在其吸收带之间似乎有一些“窗户”，透过它们，表面本来容易散热到太空并因而冷却下来。然而水蒸气在红外的吸收波长一部分正好是在二氧化碳不透明区的窗户处，因此我认为，这两种气体结合起来，几乎可以相当满意地把全部红外辐射都吸收掉——即使只有很少一点水蒸气也会如此。这就好像两道栅栏，一个的条板刚好掩盖住另一个的空隙，这样结合起来就把后面的东西全都遮住了。
还有另一种大不相同的解释，即认为金星很高的亮度温度与表面无关。它的表面仍然可以气候温和，并适宜于生物生存。有人提出无线电波是从金星大气的某个区域．或从周围的磁层向太空发射的。有人提出金星云层中的水滴相碰时会出现放电。也有人提出在黄昏和破晓时高层大气中的离子与电子重新结合，产生发光放电。更有人提出在一个非常稠密的电离层中，自由电子的相互加速(这称为“自由一自由发射”)也会释放出无线电波(这种想法的一位支持者甚至设想所要求的高度电离是由于金星的放射性平均为地球的一万倍引起的——也许金星上不久前打过一场核战争)。此外，受发现来自木星磁层的辐射的启示，人们自然会想到金星有一个假想中的很强磁场，它俘获的带电粒子形成浩大的云层，并由此发射出无线电辐射。
我在60年代中期发表了一系列论文，其中许多篇是与波拉克③合写的，我们对这些既有灼热辐射区又有寒冷表面的各种互不相容的模型进行评论分析。到那时我们已有两个重要的新线索：即金星的射电波谱和“水手2号”的探测，其结果都表明金星圆面中心的射电辐射比接近边缘处要强一些。到
1967年，我们已经能够颇有把握地否定别人选择的模型，并得出结论说金星表面是灼热的，温度比地球表面高出400℃。
但是这个论证是推理性的，在推论过程中有许多中间步骤。我们迫切希望有一个更直接的测量结果。
1967年10月，为纪念第一颗人造卫星发射10周年，苏联的“金星4号”向金星云层投放了一个进入密封舱。它从炎热的低层大气发回信息，但还没有到达表面就失灵了。一天之后，美国的“水手5号”太空船飞过金星，它掠过大气时，从越来越深处向地球发送无线电信号。从信号衰减的速率可以推导出大气温度。虽然两组太空船所获得数据之间似乎有差异
(这个问题后来澄清了)，但两者都表明金星表面是很热的。
从那以后，一系列的苏联“金星号”太空飞船，以及一批从“先驱者12号”开始的美国航天器，都进入金星大气深处或在表面着陆，这样便可以直接地——主要是各伸出一根温度计——测量表面及其附近的温度。测得的结果约为470℃。在考虑地面射电望远镜的校准误差及表面发射率等因素后，原有的射电观测和新的太空飞船直接测量的结果便很好地吻合了。
苏联的早期着陆器是按与地球多少相似的大气设计的。它们在高压下破碎了，就像一只锡罐在拗手腕大力士手里一捏就碎，或者就像第二次世界大战时的潜水艇在汤加海沟里撞得粉身碎骨那样。后来苏联的进入舱都像新型潜水艇那样装甲加固，于是在灼热的表面成功着陆。苏联的设计人员在弄清楚大气有多深和云层有多厚之后，他们担心金星表面也许是一团漆黑的。因此“金星9号”和“金星10号”都装配有探照灯。其实这并不需要，还是有百分之几射到云层顶的太阳光能穿透云层落到它的表面，因此金星的表面大约和地球上的阴天一样亮。
我猜想，人们不愿意接受金星表面很炎热的主张，是由于我们不愿放弃这样的观念：这颗离我们最近的行星对生命的生存和对将来的探测都是适宜的，并且就长远的目标来说，甚至可以让人类迁居过去。可是现在发现，那里没有石炭纪沼泽地，没有全球性的石油诲或矿水海，而是一个令人窒息的、阴云密布的地狱。那里有一些沙漠，但主要是一个凝固的熔岩海的世界。我们的希望落空了。在太空飞船探测的初期，就当时我们所知，认为几乎任何事情都是可能的，我们对金星最浪漫的幻想也许都会实现。而现在比起那时来，要去这个世界探险的呼声减弱下来了。
许多艘太空飞船都为我们现今对金星的了解作出过贡献。但是成功探测的先驱是“水手2号”。“水手1号”因发射失败而被炸毁了，这可以说是出师不利。“水手2号”干得很漂亮，为金星的气候提供了关键性的早期电信资料。它对云的性质进行了红外观测。它在从地球飞往金星的途中发现并测量了太阳风——这是太阳发射出的带电粒子流，它在一路上使各个行星的磁层充满带电粒子，把彗星的尾巴吹向背后，并形成遥远的太阳风层顶。“水手2号”是第一个成功的行星航天器，它宣告了行星探测时代的开始。
它至今仍在绕太阳的轨道上运转，每隔几百天仍然大致沿切线方向接近金星的轨道。不巧的是，它每次切过金星轨道时，金星都不在那里，因此未能会合。但是如果我们长期等待，总有一天金星会在附近出现，于是“水手2号“会被这个行星的引力加速，并进入一个完全不同的轨道。到最后，“水手
2号”会像远古时代的星子那样，或被另一颗行星俘获，或坠人太阳，或被抛出太阳系。
在这之前．这个行星探测的先锋，这个微小的人造行星还会静悄悄地环绕太阳运转。这就宛如哥伦布的旗舰“圣玛丽亚号”仍然由它的幽灵水手驾驶在加地兹与伊斯帕尼奥拉之间定期跨越大西洋往返航行一样㈡。在行星际空间的真空环境里，“水手2号”在长久的年代中将完好如初。
我对这颗昏星兼晨星㈢的希望是：在21世纪末叶，有一艘很大的太空船，在它靠引力帮助定期飞向太阳系外围时，会截获这个古老的、被遗弃的航天器，并把它拖上飞船。于是可将它陈列在一个早期太空技术博物馆里——这个博物馆也许是在火星、木卫二或土卫八上。
㈠原诗为“问系何意栖碧山，笑而不答心自闲。桃花流水窅然去，别有天地非人间。”此诗实际上作于公元740年前后，此处只摘引了第四句。——译者
㈡加地兹为西班牙港口，哥伦布发现美洲的舰队由此出发；伊斯帕尼奥拉是美洲东部的岛屿，哥伦布在此登陆。——译者
㈢指“水手2号”。——译者
第十二章 大地熔化了
在锡拉㈠和锡拉细亚㈡的中途，火焰从海洋里冒出来，接连烧了四天，于是整个大海都沸腾了，并燃起了熊熊大火。火焰铸造出一个岛屿，它渐渐升高，好像有人用杠杆把它抬起来……爆发平静下来以后，当时称霸海上的罗德岛㈢人，最早敢于前来察看此情景，并在这岛上建了一座庙宇。
——斯特拉博(Sbnb)㈣《地理学》(约公元前7年)
在地球上许多地方，你都可以找到一种具有惊人和不寻常特色的山。任何一个儿童都认得出它：山顶好像是用刀子削平的，或修整成方方正正的。如果你爬上或飞越山顶，就会发现它有一个洞，或是一个坑。在这类山中，有一些顶上的坑很小，有一些则几乎和山本身一样大。坑里偶尔装满了水。有时坑里装的是一种更令人惊奇的液体。你踮着脚走到坑边，就会看到广阔的、黄红色发光液体的湖以及火泉。这种山顶的洞称为死火山口(caldera，该词源自caldron，原意为大锅)，它们所在的山则理所当然称为火山(vOlcano，源自古罗马火神的名字Vulcan)。地球上已经发现了大约600个活火山。在海洋下面还可以找到一些。
典型的火山看起来很安全。它的四周都长着自然植被。梯田点缀在它的侧面，山脚下有小村庄与庙宇。然而在沉寂几个世纪之后，没有预警．火山就可能爆发。大块石头形成弹幕，火山灰雨从天而降。热熔岩汇成河流，从火山口向四周倾泻。全世界的人们都想象过，活火山是一个被囚禁的巨人或魔鬼，他总想挣扎着逃出来。
近年来爆发的圣海伦斯火山和皮纳图博火山提醒我们火山的威力有多大，而类似的例子史不绝书。1902年，培雷火山的红热岩浆横扫加勒比海马提尼克岛，使圣皮尔城的
35 000名居民丧生。1985年，内瓦多·德尔·路易兹火山爆发时形成的大量泥石流，害死了25 000个以上哥伦比亚人。公元一世纪爆发的维苏威火山，把庞贝和赫尔库莱尼恩城的倒霉居民们全部掩埋在灰烬里；还害死了大无畏的博物学家大普林尼(Pliny)，当时他为了进一步了解火山爆发的过程，而前往这个火山边。(普林尼并非献身火山研究的最后一位学者，在1979年至1993年间，就有15位火山学家在各种火山爆发中牺牲。)地中海的圣多林岛(又名锡拉岛)实际上就是一个海底火山口边缘冒出水面的顶端部分。①有些历史学家认为，公元前1623年爆发的圣多林火山促成了附近克里特岛上伟大的米诺斯文化㈤的衰落，并改变了早期古典文明的均势格局。这场灾难可能就是柏拉图讲述过的亚特兰蒂斯(Atlantis)传说的来源。照这个传说，一个文明社会“在倒霉的一天一夜里”就被摧毁了。当时人们自然会认为，这是一位神灵在大发雷霆。
人们对火山自然感到恐惧和敬畏。当中世纪基督教徒看见冰岛上的海克拉火山爆发，并见到山顶上空翻滚的熔岩碎块时，他们认为这是干坏事人的灵魂正在等待被送进地狱。有人郑重其事地说，他们听见了“可怕的呼叫声、哭声和痛苦不堪的磨牙声，”“哀叫及大声啼哭”。他们认为，在海克拉火山口里面的发光红岩浆湖和硫磺气体，正是阴间景象的真实显现，也证实了人们相信的地狱的存在，而地狱正是与天堂相对的。
事实上，火山是通往地下王国的入口，而地下王国比人类居住的单薄表层辽阔得多也不友善得多。从火山口喷出的熔岩是液态的岩石——达到其熔点(一般在1
000℃左右)的岩石。熔岩从地球里面的洞涌出，冷却时就凝固。一次次产生的固体化岩浆堆积起来，就形成了火山的侧面。
地球上火山最活跃的场所，往往是沿洋中脊以及岛弧——它们都是海底地壳两大板块交接的地方，两个板块互相分离，或者一个滑到另一个下面。海底有很长的火山爆发地带，火山爆发往往伴随着一大批地震、深海烟柱与热泉，我们刚刚开始用机器人和载人潜艇去观察它们。
熔岩的喷发必然意味着地球内部极度灼热。实际上，地震资料表明地壳的厚度只有几百千米，在下面的整个地球主体至少也是轻度熔化的。地球内部很热，一部分原因是那里有铀等放射性元素，它们在蜕变时释放出热能；另外还由于地球在形成时释放的固有热量中有一些保存下来了。当许多星子由于相互的引力作用而聚集在一起形成地球时，以及铁下沉形成地核时，都会放出热能。
熔化了的岩石(即岩浆)，可以穿过周围较重固体岩石之间的缝隙向上浮动。我们能想象得到，如果有机会提供一个合适的通道，地底下浩大洞穴中红热、发光、冒气和黏稠的液体就会朝地面喷射而出。射出的岩浆(称为熔岩)从火山口倾泻出来，真可说是从“地狱”流出来的。可是我们至今还没有找到那些被打人“地狱”的冤魂。
由于接连喷射，一旦整个火山成形，熔岩不再向上涌人火山口，于是一座山就出现了。就像任何其他的山一样，由于风吹雨打，最后，更因为地球表面上有大陆板块运动，火山会缓慢地遭到侵蚀。迪伦(Bob
Dylon)在叙事诗《随风而逝》中问道：“要过多少年才能把一座山冲刷到海里去呢?”答案视我们谈论的是哪一个行星而定。对于地球，这大约要1 000万年。因此火山和其他的山都必定是在同样时间范围内形成的，否则地球各处都会像堪萨斯州一样平坦了②。
火山爆发能把大量物质——主要是硫酸微滴——抛入平流层。在那里，它们会在一两年内把太阳光反射回太空，于是使地球变凉。不久前菲律宾的皮纳图博火山爆发，就出现过这种现象。灾害最严重的是1815-1816年印度尼西亚的坦博拉火山爆发，它造成“没有夏天的年头”，因而发生大饥荒。公元177年新西兰陶波火山爆发使相距半个地球的地中海气候变冷，并且使火山微粒落到格陵兰岛的冰盖上面。在美国俄勒冈州的马扎马山，公元前4803年曾经爆发火山，遗留下现在称为“坑湖”的火山口，这场爆发对整个北半球的气候都有影响。正在积极进行的火山对气候影响的研究，最终导致了“核冬季”的发现㈥。这类研究为用电脑模拟来预测未来的气候变化，提供了重要的试验。火山粒子射人高层大气，也是臭氧层变薄的另一个原因。
因此发生在地球上某个偏僻地区的一次大的火山爆发，能改变整个地球的环境。无论是就它们的成因还是后果来说，火山爆发都提醒我们，地球内部新陈代谢中轻微的“打嗝”或“打喷嚏”，都会让我们吃不消，因此也提醒我们了解这个地下热机的运转对我们显得多么重要啊!
