不可思议的类星体
1960年，美国天文学家桑德奇，用当时世界上最高倍的天文望远镜，观察到一个名叫3C48的射电源；但是随后人们又发现，其实它并不是一个射电皇系，而是一颗颜色发蓝的暗星。它的光谱中有一些又宽又亮的发射线，这些发射线在光谱中所处的位置很奇特，以至在长达3年之久的时间里，竟然无人能辨认出。
1963年，另一位旅美荷兰天文学家施密特，又发现了距离我们有23亿光年并且与3C48相类似的天体3C273。施密特在对3C273的光谱进行详细研究分析后，发现它们不过是普通的氢光谱线；因而可以确定在这个天体上，并没有什么地球人未知的新元素。
所不同的是，这些元素的谱线都向长波方向移动了一段距离，天文学上把这种现象叫做“红移”。当一颗恒星背我们而去时，从地球上看，恒星的光波频率会降低，波长会变长。这就是红移现象。红移值越大，则恒星离去速度越大，与我们距离越远。一般恒星发生这种红移现象时，移动的数量很小。可是这个星体的红移量非常大，比一般恒星的红移要大上几百：倍甚至上千倍。
这种新型的天体即使用最大的天文望远镜观测，绝大多数也仅仅呈现为恒星似的微小光点。根据美国天文学家哈勃在1929年总结出来的规律，红移的大小同星系与我们的距离成正比，红移越大，星系距离我们也就越远。这种巨大的红移表明它们是极遥远的河外天体。按照哈勃定律，可以推测出这些天体远在几十亿光年甚至上百亿光年以上。
当初，天文学家们正是因其貌似恒星而实非恒星，便将它们命名为“类星体”——意即“类似恒星的天体”。不过，后来发现有些类星体的周围有微弱的星云状包层，还有一些有喷流状结构，因此其外观与恒星并不完全相似。所以严格说来，“类星体”这个名称已经算不上名副其实了。
如今，多数天文学家认为，类星体乃是星系一级的天体，它们可能是某些活动剧烈的星系核心部分。经过科学家们的研究，类星体的发光能力极强，比普通星系要强上千百倍，例如3C273亮度为12.8星等，而太阳若放到其位置上，我们根本就观测不到，因此类星体得到了“宇宙灯塔”的美名。更令人们界非常吃惊的是，类星体的体积很小，直径仅有普通星系的十万分之一甚至百万分之一。
为什么在这样小的体积内会产生这么大的能量？这一问题使得科学家们兴趣倍增而又大伤脑筋。起初人们难以对它的能量来源作出解释，便将此称为类%星体的“能源困难”。近年来，种种假说接踵而来。有人认为其能源来源于超(新星的爆炸，并猜测其体内每天都有超新星爆炸。还有人分析是由于正反物质的湮灭。更有人推测类星体中心有一个巨大的黑洞，吸引并吞噬周围的物质同时以辐射的形式释放出巨额的能量，单单这一过程已足够提供为解决“能源困难”所需的全部能量。当然，要想拨开类星体的迷雾，还有待于科学家们辛勤探索。
另外，在类星体与我们之间的漫长距离上，存在着种种非常稀疏又非常暗弱的物质，通常人们是无法观测到它的；但是，这些暗物质会吸收类星体的辐射，使类星体的光谱中出现各种附加的吸收线。研究这些吸收线，就可以反过来推知那些暗物质的情况了。这也是人们对类星体极感兴趣的又一个重要原因。
关于类星体，目前尚有许多争论，焦点就在于其距离究竟是否那么遥远。测定类星体距离的依据正是它们的光谱线红移。星系光谱线红移的原因是它们都在有条不紊地彼此远离而去。换句话说，星系红移的本原乃是光源运动造成m的多普勒效应。类星体既是星系级天体，人们便猜想哈勃定律同样也适用于它。于是，只要测出类星体光谱线的红移量，就可以推算出它们的距离。然而问题在于：类星体的红移量异常之大，如果用多普勒效应来解释，则绝大多数类星体必定正在以每秒几万公里、十几万公里，甚至以接近光速的巨大速度退离我们而去。根据哈勃定律算出这类类星体与我们的距离远达数十亿乃至上百亿光年。正是由于类星体既如此遥远又显得相当明亮，才导致了其产能率高得令人吃惊的“能源困难”。这时，有人便转而怀疑：
类星体是否果真如此遥远？用多普勒效应来解释类星体的红移是否合理？就这样，“类星体红移本原”便成了当代天文学中的一大疑惑。
在探求类星体红移本原时，天文学家有不同的意见，于是出现不少说法，如“宇宙学红移”、“非宇宙学红移”、“速度红移”等等。遵循完全不同的思路，还先后有人用“光子老化”、“基本物理常数的变化”等越出传统物理学框架的大胆假说，来解释河外天体红移的本原。但是它们迄今尚未得到任何物理实验和天文观测事实的支持。
总的说来，在现阶段，绝大多数天文学家认为类星体红移具有宇宙学本质。
例如，按照一定的标准将类星体分类，将某一类类星体当作具有相同绝对光度的“标准烛光”，结果表明，它们大致遵循哈勃定律；又如已在几个星系团内各发现一个类星体，而这些类星体的红移与相关星系团的宇宙学红移相近等等。
但有不少天文学家，如美国的阿普认为，类星体红移具有非宇宙学的本质。而美国基特峰天文台台长伯比特则认为，类星体红移既有宇宙学红移，也有非宇宙学红移。
大部分天文学家根据类星体光谱线有较大的红移，认为类星体是相当远的天体。但是后来几位天文学家指出，至少有一些类星体距离地球比较近。他们的主要证据是在那里一颗类星体与一个多普勒位移小得多的星系有明显的联系。美国国家射电天文台的卡里利和他的同事，对上述令人颇感兴趣的类星体——星系样本进行研究。
更令人惊奇的是，类星体的速度居然超过了光的速度。1977年以来的发现证实，还是那颗3C273它的内部有两个辐射源，并且它们还在相互分离，分离的速度竟高达每秒2880000公里，是光速的9.6倍。不仅如此，继此之后，人们还相继发现了几个“超光速”的类星体。简直不可思议！因为迄今为止地球上的人类普遍认为，光速是不能超越的，然而上述发现又是那样的奇特，不能不让人感到困惑不解。
探索红色星球——火星
在太阳系中，火星是一颗旋转于地球轨道外侧的行星。它呈现出不寻常的红色光芒，荧荧如火，在人类的视野中产生了极深刻的印象。在中国古代，人们将火星称为“荧惑”。很早以前，日本人也曾把火星当成是一颗不吉祥的星，给它取名为“灾难星”和“红焰星”。而古罗马人称它为“马尔斯”（神话中的战神），将它与战争、鲜血联系在一起。
的确，火星是一个红色的世界，它充满了神秘的色彩，就连它为什么是红色的，人们都研究了数千年。后来，科学家们从发射的火星探测器带回的新资料分析中才知道，原来，火星的红色与它的表面物质状况是分不开的。火星表面有如同月亮上那样众多的环形山和火山，风化作用产生的大量铁锈，使这里几乎到处是红色沙漠，连天空也是红橙色的。火星表面为什么含铁量会如此的丰富呢？这个问题直到现在也仍然没有人能够说明白。
在太阳系九大行星中，人类对火星的探测力度最大。从20世纪60年代初至今，美国和前苏联一共向火星发射过20多个探测器。其中探测收效比较好的有：1971年美国发射的“水手”
9号；1975年美国发射的“海盗”
1号和2号；1996年美国发射的“火星环球勘测者”号和“火星探路者”号。其中“海盗”1号和2号，“火星探路者”号三个探测器均在火星上软着陆，并进行了多方面的考察。“探路者”号还带去了“旅居者”号火星车，实现了可移动性的探测考察，为宇航员登上火星开辟了道路。一系列探测活动使得人类对火星的研究有了较大的进展。
