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第12章 探秘红色行星(2)

齐奥尔科夫斯基和戈达德都是富有想象力的人(戈达德年轻时曾读过威尔斯的着作,并且深为洛韦尔的演讲所激动)。因此空间火箭应用的早期设想中包括建立一个空间科学站,用于从高空监测地球,并用作研究火星生命的探测器。所有这些梦想如今都已经实现。

设想一下,你是某一个相当遥远的行星的来宾,不带任何成见地飞向地球。距地球越来越近,观察越来越细,你对这个星球的看法也会逐渐改变。这个星球上有居民吗?你根据什么作出判断呢?如果存在智慧生物,他们可能已经建造出在几公里的范围内具有高衬比的工程结构。当光学系统和离地球的距离能提供1公里的分辨率时,这些结构就能被检测出来。但即使达到这样的分辨率。看起来地球仍然像是绝对的不毛之地。在我们称为华盛顿、纽约、波士顿、莫斯科、伦敦、巴黎、柏林、东京和北京的地方,完全看不出有生命或者叫做智慧生物的迹象。如果说地球上存在着有智慧的生物,那么,他们基本上没有把地球的外观改造成有规则的、具有1公里分辨率的几何形状。

但是,如果把分辨率提高10倍,开始可以看到小至直径100米的范围时,情况就大大改观了。地球上的许多地方就会突然变得具体、清晰了,就会显现出方形、矩形、直线和圆形的清晰图像。这些图形实际上就是有智慧的生物的工程艺术品:道路、公路、运河、农场、城市街道。这样的图形揭示了人类对欧氏几何和领土主义两种孪生的情感。在这样的分辨率下,就能在波士顿、华盛顿和纽约看到智慧生物的活动。而分辨率达到10米时,被加工过的地球表面景象便真正赫然可辨了,人们正在忙忙碌碌之中。不过,上述景象都是摄于白昼,黄昏或夜晚则又是一番景象:利比亚和波斯湾油田的熊熊烈焰,日本远洋捕鱼船队的深海灯光,大都市明亮的灯光。假如我们能把白天的分辨率进一步提高到1米,那么我们就能分辨出单个生物体,可以分辨出鲸、母牛、火烈鸟和人等。

地球上智慧人类的活动首先通过其建筑物的几何规则性来显现。因此,如果确实存在洛韦尔的运河网,则火星上有智能生物居住的观点就同样是令人叹服的了。这是因为,如果从火星轨道拍摄的火星照片上能发现生命活动,那么它的大部分表面必定被改造过,而技术文明的产物——运河建筑也许是最易于检测到的目标。但在无人驾驶飞船发回的无数火星照片中,除了一两幅莫名其妙的图片外,没有发现任何这一类的目标。不过,许多其他的可能性还存在,包括从大型的动植物到微生物,到已经灭绝的形态,以至到火星上从古至今从来就不存在任何生命等等各种可能性。与地球相比,火星距太阳较远,因此温度要低得多。火星上的空气很稀薄,而且主要由二氧化碳组成,只有一些分子氮和氢,以及极少量的水蒸气、氧气和臭氧。在那里不可能存在敞露的液态水,因为大气压太低,即使冷水也会迅速沸腾而汽化,恐怕只有在土壤的孔隙和毛细管中有极少量的液态水。而氧气含量之低远不能满足一个人的呼吸需要。臭氧的含量也低得可怜,以致能杀菌的太阳紫外线畅通无阻地照射到火星表面上。在这样险恶的环境下,还能有什么生物可以生存下去吗?

为了回答这个问题,许多年前我和我的同事制作了模拟当时所知道的火星环境的试验舱,把地球上的微生物接种到实验舱内,然后观察是否有任何生物能生存下去。我们把这样的试验舱很自然地叫做火星罐。试验舱的温度保持在与典型的火星环境相近的范围内,即在正午时略高于0℃,而在破晓前约-为80℃之间循环。舱内气体也主要由CO2和N2组成,保持缺氧的状态,用紫外灯重现太阳光的高通量。除了润湿沙粒表面极薄的一层水外,也不提供任何液态水。只过了一个晚上,有些微生物就冻死了,并且再也没有苏醒过来。由于缺氧,其他微生物也陆续喘息而亡,有的死于干渴,有的则死于紫外线。但是,总有数量可观的一些地球微生物在缺氧条件下也能生存,当温度降得太低时,它们就暂时处于休眠状态。它们能藏在小石下或隐身于薄沙层之下,以躲避紫外光的照射。在另外一些实验中,当供给少量液态水时,微生物又能照常繁殖生长。既然地球上的微生物都能经得住火星环境的考验,那么假如火星上有微生物,它们的适应本领也必定更巧妙。不过,究竟如何,我们必须亲自去看看才会明白。