可以认为，在地球——以及月球、火星与金星——形成的最后阶段，小天体的撞击造成了全球性的岩浆海洋。在地表形成之前，熔岩到处泛滥。从地球内部喷射出来并倾注到表面的红热岩浆，形成潮浪高达若干千米的巨流，把流过途中的一切东西——山脉、沟渠、坑口——也许还有在更早、气候更温暖时期遗留下来的最后痕迹，统统埋葬了。地质学的里程表又重新回到起点。我们看到的一切表面地质特征，都是最后一次全球性岩浆洪流留下的。在这些地质特征冷凝之前．熔浆之海可能深达几百甚至几千千米。在几十亿年之后，到了我们的时代，这样一个世界的表面变得安静，不活跃，看不出现时火山活动的迹象。也许在某些天体——如地球——上，还可以找到整个表面岩浆泛滥时代的一些小规模遗迹。
在早期的行星地质学研究中，一切资料都来自地面的望远镜观测。在半个世纪中，对于月球的坑口究竟是由撞击还是火山爆发形成的，开展过激烈争论。在一些低山之顶发现了火山口，它们几乎可以肯定是月球的火山。但是位于平原而非山顶的巨大的碗状或盘形坑口，就是另一回事了。有些地质学家认为，它们与地球上某些长期遭风雨侵蚀的火山甚为相似。可是另一些学者持不同意见。最好的反证是，我们知道经常有小行星和彗星飞过月球，它们有时必然击中月球，于是碰撞一定会形成坑口。在月球历史上，本应撞出了许多个坑。因此，如果我们看到的坑口不是由碰撞产生的，那么碰撞坑又在哪里呢?我们现在从直接的实验室研究了解到，月球上的坑几乎全部是由碰撞形成的。但是在40亿年之前，这个今天已经接近“死亡”的小世界，在现在早已不存在的内部热量驱动下发生的早期火山活动曾经使它不断地冒泡和沸腾。
1971年11月，美国国家宇航局的“水手9号”太空飞船到达火星，去探测这个完全被全球性沙暴掩盖住的行星。能够看得见的几乎唯一特征便是从红色隆雾中伸出来的四个圆斑。但是它们很古怪：它们的顶部有洞。在沙暴减弱的时候，我们可以明白无误地了解到，我们曾一直看见的原来是四个穿透沙暴的巨大火山，每一个的顶上都有一个巨大的火山口。
在沙暴消散后，这些火山的真正规模便看清了。最大的火山——命名为奥林匹斯山，即希腊神话中众神的住所，这是一个恰当的名字——其高度超过25千米(约15英里)，它不仅使地球上最大的火山，也使地球上的一切山峰都相形见绌。西藏高原上的珠穆朗玛峰也仅高9千米。火星大约有20个大火山，它们都没有此奥林匹斯山那样高大。这座山的体积大约为地球上最大火山(即夏威夷的冒纳罗亚火山)的100倍。
火山侧面有许多撞击坑，它们由小行星碰撞而成，与山顶的火山口容易区分开来。从撞击坑的数目可以估计出它们的年龄。火星上有些火山的年龄可长达几十亿年，尽管没有哪一个是和火星本身同时在45亿年前形成的。包括此座典林匹斯山在内的一些火山都比较新——也许只有几亿年。显然可知，火星早期发生的剧烈火山爆发也许形成了比火星现在所拥有的要稠密得多的大气。如果我们那时就访问火星，它看起来会是什么样子呢?
火星上的某些已经冷凝的火山熔岩(例如在塞尔伯吕区域)，是两亿年前刚形成的。虽然没有正反两方面证据，但我推测，太阳系中我们确实知道的最大的奥林匹斯火山很可能会再次爆发。有耐心的火山学家们无疑会欢迎这一件事。
在1990-1993年，“麦哲伦号”太空飞船发回了关于金星地形的惊人消息。制图员绘制了几乎整个金星的地图，连 100米大小的微小细节都会标在图上(100米只不过是美国橄榄球运动场的大小)。“麦哲伦号”用电讯传回地球的资料比其他行星探测器的资料加起来还要多。因为地球上海底有很大一部分还没有探测过(也许除掉美国和苏联海军取得的仍属机密的资料)，所以我们对金星的了解超过包括地球在内的任何别的行星。金星的许多地质特征与地球及其他地方的都大不一样。行星地质学家给这些地形取了名字，但这并不意味着我们已经完全了解它们是如何形成的。
因为金星表面温度接近470℃，所以金星表面上的岩石远比地球表面上的岩石更加接近熔点。金星上远比地球上在更浅的表层中，岩石就开始软化并变成岩浆了。很可能是由于这个缘故，金星的许多地质特征好像是可塑性的和发生过形变的。
这个行星的表面布满了火山岩浆形成的平原和高原。地质结构有圆锥形火山(可能是被掩盖的火山)与火山口。我们在许多地方可以看到岩浆洪流喷发过的痕迹。有些平原的范围大小超过200千米，有人把它们戏称为“扁虱”和“蜘蛛网”，这是因为它们是圆形凹地，周围为同心圆环，并且表面有辐射状的长裂痕从中心伸出。还有一种在地球上从未见过的，但也许是火山的奇特、扁平状地质结构，称为“薄饼状穹顶”。它们大概是由既稠又黏的熔岩向四面八方缓慢而均匀地流动形成的。有许多曲折的岩浆流冷凝形成的地质构造。还有一种奇怪的，称为“冠冕”的环形结构，它们的直径可达2
000千米左右。在闷热的金星表面上的奇特熔岩流，为地质探秘提供了丰富的题材。
最出人意料，也最奇特的地形是蜿蜒的峡谷，弯弯曲曲和牛轭相似，看起来就像地球上的河道。其中最长的比地球上最长的河流还要长。可是金星太炎热了，不可能有液态的水。此外，金星上没有小撞击坑，由此我们可以断言，在现有的地面形成以来，大气就一直是这样厚，并产生巨大的温室效应。
(如果大气要稀薄得多，那么中等体积的小行星在进入大气后就不会烧毁，而与金星表面碰撞并撞出坑来。)从山顶向下流动的熔岩形成蜿蜒的峡谷。(有时成为地下岩浆河，后来河顶坍塌，形成峡谷。)但是甚至在金星的高温情况下，熔岩也会辐射出热量，然后冷却，流动减慢，凝固，最后停顿下来，岩浆冻结成固体。熔岩在峡谷中流动的范围不超过总长度的10％就冻结了。有些行星地质学家认为，金星上必能产生一种特殊的、稀薄如水的、能顺畅流动的岩浆。但这只是一种没有凭证的臆测，它表明我们在这方面知识的贫乏。
稠密的大气移动缓慢；然而正是由于大气如此稠密，它才能很容易把微粒吹上天空并让它们在空中飘动。金星上有刮风的迹象，风主要来自撞击坑，盛行的风在坑内吹出一堆堆沙尘，于是在表面留下风向标似的遗迹。我们到处可以看到沙丘，以及由风化塑成的火山地形。这些风化的过程很缓慢地进行，就像在地球的海底一样。金星表面的风力很弱。可是因为大气稠密，只要一股微风也可以吹起一团微粒云，但是在这个令人窒息的地狱般的环境里，即使微风也很难得有。
金星上有许多撞击坑，但比起月球与火星来说要少得多了。直径小于几千米的坑少得出奇。这个原因不难理解：小的小行星和彗星进入稠密的金星大气后，还没有来得及撞上金星表面就破碎了。用金星大气现有的密度，可以很好地解释观测到的最小坑径。在“麦哲伦号”照片上看到的某些不规则的斑点，可以认为是在深厚大气中破碎的撞击物体的遗迹。
大多数撞击坑显然是原始的，都保存完好，只有百分之几后来被熔岩淹没过。“麦哲伦号”发现金星表面非常年轻。撞击坑的数目很少，这表示凡是年龄超过5亿年的地质特征都谅必已经被消除了③——这种情况竟会出现在一个年龄肯定接近45亿年的行星上。只有一种侵蚀因素能解释得通这种现象，这就是火山活动。在此行星上所有的坑口、山脉以及其他地质结构都被一度从内部喷射出来，到处横流并且冻结的熔岩海洋淹没了。
在察看了如此年轻的、充满凝固岩浆的表面之后，你也许会想知道是否还有一些活火山遗留下来。已经证实的，一个也没有找到；但是有少数几处——例如马特火山——四周好像有新产生的熔岩，因而可能真的还在剧烈地翻腾和喷发。有证据表明，高层大气中的硫化物含量随时间在变化，似乎表面上的火山还不时地把这种物质喷射人大气。在火山平静的时候，硫化物完全会落回表面。还有一个有争议的证据，认为金星上山顶周围有闪电，就像地球上的活火山有时也会出现这种现象。可是我们不能肯定金星现在是否还有火山活动。这是将来探测的问题。
有些科学家相信，大约5亿年以前金星表面还几乎完全没有地形结构。岩浆流与岩浆海从金星内部严酷无情地倾泻出来，把任何可以成形的地表都填满并盖住。如果你在那些年代降落到金星云层之下，你便会看到表面几乎是平坦的，没有地貌特征。到了夜晚，火红的岩浆一直在发射出令人恐怖的光芒。按这个观点，大约在5亿年前向地面喷射大量岩浆的金星内部的巨大热机，现在已经停止运转。这个行星的热机终于走到尽头了。
地球物理学家特科特(Donald Turcotte)提出另外一种引人人胜的理论模型。他认为金星拥有和地球相似的板块构造，但是板块活动有时激烈有时停息。他说目前板块活动处于停息期，“大陆”不沿表面漂移，不互相碰撞，因此没有造山现象，后来也不会缩进金星的内部深处。然而在平静几亿年后，板块活动经常发生，于是表面特征被熔岩淹没了，被造山运动毁掉或被其他方面的地壳运动削弱、灭迹了。特科持提出，上一次这样的爆发大约在5亿年前结束，于是从那时起，一切又趋于平静。然而“冠冕”状环形结构的出现可能预示——按地质学上的时间尺度来说，在不远的将来——金星表面大规模的变化就要再次发生。
比起火星上的大火山或金星被岩浆淹没的表面更加出人意料的，是1979年3月“旅行者1号”太空飞船与木卫一(木星的四个伽利略大卫星中最里面的一个)会合时的发现。我们在那里发现了一个奇怪的、小的、多彩的、确实布满火山的世界。我们吃惊地看见8根活跃的火柱把气体与微粒喷射到天空。其中最大的一根用夏威夷火山女神的名字命名，称为培雷，它向太空抛射出的物质喷泉高出木卫一表面250千米，比地球上有些宇航员达到的高度还要高。4个月后，当“旅行者2号”到达木卫一时，培雷本身已经熄灭了，然而还有6根别的火柱在喷射，发现其中至少有一根是新的。此外，另一个称为苏尔特的火山口，已经颜色大变了。
即使在美国国家宇航局的图片中木卫一的颜色被过分增强了，可是它的本色还是和太阳系中任何地方都不一样。目前流行的解释是木卫一的火山并非像地球、月球、金星与火星那样，由向上喷射的熔岩驱动的，而是二氧化硫和熔硫喷发所驱动的。它的表面布满着火山、火山口、喷气孔以及熔硫湖。
在木卫一表面和附近空间已经检测到各种形式的硫及硫化物——火山爆发共同把木卫一的一部分硫抛人太空④。这些发现使有些人认为木卫一有一个液态硫的地下海，这液态硫从一些薄弱地点涌出到表面，形成矮小火山，然后向下流动并冷凝。它最后的颜色取决于喷发时的温度。
在月球或火星上面，你能够找到10亿年来几乎无变化的许多地方。但是对木卫一来说，在一个世纪内大部分表面都遭受到新熔岩的再次泛滥，许多地方被填满，或其地理特征被冲洗掉。这使木卫一的地图很快就变得陈旧了，因此绘制木卫一地图会成为一个欣欣向荣的行业。
所有这些结论，从“旅行者号”的观测资料似乎都很容易得出。从目前熔岩流淹没表面的速率可以推测，在50至100年内就会有重大变化。很幸运，这个预言是否正确能够检验出来。我们可以把“旅行者号”对木卫一拍的照片拿来与50年前用地面望远镜拍的质量差得多的照片相比，也与13年后哈勃太空望远镜的照片相比。令人惊奇的结论是，木卫一表面上大的标志几乎完全没有改变。很显然，我们的推理有什么地方搞错了。
在一定意义上说，火山是行星内部物质的喷发，它的创伤最终靠自身的冷凝来愈合；可是一个创伤告愈，另一个又出现了。不同的星体有不同的内在物质。在木卫一上发现液态硫的火山活动，有点像发现一位老朋友受伤时流出的血竟是紫色的。你无法理解怎么可能有这样大的差别。他看起来也是一个如此普通的人。