我们为什么偏偏对火星情有独钟呢？也许因为它是我们的近邻，也许因为它和地球太相似，所以对我们别具吸引力。
火星素有“小地球”之称。它的半径为3390千米，比地球的半径（6378千米）差不多小了一半。论体积，在类地行星中，它只是比水星大些，比地球和金星都要小。相对于地球，火星离太阳的距离远些，它的运行轨道比较长，运行的速度也慢些，因此，它的公转周期是687天。这样一来，地球每隔两年又两个月才能遇上火星。另外，它以24.623小时的周期绕轴自转。自转周期与地球如此相近的行星，目前尚未发现第二颗。不仅如此，火星的自转轴的倾角方式也和地球非常接近。火星上也有四季交替，只是它的每一季都是地球的两倍长。有趣的是，火星的南、北极白色的隆起部分，会随着季节变化而扩大、缩小，人们把它们叫做“冰冠”、“极冠”。从天空中观察火星，还能看见它有稀薄的大气层，有两个“月亮”——火卫一、火卫二围绕着它运行。
这一切都让人感到亲切，它简直就是地球的影子。毫无疑问，“小地球”增强了人类对它作出深人研究的信心，更多的人则是希望拨开层层迷雾，见到期待已久的宇宙同类，哪怕它们是“小绿人”之类的另类生命；也有人希望能通过对火星的研究，为地球上日益膨胀的人口开辟出一个更加美好的世界。
1965年7月，当“水手”4号火星探测器首次飞越火星上空，把拍摄的照片传送到地球时，人们喜悦的心情混杂了些许失望。
火星是怎样的一种状态呢？原来，火星像月球那样布满了环形山，其中有些大山高度在2万米以上，地球上的最高峰都无法与之相比。另外还有被撞得坑坑洼洼的地表以及深沟宽壑。
火星上稀薄的大气层密度相当于地球大气层30~40公里高处的密度，大气的主要成分是二氧化碳，约占95%此外还有氮占2~3%氩占1~2%，氧的含量很少。火星表面白天最高气温为-13T，夜间最低气温为-73T气温和气压都变化很快。在最冷的地方连二氧化碳都会结冰，它的冰冠至少有一部分是冻结的二氧化碳。在这样的状况下，液态水存在的可能性极小。
虽然人们美好的愿望遭到打击，但对于火星的认识却跨出了重要的一步。如过去人们一直困惑于火星的红色，有人甚至猜测说，火星上生长着大片大片红色的植物，而冰冠的冰雪消融，正好灌溉红植物。经过火星探测器探测，人们才知道火星上并没有红色植物，它之所以呈现红色光芒，是因为地表风化浮土层富含氧化铁，这种浮土层厚达20米，并有2米厚的氧化硫尘埃。当火星反射太阳光的时候，富含铁的铁锈红便反射了出来。有时火星上狂风大作，黄色尘埃腾空而起，形成所谓“大黄云”，有时能将半个星面盖住。
虽然现在的火星是完全干涸的，但研究显示，火星上曾经有过水。有丰沛的水，又有大量的氧，加上比较充足的阳光，这三条产生生命必备的条件都有了，让人不禁追问：火星上存在过生命吗？如果存在过，它是以什么样的形式存在呢？
1996年8月，人们在地球南极的冰层下发现一块陨石，随即掀起了一场“火星生命热”。一块重约1.9千克、看起来并不起眼的陨石，一下子变成了稀世珍宝，备受世人瞩目。美国航天局和一些着名大学的科学家宣称，他们发现了来自火星的陨石，这块陨石在南极的冰层下已沉睡了1.3万年，它的内部存在着微生物的化学、化石残留物。
这块陨石被命名为ALH84001，根据推测，它是在大约1600万年前，随着一场意外的爆炸（也许就是未知的卫星撞击火星时），被抛到了火星大气层。偶然的机会让它摆脱了火星的引力，在星际空间流浪了几百万年。约在1.3万年前，它划出美丽的弧光，落在地球南极洁白的冰原。
天外来客ALH84001受到了极高的礼遇。科学家们围着它整整研究了3年。人们用扫描电子显微技术，对它的内部构造、成分进行分析，发现了它有一些分节段的管状物、若干碳酸盐的小球、一种与地球上古代细菌化石类似的圆形物等等。研究结果认为，有理由表明火星在36亿年前，是一个有生命的时期。
这一研究结果使许多人感到振奋，但也有人认为就一块陨石而下如此结论为时过早。他们认为，火星生命之谜是一个不寻常的课题，必须要有充足的证据来证明。这并非否定火星生命的命题，而是必须对火星进行深层次的探测。
火星上是否有生命，是科学家们非常关注的话题。目前，“火星环球勘探者”上，有专门探测火星表面矿物构成的仪器。现在它还没有发现能够产生构成生命基本成分的岩石。
可以预计，科学家们探索火星的手段也将越来越高。根据报道，下一步将计划火星有人探测。它是继月球探测之后的又一重大目标。到火星去，单程即需要200多天，它涉及许多领域和新技术，预计在2010年，将由一个庞大的宇宙飞船团实现伟大的火星之旅。在此之前，地球的南极将被科学家们用来做“适应性训练”的实验场。因为南极有永久冰封的大陆，长期缺乏阳光，用它来模拟火星表面环境，也许是再合适不过的了。
有人说，全面揭开火星秘密的时代即将到来。凭借今天的科技力量，再用百余年的努力，火星也许就是地球人类的理想居住地。
横空出世的彗星
彗星俗称“扫帚星”，历来被迷信的人们认为是“灾难之星”。它往往不期之间突然“横空出世”，拖着一条别致的长尾巴，在夜空悠然而过（有时可能有两条尾巴，即“双尾彗星”，让一些疑心重重的人更觉“灾难深重”）。但在现代天文学家眼里，它与人间是非完全无关，只不过是宇宙里一个孤独的“流浪汉”。甚至有时，它引发人们奇思妙想，也让喜欢它的人诗兴大发。
在古人观念中，天上的星宿是和地上的人类息息相关的。彗星因为“相貌”奇特，所以它的出现引起猜疑乃至恐惧。在中国古代，人们除了叫它扫帚星（形似扫帚），还称之为“蚩尤”（喷火的龙）、“妖星”、“灾星”等等。古代西方人觉得它像“匕首”、“长枪”或“宝剑”，实属“不祥之物”。人们常常将它看成是瘟疫、战争、灾害降临的征兆，于是出现了许多相关的迷信和恐怖传说。如公元前44年3月15日，古罗马恺撒被暗杀；9月23日，罗马市民：
为悟撒举行追悼仪式，突然天空中出现一颗大彗星，持续了7天之后才离去。人们认为这是恺撒显灵，预示更加残酷的内战。
到了近代，天文学已经能够比较准确地预报一些彗星的回归时，迷信仍然大有市场。哈雷彗星是第一颗被准确预言回归的彗星。英国天文学家哈雷计算出，它每隔大约76年，会按时回归地球一次。但1835年哈雷彗星如期回归时，有人把它同世界许多地方出现的自然灾害联系起来。如在日本发生了“天保大饥荒”（德川幕府时代最大的饥荒），有20~30万人被饿死，饥馑还引起了全国性的大暴乱。其实这简直是“嫁祸于‘人’”。把1910年哈雷彗星的再次回归，同曰本东京发生的明治时代最大的水灾胡乱联系，也是一例。在欧洲，人祸胜于天灾的情形更加明显。当天文学家宣布1910年5月19日哈雷彗星的回归时，欧洲一些国家出现了恐慌。人们居然相信彗星是有毒的，如果它扫过地球上空，人就会被毒死。一些神父们乘机盛惑人心，宣扬“世界末日”来临，要求人们赶紧祈求上帝宽恕。可笑的是，有人因恐惧竟然自杀。可结果如何呢？它对地球和人类没有丝毫破坏，人们只是虚惊了一场。
彗星在冤屈之中度过了漫长的岁月。随着实践和知识的发展，今天人们不再以恐惧的眼光来看待它。那么，彗星的真实面目究竟是如何呢？