在无人驾驶星际探险方面,苏联一直保持着很活跃的势头。每隔一二年,行星间就会出现最有利的相对位置,根据开普勒和牛顿所阐明的物理学原理,这时向火星或金星发射宇宙飞船能量消耗最少。60年代初以来,苏联几乎没有错过这样的发射机会。苏联人的不懈努力及其工艺技术终于结出了硕果。苏联共有5艘飞船,即“金星8”号至“金星12”号,都先后在金星表面着陆,成功地从金星表面发回了大量资料。这些飞船能穿过如此高温、高密度和有很强腐蚀性的金星大气层,其成就是不可否认的。尽管做过多次尝试,苏联飞船涉足火星却未成功。至少初看起来,火星似乎更友好些,那儿的温度不高,大气层也稀薄得多,气体也较柔和,此外还有极冠。明亮的淡红色天空、巨大的沙丘、古老的河床、陡峭的山谷,还有我们已经探明的太阳系中最大的火山结构,以及赤道附近温和的夏日。相对金星而言,火星的环境更接近于地球。

1971年苏联的“火星3”号飞船进入火星大气层。从飞船自动发回的无线电资料判断,“火星3”号飞船在进入大气层时,成功地打开了着陆系统,且准确地向下调整了防烧蚀护罩,适时地打开了巨型降落伞,并在接近火星表面时成功地点燃了减速火箭。根据“火星3”号发回的资料,它在这颗红色星球上的着陆应该说是成功的。但是在着陆后,飞船却向地球发回20秒钟没有图像的电视片段,随之就神秘地消失了。1973年发射的“火星6”号着陆器也发生了与此十分类似的情况,这次是发生在着陆后不到1秒钟的时间内。这究竟是在哪里出了毛病呢?

我所见到的第一幅“火星3”号的图片是在一枚苏联邮票上(面额为16戈比)。它描绘了飞船正穿过某种紫色浊流而降落的情景。在我看来,邮票的作者是想说明火星上存在尘流和飓风,因为“火星3”号当时是迎着巨大的尘暴进入火星大气层的。我们从美国的“水手3”号发回的资料证实,火星表面附近的风速超过每秒140米,这比火星上声速的一半还高,正是巨大的尘暴产生了这种高速风。我们和我们的苏联同行都认为。可能正是这种高速风使“火星3”号飞船无法张开降落伞,结果,虽然它在垂直方向的着陆很和缓,但在水平方向上却具有致命的高速度。飞船在大型降落伞没有张开的情况下降落时,特别易受水平风的伤害。“火星3”号在着陆后可能弹跳了几下,接着撞上了岩块或火星表面的其他凸出物而倾翻,结果,无线电与载波总线失去联结,发射机失效。

然而,“火星3”号为什么会钻进巨大的尘暴中去呢?要知道,“火星3”号的飞行程序在发射前就已经严格地制定好了。在它离开地球之前,它的每一步飞行动作都已存入飞船计算机。因此,即使弄清了1971年发生的那次大尘暴的猛烈情况,也不可能再去改变计算机的程序了(用宇宙探险的行话来说,“火星3”号的飞行程序是预编程序,而不是自适应程序)。“火星6”号的通讯中断更加神秘莫测。该飞船进入火星大气层时,火星上并没有发生全球性的尘暴,也没有理由怀疑在着陆点发生了局部的尘暴(有时会发生这种局部尘暴的),也许在着陆的一刹那飞船发生了技术故障。但也许是在火星表面上存在某种特别危险的东西。

苏联飞船在金星着陆成功,但在火星着陆失败这两件事自然使我们对美国的“海盗”号的发射多少有些担心。原来曾非正式地计划要在1976年7月4日,即美国建国200周年纪念日,让“海盗”号的一个着陆器在火星表面软着陆。和苏联飞船一样,“海盗”号的着陆器也包括一个防烧蚀护罩、一个降落伞和几枚减速火箭。由于火星大气层的密度只及地球的百分之一,在“海盗”号进人火星稀薄的大气层时,为了使着陆器减速,使用了一个直径18米的特大型降落伞。由于火星大气如此稀薄,如果“海盗”号在高处着陆,就没有足够的气体来制动着陆器,结果会使飞船跌得粉碎,因此需要选择一个低洼的着陆点。从“水手9”号飞船发回的资料,以及地面雷达的探测结果来看,我们知道有许多这样的区域。

为了避免“火星3”号同样的命运,我们把“海盗”号的着陆选在风力最小的地点和时间,会毁灭着陆器的大风可能强到足以把尘土扬离火星表面。因此,如果我们所选择的着陆点经过核实没有活动的浮尘,那么我们至少可以有把握地确保风力不会太大。“海盗”号着陆器在进入火星轨道时,先不与轨道站分离,而等候轨道站对着陆点进行勘察之后才开始降落。我们通过“水手9”号发现,火星表面亮区和暗区图案的变化都发生在大风之际。假如轨道站发回的照片表明发生了那种图案的变化,我们当然不会认为着陆点是安全的。但是我们也不可能有百分之百的把握。例如,假设着陆点的风力非常大,把表面浮土都刮走了,其后在那里又出现大风,我们就无从知道了。火星比不得地球,详细天气预报的可靠性当然要差得多(诚然,“海盗”号飞行的众多使命之一就是要加强对这两颗行星天气的了解)。