我们当然急于想发现其他世界上火山活动另外的迹象。在水卫二(即木星的伽利略卫星中的第二个，也是木卫一的邻居)上面，根本就没有火山；但是溶冰(即液态水)似乎冒出到表面，流过大量纵横交错的暗条纹，然后再冻结起来。再往外，在土星的卫星上，有迹象表明，液态水从内部喷出，把撞击坑冲毁。然而无论是在木星还是土星的系统中，我们还没有看到过任何与冰火山相似的东西。在海卫一上面，我们也许已经看见了氮或甲烷的火山现象。
其他星体的火山是一种激动人心的景观。它们增强我们对奇景的感受以及欣赏宇宙的美丽与丰富多彩的欢乐。但是这些地外世界的火山还有另外一种作用：它们有助于我们了解自己世界的火山，也许有朝一日有助于预测它们的爆发。如果我们不了解在物理参数不相同的其他环境中正在发生什么情况，我们对与自身关系最密切的地球上环境又能有多少深刻的认识呢?一种关于火山现象的全面理论，必须适用于各种情况。当我们偶然发现处于地质宁静期的火星上有大量火山隆起时；当我们发现仅仅是在昨天熔岩洪流把金星表面冲刷干净时；当我们找到一个星体不是被像地球这样由放射性衰变释放的热能，而是被近距天体产生的引力湖熔化时；当我们观察到硫化物而不是硅化物的火山现象时；以及当我们开始猜测在外行星的卫星上面我们是否看见了水、氨、氮或甲烷的火山现象时——我们才开始懂得还可能有哪些其他的火山。
㈠希腊南部爱琴海中的一小岛。——译者
㈡即现在的亚洲。当时地理学不发达，误认为亚洲很小。——译者
㈢土耳其南部的一个大岛，岛上居民善于航海。——译者
㈣古希腊地理学家和历史学家(约公元前63年-公元20年)。——译者
㈤公元前3 000年-公元前1 100年存在于克里特岛的古希腊文化。——译者
㈥前些年国外一些科学家用电脑模拟核弹耀炸，认为爆炸引起的大火使大量烟雾进入平流层，由此造成全球冷却。——译者
第十三章 “阿波罗”的礼物
广开兮天门，纷吾乘兮玄云……
——屈原《楚辞·九歌》第五歌“大司命”
(中国，约公元前3世纪)
这是7月份一个闷热的夜晚。你已经在扶手椅上睡着了。你突然惊醒了，晕头转向。电视机还开着，但是没有声音。你竭力想弄清楚你在电视机荧光屏上看见的是什么。两个朦胧的穿着白色连身工作服、戴着头盔的人影，在漆黑的天空下面轻飘飘地跳跃。他们奇怪的轻微弹跳，驱使他们往上，处于几乎察觉不出来的尘云的包围中。但是有一点不对头，他们跳起后落下来太慢了。他们虽然显得累赘，但却有一点像是在飞。你揉揉眼睛再看，这个梦幻似的动人场面还在眼前。
围绕1969年7月20日“阿波罗11号”登月的所有事件，我回想起来印象最深的是，它们好像都不是真实的。尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和奥尔德林(Buzz
Aldrin)沿月球灰色多尘的表面跳跃行走，庞大的地球隐约地出现在空中，而科林斯(Michael Cdlins)当时在月球的卫星㈠上沿着绕月轨道孤独地守卫着他们。的确，这是一项惊人的技术成就，也是美国的一次胜利。的确，宇航员们表现出敢于向死神挑战的勇气。的确，正如尼尔·阿姆斯特朗刚踏上月球所说的，这是人类迈出的历史性一大步。但是如果你把飞船控制中心与静海㈡之间的一段插曲——经过慎重思考但很俗气的例行的喋喋不休的谈话——关掉，凝视着黑白电视机的图象，你就会瞧见人类已经进入神话与传奇的境界了。
人类老早就知道有月球了。当我们的祖先从树上下来走进大草原的时候，当我们学会直立走路的时候，当我们首次制作石器工具的时候，当我们引入火的时候，当我们发明农业、建造城市和开始征服地球的时候，月球就在那里了。民间传说与民歌，赞美月球和爱情之间的神秘联系。“月份”这个词以及一个星期的第二天都来自月球。月亮的盈亏——从新月到满月，再到残月，又到新月——被人们普遍理解为死亡和再生的天上隐喻。月相与妇女的排卵期有关，而且周期的长度几乎一样。“月经”这个词在英文中是“menstruation”，拉丁文
mensis意为月份(month)，它也有“量度”的意思。传说在月光下睡觉的人会发疯，英文中“lunatic”㈢(疯狂的)一词正是由此而来。古代波斯有这样一个故事：有人问一位以才智卓越而负盛名的高官，太阳和月亮哪一个更有用，他回答说：“是月亮，因为太阳在白天照耀，而白天已经有光。”尤其是当我们在户外生活时，尽管月亮触摸不着，它的存在对我们的生活至关重要。
月球一直是人们对无法达到的事物的一种隐喻。如人们常说：“你还不如把月亮要来，”或者“你办成这件事比飞上月亮还难。”在人类历史上大部分时期，我们一点也不知道月球是什么。它是一种精神?一尊神灵?或是一个物体?它看起来不像是一个遥远的东西，而是一个很近的小玩意儿——也许只是挂在离我们头顶不远的天空中一个盘子大小的东西。古希腊哲学家争论过这一命题：“月球和它看起来的恰好一样大。”(这表明他们把长度大小和角度大小完全混为一谈。)只有疯疯癫癫的人才会想到要在月球上行走。比较合理的想法是用一个长梯子爬上天，或者乘一只大鹏鸟飞上天去摘月球，然后把它带回地球。在神话中已经不乏这样干的英雄，但谁也没有成功。
直到几个世纪之前，月球是约25万英里(38万千米)之外的一个地方这个概念才广为人知。可以说是在转眼之间，人们就从最早对月球本质的错误认识，一下于变成可以在月球表面上行走和开车兜风。我们学会了计算物体在太空中的运动，学会了从空气制作液化氧，还发明了巨型火箭，掌握了遥测遥感方法、可靠的电于学技术、惯性导航以及其他许多种技术。然后我们就飞入太空。
我很幸运，能参与“阿波罗”计划，但我并不责怪那些把整个这项工程说成是在好莱坞制片厂中伪造出来的人。在罗马帝国后期，异教哲学家攻击基督教关于耶稣基督的遗体升人天国以及死后复活等信条，因为重力会把所有的“血肉之躯”拉下来。圣奥古斯丁反驳说：“如果人类能够运用某种技能，用会沉入水中的金属制造出在水上漂浮的船舶，……难道就不能相信，上帝当然更会用一种秘法将尘世众生”从把它们束缚在地球上的枷锁中“解放出来”。人类有一天会发现能把自己从地球的束缚中解放出来的这种“秘法”是难以想象的。可是1500年后，我们把自己解放出来了。
这个成就导致了一种敬畏与焦虑交织在一起的心情。有人想起巴贝尔(Babel)塔㈣的故事。也有人(包括正统的穆斯林)认为登上月球表面是一种鲁莽和亵渎神灵的行为。可是许多人为之欢呼，认为这是历史的一个转折点。
月球不再是高不可攀的了。从1969年7月以来，已经有 ]2个人(都是美国人)在那种嘎吱嘎吱作响的、布满环形山的、古老的灰色凝固熔岩上一蹦一跳奇特地行走过了。他们把这称为“月球漫步”。但是在1972年以后，没有任何其他国家的人接着去月球探险归来。的确，自从光辉的“阿波罗”时代以来，除掉在绕地球的低轨道外，谁也没有去过太阳系任何地方。这就像一个蹒跚学步的小孩，刚试着向外走几步后，就气喘吁吁地缩回来，为了安全而抓住妈妈的裙子，不敢松手。
有一段时间我们在太阳系内翱翔。几年之后，我们就急匆匆地赶回来了。这是为什么?出了什么事情?“阿波罗”计划究竟怎么了?
1961年5月25日，肯尼迪(John Kennedy)总统向参众两院联席会议作了题为“国家的紧迫需要”的咨文，在这演讲中提出要启动“阿波罗”计划。他的远见和胆略令我震惊。我们要使用还没有设计出来的火箭和从来设想过的合金，要采取没有制定过的太空导航与飞船在太空对接方法，以便把人送人一个未知世界——一个甚至未作初步演习、甚至未用机器人探测过的世界——并且还要让他们平安地返回地球，而这个任务要在20世纪60年代之内实现!何况这个充满信心的宜告，是在美国还没有实现绕地球轨道载人飞行之前作出的!
我当时是一个初出茅庐的博士，真的认为这一切的核心都是为了科学。但是那位总统并没有谈到探索月球的起源，甚至连从月球运回一些表面岩石样品作研究也只字未提。他似乎只是关心把一个人送上月球并把他接回来。这是一种姿态。肯尼迪的科学顾问威斯纳(Jerome
Wiesner)后来告诉我，他和总统达成了一个协议：如果肯尼迪不宣称“阿波罗”计划是为了科学，那么他就会支持这个计划。可是，如果不是为了科学，那是为了什么呢?
别人告诉我，“阿波罗”计划真的是为了政治。这听起来就比较对头了。如果苏联在空间探测中领先，如果美国缺少“国家威力”，那么不结盟国家就会向苏联靠拢。但是我不以为然。实际上，美国在科技的任何领域都比苏联强，美国在全世界的经济、军事，以至有时在道德方面都处于领先地位，难道由于加加林进入绕地轨道领先于格伦(John Glenn)，印度尼西亚就会倒向共产主义吗?空间技术有什么特殊之处?想了又想，我突然想通了。
把人送入绕地球的轨道．或者把机器人送人绕太阳的轨道，都需要火箭——需要巨型、可靠又强有力的火箭。同样的火箭可以在核战争中使用。用把人送上月球的技术，同样也能够把核弹头发射到半个地球之外的目标。把一位天文学家和一架望远镜送人绕地轨道的技术，同样也可用于运载激光“作战装置”。甚至回溯当年，在东方和西方的军界人士中都有一些富于幻想的言论，诸如把太空当作居高临下的新“制高点”，哪个国家“控制了”太空，就能“控制”地球。当然，那时战略性火箭已经在地球上多次试验过了。但是把一枚装有模拟核弹头的弹道导弹打到太平洋中部的一个靶区，并不显得多么荣耀，而把人送进太空却会赢得全世界的关注并唤起大众的想象力。
你不会单为这个缘故，不惜花费钱财把宇航员送人太空，但是在显示火箭威力的所有方式中，这种作法是最好的。这是一个国家举行成年礼的仪式；实际上不需要任何人作解释，只需要看看助推火箭的样子就一清二楚了。这种信息似乎可不知不觉地传递，而不需要费神去领会到底发生什么事。
我的从事空间科学的同事们，今天正在一块钱一块钱地争取经费，他们也许忘记了在辉煌的“阿波罗”时代以及稍早一点的时候，为“太空”获得经费是何等容易。这方面可以举出的例子很多，例如在1958年，苏联发射第一颗人造地球卫星之后只有几个月，当着众议院国防拨款小组委员会的面，空军助理部长霍纳(Richaxd
E·Hormer)答复众议员弗洛德(Daniel J·Flood，宾夕法尼亚州民主党人)的质询而作证时，两人有这样一段对话：
霍纳：从军事观点出发，为什么需要把人送上月球呢?一个原因是，从传统观点来说，因为它就在那里㈤。另一个是我们害怕苏联捷足先登而会得到我们没有预料到的存在于那里的利益……
弗洛德：如果我们拨给你们需要的经费，要多少给多少，你们在空军任职的人能不能用某种东西，任何东西都行，在圣涎节前击中月球?
霍纳：我确信我们能办到。做这类事情总要担一些风险，但是我觉得我们做得到，是的，先生，能做到。
弗洛德：你有没有请求空军或国防部给你们足够的经费，硬件和人员，从今天晚上半夜起就快马加鞭地干起来，争取从绿色乳酪球㈥上敲下一小块，当作圣诞礼物送给山姆大叔㈦?你们有没有这样请求过?