古代人们描绘的彗星形态是奇形怪状的，但这些描绘都不是彗星的真实形态。随着科学技术的发展，有了照相技术和宇宙飞船、人造卫星等探测设备我们对彗星有了更加正确的认识。
彗星是太阳系中一种云雾状的小天体，一般包含彗核、彗发、彗尾三部分。中央比较明亮的是彗核，彗核周围是云雾状的彗发。随着与太阳之间距离的不同，彗星的形状也在不断地变化。只有当它接近太阳的时候，彗星才在很短的时间内“长”出尾巴。彗尾一般总是朝着背离太阳的方向延伸，这一点，中国古代的科学家就已经认识到了。所谓“夕现则东指，晨现则西指”，就是对彗尾的描述。
16世纪德国天文学家开普勒形象地打了一个比喻：“彗星在天空里就像鱼在大海里那样多。”这也许有些夸张，但科学家们已经观测到成百上千颗彗星，只是我们用肉眼不能看到那么多罢了。因为并不是所有的彗星都会具有彗核、彗发、彗尾等结构。有许多彗星被称为“望远镜彗星”，也就是只能用望远镜才能看得到它们。这些小彗星大多数是没有彗尾的，有的连彗发也很小。它们一直保持为云雾状，再加上彗星绕太阳转一圈的时间往往很长，而且彗星出现的时候，常在早晨或傍晚，这时黎明的曙光或落日的余晖，使原本就不亮的彗星更不易被人“发现”了。
彗星的轨道也不是单一的，它不像行星轨道那样近似圆形。彗星的轨道一般都是拉得又扁又长的椭圆形。这种彗星称为周期彗星。像大家熟知的哈雷彗星，它的轨道就是椭圆形的。还有非周期彗星，它们的轨道是抛物线形或双曲线形。这种彗星对于我们来说只是一个“过路客”，匆匆绕太阳转个弯，就一去不复返了。由于彗星运行轨道不稳定，当它运行经过大行星附近的时候，很容易受大行星的引力影响，改变彗星运动的速度和方向，使得彗星的轨道形状发生变化。这可能会使本来绕太阳圈需要200年以上的长周期彗星，变为绕太阳-圈只需200年以下的短周期彗星；也可以使短周期彗星变~为非周期彗星。正是因为彗星轨道的这些特点，人们才形象地把彗星称为太阳系的“流浪汉”。
1986年回归的哈雷彗星和1994年撞击木星的“苏梅克一利维9号”彗星虽然曾两次轰动了世界，但能够亲眼目睹到彗星身影的人却很少。1996年3月，北京出现了“百武彗星”观测热，众多天文爱好者有幸目睹了这颗彗星的风采。百武彗星是由日本的一位天文爱好者百武裕司发现的。由于这颗彗星比较亮，特别是在3月25日前后的几天内，它在天穹上运行的轨道经过北极星附近，因此地球上北半球的人们整夜都可以看到。更使人感到吃惊的是，百武彗星竟是一颗离地球很近的彗星。在近300年的彗星记录上，距离地球由近及远，它排行第19位，这就可以让天文学家在近处仔细观察它的真面貌了。天文学家对百武彗星的轨道进行了计算，发现它是一颗周期9年左右的彗星。但百武彗星是否第一次向太阳回归呢？我们还不能断定。
1996年5月以后，世人的目光随着百武彗星的离去而转向了另一颗彗星——“海尔一波普”彗星。1995年7月23日傍晚，两位美国业余天文爱好者海尔和波普分别用小型天文望远镜发现了一个模糊的雾状天体。后来证实，他们看到的是同一颗很大的彗星，因此国际天文联合会将这颗彗星命名为“海尔一波普”彗星。天文学家们都将望远镜对准了它，在观测中证实了这颗彗星移动很慢，说明它离我们非常遥远。天文学家初步估算出“海尔一波普”彗星处于木星轨道之外，它的亮度也在逐步上升；到1996年3月，它已经亮到利用普通双筒望远镜就能观测到的程度，而这年的7月底8月初，人们用肉眼就能直接看到这个天体了。由于“海尔波普”彗星的明亮和奇特，全世界的天文学家都很关注它。天文学家们推算出这颗彗星的周期大约3千年，但至今并没有对它的记载。看来，这次回归将是人类历史上有记载的第一次了。
也许有人会担心，有朝一日，某颗彗星会像“苏梅克一利维9号”彗星撞击木星那样，与我们的地球相撞，这样一来，地球不也会翻江倒海吗？其实，这是不必要的担心。广漠宇宙空间里，彗星同地球相遇的机会绝无仅有。即使相撞，那“粉身碎骨”的也必定是彗星了。因为彗星的体积尽管如此庞大，但它的质量却小得出奇，密度自然也很小，只有空气密度的10亿亿分之一，比真空还要稀薄。这种看得见的“虚空”，又怎能与地球一比高低呢？
彗星本身并不神秘。但是它是什么时候、在什么地方、从什么物质、经过怎样的过程形成的，却是引人入胜的问题，也是没有揭开的谜。关于彗星的起源问题，众说纷纭。其中比较着名的是“原云假说”，是由荷兰天文学家奥尔特提出的。他认为在太阳系边缘地区，存在着一个原始彗星的“仓库”——原云。当彗星受到其他恒星的作用力而脱离原云，进人太阳系内层的时候，就成为我们看到的彗星了。也有人认为，彗星是由小行星的相互碰撞的碎片形成的。还有人认为，可能是由行星爆炸抛出的物质形成的。
对彗星起源的假说还有很多，但都不完整。这些谜还有待于今后进一步探测才能找到答案。
地狱之神”冥王星在太阳系遥远空旷的角落里，有一颗寒冷寂静的星球。它犹如远离喧闹尘世的隐者，在无尽的黑暗中踽踽而行。尽管自1930年起，世人就知晓了它的存在，但至今对它仍了解甚少。由于这颗星球远离太阳的温暖光辉，寒冷而阴暗，人们便用西方神话里地狱之神的名字命名它——这就是冥王星（Pluto)。
冥王星的发现过程颇为曲折。1846年，海王星被“在笔尖上”发现（先被计算出来，然后得到证实，故有此称）后，一些天文学家曾认为天王星的运动轨道异常现象可得到解释。但不少人提出疑问：海王星的引力真的大到足以干扰天王星运动的程度了吗？会不会有其他星体也对天王星起着摄动作用？出身于美国马萨诸塞州波士顿名门望族的波西瓦尔洛韦尔（PercivalLowell)就坚信，除了海王星，一定还有未知星体在吸引天王星。抱着这一信念，从1905年起，他和天文学家们在亚利桑那州西南角的天文台上开始进行太空观测，希望找到第九颗行星。他们首先利用数学方法计算证明这个未知行星的大体位置，然后通过天文望远镜拍摄大量夜空照片，“按图索骥”地搜寻。他们先在某个夜晚对夜空中的某个特定位置拍下一张照片，几天后对同一位置拍摄另一张照片，接着再仔细对照、寻找，以发现任何移动的星体。但结果总令人一次次失望。
1915年，洛韦尔向美国科学艺术研究院提交了他关于未知行星的想法和全部的观测记录，却没有引起多少注意。次年，他带着遗憾猝然离世。他的同伴们在其兄弟艾博特劳伦斯洛韦尔的帮助下，安装了新的口径为32.5厘米的大视场照相望远镜继续搜寻。洛韦尔天文台一位名叫克莱德汤博（ClydewilliamTombaugh)的年轻人经过5年的艰苦努力，利用闪视比较镜考察了大量星空的底片，完成了对金牛座40万颗星的核查工作。1930年2月18日下午4时，他终于发现了这颗神秘的行星。照片上的它看起来只是一个改变了位置的小光点，汤博推测，这是一颗非常小、非常遥远的行星。洛韦尔天文台对其进行了近一个月的追踪观测，于3月13日宣布了克菜德汤博的发现，那天正是波西瓦尔洛韦尔诞辰75周年的纪念日。经认真讨论，天文学家们给这颗新行星取名为Pluto除了有地狱之神的含义外，Pluto的前两个字母P、L和波西瓦尔洛韦尔名字的前两个字母恰好相同。
