如果我们跳进土星的大气层,那会如何?
在火星和木星之外,有一颗华丽无比的行星,它与地球相距约15亿千米,是太阳系中最具特色的行星之一:它就是拥有独特光环的土星。尽管其他所有气态巨行星(木星、天王星、海王星)都有光环,但没一个比得上美丽的土星环——它主要由岩石和冰块构成。这位“光环之王”也许是最能激发人类对太空好奇心与想象力的行星,让许多孩童都渴望拥有一架望远镜,好“近距离”观察宇宙中是否真的存在这样一件艺术品。
归根结底,科学家也是受孩童时期的幻想与**驱动的,他们一心希望能近距离地观察那颗气态巨行星。1997年,从卡纳维拉尔空军基地发射出一个小小的探测器,名为卡西尼号(Cassini)。它经过7年的漫长旅行,于2004年开始环绕土星转动。在工作的那些年里,它给我们发送了数千张美丽壮观的图片和浩如烟海的数据,揭示了这颗行星的许多秘密。2017年9月15日,卡西尼号迎来了它无法逃脱的命运:它的任务已经完成,科学家决定让它坠落到土星的大气层里。理由很简单:避免其在不受控制的情况下坠落至土星的某颗卫星上,污染其中一些潜在的宜居天体。实际上,探测器在发射升空之前就要消毒,为的是消除一切地球污染,但并不存在绝对彻底的消毒方式。
可怜的卡西尼号坠入土星大气层后也没怎么抗争,没来得及向我们发送关于这最后一跃的任何图像。很可能探测器刚落入土星云层就解体了。
卡西尼号是人类制作的第二个在气态巨行星大气中解体的探测器,同样的命运也曾降临在伽利略探测器(sonda Galileo)上,出于类似原因,它在2003年坠毁于木星。如果被我们派遣坠入土星的是一个有血有肉的人,那会怎样?也许接下来的文字会被你当作1001种快速死亡的方式,但我们担保,这一章里没有任何人遭受虐待。
首先你要知道土星和地球有很大区别:土星是一颗气态巨行星,半径约为地球的9.5倍,质量是地球的95倍,但其表面并非固体。它的密度很小,比水还小:如果我们把它放在一个足够大的盆里……它会浮起来!它的大气和地球大气迥然不同:土星大气中96%是氢,剩下的是氦和少量其他物质,比如氨和甲烷。压强和温度显然也不同,慢慢坠入土星内部时,那些气体会产生巨大压强,同时温度也将大幅上升。但我们不想毁了你旅行的兴致,所以请系好安全带,这肯定会有用的。开始下落!
数年后旅行结束,现在土星就在你面前,它的光环开始现出真实面貌,不再像地球上看到的那样结构分明。在光环和大气之间找个平稳的地方把飞船停下,然后降落到土星内部。刚开始映入眼帘的景象十分梦幻,降落的前几千米看得很清楚:你头顶上深蓝色的天空中,美妙绝伦的土星环在太阳光照射下完全显现出来,灿烂辉煌,雄伟壮观。你意识到,这些光环有数万千米宽,虽然它们的厚度只有数十米,却占据了你的大部分视野。你开始发现自己脚下有许多晶状氨形成的云,看起来呈近乎发白的黄色。冷,特别冷,温度约为-190℃。旅途到这儿或许就结束了,因为你会在瞬间冻成冰块死掉,除非你身穿一套非常坚硬的防护服。如果是这样的话,你就不会马上死去,还能再享受享受降落的过程。由于这里的引力不比地球上大多少(大7%左右),所以降落速度就和在地球上跳伞的速度差不多。几秒后你就进入了氨晶体组成的稠密云层,压强和温度开始上升,光线变得更暗。越往下,大气就越浓密,你的下降速度也就越慢,因为有摩擦。你又降落了100千米,这时已经穿过了第一层云。此前看见的景象让你觉得土星上不宜居住,但与接下来的遭遇相比,这种环境就像一个舒适的客厅:还有烧得正旺的壁炉和舒适的沙发。你落入由硫化氢铵组成的云层,在这些云朵的映衬下,加上阳光越来越难穿透进来,你周围的一切都开始变成暗淡的棕褐色。