霍纳：我们已经把这个计划提交国防部长办公室。目前正在审议。
弗洛德(转向主席)：主席先生，我赞成目前就把经费批准给他们使用。可以从我们的预备金拨付 ，不必等人来闹市区下决心向我们申请。如果这位讲的是正经话，如果他知道该怎么办——我相信他知道——那么本委员会今天连5分钟都不必等了。我们应当把他所要求的全都经费、所有硬件和一切人员都绐他，不管别人怎么说和怎么要求。告诉一个人爬上山顶，不必问为什么要爬，只要爬上去就行了。
在肯尼迪总统制定“阿波罗”计划的时候，国防部有一大批空间计划正在进行：把军事人员送人太空，让他们在绕地轨道上运转；在轨道平台上安装自动控制武器，用以击落其他国家的卫星及弹道导弹。“阿波罗”计划取代了这些计划(它们还从未达到可行的阶段)。可以认为，“阿波罗”计划有助于实现另一目标，即把美苏之间的太空竞争从军事转向民用领域。有人相信，肯尼迪想用“阿波罗”计划来取代太空武器竞赛。也许是这样。
就我看来，在那个历史性时刻最有讽刺意义的象征是，由“阿波罗11号”送上月球的，有尼克松(Richard Nixon)总统签名的一个徽章，上面刻着这样一句话：“我们代表全人类和平地来到这里。”正当美国在东南亚的一些小国家投掷750万吨常规炸药的时候，我们为自己的人道主义而感到庆幸：在没有生命的岩石上，我们不会伤害任何人。这块徽章还在那里，钉在“阿波罗11号”登月舱的基地上，在没有空气的、荒凉的静海中。如果没有人去干扰它，l00万年后它上面的文字仍将清晰可认。
继“阿波罗11号”之后，又发射了6艘飞船，除了一艘以外，其余几艘都成功地在月面着陆。“阿波罗17号”首次带去了一位科学家。可是他刚登上月球，“阿波罗”计划就被取消了。到月球上去的第一位科学家和在月球上着陆的最后一个人是同一个人。在1969年7月的那个晚上，“阿波罗”计划的目标就已经达到，后来的6次探测只不过显示了它的后劲而已。
“阿波罗”计划的主旨不是科学，甚至也不是太空。“阿波罗”计划代表的是意识形态对抗和核战争。经常采用的委婉说法是世界的“领导地位”及国家的“威望”。尽管如此，还是完成了很好的空间科学研究工作。我们现在对月球的组成、年龄和历史，以及对月球表面地形起源的知识，都比以前丰富得多了。我们对月球起源的了解也有新的进展。我们有些人运用月球环形山的统计资料，来更好地了解生命出现时期的地球。但是比这些成就都更为重要的是，“阿波罗”计划为整个太阳系辉煌的无人太空飞船探测提供了帮助和庇护，使我们初步考察了几十个星体。“阿波罗”的子女们已经到达各个行星的疆域了。
如果没有“阿波罗”计划——就是说，如果没有它所追求的政治目标——我想美国为开发和发现整个太阳系所进行的具有历史意义的探测就不会出现。“水手号”、“海盗号”、“先驱者号”、“旅行者号”以及“伽利略号”都是“阿波罗”计划带给我们的礼物。“麦哲伦号”与“卡西尼号”则是隔得较远的后代。与此相似的，是苏联在太阳系探测上的开拓性工作，包括“月球9号”、“火星3号”及“金星8号”等无人太空飞船在其他世界的首批软着陆。
“阿波罗”使我们感受到的，是认识未来世界的信心、干劲以及宏伟的远见。这也是它的一个目的。它激发人们对科学技术的乐观态度和对未来的热情。很多人都说，既然我们能够飞往月球，还有什么事情办不到呢?甚至那些反对美国的政策与行动的人，甚至那些把我们想成最坏的人，也承认“阿波罗”计划所蕴含的天赋才智和英勇无畏的精神。“阿波罗”计划使美国成为一个伟大的国家。
当你整理行装准备出远门时，你不知道情况究竟会怎么样。“阿波罗”的宇航员们在飞往与飞离月球的途中都拍摄了他们的家园——地球的照片。这是当然要做的事情，但是这产生了很少有人能预料的结果。地球上的居民破天荒第一次从天上看见了他们的世界——完整的地球，彩色的地球，以及在辽阔的漆黑太空背景中呈现为不断自转着的，蓝白相间的精致小球的地球。这些照片有助于唤醒我们对行星的迷糊意识。它们提供无可争辩的证据，表明我们大家同在一颗脆弱的行星上面。它们提醒我们，什么是重要的，而什么不是。它们是“旅行者号”拍摄的淡蓝色光点形象的前身。
我们也许正好及时发现了这种前景，正当我们的科技对我们生存在这个世界上构成威胁的时候。不管“阿波罗”计划原先发起的理由是什么，也无论它在冷战时期的民族主义和成为毁灭人类的工具的泥坑中陷得多深，它不可避免地使我们认识到地球是一个整体，并且它很脆弱。这是它的明确和辉煌的成果，也是“阿波罗”赠送给我们的出人意料的、最后的礼品。以殊死的竞争为起点的“阿波罗”计划，已帮助我们认识到我们能够继续生存下去的重要前提便是全世界的合作。
旅行使我们眼界开阔。
现在是重新上路的时候了。
㈠指”阿波罗11号”。该飞船共载三名宇航员，两名乘登月舱在月面上软着陆，另一名仍然留在飞船的指挥舱内，继续沿着绕月轨道飞行。登月的两名宇航员在完成作业后，驾驶登月舱上升与母船台合，然后一同返回地球。——译者
㈡月球上一个似海(闭色较深)的平原区，是“阿波罗1l号”在月球着陆的场所。——译者
㈢英文中“月球的”一词lunar。——译者
㈣基督教《圣经》中记载的没有建成的通天塔。——译者
㈤英语中“Because it is there”(因为它就在那里)往往用来回答毋庸详细解释的问题。——译者
㈥西方古人戏称月球是一个很大的绿色乳酪球。——译者
㈦美国的绰号。——译者
第十四章 探测其他行星和保护地球
行星在其演化的各个阶段，都受到与地球相同的形成力量的作用，因此它们具有与地球过去(也许还有未来)同样的地质形态，于是可能也有生命。但是，不仅如此，对有些情况而言，这些力量还在与地球完全不同的条件下起作用，因此定会出现与人类所知道的不一样的地理形状。这种资料对比较科学的价值实在太明显了，因此不需要加以讨论。
——戈达德《札记》(1907)
我生平第一次看见弧形的地平线。一条薄薄的深蓝色光带——这就是大气——使地平线镶上了边。这显然不是过去许多次人们告诉我的大气“海洋”，它那脆弱的外貌使我感到恐惧。
——默博尔德(Ulf Merbold)，航天飞机的德国宇航员(1988)
当你从绕地轨道的高度俯视地球，你看见的是一个被暗黑真空包围的、可爱而又脆弱的世界。但是你透过太空飞船的舷窗凝视一块地面，远不及脱离飞船在太空浮游时看见在黑暗背景上的整个地球扫过你的视野那样愉快。第一位取得这种经验的人是列昂诺夫(Atexei
Leonov)。他在1965年3月 18日离开“上升2号”．实现了首次太空“行走”。他回忆说：
“我向下看地球，在我头脑里出现的第一个想法是‘地球毕竟是圆的’。我一眼就能从直布罗陀海峡一直看到里海……我感到自己像是一只鸟，长了翅膀，能够飞翔。”
当你像“阿波罗”的宇航员那样，从更远处看地球时，它变小了，直到最后只能见到一些地理遗迹，其他什么也看不清。使你注意的是，地球是何等地自给自足。偶而有一个氢原子逃离了，或者有一点彗星尘埃掉进来。在太阳内部深处由庞大的、无声的热核反应机产生的能量，从太阳向四面八方倾泻。地球截获的极小部分已足够把它照亮，并为我们有限的目的提供充足的热量。除此之外，这个小世界便别无所求了。
从月球表面，你可以看见地球，它也许呈新月形，这时甚至各大洲也看不清楚了。从最外面的行星的有利地点看地球，它只是一个苍白的光点。
从绕地轨道上看去．引人注目的是地平圈上嫩蓝色的圆弧——这是从切线方向上见到的地球大气薄层。你现在可以了解，为什么没有“地区性环保问题”这件事。分子很笨拙。工业毒素、温室气体以及对保护我们臭氧层起破坏作用的物质，由于它们的愚鲁无知，都不知道尊重国界，也不顾国家主权。因此，由于人类的技术所具有几乎是神话般的威力，再加上短视的盛行，我们开始在整个大洲或全球的规模上伤害自己。坦率地说，如果想解决这些问题，就需要许多国家在许多年时间里采取联合行动。
引起我深思的是这样一个出人意料的现象：饱含国与国之间敌对与仇恨的太空飞行，却导致一种令人震惊的超越国界的见解。只要你在绕地轨道上花一点点时间凝视大地，你心中铭刻最深的国家主义观念就会开始消逝。它们就像是在一枚杏子上面小虫们之间的争吵。
如果我们是粘贴在一个世界上，我们受它的局限，不知道还可能有别的世界。这就好像一位只会欣赏法由(Fayoum)墓㈠壁画的美术行家，一位只知道臼齿的牙科医生，一位只懂得新柏拉图主义的哲学家，一位只研究中文的语言学家，或者一位只知道有关地球上自由落体的重力知识的物理学家——我们的眼光很短浅，我们的见识很狭窄，我们预测未来的本领有很大的局限性。与此形成对比的是，当我们探测其他世界时，以前认为行星只能有的那样一种类型，其实不过是大量可能类型中间的一个而已。在看到其他世界的时候，我们开始了解，在这个方面太多而在那个方面太少，会造成什么结果。我们知道一颗行星会出什么毛病。我们得到了太空飞行先驱戈达德所预见的一种新知识，这称为比较行星学。
对其他行星的探侧，已经扩大了我们对火山、地震与天气研究的眼界。这在某一天会对生物学有深刻的影响，因为地球上的一切生物都从属于一个共同的生物化学总体系。发现一种地外有机体——即使是微不足道的细菌——也会使我们对生物的认识发生一场革命。但是探测其他行星和保护地球这两者是有联系的，这种联系最明显地表现在对地球气候以及现代人类技术对气候日趋严重的威胁的研究中。对其他行星的研究可以让我们知道，在地球上哪些蠢事不能干，而这是至关重要的。
近年来发现了以下三个潜在的，都是在全球范围起作用的环境灾害：臭氧层枯竭、温室效应和核冬季。现在认识到，这三个发现都与行星探测有密切联系：
(1)令人不安的是发现了一种不容易产生化学反应但用途极广的惰性物质——它可以用作冰箱和空调的致冷剂，供除臭及其他用途的喷雾剂，做快餐食品轻便泡沫包装以及微电子装置的清洁剂，等等——会危害地球上的生命。而这有谁会想到呢?
我们谈到的是称为氯氟烃(CFC)的分子。它们的化学性质是极其惰性的，这意味着它们很难受到破坏。只是在臭氧层里太阳的紫外光可以使它们分解。这时释放的氯原子会破坏对我们起保护作用的臭氧并使它离解，于是让更多的紫外光射到地面上。紫外线增强会引起一系列潜在的可怕后果，这不仅是皮肤癌和白内障，还会使人类的免疫系统减弱，最危险的是可能损害农业及植物的光合作用，而这正是地球上大部分生物赖以生存的食物链的基础。
是谁发现了氯氟烃的分子对臭氧层的危害呢?是不是承担法人责任的主要生产厂家杜邦公司?是不是保护我们的环境保护署?是不是保卫我们的国防部?都不是。发现者是两位在象牙塔内穿白大褂，从事其他工作的大学里的科学家，即在加利福尼亚大学欧文分校的罗兰{Sherwood
Rowland)和莫利纳(Mario Molina)。这所大学甚至还不属于常青藤联谊会㈡。谁也没有指示他们去关注环境的危险。他们进行的是基础研究。他们是追寻自己的兴趣的科学家。应当让每个学童都知道他们的名字。
在罗兰与莫利纳原来的计算中，他们使用了含有氯和其他卤素的化学反应的速率常数，而测定这些常数的经费有一部分是美国国家宇航局提供的。为什么国家宇航局会提供经费呢?这是因为金星大气中有氯和氟的分子，而行星科学家想了解金星大气里正在发生的情况。
不久后，由哈佛大学麦克尔罗伊(Michael McElrov)领导的工作小组确认了氯氟烃分子对臭氧枯竭所起作用的理论研究。为什么他们的电脑里已经储有卤素化学反应动力学的全部分支网络程序?这是因为他们正在研究金星大气中氯与氟的化学性质。于是金星帮助科学家发现并确认了地球的臭氧层正处于危险状态中。在这两个行星的大气光化学之间，找到了一种完全没有预料到的联系。就这样，对地球每一个人都很重要的成果，竟来自很可能已被认为是最不着边际的、抽象的和毫无实用价值的工作，即对另一颗行星的高层大气中次要成分化学性质的研究。
这项研究与火星也有关系。我们从“海盗号”的探测发现火星表面显然没有生物，甚至显著缺少简单的有机分子。但是那里应该有简单有机分子，这是因为来自附近小行星带的含有丰富有机物的陨星会与火星相撞。这种缺乏有机物的原因，一般认为是由于火星没有臭氧层。由“海盗号”的微生物实验可以知道，从地球带到火星并撒到火星表面尘埃的有机物质很快就被氧化并分解成为无机物了。引起这种分解的尘埃中物质是与过氧化氢相似的分子——我们用过氧化氢作消毒剂，因为它通过氧化来杀死细菌。来自太阳的紫外光在没有臭氧层阻拦的情况下直接射到火星表面。如果那里曾经有过有机物，它很快就会被紫外光本身及其产生的氧化物毁掉。因此，火星最上层的土壤消毒得很干净，一部分原因是火星有一个像行星那样大小的臭氧洞——这对于忙忙碌碌地使自己的臭氧层变薄和开洞的我们来说，自然而然是一个有益的警告。
(2)已经预料到，全球气候变暖是温室效应不断增长的结果，而温室效应主要是由于化石燃料㈢燃烧所产生的二氧化碳引起的；但是，其他能吸收红外线的气体(氮的氧化物、甲烷、氯氟烃以及别的一些分子)的聚积，也能加剧温室效应。
假定我们有一个地球气候的三维整体大气环流的计算机模型。它的程序设计人员宣称，如果大气的某个成分增加了，而另一个成分减少了，他们能够推测地球大气有什么变化。这个模型对“预测”现在的气候确实很有用处，但是它有一个恼人的麻烦事：这个模型已经被“调整“到它给出的结果是正确的。也就是说，为它选用的一些可调节的参数不是来自物理学的基本原理，而是为了得出正确答案。这并不完全是欺骗，但是如果我们把同一个计算机模型运用于颇不相同的气候体系，例如极度的全球变暖，于是这种“调整”就可能不适宜了。这个对今天的气候也许适用的模型，不能外推到其他情况。
考察这个程序的一个办法，是把它运用于其他行星的截然不同的气候。它能否推测火星大气的结构以及它的气候?能否作天气预报?对金星又怎样呢?如果它在这些检验中失灵了，我们就理所当然地不相信它对地球作出的预测。事实上，我们现在使用的气候模型是从物理学的基本原理出发的，它能够很好地预测金星与火星的气候。
我们知道，在地球上对流作用使地幔深处的熔岩浆以超级喷流方式向上大股喷出，然后形成辽阔的冷凝玄武岩高原。一次壮观的喷发大约在1亿年前出现过，它或许使大气中的二氧化碳含量增加到现在的10倍，由此引起全球显著变暖。可以认为，这种喷发在地球整个历史中多次发生过。类似的地幔岩浆喷发似乎在火星与金星上也出现过。我们有合理的实际原因想了解，从脚底下几百千米的地球深处，怎么会突然发生不明不白的事件，使地球表面和气候产生重大变化。