就这样，直到1930年，冥王星才被正式载入人类的天文学史册。在对冥王星长达数十年的搜寻过程中，还有不少的插曲。其间，一个后来被发现是错误的计算断言：基于天王星和海王星的运行研究，在海王星后还有一颗行星。不过汤博不知道这个计算错误，因此他并未受到干扰，只是一心一意、孜孜不倦地搜寻，终获得成功。此外，在冥王星被正式发现的前几年，它曾几度出现在星空照片的底片上，可有关学者没有过多注意，只把这个移动的小亮点当做一般的星体，结果和成功失之交臂。
冥王星被发现后，人们渐渐感到这颗太阳系中最小的行星身上有着诸多的难解之处。首先，它与太阳的距离并不像洛韦尔和其他天文学家预测的那么遥远。冥王星与太阳的平均距离是5.9xlO9公里，只比海王星远30%。它离太阳最远时为74亿公里，最近时为43.44亿公里。其近日点较海王星实际近了1600万公里。它的公转周期是247.7年，当中有20年的时间比海王星更靠近太阳。在20世纪的最后20年中，即从1979年到41999年间，冥王星要比海王星更靠近太阳。
再者，冥王星的轨道偏心率在太阳系所有的行星里最大。这就是说，围绕1太阳旋转的其他外层行星几乎都是在正圆形的轨道上运行，只有它是在拉长的椭圆形的轨道上运行。冥王星的轨道与其他行星相比要倾斜得多，其轨道对地=球轨道的倾斜角约为17.2°而海王星仅稍有彳明斜，所以，当它和海王星的轨道~相交时，两者虽与太阳的距离相等，一个却远在另一个的下方，它们之间的距离永远不会小于24亿公里。
还有，冥王星到底有多大？人们一直想知道。由于它看上去非常暗淡，天文学家们估计它不会是一个气体巨行星，如果其体积接近天王星和海王星的话，g冥王星应该比现在亮得多。最初，他们推测冥王星和地球差不多大小。1950、年，天文学家柯伊伯提出，冥王星的直径为5800公里。有人曾对此表示怀疑。3后来，天文学家们于1965年4月28日那天观测到，冥王星很靠近一颗微弱的恒星，却并没有使其变得模糊。人们遂意识到冥王星的体积远比他们想象中的小。天文学家们还发现，冥王星的亮度变化很有规律，每6.4天反复一次，说明它每6.4天自转一周——自转周期特别长。水星和金星的自转周期比它长，因为它们靠近太阳，受到太阳潮汐作用的影响较大。可冥王星的自转周期为汁么会这样长？天文学家们很困惑。到了1978年，这一切似乎有了答案。这年的6月22日，美国海军天文台的天文学家克里斯蒂（Jamesw.Christy)在仔细检查冥王星的照片时，发现其侧面有一个明显的“肿块”。他推测这或许是冥王星的一颗卫星。经计算，这颗卫星与冥王星非常接近，两者中心相距不过20.000公里，因此很难辨别。
克里斯蒂以希腊神话中将亡魂引渡过冥河的船夫的名字——卡戎（Charon)为其命名。
“卡戎”便是人们熟知的冥卫一。它的发现令人们对冥王星的认识有了一个大的飞跃。
天文学家们观测到，“卡戎”
每6.4天绕冥王星公转一周，时间与冥王星的自转周期一致。他们推断，这是由于冥王星和冥卫一之间的潮汐作用使它们自转的速度相互减慢，直至始终保持同一面朝向对方的缘故。两个星体围绕共同的重心旋转，仿佛万有引力吸引下的两半哑铃。这种哑铃式旋转的行星——卫星组合在太阳系中独一无二。从冥王星、冥卫一之间的距离及公转时间，人们推算出它们的总质量不会超过月球质量的1/8依据两者的亮度对比，冥王星的直径约为2400公里，与太阳系7颗大卫星里最小的木卫二差不多；冥卫一的直径约为1200公里，和土星的土卫四相仿。这正说明了冥王星和冥卫一哑铃式的旋转为什么在太阳系中是唯一的。冥王星的质量大约为冥卫一的10倍，而地球的质量却为月球的81倍，相形之下地球比月球要大得多，所以尽管月球总以同一面对着地球，但质1：较大的地球尚未慢到永远以同一面对着月球的程度。
随着冥王星及卫星的神秘面纱被一点点揭开，新的疑问不断产生。这对星体实在太与众不同了，它们的距离、大小、运动周期如此接近，以至有人称它们为“双行星”。它们到底是如何形成的？它们之间还有其他不为人所知的联系吗？1936年，一位天文学家曾提出假说，认为冥王星最初是海王星的卫星，后来脱离了海王星，遂成为绕太阳公转的行星。后来，另一位美国天文学家通过对冥王星及其卫星运动的大量计算，指出如果在冥王星脱离海王星之前，冥卫一已成了冥王星的卫星的话，那么海王星的潮汐作用会使距离很近的两个星体在形成100万年后相撞。但事实上二者并未相撞。因此，冥王星及冥卫一很可能只是在它们脱离海王星后方形成，且由于冥王星诞生伊始自转速度较高，故冥卫一被分离出来。
还有人用太阳系存在第十颗行星的理论来解释冥王星及其卫星的形成过程。他们认为，在遥远的过去，一颗比地球质量大3~4倍的未知行星在经过海王星时，因为巨大的引力作用，从海王星上“吸”出了一团物质，这便是冥王星当它再度接近冥王星时，又从冥王星上“撕”出了一块物质，冥卫一由此诞生。不久，受近距离剧烈碰撞的影响，这颗未知行星被撞到了太阳系最阴暗的边缘，会或许一直在那里孤独地飘荡。由于光线太暗，人们现在无法观测它的活动情况。1988年6月，美国加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室科学家约翰安德森，根据“先锋十号”宇宙飞船的摄动现象，推断可能存在第十颗行八星，其质量为地球的1~4倍，目前距离太阳约150亿公里。
也有人说，冥王星及其卫星或许是一种非常特殊的星体，这种星体很像彗星，叫做“微星”。几个像冥王星般大小的微星合在一起，便可形成诸如天王星、海王星及其卫星那样的星体。当然’冥王星和冥卫一可能根本为两颗行星，而非一颗行星和一颗卫星，在太阳系形成之初它们就已存在。究竟孰是孰非，至今仍无定论。1987年，天文学家们开始着手研究冥王星和冥卫一的反射光，以弄清这两个天体表面及大气的化学性质。他们发现在冥王星-240T的寒冷表面覆盖着固态的甲烷，其上空有一层薄薄的大气，密度约为地球大气的九百分之一；冥王星的南北两极各有一个明亮的冰区，那里冻结着更多的甲烷。当运行到距离太阳较远的地方时，它的大气会逐渐凝固，冰甲烷极冠将变大。而冥卫一的反射光则完全不同于前者，天文学家们惊讶地发现它被冰覆盖着，且没有明显的大气。难道冥卫一和冥王星共用一个大气层吗？
在围绕冥王星的种种争议中，最大的争议就是它究竟是不是太阳系的九大行星之一。对此人们的意见大致分为两派。一派认为冥王星应属于九大行星之列，理由如下：它是围绕太阳旋转的圆球形天体；它拥有一颗天然卫星；它有大气层。因此，它具备了作为行星的基本条件。另一派则坚决反对，认为冥王星充其量只是颗小行星罢了。随着航天观测技术的进步，反对派的声音愈来愈大。1994年，哈勃太空望远镜拍摄到了几十幅冥王星的照片，这些照片几乎使它的整个表面一览无余。部分天文学家根据照片提出，由于冥王星和其他八大行星相比有明显的不同，它不是太阳系中第九颗行星，而应归类于小行星。理由为：第一，它轨道特殊。八大行星都在接近于圆形的椭圆轨道上绕日运行，而冥王星的公转轨道却是极为扁长的椭圆形，扁心率高达0.248，且它是唯一将公转轨道插入相邻行星轨道内的行星。第二，它自转异常。八大行星除水星、金星受太阳引力作用自转缓慢外，其余自转周期均在9到25小时之内，但远离太阳的冥王星自转周期却达6天9小时17分，这与行星序列的物理性质规律相悖。第三，它个儿太小。按目前掌握的材料来看，冥王星仅为地球质量的0.0024倍，密度为每立方厘米1.8~2.1克。第四，它拥有同步卫星。“卡戎”的直径约为冥王星的1/2，“卡戎”的运转周期与冥王星的自转周期相同，在太阳系行星的众多天然卫星中，“卡戎”是唯一的同步卫星。第五，冥王星的成分与柯伊伯天体相同。1992年，天文学家在海王星和冥王星的附近发现了一批小行星及彗星，其组成成分与冥王星相似，主要由岩石和冰块构成，被称为柯伊伯天体（KuiperBelt.Obects)或柯伊伯小行星带。因此，冥王星很有可能是这批小行星中的一分子。