现在压强增加到地球上气压的4倍之大,温度上升到“舒适的”- 100℃。你已经穿越了土星大气的数百千米,但与土星60 000千米长的半径相比,这也不算什么。这里伸手不见五指,你继续降落,速度已经减到几百千米/小时了。如果没有保护措施,穿过氨晶体和硫化氢铵组成的云层之后,你已经全身溃烂了,但由于防护服足够坚硬,所以你还能继续下降。再穿过100千米左右,你便被包围在令人焦虑的黑暗之中,氨云即将消失,接下来要面对另一个问题:土星上刮的风算得上是整个太阳系里的最强风,速度能达到1800千米/小时,超过地球上记录的最强风的4倍。总而言之,就算此前防护服阻断了氨对你的伤害,现在来攻击你的轮到强风了,还有一场足以将你砸个稀碎的超音速冰雹。除非防护服足够抗砸,能确保你的安全并继续降落。
奇怪之处才刚刚开始。在降落大约300千米之后,你已到达这地狱般的云层的最底部,面前的一派景象完全出乎意料,甚至让你感到熟悉:水蒸气组成的巨大云层,就像地球上暴风雨来临前的乌云!这里的压强是地表压强的10倍,温度已达到0℃。夜晚不再黑暗,因为骇人的巨型闪电从各个方向传来,照亮可怕的风暴。从下降开始已经过去了2个小时,如果说此前的经历可以用怪诞、致命来形容……好吧,那你就搞错了。刚刚穿过数千米厚的云层和可怕的闪电,接下来你将淹没在一片黑暗中。大约再降落400或500千米,温度就会急剧上升,先是20℃,然后是100℃,最后是1000℃。此前只是让你觉得神奇,现在就是不可思议了。压强开始增大,你什么也看不见,但能感觉到身边的一切都慢慢变得稠密,同时你的降落速度急剧减小。周围完全是黑的,压强极大,温度高得吓人——你浸入了氢氦混合物,它们因周围环境太过极端而变得越来越稠密,最后转化成了液态。你又能看见东西了,这里的气体都烧红了,把周围一切都映上了微红色。如果你的防护服不含推力系统,那你们肯定会一直漂浮在炽热(5000℃以上)的氢“海”上,并受到比地球上大数千倍的压强。不用说,你会死得很惨(细节就略过吧),除非你的防护服有无与伦比的坚硬程度。毫无疑问,前面的景象会更有意思。所以,是时候打开你防护服的推力系统了,以便继续降落。你会浸入液态氢的海洋深处,压强和温度逐渐上升,高得超出想象。在大约32 000千米的深度,压强超过地球上大气压的200万倍,温度比太阳表面的温度还高得多,超过10 000℃!物质在如此极端的环境中真的会变得非常奇特,但科学家们要弄清楚这里的物质有何特性还比较困难,并且随着我们浸入深处,环境还会变得更加匪夷所思。在这样的条件下,氢会变成液态金属——千真万确,你正漂浮在炽热的“金属氢”形成的海洋上!氢原子因受到过度挤压,开始共享电子,仿佛它们真的是一种液态金属而非气体。这一奇特物质是导致土星和其他气态巨行星磁场极强的因素之一。氢还是绝妙的导电体,放电时能将一切物质卷入其中,瞬间烧毁。接下来是尴尬的选择:你可以融化成**而死,也可以被烤焦、腐蚀或被巨大压力压扁而死。但我们已经知道,你的防护服能抵挡一切,所以你还能继续降落15 000千米。也许要花费好几个星期才能穿越这片辽阔的金属氢之海,因为周围的**实在太浓稠了。
穿越大约60 000千米后,你的双脚终于接触到硬物了:现在到了土星的核心,抵达这趟旅程的终点。土星内核是一个巨大的球,几乎是地球的两倍大,隐藏在约60 000千米厚的大气下,组成物质包括岩石、奇特的冰块、金属以及或许我们永远想象不出来的其他物质,因为在实验室里都见不到。你开始漫步,也许这里才算是气态巨行星的“表面”。这儿的温度超过12 000℃,压强是地球大气压的1千万倍。无论身穿何种防护服,你的旅途到此也都结束了,并且你再也回不了地球……以后旅行最好换个目的地吧。