近来关于全球变暖的一些最重要的研究，是美国国家宇航局在纽约市的一个机构，即戈达德空间科学研究所的詹姆斯·汉森(James Hansn)及其同事们完成的。他发展了一套主要的计算机气候模型，井用它来预测如果温室气体继续聚积，地球气候会有什么变化。他曾用地球古代气候检验过这些模型(有趣的是，在上次冰河时期大量的二氧化碳及甲烷与气温升高明显有关)。詹姆斯·汉森收集了本世纪和上一个世纪的大量气候资料，以了解全球温度的实际情况，然后把它与计算机模型预测的本应出现的情况进行比对。两者符合的程度都在测量与计算的各自误差范围之内。白宫的管理和预算局出于政治需要[当时是在里根(Reagan)执政年代]，指令詹姆斯·汉森要夸大不确定性和缩小危险性，但是他在国会面前作证时勇敢地拒绝这样做。他对菲律宾皮纳图博火山爆发的预言以及由它引起的地球气温暂时下降(约为0.5℃)的计算结果，都正好说对了。他是说服世界各国政府应当认真对待全球变暖的主要人物。
詹姆斯·汉森怎样会首先对温室效应感兴趣呢?他的博士论文(1967年在衣阿华大学撰写)是关于金星的。他同意金星的非常炎热的表面产生很强的射电亮度，也同意温室气体保持了金星表面的热量；但是，他提出主要的能源是来自金星内部的热能而不是太阳光。1978年“先驱者12号”飞临金星时把一些探测器投入大气。它们直接探明一般的温室效应——即太阳使表面受热，而空气的屏蔽作用把热量保存下来——是起作用的原因。然而正是金星使詹姆斯·汉森思考温室效应的问题。
你知道了，射电天文学家发现金星是一个强无线电波源。对射电辐射来源的其他解释都失败了。因此你推断金星表面一定热得难以想象。你要进一步阐明高温从何而来，就只能求助于这种或那种无情的温室效应。再过几十年，你会发现这项研究工作的训练能够让你准备好了解并帮助你预测对地球上人类文明的一个意料不到的威胁。我还知道有许多别的事例都表明，科学家起先想解开其他行星大气之谜，但结果得出对地球很重要并非常实用的发现。因此，其他行星是培养研究地球的学者的极好训练场地。这些学者的知识既要有广度，也要有深度。他们向想象王国挑战。
谁要是对二氧化碳温室致暖有怀疑，不妨了解一下金星上大规模的温室效应，这是有益的。没有人会提出，金星的温室效应来源于鲁莽的金星人燃烧了太多的煤炭，驾驶燃油效率低下的汽车，并砍倒了他们的森林。我的看法不一样。我们的这颗近邻行星，除掉表面热到可以熔化锡和铅以外，在其他方面都与地球类似。有些人认为，地球上不断增长的温室效应可以不医自愈，我们实在不必为它自寻烦恼，甚至还说温室效应本身便是一个“骗局”(你从有些自称为保守分子的著作中可以读到这些言论)。特别是对这些人来说，金星的气候变迁史很值得借鉴。
(3)核冬季是预料在一场全球性的热核战争后，主要由于城市及炼油、储油设备的燃烧，细小烟雾粒子喷入大气，使地球变暗变冷的现象。对于核冬季会真正严重到什么程度，接着出现了激烈的科学争论。各种不同的见解现在趋于一致。所有的三维大气环流的计算机模型都预测出，在一场全世界范围的热核战争之后，全球的温度会比地质学上更新世的冰河时期㈣更低一些。由此对世界文明产生的后果——尤其是农业的彻底崩溃——是极为可怕的。在美国、苏联、英国、法国和中国决定积聚远远超过6万件核武器的时候，它们的行政与军事当局都忽视了核战争的后果。虽然这类事情还难以肯定，但可以说核冬季的确起到了一种积极作用(当然还有其他原因)，它使拥有核武器的国家——尤其是苏联——相信核战争是徒劳无益的。㈤
核冬季是在1982—1983年由5位科学家——我感到很自豪，是其中的一员——组成的小组首先计算和命名的。这个小组用5位科学家姓氏的首字母缩略词命名，为TTAPS。这5个人的名字是特科(Richard
P·Turco)、图恩(Owen B· Toon)、阿克曼(Thomas Ackerman)、波拉克和我自己。在TTAPS小组里，两个人是行星科学家，其他三人也在行星科学领域发表过许多文章。最早想到核冬季是在“水手9号”探测火星期间，那时在这颗行星上正出现一场全球性的尘暴，使我们看不见它的表面。飞船上装载的红外光谱仪发现，火星的高层大气比预期的要热一些，而表面却比预期的冷一些。波拉克和我坐下来努力计算，想弄清楚这是怎样一回事。在随后的12年中，这条研究线索从火星上的尘暴引向地球上的火山悬浮微粒，再到可能出现的撞击尘埃使恐龙灭绝，然后想到核冬季。你永远也不知道科学会把你引向何方。
行星科学促成一种广阔的、跨学科的观点，事实证明，这对发现和试图消除迫在眉睫的环境灾难大有裨益。当你开始了解其他行星的时候，你对我们自己的行星环境的脆弱以及还可能有别的完全不同的环境，会取得一种新的见解。仍然很可能有尚未发现的潜在的全球性灾难。如果确实有这样的灾难，我敢断言，行星科学家在对它们的研究中将发挥核心作用。
在数学、技术和科学的一切领域中，国际合作性最强的学科(这表现在同一研究论文往往由两个或更多国家的作者合作完成)是“地球与空间科学”。正是由于这门学科的性质，研究它的人往往不是地方主义者、国家主义者或沙文主义者。也很少有人因为是国际主义者而进入这个领域的。几乎没有例外，他们由于其他原因进入这一领域，然后发现这种补充自己原有工作的杰出研究是其他国家的科研人员正在做的；他们还发现，为了解决一个问题，你需要在自己的国家里无法得到的资料或一架望远镜{例如需要观测南天的天象)。你一旦尝到了这种合作的甜头——来自世界不同地区的人们使用彼此都能了解的科学语言一起工作，成为共同关心的事业的伙伴——就不难设想这种合作也可能在其他的非科学性的项目中实施。我个人认为，地球和空间科学的这种特色可以成为世界政治中和解与团结的力量；不管这是否有益，这种趋势已经是不可避免的了。
当我看到这种证据时，它似乎告诉我，行星探测对我们住在地球上的人来说，是最实用和最迫切的事业了。即使探测其他世界的前景并不使我们感到鼓舞，即使我们没有一丝一毫的冒险精神，即使我们只关心自己，而就最狭隘的意义上来说，行星探测仍然是一种极好的投资。
㈠在沙特阿拉伯境内的许多古墓。——译者
㈡美国东北部哈佛、哥伦比亚、普林斯顿等名牌大学的总称。因为它们历史悠久，墙上爬满常青藤，故名。一译者
㈢如煤炭。——译者
㈣大约100万年前。——译者
㈤中国发展核武器是为了打破西方强国的垄断。中国政府再三申明不首先使用核武器，井主张全面禁止核武器试验，最终彻底销毁全部核武器。——译者
第十五章 奇异世界的大门打开了
通向奇异世界的大门打开了。
——梅尔维尔《白鲸》第一章(1851)
在将来某个时候，说不定就在明后天，会有一个国家——更可能是一个国际联合组织——要实施人类太空探测的下一个重大举措。它大概会绕过官僚机构，并有效地运用现有的科学技术。它也许要使用超越目前的大口径化学燃烧火箭的新工艺。这些新太空船的宇航员们将置身于新的世界上面。在那里将有第一个婴儿诞生。人们开始使用那里的资源生活。我们就要踏上征途了。未来会记住我们。
既令人好奇又雄伟庄严的，与我们仅一门之隔的火星，是宇航员或太空人可以安全着陆的最近的行星。虽然有时火星会像新英格兰10月份那样暖和，但它却是一个寒冷的地方，冷到它的稀薄的二氧化碳大气会在冬季结成干冰，降落在极区。
它是我们用小望远镜可以看清表面的、离我们最近的行星。在整个太阳系中它是最像地球的行星。除掉在近距处飞过之外，只有三次完全成功的火星探测，这就是1971年的“水手9号”以及1976年的“海盗l号”和“海盗2号”。它们发现了一条很深的断裂峡谷，其长度相当于从纽约到旧金山的距离；还发现了巨大的火山，其中最大的超出火星平均表面8万英尺（约25千米)即几乎是地球上珠穆朗玛峰高度的3倍。火星极区冰冠之内还有错综复杂的层状结构，就像打牌时乱丢在桌上的一大堆筹码。这种层状结构可能是过去气候变迁留下的遗迹。在风吹过的沙尘在火星表面上留下明、暗两种条纹，这提供了过去几十年和几个世纪火星上的高速风向和风速图。可以看出有环绕星球的尘暴，还有若干奥秘难解的表面形态。
还可以找到数以百计的、几十亿年前形成的蜿蜒曲折的峡道河床和峡谷网，它们主要是在布满环形山的南方高地。它们表明火星早期的气候比较温和，这与地球相似，而很不像现在在一层稀薄与寒冷的大气覆盖下的情景。有些古老河床好像是被雨水冲刷过，有些在被地下水损毁后坍塌，也有些被地下冒出的大股洪水冲泻过。今天干涸见沙的大撞击坑，以前有江河倾注，积水宽达上千千米。在古代注入火星湖泊的大瀑布，可以使地球上任何瀑布都相形见绌。可能曾经有过深度达几百米甚至1千米的浩瀚海洋，可是今天连它周围缓坡的海岸线也认不出来了。这本来是一个值得我们去探测的行星，但我们毕竟迟了40亿年。①
正好在同一时期，地球上早期的微生物出现了，并开始进化。由最基本的化学原理，地球上的生命与水密切相关。我们人的身体约有3／4是水构成的。与古代地球上从天空落下来的以及在空气与海洋中产生的同样种类的有机分子，也应当在古代火星上聚积起来。是否可以认为，在早期地球上，生命很快就在水里出现了，但是由于某种原因，在早期的火星上，生命在水里遭到抑制和约束?或许火星的海洋里曾经挤满了生命——它们在那里漂浮、产卵、演变?有哪些奇形怪状的动物曾经在火星的海洋中游过?
不管在那些遥远岁月上演过什么历史剧，大约在38亿年前一切都乱套了。我们可以看出，自那时起古代环形山受到的侵蚀突然开始变缓了。在大气变得稀薄的时候，河流不再流动的时候，海洋开始于涸的时候，温度骤然下降的时候，生物只好撤退到少数剩下的可以让它们栖息的地方去，也许是蜷缩在冰封的湖底，直到最后，生物都灭绝了。组成这些生物的异域有机体，也许是按与地球生命截然不同的原理形成的。这些生物的尸体和化石都处于深冻状态，等待着在遥远的未来会到达火星的探测者去发掘。
陨石是在地球上找到的其他天体的碎片。它们大部分是在火星轨道与木星轨道之间绕太阳旋转的，为数众多的小行星相互碰撞产生的。但是也有少数陨石是由于一个大流星高速撞上一个行星或小行星，砸出一个坑，并把凿开的表面物质抛人太空而产生的。被抛射的岩石中极少的一部分，在千百万年后可能与另一个星球相遇。
在南极洲的荒凉冰地上到处散布着陨石，它们保存在低温状态下．直到最近都没有被人动过。它们中间有一些叫做 SNC(读做“司尼克”)陨石。②这种陨石有一种初看起来几乎难以置信的奇怪特征：在它们的矿物与玻璃物质的内部有一点封闭起来不受地球大气污染的气体。对这种气体进行分析后发现，原来它的化学成分和同位素比值与火星上的空气刚好一样。我们不仅是由光谱分析，还从“海盗号“登陆器在火星表面的直接测量，对火星空气有透彻的了解。SNC陨石来自火星!这几乎使每个人都大吃一惊。
这些陨石原先都曾被熔化过并再冷凝。对所有的SNC陨石用放射性元素测定年代的结果表明，它们的原始岩石是在1.8亿年至13亿年前由岩浆冷凝形成的。后来由于碰撞，它们从行星抛向太空。从它们在火星与地球之间的行星际旅途中有多长时间受宇宙射线照射，我们可以知道它们的年龄——即多久以前它们从火星抛射出来。在这个意义上说，它们的年龄是从70万年到1
000万年。因此，它们只是火星历史最近的千分之一年代里的样品。
它们所含的某些矿物质确切表明，它们曾一度在水里{并且是在温暖的液态水里)浸泡过。从这些被温水浸过的矿物质可以知道，火星上(也许是遍布火星各处)不久前不知什么缘故曾有过水。可能是由内部热能使地下冰层融化成水。但是，无论水是从何而来，我们自然会怀疑生物是否已经完全灭绝。也许在我们的时代来临之前，它们不知怎么地已经转移到地下湖泊里，或者甚至是表土之下的潮湿薄层里继续生存。
国家宇航局所属约翰逊空间飞行中心的地球化学家吉布森(Everett Gibson)和卡尔松(Hal Karlsson)从一块SNC陨石中提取出一滴水。这滴水所含氧与氢原子的同位素比值和地球上的大不一样。我把这种来自另一世界的水，看作对将来的探险家和移民们的一种鼓励。
可以想象得到，如果从火星上经过挑选的具有科学意义的地区采集一大批标本(包括从未熔化过的土壤及岩石)并运回地球，我们也许能发现什么好东西。我们能够用小型机器人巡游车去完成这个任务，这已经是指日可待了。
把一个世界地下的物体转移到另一个世界上去，这是一个引人入胜的问题：40亿年前有两个邻近的行星，它们都是温暖和潮湿的。在这两个行星由星子聚集而成的最后阶段，来自太空的碰撞比今天要频繁得多。每一个世界的样品都不断被抛掷到太空去。我们确信，在这个时期至少在一个世界上有生命。我们知道，在受碰、抛出和被另一世界截获的整个过程中，一部分抛出的碎片一直都是冷的。那么，在40亿年前，地球上早期的有机物会不会有一些被安全地转移到火星，会有小虫吃掉食物，并把它氧化为放射性的二氧化碳。第三个实验是把放射性二氧化碳(和一氧化碳)注入火星土壤，看是否有能够吸收这两种气体的微生物。我认为，所有参与这些实验的科学家起先都大吃一惊，因为每个实验起先似乎都得出肯定的结果：有气体交换，有机物被氧化了，二氧化碳被土壤吸收了。
但是我们有理由持慎重态度。这些引人注目的结果，并未被普遍认为是火星上有生命的良好佐证。火星微生物的这些假想的新陈代谢过程，是在“海盗号”登陆器内部变化很大的环境中出现的——有时潮湿(从地球带去了水)，有时干燥；有时明亮，有时黑暗；有时寒冷(温度只略高于冰点)，有时炎热(几乎达到水的正常沸点)。许多微生物学家认为，火星微生物未必能在这些变化很大的条件下生存。更加使人生疑的是第四个实验。这个实验是在火星土壤中寻找有机化合物。测试仪器很灵敏，但得出的是一致否定的结果。我们预料火星上的生命会和地球上的一样，是由以碳为基础的分子组成的。但根本找不到这样的分子，这使外星生物学家中的乐观人土也感到失望。
现在科学家普遍认为，生命探测实验似乎得到肯定结果，这是由于太阳紫外光最终使土壤氧化所形成的化学物质(这在上一章已经讨论过了)。但是仍然有少数“海盗号”科学家怀疑，是否可能有适应性与生命力极强的微生物稀疏地分布在火星土壤中——因此检测不出它们的有机化学成分，但是它们的新陈代谢过程可以察觉。这些科学家并不否认火星土壤中有紫外光产生的氧化剂，但是他们强调认为，单从现有的氧化剂不能完全说明“海盗号”的生命探测结果。有人尝试性地声称在SNC陨石中找到了有机物质，面它们却可能是在陨石到达地面后混入其中的污染物。到现在为止，没有人主张，在这些从天而降的岩石里有火星的微生物。
也许是因为这会引起公众的兴趣，国家宇航局和大多数“海盗号”科学家都对验证火星有生物的假说十分谨慎。甚至现在，仔细检查旧有的资料还可以做更多的研究。“海盗号”类型的仪器可以用于南极洲或其他微生物含量很少的土壤的研究，在实验室里对火星土壤中氧化剂作用进行模拟，以及设计出阐明这些事情的实验，为将来的火星登陆器作准备——并不排除对生命的进一步探寻。
如果在火星上相距5 000千米的两个地点，用各种灵敏仪器确实检测不出有生命存在的明显迹象——何况这个行星上有可以把细微粒子刮到各处的大风——那么这可以说明，至少是在今天，火星可能是一个没有生命的行星。可是，如果火星上真是没有生命，而我们有两个行星，它们的年龄与早期情况实际上相同，又是在同一个太阳系中相邻的位置上一齐演变，结果是在一颗行星有生物进化和繁衍，但在另一颗行星上却不是这样。这是为什么呢?