柯伊伯带的发现对冥王星的大行星地位构成了严重的挑战。为平息纷争，界国际天文学家联合会邀请各国数百名专家，于1999年初，利用电子邮件的方法进行投票表决，来决定是否应保留冥王星作为太阳系九大行星之一的资格。投票结果，冥王星保住了它的大行星的地位。但不少天文学家仍坚持冥王星为一颗小行星的立场。在美国一座向公众开放的天文馆里，冥王星甚至被从太阳系模型中“请”了下来，原模型里只剩下八颗行星。
EB173的发现再次引发了天文学家关于行星标准的争论。2000年，美国耶鲁大学和委内瑞拉大学天文学家组成的联合研究小组观测到一颗新的小行星。
这颗编号为EB173的小行星由岩石和冰块组成，直径约为冥王星的1/4，与太欠阳的平均距离在50亿公里以上，其公转轨道与冥王星非常接近，公转周期为240年。照片显示，EB173的表面呈暗红色。天文学家们认为，暗红色可能表.明这颗小行星表面被古老的有机化学物质覆盖，也许它在太阳系形成之初就已繁开始围绕太阳旋转。尽管EB173是冥王星发现以来人类在太阳系找到的最大天体，但按照现在的规定，EB173不符合成为行星的标准，只能算是一颗小行星。国际天文联合会规定的行星标准是：一，有独立的绕恒星运行的公转轨道；二有足够强大的引力使自身大致保持圆球体的形状；三，质量至少为10亿亿吨。EB173正是不符合第3条标准，才不能添列行星之位。不过，有人对上述标准一直持有异议。因为，冥王星也不符合上述标准第3条规定，只是因为它被发现得早，“资格”老罢了。如果它到最近才被人类发现，就会和EB173-样“沉默的巨人”泰坦星千百年来，人类一直梦想在浩渺的宇宙空间里，能找到人类自己的伙伴或地球的伙伴。他们的目光先后投向过月球、火星、金星、木星、土星，乃至遥远的河外星系。虽然一切都是未知，但探索和寻觅的脚步从未停止。
最初，火星的种种神奇曾令科学家们满怀希望。从20世纪70年代风靡一时的“火星人”传闻，到20世纪末“探路者号”着陆火星，世人对它的关注程度始终有增无减。即便一些科学家一再说明，火星上生命存在的可能性微乎其微，但人们幻想向火星移民的热情似乎日益高涨。最近的探测飞行表明，火星上可能真有水的存在，只不过它们不是如人们最初想象的流淌在火星运河中，而是以固体——冰的形式存储在这颗红色行星的极地里。于是，人类丰富的想象力再次被激发。火星曾是一个鸟语花香的世界吗？我们能在火星上建立另一个地球吗？这些问题现在还无法回答，我们只能等待新的发现、新的突破。
“永远的火星”总是令人牵肠挂肚，除了它，“木卫二”也是近年来天文学家研究的热点。木卫二是伽利略于1610年用他自己简陋的望远镜发现的一颗木星卫星，被命名为“欧罗巴”。1979年，美国“旅行者”号探测器对其近距离观测时发现，木卫二表面大部分是光滑的冰块；1989年美国发射了飞向木星的“伽利略”号宇宙飞行器，它于1997年传回了木卫二的照片。通过照片，人们能清晰地看到它表面的冰原及裂缝。
1999年，“伽利略”从距木卫二仅600公里处传回的照片，使这颗直径3138公里的卫星一跃成为继火星之后又一个生物天文学的“圣地”。通过对图片的地质分析，天文学家推断，木卫二和地球一样含有液态水，不过，这些水被封在冰层下。有水就意味有生命（水是形成氨基酸的必要成分，氨基酸可形成化学链，化学链又促使脱氧核糖核酸与活性细胞的形成）。有人正计划向木卫二发射一个可穿透冰盖的小型潜水探测器，以探知是否真有生命的存在的痕迹。
在火星和木卫二引起人们的兴奋还未平复时，另一颗神秘的卫星——“泰坦星”，又重新闯入我们的视野，希望的火焰再一次点燃。
泰坦星也叫“土卫六”，距太阳14亿公里，表面重力为地球表面重力的1/7表面温度-178T，直径4828公里。它是土星23颗卫星中最大的一颗，体积在太阳系众行星的卫星中位居第二。早在1655年，荷兰天文学家惠更斯就发现了这颗巨大的卫星，人们便用希腊神话中力大无穷的独眼巨人泰坦为其命名。1940年，美国天文学柯伊伯发现它被厚重的大气层包围。
1980年，“旅行者1号”探测器拍摄到泰坦星的照片，照片上的它为浓密的橘红色云雾所笼罩。据“旅行者1号”的仪器分析，泰坦星上大气的主要成分是氮，还有甲烷及少量碳氢化合物。这一成果令科学家们雀跃不已。因为数十亿年前地球的原始大气环境，与目前的泰坦星相仿；也就是说，泰坦星这种状况有可能导致强烈的温室效应，从而使其表面温度升高，也许会形成一个类似地球生命诞生前的环境。
科学家们迫切地想进一步探知，泰坦星厚重的大气层下究竟隐藏着哪些奥秘。1997年10月，“卡西尼”号太空飞船升空。根据一个耗资34亿美元的宏大计划，飞船预定于2004年7月进人土星区域，并将围绕土星运转4年之久，以仔细考察这颗美丽的星球；届时，一个名为“惠更斯”的登陆舱还将在泰坦星上降落。
卡西尼号飞船直径约2.7米，总重达6吨，由轨道探测器和着陆器两部分组成。（轨道探测器装有12种探测仪器，着陆器装有6种探测仪器。）为了加快飞行速度，1998年4月卡西尼号飞掠金星，获得了第一次加速。绕太阳公转一周后，它于1999年6月再次飞掠金星，获得第二次加速。同年8月，它在地球附近掠过，获得第三次加速。而2000年12月，卡西尼号飞掠木星，得到了最后一次加速。按计划，它将在2004年7月飞抵目的地，同时进入环绕土星运行的轨道。其任务是环绕土星飞行74圈，就地考察土星大气及大气环流动态。它还将多次飞临土星的众多卫星，其中会飞掠泰坦星45次。在接近泰坦星时，探测器将用雷达透过云层绘制泰坦星的表面结构图。此外，预计探测器可发回近距离探测土星、土星环和土卫家族的图像50万帧。
根据预计，在2004年11月，“惠更斯”号着陆器将脱离卡西尼号飞向泰坦星，并在泰坦星上实现软着陆。降落过程会持续2.5小时，在这段时间里，它将用所带仪器分析泰坦星的大气成分，测量风速、探测大气层内的悬浮粒子，且着陆后还会维持工作状态1小时，以探测泰坦星上是否有水冰冻结的海洋，是否存在某种形态的生命。惠更斯号收集到的数据和拍摄的图像，将通过环绕土星飞行的卡西尼号轨道探测器传回地球。