由于通讯和温度方面的限制,“海盗”号可能无法在火星的高纬度区着陆。无论在南半球还是在北半球,过于靠近极区(超过45°或50°),飞船与地球之间的有效联络时间以及飞船避免极低点的时间,都十分短暂。

我们不希望在一个过于粗糙的地方着陆,因为那可能会使飞船倾覆甚至毁坏,至少准备用来采集火星土样的机械手可能被卡死,或者悬离表面1米的高处而无用处。同样,我们也不希望降落点过于松软。倘若飞船的3个着陆架深陷在疏松的泥土中,各种讨厌的后果就会接踵而至,其中包括取样机械手无法转动。但是,我们也不希望着陆点太坚硬,如果降落在一片坚硬的火山岩地面上,没有粉状的表层物质,机械手也无取到对计划中的化学和生物实验至关紧要的样品。

当时可能得到的最佳火星照片来自“水手9”号轨道站。即使如此,其摄取的图像也未能优于90米(约100码)的范围。“海盗”号轨道站发回的照片也没有多大的改进。在这些照片中,1米(3.281英尺)长的石头是完全无法分辨出来的,而约1米长的石头却能给“海盗”号着陆器造成灾难性的后果。同样,照片也无法检测出又深又软的尘土。幸运的是有一种方法能使我们确定可能的着陆点的粗糙度或松软度,那就是雷达。很粗糙的地方会使来自地球的雷达波束发生散射,因而反射率很低,甚至在雷达屏幕上呈现一片漆黑:而很疏松的地方沙粒间的间隙很大,也会使反射减弱。我们还无法区分粗糙地点或松软地点,但在选择着陆点方面幸好并不需要去区分它们。我们知道,这两种情况都同样是危险的。初步的雷达探测表明,火星表面有四分之一到三分之一的地区对雷达波没有反射,因此都是“海盗”号的禁区。话又说回来,并不是整个火星表面都能用地球上的雷达探测到的,雷达所能探测的只是北纬25°到南纬25°之间的条带,而“海盗”号轨道站自身又没有勘测火星表面的雷达检测系统。

着陆点的限制条件实在太多了,诸如着陆点的地势不能太高,风力不能太大,地面不能太硬也不能太软或太粗糙,离极地也不能太近。显然,我们不知火星上是否有这样的地点能同时满足所有上述的安全标准,我们也没有能找到令人满意的着陆点。

一旦把“海盗”号轨道站——着陆器的结合体送上火星轨道,它在火星上着陆的纬度就无法再改变了。如果其近地点是在火星的北纬21°,着陆器就只能在北纬21°着陆,但通过等待在其下方的火星转动,可以在任意的经度上着陆。正因为如此,“海盗”号的科学家选择了好几个有希望的着陆地的纬度。为“海盗1”号选择的是北纬21°,主着陆点是在称为“克雷斯”(希腊语,意为“黄金之地”)的地区,该地区靠近4条蜿蜒的水道交汇处,这些水道被认为是在火星历史前几个世纪由流水冲蚀而成的。看来,“克雷斯”符合上述全部标准。但是,雷达观测的是“克雷斯”附近的区域,而不是“克雷斯”着陆点本身。由于地球与火星几何位置的关系,对“克雷斯”的第一次雷达探测只是在计划的着陆日期前几周才进行的。

为“海盗2”号选择的着陆点是北纬44°,主着陆点为“赛多尼亚”。之所以选择这个地点,是因为根据理论推断,这里极有希望存在少量的液态水,至少在火星一周年中的某些时候是如此。由于预先进行的“海盗”号生物实验的对象是适应液态水环境的生物,一些科学家认为,在“赛多尼亚”着陆会大大增加“海盗”号发现生命的机会。也有人认为,在火星这样一个多风的星球上,如果存在微生物,那就应该到处都有。看起来这两种观点都有道理,难分高低。然而,显然无法对北纬44°进行雷达探测,而且让“海盗2”号进入高纬度区,我们将不得不面对巨大的失败危险。还有人认为,如果“海盗1”号着陆成功,而且运行情况良好,那么“海盗2”号将能承受更大的危险。对于花费超过10亿美元的这种飞行的命运,我本人是十分保守的。我不禁设想到飞船在“赛多尼亚”刚一着陆就不幸发生碰撞。一种关键的仪器因而发生故障。为了增加“海盗”号着陆点选择的余地,我们在南纬4°附近的雷达可探测区,另外选择了几个在地质上与“克雷斯”和“赛多尼亚”大不相同的着陆点。“海盗2”号究竟在高纬度区还是在低纬度区着陆的问题,直到最后一刻才确定下来:选择了与“赛多尼亚”同一纬度,地名本身就是充满希望的地点:“乌托邦”。

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