也许火星早期生物的化学及化石遗迹还能够找到——在表层下面，安全地避开了今天仍在烘烤表面的紫外辐射以及由此产生的氧化物的影响。也许在一块团山崩而裸露的岩石表面，或者在一个古代河谷的两岸或干涸湖泊的底部，或者在极区表层的夹层中，在火星上是否有生命的关键性证据，尚待我们去发现。
虽然火星表面没有有机物，这个行星的两颗卫星(火卫一与火卫二)却拥有丰富的复合有机物，它们可回溯到太阳系历史的早期。苏联的“火卫一2号”太空飞船发现火卫一有水蒸气泄出的证据，这好像是它有一个冰冻的内核，受放射性作用而变热。火星的卫星可能是在很久以前从外太阳系的某处俘获而来的。可以设想它们是属于从太阳系最早期以来就没有变化的物质所组成的、距我们最近而可达到的物体。火卫一和火卫二都很小，它们的直径都仅约为10千米，它们的重力微不足道。因此要与它们会合，在它们上面着陆，考察它们，把它们作为基地去研究火星，以及在工作完毕后离开它们回家，这些事都比较容易办到。
火星是科学信息的宝库——单是这一点它就很重要，更何况它是对地球环境的借鉴。火星还有若干尚待解开的奥秘：它的内部、它的起源，在一个没有板块构造的世界上怎么会有火山?在一个具有地球上做梦也想不到的沙暴的行星上，地形如何塑造出来?还有冰川和极区地形，行星大气的逃逸，以及卫星的俘获——这些不过是随手拈来的一些例子。如果火星曾经拥有丰富的液态水和温和的气候，后来出了什么乱于?一个与地球相似的世界怎么会变成这样焦干、寒冷和缺少空气?在此是否有我们对地球应当了解的事项?
我们人类过去一直是这样办的。古代的探险家就已经了解火星的呼唤。但是单纯的科学探测不需要有人参与。我们随时都可以送灵巧的机器人去。它们要便宜得多，它们不会顶嘴，你可以把它们送到危险得多的地方，我们始终面临探测失败的某种可能性，但不会冒生命危险。
“你看见过我没有?”牛奶盒的背面印有这样的告示。㈠“‘火星观测者’长约1.8米(6英尺)，宽约1.4米(4.5英尺)，高约0.9米(3英尺)，重2
500千克。最后一次联系是在1993年8月21日，地点在离火星627 000千米处。”
1993年8月下旬，挂在喷气推进实验室运行设备大楼外面表示哀悼的一面旗帜上写着：“火星观测者，请打电话回家。”美国的“火星观测者”航天器在它刚要进入绕火星轨道之际，突然失灵了，这令人深感失望。这是26年来美国的月球或行星探测器第一次在发射后失事。很多科学家和工程师把他们的10年职业生涯奉献给了“火星观测者”。这是自1976年“海盗号”的两个绕火星的探测器和两个着陆器发射之后的
17年间美国的第一次火星探测。它也是冷战结束后真正的第一艘太空飞船，俄罗斯科学家也参加了几个研究组。俄国原来计划的1994年火星探器着陆器以及雄心勃勃的1996年火星自动巡游车和气球探测，都准备把“火星观测者”用作主要的电信中继站。
“火星观测者”所载的科学仪器原本会测绘出这个行星的地质化学状态，为后来的探测作准备，并决定登陆地点。这个航天器原本会对似乎发生在火星历史早期的大规模气候变迁提出新的启示。它原本还会以优于2米的分辨率拍摄火星表面一些区域的照片。当然，我们不知道“火星观测者”原本会发现哪些奇异现象。但是每当我们用新仪器和大为增进的分辨率考察一个世界时，就会出现一大批令人眼花缭乱的新发现——这正如伽利略把第一架望远镜指向天空后，现代天文学时代便发端了。
按质询委员会的意见，失败的原因大概是在加压时燃料箱破裂了，气体和液体喷溅出来，于是受损伤的飞船失去控制而乱转起来。也许这是可以避免的。也许这是一场运气不佳的意外事故。但是为了在未来的探测中记住这次事故的教训，让我们思考美国和前苏联试图探测月球与行星的全过程：
在开始的时候，我们的成绩记录的情况甚为糟糕。太空飞船在发射时爆炸，没有打中目标，或者到了目的地就失灵了。随着时间的推移，我们人类在行星际飞行中有了进步。
这里有一个学习和提高的过程。我们学习得很好。至于我们现在对飞行中的太空飞船进行检修的能力，前面描述过的“旅行者号”就是最好的说明。
我们看到，美国约在第35次向月球或行星发射航天器时，探测的累计成功率达到50％，而俄国人大约到50次发射时才达到。把初期的不稳定情况和近来的比较好的运作都加在一起平均，我们发现美国与俄罗斯的累计发射成功率都约为80％。但是美国的累计探测成功率仍在70％以下，而苏联／俄罗斯则在60％以下。与此相应的说法是，月球与行星探测的失败率平均各为30％和40％。
从一开始，到其他世界去探险就需要尖端科技。到今天仍然如此。这些探测器都配有备用的各子系统装置，并由专心一致的和富有经验的工程师来操作。可是它们不是十全十美的。令人惊奇的是，并非我们干得这样差，而是我们于得这样好。
我们不知道“火星观测者”的失败是由于技术不过关呢，抑或只是统计上失败率的表现。但是，我们去其他世界探测，就应当预料到总会有失败。一艘无人太空船失踪时，没有人员伤亡。即使我们把成功率再次大幅度提高，付出的代价毕竟仍很可观。好得多的办法是冒失败的危险，发射更多的无人飞船。
既然已经知道风险无法减得很低，为什么现在每次执行任务只发射一艘飞船呢?在1962年，原拟探测金星的“水手1号”坠人大西洋。可是与它几乎一模一样的“水手2号“却成为人类有史以来第一个成功的行星探测器。“水手3号”失败了，但它的孪生兄弟“水手4号”在1964年成为第一艘近距拍摄火星照片的太空船。还可以看看1971年同时发射探测火星的“水手8号”和“水手9号”。前者准备绘制这个行星的地图，而后者要研究表面特征的神秘的季节变化和长期变化。除此之外，两艘飞船一模一样。“水手8号”掉进大海，而“水手9号”飞到火星，成为人类历史上第一艘绕另一个行星转动的太空船。它发现了火山、极冠的层状地质结构、古代的河谷，以及由风吹形成的表面变化。它否定了“运河”㈡。它绘制了行星从一极到另一极的地图，并发现了我们今天所知火星的全部主要地质特征。它对自成一类的小天体中的两个成员(火卫一与火卫二)进行了首次近距离观测。假如我们只发射了“水手8号”，那么这个探测项目就彻底失败了。而由于两个飞船一起发射，则取得了辉煌的、历史性的成功。
也还有过两艘“海盗号”、两艘“旅行者号”、两艘“维佳号”，以及许多成对的“金星号”。为什么只发射了一艘“火星观测者”?标准答案是经费不足。它的费用昂贵，部分原因是它按计划由航天飞机发射，而用航天飞机作为发送探测行星的飞船的助推器，使费用高得出奇。在这种情况下没有经费发射两个“火星观测者”。在与航天飞机有关的多次延期和增加费用之后，国家宇航局改变主意，决定用“大力神”运载火箭来发射“火星观测者”。这样一来，就需要用一个新的承接器把飞船与大力神火箭连接起来，于是发射又推迟了两年。如果不是国家宇航局太热中于为越来越不合算的航天飞机招揽生意，我们可能就会早两年发射，并且可能不是一艘而是两艘太空飞船一起发射。
可是无论是单独发射还是成对发射，热心于空间事业的国家都认识到，再向火星发送无人探测器的时机已经成熟。发射任务的设计改变了；新的国家参加进来；原有的国家发现它们的资金不足。甚至已经获得的资助计划也并不都靠得住。但是现有的计划确实显示出努力和奉献的程度。
在我撰写本书的时候，美国、俄罗斯、法国、德国、日本、奥地利、芬兰、意大利、加拿大、欧洲空间局和其他单位都提出初步计划，合作对火星进行自动操纵的探测。在1996年至2003年的7年间，一支约由25艘太空船(它们大多是较小而便宜的)组成的舰队将由地球发射到火星。它们都不是从火星旁边快速飞过，面是长时期在绕火星的轨道上飞行，或在火星上着陆。美国准备把在“火星观测者”上丢失的仪器，全部复制并再度发射。俄罗斯的飞船装载的仪器将可供大约20个国家联合进行雄心勃勃的实验。通信卫星将使火星上任何地点的实验站能把它们的资料传回地球。在绕火星轨道上的飞船将向下发射穿进火星土壤的钻探器，然后从火星表面下发送信息。载有仪器的气球和流动实验室将在火星的沙地上漫游。有些微型自动机器只有几千克(或几磅)重。着陆地点正待选定，它们将相互协调。仪器将能相互校准。数据资料将自由交换。我们有充分的理由相信，在不久的将来，地球上的居民会越来越了解火星及其奥秘。
你戴上头盔和手套，走进地球上的遥控指挥中心。这是一间特殊的房屋。你把头向左转，这时火星上自动操纵巡游车的照相机也转向左方。你看见了这架照相机所见到的清晰度非常高的彩色图象。你朝前走一步，巡游车也前进了。你伸手拾起一件在泥土里闪亮发光的东西，于是机器人的手臂也做同样的动作。火星上的沙粒沿着你的手指滴下来。这种遥控的实境技术唯一的困难是，这一切都得通过令人厌倦和缓慢的动作才能实现，因为指令从地球传到火星和数据由火星送回地球往返一次需要半小时或更长的时间。但这是我们能够学习的动作。如果这种耐心是探侧火星需要付出的代价，我们能够学会耐心等待。我们可以使巡游车灵巧到足以对付常见的意外事故。如果出现丁某种更麻烦事情，巡游车会先自行完全停下，进入一种安全保护状态，然后发送电讯回地球，让一位非常有耐心的控制人员来接着处理。
这些受魔法控制，到处巡游的灵巧机器人自动车，每一个都是小型科学实验室。它们在安全而单凋乏味的地方着陆，到处漫游，在近处观赏火星上不可胜数的奇景。也许一个机器人每天都会漫游到它的地平线极端处；于是每天早上我们都可以近距观看昨天还是在远处的高地。这种不断扩展的火星风光漫游会在电视新闻中播出，或者在教室里放映。人们便猜测还将发现什么。每天晚上从另一颗行星传回的新闻，意外发现的新地区和新科学探测结果，会使地球上每一个人都感到，自己好像也参加了这种探险。
于是出现了一种火星的虚拟实境。从火星传回的信息，储存在一台新式的电脑中，馈送到你的头盔、手套和靴子。你是在地球上一间空房子里踱方步，但是你感觉自己好像是在火星上行走：你看到粉红色的天空，布满巨石的原野，沙丘延伸到地平线处，那里庞大的火山隐约可见；你听见沙石在靴子下面嘎吱作响；你翻转岩石，挖一个洞，采集稀薄空气的样品；拐一个弯，然后面对着……你在火星上无论什么样的新发现——这一切都是火星上确实发生的事物，而这一切都是你在家乡的一间安全的沙龙中感受到的虚拟实境。这并不是我们为什么探测火星的目的，但有一点很清楚，就是我们需要先让机器人探险家把真实情况传送回来，才能重现虚拟实境。
尤其是在不断向机器人和人工智能研制投资的时候，没有单纯的科学上的理由能够说明需要把人送上火星。此外，能够体验虚拟火星的人比可能登上真正火星的人要多得多。我们用机器人可以干得很好。如果要把人送上火星，我们需要有一个比科学与探测更好的理由。
在20世纪80年代，我想到了一个送人去火星的合乎情理的理由。我设想美国和苏联这两个把全人类文明置之不顾的冷战对手，能够在一个卓有远见的高科技事业中合作，这会给世界各地的人民带来希望。我想象出一种与阿波罗计划反其道而行的计划，它的原动力不是竞争而是合作。通过这种合作，两个在太空探测中领先的国家会为人类历史上的一个重大进展——人类最终能在另一个行星上定居——奠定基础。
这个象征似乎是很恰当的。能够发射《启示录》中所预言的洲际武器㈢的技术，同样也可以使第一批人能飞向另一个行星。这是对神话魔力的一种适宜的选择：去拥抱一颗以战神命名的行星，而不是去做战神才会干的疯狂行径。
我们成功地使苏联科学家和工程师对这种合作感兴趣。早在这种想法流行之前，设在莫斯科的苏联科学院空间研究所当时的所长萨格捷耶夫(Roald Sagdeev)已经认真致力于苏联对金星、火星与哈雷彗星的机器人探测的国际合作。拟议中的合作要使用苏联的“和平号”空间站和“土星5号”级的“能量号”发射火箭㈣，这对苏联研制这些硬件的机构很有吸引力，因为只有这样做才能够表明它们制作这些器件是必要的。经过一系列辩论(它们的主题之一是促使冷战结束)，那时的苏联领导人戈尔巴乔夫(Mikhail
S·Gorbachev)被说服了。
1987年[2月在华盛顿举行最高级会谈时，有人问戈尔巴乔夫先生，什么是象征美苏两国关系改善的最重要联合行动，他毫不犹豫地回答说：“让我们一起去火星吧。”
但是里根政府不感兴趣。与苏联人合作，承认某些苏联科技比美国更先进，让苏联人取得美国的一些科技成果，共享荣誉，给武器制造商找到另一条出路——这些都是里根政府不喜欢的事情。合作汁划遭到否决。火星便只能耐心等待。
只过了短短几年，时代改变了，冷战结束了。苏联解体了。两国合作的益处丧失了一部分吸引力。其他国家——尤其是日本和欧洲空间局的成员国——也参加了行星际旅行。许多项正当的和急迫的需求，都被列入这些国家可以支配使用的预算。
但是“能量号”重量级火箭仍在等待发射任务。载重型的“质子号”火箭已是整装待发。几乎连续不断地载有宇航员的“和平号”空间站仍然是每隔一个半小时绕地球转一圈。尽管有内部动乱，俄罗斯的太空计划仍然在起劲地进行。俄罗斯与美国在空间研究方面的合作正在加速进行。一位俄国的宇航员克里卡廖夫(Sergei
Krikalev)于1994年在“发现号”航天飞机上完成丁例行的一星期飞行{在这之前，他已在“和平号”空间站上飞行了464天)。美国宇航员将访问“和平号”。一些美国的科学仪器(包括检验被认为能破坏火星土壤中有机分子的氧化剂的仪器)就要由俄国空间飞船带往火星。按原来的设计，“火星观测者”准备用作俄罗斯在火星上的登陆器与地球通讯的转播站。俄国人还提出，在即将由“质子号”火箭发射的多重负载中，把美国的一艘绕火星运转的空间船也包括在内。