现在卡西尼号飞船正遨游在太空，人们对泰坦星的研究也在加紧进行。新的成果不断涌现。美国能源部的天文学家宣布，他们发现泰坦星上可能存在大片由液态碳氢化合物组成的“海洋”，如果得到确认，那么这将是人类在太空首次发现“海洋”。天文学家们在夏威夷通过巨型望远镜“凯克”对泰坦星进行观测时发现，泰坦星上一些可能由冰或岩石组成的大洲或高地之间，存在着一片肾脏形的深黑色区域。他们认为，这即是由液态碳氢化合物组成的“海洋”。参与观测的科学家麦金托斯介绍，那片海洋可能是由液态甲烷、乙烷或其他碳氢化合物组成，当然也有可能是一种固态的有机物质。有迹象显示，这种复杂的化学组成类似于地球早期呈现的状况，或许在这充满有机分子的环境里存在着某种形式的生命。
从前曾有科学家认为，泰坦星上的乙烷会聚合，并以黑雨的形式降落到表面。无独有偶，2001年10月20日出版的《科学》杂志，发表了美国北亚利桑那大学格里菲斯教授关于泰坦星的最新研究结果。文章说，泰坦星是太阳系中唯一一颗有大气层的卫星，且它的表面包含着许多构成生命的基本物质，如氮碳和水等。因此，近年来它成胃为人类、找外黾生命的热点之~虽然泰坦星的表面重力只有地球表面的1/7但由于极其寒冷，泰坦星的大气处于能量较低的状态，这样，它以比地球弱得多的引力，吸化了比地球浓密得多的大气层。格里菲斯教授对泰坦星不可见光波段的辐射进行了观测，结果发现正像人们原先预计的，泰坦星上每天都有云层形成和消失。而云层的消失就意味着在泰坦星上每天都会“下雨”，不过从这颗星球的天空降下的不是“雨水”，而是液态或固态“甲烷”。甲院是地球上很多家庭使用的天然气的主要成分。在地球上，天空的云是由于阳光的照射、加热，水变为水蒸气，水蒸气上升到温度较低的髙空后凝结成水滴或冰晶形成的；但泰坦星表面温度极低，接受到的太阳能量只有地球表面的1/100所以泰坦星天空中的云可能是由于其内部的热量形成。教授的观测还表明，泰坦星上被甲烷云层覆盖的部分只有1/100(地球有50%的部分被云层覆盖），因此这颗星球上的天气变化非常柔和，“降雨”较少（尽管这样，科学家们认为泰坦星上的低洼地区仍可能存在着液态甲烷的海洋）。
到目前为止，科学家们为我们描绘的泰坦星上的景象，是已发现的所有星球中和地球最为相似的：天空中不时有云朵飘过，偶尔还会雪花飞舞；地面上山丘起伏，广阔的海洋里甚至可能有生命的存在。但这幅颇具诗意的图景仅仅是科学家们的推测。只有到2004年，卡西尼号飞抵泰坦星上空，“惠更斯”号着陆器在其表面降落，那时，这种推测的真实性才会得到最后的验证。
值得一提的是，在重达350千克的“惠更斯”上，除了众多的科学仪器外，还有一个特殊的光盘，光盘上录制了通过网络征集的给“泰坦人”的信件，多达100万封，人们的热切、渴望可见一斑。这些发给“泰坦人”的信件五花八门，读后令人忍俊不禁。绝大多数信件的语气十分友好，很诚恳地邀请“泰坦人”来地球做客。例如，一位13岁的小朋友要“泰坦人”“赶快到我们这个蓝色的星球上做客”；一个自称“老鼠”的网虫整封信里只有一句滑稽的问候“喂，泰坦上的绿色虫子，你们好！”据说还有一封美妙的征婚信：“一位身材高挑的法兰西女郎，拟结识一位魁梧英俊的外星人男士，如有可能，请来些罗曼蒂克。”该信署名为“30岁的弗兰西斯朱古亚”。但愿他（她）们都能梦想成真！
探索火星“运河”
在天文学历史，甚至科学历史上，恐怕再也没有比发现火星上的“运河”这件事情，更能引起轰动、更激动人心的了。因为如果承认火星上有运河，就等于承认了火星上有智慧生命的存在，这无疑是一个刺激人们浓厚兴趣的问题。
最早指出火星上有运河的，是意大利天文学家斯基阿帕雷利。他在1877年利用火星近日点与地球会合的最佳机会，通过口径24厘米的天文望远镜仔细地观察火星。他惊讶地发现：在火星的圆面上，有一些模糊不清的、颜色灰暗的直线条，这些“暗线”又把一个个“暗斑”连接起来。后来经过继续观察，他又发现了更多的暗线，有的暗线根据估算宽达120公里，长4800公里，纵横交错，形成覆盖火星大陆的网络。他还发现，在有些季节有的暗线还会变成两条，相互平行。
这是一种很难想象的存在物，但斯基阿帕雷利毫不怀疑。他说：“我绝对相信我所看到的东西。”他借用另一位意大利天文学家赛奇用过的意大利词canale来称呼这些暗线。这个词相当于英语的Channel意为沟渠或水道。斯基阿帕雷利后来还将自己的发现绘制成图表，公之于世。
开始，斯基阿帕雷利只是猜想这些暗线条是分割火星大陆、连接海湾的水道，他并未明确表示它们是人造的东西，还是火星上天然形成的；他更没有把这些灰暗的线条与人们在地球上开凿的人工运河等同起来。
所以最初，人们并没有对他的发现给予过多的关注。但过了没有多久，即到了19世纪80年代，这个话题又异乎寻常地热门起来。原因就在于，有人把这些“暗线”解释为火星上“智慧生物”构筑的运河。最早提出这个具有“轰动效应”观点的，是美国的天文学家洛韦尔。
洛韦尔沉溺于斯基阿帕雷利的发现。为了便于观察火星，他自己出钱在大气稳定、气候干燥的亚利桑那州修建了一座天文台。经过多年的工作，洛韦尔和他的同事们不但证实了斯基阿帕雷利的发现，并且还新发现了几百条新的运河。他们认为，整个火星表面运河密布，像蜘蛛网一样。洛韦尔根据自己的观测结果，先后写成了三本书：《火星》、《火星及其运河》、《火星——生命的住所》。在这三本广为流传的书中，洛韦尔将观测结果与他的“设想”十分自信地结合在一起，反复宣传这样的观点：火星大气层空气十分稀薄，陆地表面又严重缺水，生物若要生存就需要解决水的问题；火星的极冠是由冰雪组成的，夏季冰雪消融，成为水源；密布火星表面的直线网络不能用自然现象解释，它们必定是火星上的某种智慧生物构筑的灌溉系统，其目的是将极地的水引向干旱的赤道区域；直线条在大陆中央交汇，显示出明确的意图；许多线条交错处的“暗斑”则是绿洲，它们是“火星文明”的一个个中心地带。
一个时期以来，似乎形成了这样的局面：只要承认火星上暗线条的确实存在，洛韦尔的理论就是“令人信服”的。事实上，他的“火星文明说”的确令人神往，很快便赢得了世人的热情支持。一时之间，数不清的文章、演说，还有大量出版的科学幻想小说，使得“火星人”和“火星文明”变得妇孺皆知。热情支持洛韦尔的人们和受到人们热烈支持的洛韦尔的相互作用，更把事情推向了高潮。头脑发热的洛韦尔后来“越走越远”，他甚至宣称：火星早已是一个“高度发达的有组织的社会”，在这颗“战神之星”（火星在西方是以神话中的战争之神马尔斯来命名的）上，由于文明的发达，早已没有了战争。必须承认，这些实际上拿不出多少根据的臆断，的确非常合乎绝大多数地球人类（他们反思自己的文明，憧憬未来，渴望和平）的胃口。
但是洛韦尔等人的理论并未得到所有人的支持。例如，着名的美国天文学家巴纳德就表示，他看到了火星表面的许多细节，但无法相信“运河”的存在。一些“运河”根本不是直线，通常的描述显得过于夸张。在能将“细节”看得更清楚的条件下，这些线条实际上很不规则，而且是断开的。希腊的安东尼阿迪用82厘米的望远镜观测，也只是看到形状毫不规则的暗线。而且，随着观测活动的增多，能够发现这样一个观测规律：大气宁静度越好，那些暗线和斑点越是断续，反之，它们就连接、融合在一起。最后，这两位经验丰富的天文观测家都确信：所谓的“火星运河”是一种眼睛的错觉，它们的存在只“属于想象力过于丰富的人”。
英国科学家蒙德用一个、明“火星运河”的确是人的视错觉。他先在一张大纸上随机地画上许多斑点、圆圈、椭圆、直线、波纹线和不规则的小点，然后让一群小学生坐在不同的位置上临摹。结果，坐在远处的学生往往会画出一系列有规则的直线。
上述反对观点的出现好像冷水浇头，关于“火星人”和“火星文明”的说法逐渐地沉寂了下来。但是，不少人还是感觉到，以纯粹的“视觉错误”否认“火星运河”的存在，也似乎过于轻巧了。为了进一步广泛地研究、考察火星，同时揭开火星“运河”之继，从1964年到1977年，美国科学家连续向火星发射了“水手号”和“海盗号”两个系列共8个探测器。1971年11月，美国的“水手9号”探测器对火星的全部表面进行了高分辨率的照相。货真价实的照片让一些“火星迷”非常“失望”，因为它们明白无误地显示，这里没有洛韦尔等人所说的“火星人”，也没有所谓“绿洲”和高度发达的“火星文明”的存在。火星表面是和月球表面几乎一样的，完全干涸，死气沉沉。
然而，“水手9号”在基本否定洛韦尔的同时，也没有让他难堪到底。照片显示，火星表面虽然没有一滴水，但是有许多类似河床的地质构造。这些干涸的“河床”最长的约1500公里，宽达60公里或更多。主要的“大河床”分布在火星赤道地区，而且“支流”很多，它们几乎全部朝着下坡方向“流去”。根据一些科学家的分析，只有像水等易流动的液体，才能在火星表面冲刷形成这种“河床”。但这无疑是一些天然河床，绝非“火星人”哪怕“曾经”创造的运河。另外，它们在具体位置和形状上，也都与洛韦尔所描绘的大相径庭。
马上有人对这些河床产生了浓厚的研究兴趣。1975年，有研究者将火星上的河床分成了三大类：径流河床、流出河床和侵蚀河床；其中的径流河床与地球上的河流十分相似。有人认为，这些径流河床非常令人信服地说明，火星上曾有过能让水在其表面自由流动的条件。而径流河床多出现在古老的环形山地，这就表明它们年代很久远。一些孜孜不倦的科学家通过进一步收集证据、仔细分析后认为，在大约30亿年以前，火星上有比现在更温暖的气候，有比现在更浓密的大气允许水的存在和流动甚至像地球一样有降水过程补充水源。20世纪90年代以后，“火星探测者”和环火星探测器又发回了大量的照片。科学家们对这些珍贵的资料逐一进行了分析研究，他们发现有一处高出地表约4000米的陡崖，明显是由一系列岩层构成，有岩石崩塌的痕迹；他们还发现一些峡谷底部有干涸的“水塘”和巨型卵石。鉴于这些“被洪水冲刷的痕迹”非常明显，他们认为在38亿年前，火星上确实曾经有过汹涌的洪水。
同样让人迷惑不解的是，如果火星上曾经有水有河，或者发过漫无边际的大洪水，这些水后来到哪里去了呢？有人认为，火星早期火山活动频繁，并且喷出大量浓厚的原始大气，使得火星表面温暖如春。于是，覆盖两极的白色冰雪“极冠”慢慢融化，形成河水滚滚的壮丽景观。但后来火山活动减少，大气变得稀薄，气候也寒冷干燥，河水便干涸了。
还有一部分人认为，火星失水的原因，大概是因为遭到过卫星的撞击。持这种观点的人认为，火星在久远的过去，一定有过多于目前“火星-1”、“火星-2”的卫星。也许就是原本存在的“火星-3”的那颗卫星，它忽然被火星的引力拉裂；有些碎片散佚于宇宙空间，更多的碎片则纷纷“投靠”，“不知轻重”地撞击到火星表面。撞击产生了强烈的高温，不仅融化了岩石、毁灭了植被，而且使得火星大气中的各种气体离子化，从而毁灭了火星上的生命，也毁灭了充足的氧气和水。
另一部分人认为，火星的历史早期，大气层中有厚厚的二氧化碳，也有适合水存在的温度。后来，气候逐渐变暖，类似地球的“温室效应”发生了；但它不属于普通类型的温室效应，是足以导致火星气候发生根本改变的恶性循环，这样，大气变得稀薄、干燥、寒冷，水逐渐消失得无影无踪了。
这真是所谓旧的谜团刚解开，新的迷雾扑面而来。科学探索本身就是一个“连环套”的智力冒险游戏。得出结论固然需要有科学的证据，但是每一代科学家都有自己的责任，他们毕竟不能等到完全掌握了“所有的证据”，才下郑重、精确的结论。科学探索需要脚踏实地，但如果没有各种假说、推理甚至幻想，科学探索一定非常枯燥不堪，人类前进的步子一定很慢。
太阳系第十大行星之谜
目前人类已知太阳系有九大行星，按照它们同太阳的距离由近到远，这些1大行星依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。其中，水星、金星、火星、木星和土星，都是人类的“老相识”。早在人1类进入文明历史之前，这5颗星体就已经被长期观测了。至于地球，它的行星身份要到天文学有了突飞猛进的16世纪，才被正式确定。至此人们认识到，太阳系大行星家族共有6个成员。其他3个成员是人类在以后长达150年间逐一发现的，1781年发现天王星，1846年发现海王星，1930年发现冥王星。
太阳系里不断地“添丁进口”，这就提示人们：冥王星是否就是太阳系最-远、最后一颗大行星呢？太阳系里是否还有未被发现的其他大行星呢？位次巳经排到了“老九”，“第十颗”自然引起科学家们极大的探索兴趣。有人顺口称它“冥外行星”（冥王星之外的行星），有人意味深长地称它是“X行星”——x代表未知数，也是罗马数字中的“十”。
人们为什么对一颗尚未证实的行星那样津津乐道呢？如上所说，发现夭王星、海王星和冥王星的过程本身，就是对大胆猜测和努力探索“第十大行；”
的一个有力支持。
业余时间磨制天文望远镜的镜天王星由旅居英国的德国天文学家威廉赫歇尔(1738~1822)首先发现。威廉赫歇尔自幼酷爱天文学，不到20岁就被迫到英国谋生。他和妹妹卡罗琳赫歇尔利用片，并一点一点地加大望远镜的尺寸，用于窥探天上的奇观。1781年3月13日夜晚，赫歇尔和往常一样观天，发现星空某一角的恒星间有一个模糊的斑点。两天以后，他又注意到这个斑点已经显着地移动了。毫无疑问，它不是恒星。不过，赫歇尔没有想到它是当时科学界所不知道的新行星，还以为是一颗特殊的彗星。他给英国皇家学会递交的报告题目就是“一颗彗星的报告”。赫歇尔发现新“彗星”的消息很快传遍了整个欧洲，许多天文学家都来观测这颗彗星并计算它的轨道。但是，这颗彗星非常奇特，它既没有“彗发”，也没有“彗尾”，而且它的轨道也与一般的彗星不一样：不是那种扁长的椭圆形或抛物线形，而是接近正圆形。所以这不可能是彗星，分明是一颗行星。人们经过一段时间的观察，终于承认它是太阳系的成员，将它命名为“乌拉努斯”（Umnus，古希腊神话英雄。汉译“天王星”）。
天王星发现以后，科学家就开始着手进一步研究它的轨道。天王星的个头大，它的直径是地球的3.98倍，质量是地球的14.8倍，离开太阳的距离是地球与太阳距离的19.2倍，即28.7亿公里。人们发现，天王星运动的实际轨道，同根据理论计算出的牛顿轨道有一定的偏离。于是有人断言：在天王星的外围一定还有别的行星，正是它干扰了天王星的绕日运动。经过半个多世纪的探索研究、苦苦寻找，捷报终于传来。1846年8月，法国天文学家勒威耶发现了一颗新的大行星——海王星（Neptime，音译“尼普顿”，古罗马传说中的海神）；同年9月23日，勒威耶的同行好友、德国天文学家伽勒根据勒威耶的指点，在柏林天文台用望远镜观测到了这颗新星。