美国与俄罗斯在空间科学方面的才能和技术可以相互补充，就像两只手的手指交错对插一样，在一方的强处，另一方弱。这是在天空中结成的姻缘，可是令人意外的是，它总是难臻美境。
1993年9月2日，美国副总统戈尔(Al Gore)和俄国总理切尔诺梅尔金(Viktor Chemomyrdin)在华盛顿签署了一项深入合作的协议。克林顿政府已经命令国家宇航局重新设计美国的空间站(在里根执政年代称为“自由号”)，使它与“和平号”有相同的轨道，于是两个空间站可以对接。还要附加上日本和欧洲的太空舱，以及加拿大的一只自动机械臂。这些设计现已演变成名为“阿尔法”㈤的空间站。几乎所有从事太空探测的国家都参与这项任务(最引人注目的例外是中国)。
作为与美国进行空间合作和获取硬通货的交换条件，俄罗斯实际上同意停止向其他国家出售弹道导弹的部件，并广泛地加紧控制它的战略武器技术的出口。这样一来，和在冷战高潮时期一样，太空再次成为国家战略政策的一种工具。
然而这种新动向已经使美国的一些航天工业和国会中一些关键人物深感不安。没有国际竞争，我们能不能促进这样雄心勃勃的计划呢?如果每次发射都用俄国的火箭，这是否意味着削减对美国航天工业的支持?美国人能否信赖俄国人会持续支持合作项目并作长期努力?（当然，俄国人也会向美国人提出类似的问题。)但是从长远看来，合作项目可以节省经费，利用分散在世界各国的出类拔萃的科技人才，并激起对全球未来的向往。各个国家的许诺都可能有起伏变化。我们很可能前进几步，又后退几步。可是总的趋势似乎是明显的。
尽管有不愉快的事件，以前两个对手的空间计划仍开始联合起来了。现在已经可以预见到有一个全世界的空间站——它不属于任何一个国家，而属于地球这个行星。这个空间站的轨道与地球赤道的倾角为51°，高度为几百千米。一个正在拟议中引入注目的合作项目称为“火与冰”，它是一艘高速飞行的太空船，要近距飞过冥王星——最后一个尚未探测的行星。为了飞到那里，需要借助于太阳的引力。在离太阳很近的地方，小探测器实际上会进入太阳大气。㈥此外，我们似乎即将组成一个“国际集团”来对火星进行探测。看起来很可能，如果没有全球合作，这些计划都根本无法完成。
让人去火星上探险，是不是有正当的、合算的和可受到广泛支持的理由，这还是一个悬而未决的问题。无疑还没有定论。这个问题留待下一章讨论。
我想论证，如果我们最终不打算把人送上像火星这样遥远的世界，那么我们就失去了建立空间站的主要理由(空间站是一个在绕地球的轨道上永远或间断地有人居住的前峭站)。太空船绝不是一个研究科学的最佳场所——无论是朝下看地球，或者向上看太空，还是想利用微重力㈦，都是如此(正是宇航员自身的存在就把微重力弄乱了)。为了军事侦察，太空站远逊于无人空间飞船。太空站在经济或工业生产方面也投有多大用处。与无人空间飞船相比，它要昂贵得多。此外，它当然要冒送命的危险。每次为建造太空站或为它供应物资而发射航天飞机，估计有百分之一二的灾难性失败的概率。以前发射的民用或军用航天器都在绕地球的低轨道上留下一些快速运动的碎片，它们迟早会与空间站相碰撞(虽然至今为止“和平号”空间站还没有遇到过这种危险)。为人类探测月球，也不需要空间站。根本没有空间站，“阿波罗”飞船还是成功地飞到了月球。用“土星5号”或“能量号”级的大型发射器，可以到达近地小行星或甚至火星，而不需要在轨道空间站上装配行星际飞船。
空间站具有启发智力和教育方面的意义，它肯定有助于加强从事太空开发的国家——主要是美国与俄罗斯——之间的关系。但是就我所知，空间站唯一的实质性的功能是为长期太空飞行服务。微重力对人的行为有什么影响?我们怎样阻止在失重情况下血液中化学成分的不断变化以及骨骼中估计每年6％的钙的流失?(对在失重状态下必须花三四年时间飞往火星的旅行者来说，这个效应累积起来甚为可观。)
这些问题几乎说不上是与脱氧核糖核酸或进化过程有关的基本生物学问题，而只是应用人体生物学问题。解答这些问题是重要的，但是只有花费很长时间飞往太空中很遥远的地方㈧，才能使问题得到解决。对建造空间站来说，唯一实质性的与合乎情理的目的，便是让人类最终到近地小行星、火星或更远的星体上去探测。国家宇航局对明确说清这一点一直是很谨慎的。这也许是因为它担心国会议员们感到厌烦，把手一伸，指责空间站是极昂贵的楔子上的尖端㈨，并且宣称美国把人送上火星的时机还不成熟。因此，事实上国家宇航局对空间站的真正用途一直保持沉默。即使我们有了空间站，也没有人会要求我们马上就到火星上去。我们可以用空间站来积累和增进有关的知识，并且需要干多久都可以。于是一旦时机成熟，我们准备好去行星时，我们就有了条件和经验。可以安全地到达目的地。
“火星观测者”的失败，以及1986年“挑战者号”航天飞机的灾难性坠毁都提醒我们，人类将来飞向火星或其他星体时，总会有一定的难以避免的出危险的可能。“阿波罗13号”飞船未能在月球上着陆，勉勉强强地平安返回地球，这说明我们多么走运。虽然人类制造汽车和火车已经一个多世纪了，我们还不能造出绝对安全的车辆。人类开始用火已经有几十万年了，世界上任何城市都有消防队员，他们耐心等待，哪里失火就去扑灭。哥伦布四次远航寻找新大陆时，他的船只多次沉没，1492年出发的那支小船队也损失了三分之一的船。
如果我们要送人去，必须有很好的理由——并且要有现实的认识，即几乎肯定会有人员伤亡。宇航员们已经了解这一点。尽管如此，志愿献身者从来不乏其人。
但是，为什么去火星?为什么不再去月球?月球很近，并且我们已经证实能够把人送上去。我关心的是，尽管它很近，到那里去即使不是死胡同，也是绕弯路。我们已经去过了，还从月球带回来一些东西。人们已经看见了月球岩石，而且我有充分理由相信，他们已对月球感到厌倦。它是寂静的，没有空气，没有水，天空漆黑，是一个死的世界。它最令人感兴趣的也许是布满陨石坑的表面，这是在地球与月球上都有过的古代灾难性撞击的遗迹。
对比起来，火星有气候变化，有尘暴，有自己的卫星、火山、冰极冠，有特殊的地形、古代的河谷，以及在这个曾经与地球类似的世界上有过大规模气候变化的证据。它过去可能有生物，也许现在还有。它是将来对生物最为适宜的行星——从地球迁移过去的人类靠它的土地生活。对月球来说，这一切都不存在。火星也有自己被陨石撞击过的一段历史。如果离我们最近的是火星而不是月球，我们对载人空间飞行就不会畏缩不前。
月球也不是理想的登陆火星的实习场所，也不是去火星的中途站。火星和月球的环境大不一样，面月球离火星与地球离火星同样远。用于火星探测的机械装备至少可以一样地在绕地轨道上测试，也可在近地小行星上，或在地球本身上
(例如在南极洲)测试。
日本对美国和其他国家规划与实施重大的太空合作计划的诺言，往往持怀疑态度。这至少是一个理由可以说明，为什么日本比其他任何从事空间开发的国家都更倾向于单干。日本的月球与行星学会是一个代表政府、大学及主要工业部门中对空间事业热心的人物的组织。在我撰写这本书时，这个学会正在提议完全用机器人的劳动建造和装备一个月球基地。据说实现这个规划大概需要30年，并且每年要花费大约
10亿美元(这相当于目前美国民用大空经费的7％)。只有在基地完全建好后，才能把人送上去。他们说，按地球上的无线电指令让机器人建设基地，比起送人去干活，经费会减少到十分之一。有消息说，这个计划遇到的唯一麻烦是日本的其他科学家一直在问：“为什么要建这个基地?”对每一个国家来说，这都是一个应该提出的问题。
第一次把人送上火星，很可能目前任何一个国家都无法单独承担这笔昂贵的费用。由人类少数种族的代表来实现这个历史性的任务也不适当。但在不太遥远的将来，由美国、俄罗斯、日本、欧洲空间局——或许还有其他国家，例如中国——采取联合行动，也许是可行的。国际空间站将会检验人类在太空合作方面进行重大工程项目的能力。
今天把1千克重的物体送人绕地球的低轨道的费用，大约相当于1千克黄金的价值。这肯定是我们现在还不能在火星上古老的海岸漫步的一个主要理由。多级化学燃料火箭是第一次把人送入太空的工具，正是它们直到现在还在使用。我们一直在努力改进它们，使它们变得更安全、更可靠、更简便、也更省钱。但是这还没有办到，至少几乎不是像许多人所希望的那样很快实现。
因此也许还有更好的办法：也许可以用单级火箭把负荷直接送入轨道；也许可以用大炮或用从飞机上发射的火箭把许多个小的负荷分别射出；也许可以采用超声速的冲压喷气发动机。或者还可能有比我们已经想到的要好得多的方法。如果我们能够利用目的地星体的空气和土壤制造出回程所需的推进燃料，那幺太空航行的困难将大为缓解。
一旦我们进入太空，并想去其他行星探险，那么，即使用了引力助推，火箭也不一定是运送大负荷的最好工具。现今的办法是，我们先作几次火箭点火，随后进行中途校正，最后靠惯性飞完其余的航程。可是还有一些大有希望的离子和核／电推进系统，它们产生较小的可是持续的加速。或者，像俄罗斯太空先驱齐奥尔科夫斯基(Konstantin
Tsiolkovsky)所首先设想的，我们可以使用太阳帆——即靠太阳光和太阳风来推动的庞大而极薄的膜，它们宽达几千米，可以在行星之间的真空区来回飞行。尤其是对于去火星或者更远的地方，这种方法比火箭要好得多。
和大多数技术一样，当一种技术勉强可以使用时，它作为这类技术中最早的，自然会改进它、发展它、利用它。不久，有若干机构对该技术进行投资，因此，即使该技术有什么缺陷，也很难改弦更张。国家宇航局几乎没有资金来探寻其他推进技术。这笔经费只能来自近期的，能够取得具体成果的，并且为国家宇航局的成功记录增光的项目。花钱去研究新技术，要等一二十年后才会有效益。人们对一二十年后的事情几乎没有兴趣。这样就使原先的成功埋下将来失败的种子。这和生物进化中有时出现的例子很类似。但是迟早会有某个国家——也许是一个在或多或少有效用的技术上还设有大量投资的国家——会开发出有效的其他推进技术。
甚至在新的推进技术研究出来之前，如果我们走合作的道路——也许在新世纪和新千年开头的几十年间——当一个行星际飞船在绕地球的轨道上装配出来时，这种进展的全部实况在晚间新闻中播出的时刻便会到来。宇航员就像来回奔忙的小虫子一样，把预制件装配起来。最后经过调试一切就绪，一队由各国宇航员组成的乘务组登上飞船，并把它开动到逃逸速度。在去火星的整个往返旅程中，乘务组成员们相依为命，这是一个和地球环境的实际情况相似的小天地。第一次联合载人行星际航行，也许只能近距飞过火星或绕它旋转。在这之前，带有气刹、降落伞和制动火箭的无人飞船谅必已平稳地降落在火星表面，在那里收集样品，把它们带回地球，井把供应物资留下来供未来的探测者使用。但是无论我们是否有迫切的、言之有理的理由，我都确信——除非人类先把自己毁灭掉——人类置身于火星之上的日子总会到来。这只是一个时间问题而已。
按照1967年1月27日在华盛顿和莫斯科同时签署的庄严条约，任何一个国家都不能声称拥有另一个行星的一部分或全部。然而由于哥伦布谅必已很了解的历史上的原因㈩，有些人关心的是，谁会最早踏上火星的土地。如果这真是一个使我们感到困惑的问题，我们可以当乘务组成员们在火星的轻微重力下着陆之际，把他们的脚踝绑在一起。
飞船乘务员们将会采集到新的或以前取得过的样品，一方面是为搜寻生命，另一方面是要了解火星与地球的过去和未来。为了将来探测的需要，他们要尝试从岩石、空气和表面下永冻层提取出水、氧和氧，用作饮料，供呼吸或开动他们的机器，以及为回程火箭作燃料及氧化剂。为了最终在火星上建设基地和定居，他们会测试火星上的物质。
他们也会去探测。我想象中的人类在火星上的早期探测，是一辆有点像吉普车的巡游车，在河谷网中上上下下地漫游，乘务员们手持地质取样的锤子、照相机和分析仪器在待命。他们寻找老早的岩石、古代灾难遗留的痕迹、气候变迁的线索、奇特的化学物质、化石或者——这是最激动人心也是最不大可能找到的——某种活着的生物。他们的发现以光速用电视播送回地球。你舒适地和孩子们一起躺在床上，就可以勘察火星上古老的河床。
㈠美国装牛奶的纸盒上常印有寻人启事。“火星观测者”太空飞船在火星附近失踪后，有人把寻找它的告示印在牛奶盒上。——译者
㈡以前有些天文学家用地面望远镜观察火星，宣称看到一些条纹，并认为这是“火星人”开凿的运河。——译者
㈢《圣经·新约全书》最后一章说．在世界末日有一场极大的战争，所用的武器可以从一个大洲射向另一个大洲。——译者
㈣“土星5号”是美国最大的火箭，也是发射“阿波罗“太空飞船的第一级火箭。“能量号”是苏联最大的火箭。——译者
㈤希腊文的第一个字母α。——译者
㈥这个计划称为“火与冰”，是因为太阳是火热的，而冥王星星冰冷的。——译者
㈦比地球表面的重力约小1O万倍的地区为微重力区。——译者。
㈧即长期在失重或微重力情况下生活。——译者
㈨意为昂贵的空间站只是开端：后面还有更昂贵的太空探测项目。——译者
㈩历史惯例是谁先发现的土地，谁就有权视其为自己的领土。——译者
第十六章 测天有术
我的朋友，谁能够给天空过秤?
——《吉尔加梅什㈠史诗》(苏美尔人，约公元前3000年)
这是怎么一回事?我有时很惊奇地问自己：我们的祖先能够从非洲东部步行到新地岛㈡、艾尔斯山㈢和巴塔哥尼亚㈣，能用石矛捕猎大象，在7 000年前能乘敞蓬小船横渡极区海洋，单靠风力推动环游地球；在进入太空后10年就在月球上行走——而我们竟被去火星飞行吓住了吗?可是我接着又提醒自己，地球上人们的苦难是可以避免的。只要花几块钱就可以救活一个因脱水而快要死亡的儿童。把去火星的经费节省下来能够拯救多少个儿童啊!——于是目前我改变主意了。究竟是不去好呢，还是去好呢?也许我提出了一种虚假的二分法。是不是可能既让地球上每一个人的日子都过得更好，同时又能到达行星与恒星?
在60和70年代，我们的航程不断扩大。你大概和我当时一样，已设想，我们人类在20世纪结束前就可以登上火星。但是没有去成，我们退缩了。如果不提机器人，我们在行星和恒星两方面都退缩了。我不断地问自己：这是我们胆怯了，还是成熟了?
也许这就是我们本来能够希望得到的最合理结果。从某种意义上来说，已经实现的也许根本就是一个奇迹：我们把 12个人送去月球作了长达一星期的旅行。此外，我们获得资助对整个太阳系进行了初步的考察，往外已经到了海王星。这些探测取得了丰富的资料，但是它们并不具有短期见效的，每天都有用的，让人吃饱肚子的实际意义。然而它们振作了人们的精神。它们启发我们认识自己在宇宙中的地位。不难想象，如果没有登月竞赛，没有行星探测，历史的因果关系会出现怎样的混乱情况。
但是也可以想象到，如果对太空探测更加积极热忱，那么今天我们就会有自动无人飞船去探测所有类木行星的大气，以及几十个卫星、彗星与小行星；还有一个分布在火星上的自动科学台站网，每天都报告它们的发现；地球上的实验室能检验来自众多星体的样品，揭示出它们的地质、化学，也许甚至还有生物的情况。人类的前哨站可能已经在近地小行星、月球和火星上建立起来了。
历史上有许多种可能的发展途径。我们特有的紊乱因果关系使我们走上了一个朴实而原始的途径，虽然在很多方面仍然有英勇的系列探测。但是这比起我们原本可以办到的——或者有朝一日能够做到的——还差得很远。
“把普罗米修斯的绿色生命之火和我们一起带到贫瘠的空地上，然后在那里点燃生命的风暴大火，这就是我们人类的命运。”这句话摘自一个名为“第一个千年基金会”印发的小册子。该组织承诺，只要每年交120美元的会费，“当时机成熟时，就可以取得太空殖民地的公民权”。捐献更多钱的“施主们”还会得到“突飞猛进的星体文明永恒的铭记。他们的名字会刻在将来月球上竖立的巨碑上”。这代表着对人类进入太空的持续热忱的一个极端。而更能代表另一个极端的美国国会却在质问，究竟为什么我们需要到太空去；尤其是不送机器人而是送人去。社会评论家埃齐奥尼(Amitai
Etzioni)有一次把阿波罗计划称为“幻月”。持这种倾向的人认为，既然冷战结束了，没有任何理由再实施载人太空计划。在这两个极端政策之间，我们该采取什么立场呢?
自从美国在登月竞赛中打败苏联之后，一个言之成理和为人们广泛了解的把人送入太空的理由似乎消失了。美国总统和国会各个委员会对载人空间飞行计划都感到无所适从。它的目的何在?我们为什么需要它?但是宇航员的功勋和登月计划的实现已经理所当然地赢得全世界的赞誉。政治领袖们对自己说，如果放弃载人太空飞行，这就等于抛弃了美国这项令人震惊的成就。难道有哪一位总统和哪一届国会愿意对结束美国的太空计划承担责任?据闻在前苏联也有一种类似的议论：人们自问，我们是否要放弃我们仍然执世界之牛耳的现有高科技?我们是不是齐奥尔科夫斯基、科罗廖夫(Sergei
Korolev)㈤和加加林的忠实继承人?
官僚机构的第一定律是保障自己的长期存在。没有上级的明确指示，国家宇航局自己管自己，逐渐转变成为只保持自身利益、工作机会和补贴的机构。在长期探测计划的制定和执行中，由国会唱主角的“肉桶政治”㈥成为越来越强大的支配力量。官僚政治僵化了。国家宇航局迷失了方向。
在1989年7月20日，即“阿波罗11号”登月20周年纪念日，布什(George Bush)总统宣布了美国空间计划的长远方向。这个称为“太空探测创举”(Space
Exploration Initiative，简称 SEI)的计划提出一系列目标，包括一个美国空间站，再送人上月球以及人类首次登上火星。在后来的一项声明中，布什先生把实现第一次踏上火星的目标定在2019年。
然而尽管有上面拟定的明确方向，“太空探测创举”计划还是落空了。在它制定4年后，它在国家宇航局连一个专司其职的机构都没有。本来应当得到顺利批准的用小而不贵的机器人探测月球的计划也被国会否决了。这是因为国会不愿把它和SEI扯在一起。是什么地方出了毛病呢?
一个问题是时间长度。SEI的时间跨度约长达5位未来总统的任职期(假定每位总统平均在位一任半)，这使每位总统都容易把责任推给他的继任人，但是继任总统是否认真对待这个任务，就大可怀疑了。SEI与阿波罗计划形成鲜明对比——阿波罗计划刚开始时也许己可猜出，它在肯尼迪总统或紧接他的下一任总统的任期内就能完成。
第二，有人关心安全成问题。国家宇航局最近连把几个宇航员送到地球上空320千米（200英里)都发生了严重事故，它是否能安全地把宇航员送进一个弧形轨道，用一年时间飞到1.6亿千米(1亿英里)以外的目的地，然后把他们活着带回来。
第三，这个计划完全是从国家主义立场拟定的，在设计与执行中都没有把与其他国家的合作当作基本条件。当时在名义上负责空间事务的副总统奎尔(Dan Quayle)在为空间站辩护时说，它表明美国是“世界上唯一的超级大国”。可是苏联已经领先美国10年拥有可运作的空间站，因此奎尔先生的言论令人难以相信。
最后，从实际问题考虑，还有钱从何处来的问题。对把人首次送上火星所需的经费，有不同的估计，最高达到5 000亿美元。
当然，在拟定探测计划之前，不可能估计出实际经费的数目。而探测任务的拟定与下列诸多因素有关：探测队的规模；减轻太阳和宇宙辐射危害以及失重影响的措施要达到的程度；还有为保障男女队员生命需要承担的其他风险。如果每位队员都有自己的专长，他们中间有一个人生病时该怎么办?探测队越大，后备人员就越多。几乎可以肯定你不会把一位专职的牙科医生送上去，但是如果你牙疼，要动手术，而你离最近的牙科医生有1.6亿千米（1亿英里)，该怎么办?难道可以让地球上的一位牙科医生用传真方法治疗?
冯·布劳恩(Wernher von Braun)是一位先后在纳粹德国和美国工作过的工程师，他为我们进入太空所作的贡献比其他任何人都大。他在1952年撰写的《火星计划》一书中，设想出用10艘行星际飞船、70名探险队员和3艘“登陆船”进行第一次火星探测。他心目中最重要的是“重复”。他写道，后勤补给的需求“不会多于在一个有限战场上所进行的小型军事行动”。他的用意是“完全驳倒用单独一艘太空船及一小队英勇的行星际探测队员去冒险的主张”。他赞赏哥伦布用三艘船的作法，因为如果不是这样，“历史会证明他大概永远也不能返回西班牙海岸”。当代火星探测设计全然不理睬他的忠告。这些设计人员远不及冯·布劳恩那样雄心勃勃，典型的只是用一二艘太空船和3-8名宇航员，另外有一两艘自动化运输船。我们现在设想的仍然是孤单单的一支火箭和一小队探险人员。
影响探测计划与经费的其他不确定因素还有：是否在送人上火星之前先把补给品从地球平安地运过去；是否利用火星上的资源提炼出供呼吸的氧、供饮用的水以及供回程用的火箭燃料；在着陆时是否用火星的稀薄大气作气刹；要带多少备用设备才算是谨慎小心；你所用的生态循环系统有多大的密封程度，是否仅依靠从地球带去的食物、水和废物处理装置；如何设计供队员勘察火星地形所乘的巡游车；以及你愿意带多少仪器去测试我们今后再去火星时靠当地资源过活的能力。
只有等这些问题都决定，否则确认这项探测计划的任何费用估价都是荒唐的。在另一方面，同样清楚的是实施“太空探测创举”计划的经费也极为昂贵。由于所有这些原因，计划无法启动。它成了一个死胎。布什政府没有作任何有效的努力，运用它的政治资本来推动“太空探测创举”计划。
给我的教训似乎是明白的：在较近的将来可能无法把人送上火星——尽管我们的科技能力完全可以办到。各国政府都不会只是为科学或探测而花费这样一大笔的钱。它们需要另一个目标，一个必须有现实政治意义的目标。
火星探测现在大概不能启动，但在能启动时，我认为从它一开头就应当是国际性的，经费和职责分摊；许多国家的专门技能都派上用场；价格必须合理；从批准到发射的时间应当与政治上的实际时间表相协调；此外有关各国的空间部门要证明它们有能力承担此项开拓性的探测任务，让探测队平安和及时地往返，并且不超出预算。如果能设想用不到1
000亿美元的经费，从批准到发射不超过15年，这项探测也许是可行的{就经费而言，只是目前从事空间开发国家每年民用太空预算的一小部分)。如果能用气刹和从火星空气提炼出供回程使用的燃料及氧气，现在已经看得出这样的预算和时间表似乎是切实可行的。
探测任务的费用越少，时间越短，宇航员就要去冒更大的生命危险。然而已经有不可胜数的例子表明，为了一项伟大的事业总会有能够胜任的志愿者去执行非常危险的任务，中世纪日本的武士便是一例。当我们致力于规模如此宏大的前所来有的计划时，不会有真正可靠的预算和时间表。我们要求的回旋余地越大，实现计划所需的费用就越多，时间也越长。要在政治的可行性与任务的成功之间找到一个正确的折中方案，真是不容易。
如果说因为我们有些人从小就梦想去火星，或者因为这对人类来说显然是长期探险的目标，这样的理由对于上火星是不充分的。如果我们为此要花大量的钱，应当还要有更充分的理由。
现在还有许多显然需要国家支持的事务，它们没有大量经费就办不成。与此同时，可以由联邦政府自由支配的预算却在令人痛苦地削减。化学和放射性有毒物品的处理，能源效率的提高，矿物燃料代用品的研制，技术更新速率的下降，城市基础设施的报废，艾滋病的流行，治疗癌症的灵丹妙药，无家可归人的安排，营养不良、婴儿夭折、教育、就业、保健——该办的事情多得令人叫苦不迭。忽视这些问题会危害国家的安宁。所有从事空间探探测的国家都面临相似的进退两难的困境。
要搞好每一项这样的事务，几乎都得花费上千亿美元。搞好基础设施需要几万亿美元。如果办得到，在全世界使用矿物燃料的代用品显然要花若干万亿美元的投资。有人告诉我们，这些项目都超出我们的支付能力。这样一来，我们哪里有钱去探测火星呢?