海王星的发现是猜想变为现实的一个成功例子，人类由此对太阳系的认识大大地扩展了，对发现新的大行星的信心也一下子提高了。因此，当天文学家们把实际观测到的海王星轨道和计算得出的运行轨道对比，同样发现了海王星的“越轨行为”时，有些天文学家表示，在海王星的外围一定还存在一颗没有发现的、离太阳更远的行星。在1879年，法国的弗拉马利翁在《大众天文学》一书中就曾说过：“海王星虽然是我们现今所知的最外边的一颗行星，但我们没有权力断定它的外边就没有别的行星。你以为一切都发现了吗？那真是绝顶的荒谬；这无异把有限的天边当做了世界的尽头。”
事实的确如此。随着时间的推移，关于天王星和海王星的观测资料越来越多，这两颗行星的实际运行轨道也愈来愈精确。与此同时人们越来越强烈地感觉到，仅用太阳系内已知天体的影响还解释不了这两颗行星的运动。但是应该被发现的那颗“新星”迟迟不肯露面，要知道，在浩瀚星空中找到一颗毫不出众的陌生行星，该是多么的困难！因此，这项工作在19世纪末叶没有取得任何的进展。
困难没有使天文学家气馁。20世纪初，海王星外存在一颗足够大的“海外行星”的意见，已经在天文学界比较普遍。1915年，美国天文学家洛韦尔（他确信“火星人”的存在）发表“关于海外行星的报告”的论文。但是人们并没有在他指出的天区（黄经84°)找到新星。在1930年2月18日，洛韦尔天文台的美国天文学家汤博在检査双子座一张照片时，终于找到了这颗行星。19日、20日，通过连续观测，汤博确信它就是太阳系第九大行星。他还估计，这颗新星在海王星以外大约16亿公里，距离太阳46亿公里。后来这颗行星被正式命名为“普鲁通”（古希腊神话中的冥王）。
但是，新的问题接踵而至。冥王星就是那颗导致天王星和海王星运动发生偏离的行星吗？
从20纪中叶起，电子计算机广泛应用于天文学研究；它们既被用于修正观测资料，也被用于改进轨道理论。结果发现，要说明天王星和海王星运动，冥王星的质量必须达到地球质量的十分之一。1978年，美国天文学家克里斯蒂在冥王星周围发现了一颗冥卫星，由此精确确定出冥王星——冥卫系统的总质量只有0.0022个地球质量那么大，即只有上述要求质量的四十五分之一。
这样看来，冥王星显然不是那颗“作怪”的行星！它的质量太小，根本不足以对天王星和海王星的运动造成观测到的巨大的摄动。去发现第十颗大行星——“X行星”，就这祥被提到日程中来。
早在1943年，汤博在黄道附近一个很宽的天区内搜寻时就认为，在离日距离120天文单位（1个天文单位是1.5亿公里）以内不会再有比地球更大的行星。现在，人们完全可以不借助于已知行星的偏移来寻找新的行星，而直接借助于更先进的工具——空间探测器就可以了。20世纪70年代，人们向太阳系外层空间先后发射了4艘空间探测器。“先驱者”10号和11号是最早发射的。根据两艘探测器发回的材料，人们没有找到有关第十颗行星存在的证据。后来美国又发射了“旅行者”1号和2号空间探测器。遗憾的是这两艘探测器同“先驱者”11号飞行的方向是一致的，因而也没有提供第十颗行星存在的任何信息。但是，这并未使天文学探索的脚步有任何停顿。
美国海军天文台的天文学家罗伯特哈林顿，仍试图利用偏移来确定第十颗行星的位置。1978年，他提出关于第十颗太阳行星的比较系统的说法。他经过研究认为，这颗行星的质量是地球的2~3倍，比地球大，比天王星和海王星小。它的距离非常遥远，离太阳平均距离大约150亿公里，单轨道运行需要1千年。这颗行星因为轨道长，所以变化大，近日点为90亿公里，远日点为210亿公里。这颗行星曾经在18世纪末到达近日点，而现在正远离我们而行。它的轨道与太阳系平面的倾角为30°位于南部天空，可能在南十字星座附近的半人马星座。
哈林顿还对这颗行星的形成进行了分析。他认为，这颗行星在很久以前曾与海王星相撞过。
当时，海王星的两颗卫星以及冥王星都以正常的圆形轨道绕海王星运转。由于两颗行星的相撞，颠倒了“海卫一”的轨道，使它绕海王星逆行；碰撞还拉长了“海卫二”的轨道，使它沿着极扁的轨道运行；同时，撞击还把冥王星从海王星那里“抛”了出来，使其实现“独立”，并晋级升格为绕太阳运行的大行星。
自从哈林顿公布有关第十颗行星的预言，后来又出现了两种不同的预言。一是美国亚拉巴马州的康利鲍威尔，他认为第十颗行星的位置应该在室女宫，其质量比地球小，与太阳距离跟冥王星差不多。巴西天文学家罗德尼戈梅斯和西尔维奥费拉兹一梅洛认为，这颗行星可能位于巨蟹宫或双子宫。
但是，流行的另一观点认为，太阳系里压根儿就不再有什么“未知行星”。天王星和海王星的运动偏离是可以另辟蹊径予以说明的。譬如说彗星总体质量可能大到足以产生同样的效果；在海王星不远处，可能有一个小黑洞；引力定律本身需要修改，等等。有人甚至干脆否认天王星和海王星的运动有真实的偏离，他们认为过去总说有“偏离”，那实际上是人们的观测资料不精确的缘故。
太阳系里是否存在第十颗大行星——X行星，到目前还是一个不解之谜。自天王星发现后，也许真如俗话说的，有再一、再二，没有再三、再四。但不少人希望仍是有的，因为天体力学证明，即使有颗行星位于离太阳600个天文单位处，它仍可能是太阳系的成员，只不过随着距离的增大，搜寻新的大行星是越来越困难了。
科学的历史告诉人们：科学的猜测和预见固然必不可少，但一切科学发现都有一个共性：它必须有确实可靠的证据，有铁证如山的事实。的确也有人煞有介事地宣称自己确实“发现”了冥外行星，但最后还是经不起科学的验证，最终被否定了。
探索太阳命运
太阳如一团熊熊燃烧的火焰，给人类带来光明与温暖，勇气和希望。地球上一切活动的能量，几乎都源自太阳；如果没有太阳，黑暗、严寒会吞噬整个地球，我们美丽的家园将变成死寂的世界。太阳无比灿烂的光彩，还激发人类丰富的想象能力，以致他们曾经把它当作神来崇拜。举世闻名的埃及吉萨地区的金字塔，每当春分这一天，它们的一个底边刚好指向太阳升起的地方；希腊神话中太阳神阿波罗的名字，被用来命名现代航空飞行器；古代各国的帝王们，更是把太阳看作至高无上、君临天下的象征。
宇宙中，太阳是距地球最近的恒星，日地距离只有1.5亿公里。太阳的直径大约为139.2万公里，是地球直径的109倍；太阳体积为地球的130万倍，而质量比地球大33万倍。太阳主要由氢、氦等物质构成，其中氢占73.5%，氦占25%其他成分如碳、氮、氧等，只占太阳物质构成的1.5%。太阳核心的温度高达1500万至2000万K，每秒钟有6亿多吨的氢在那里聚变为氦；在这一过程中，每四个氢原子核聚变为一个氦原子核，而每产生一个氦原子，太阳就向外辐射一小部分能量。地球植物的光合作用，煤、石油等矿藏的形成，大气循环、海水蒸发、云雨生成等等，这一切都离不开太阳的活动。10亿年来，地球的温度变化范围很小，不超过2(TC，这说明太阳的活动基本稳定，也为生命的孕育、演化提供了极好的条件。
到目前，太阳上的氢聚变反应已进行了几十亿年，有人担心太阳的能量总有一天会耗尽。的确，太阳的能量并非取之不尽，用之不完。如果氢不断减少，氦不断产生，未来的太阳会变成什么样？
根据恒星演化理论，从恒星中心核内的氢开始燃烧到它们全部生成氦，这一过程叫做“主星序阶段”。处于主星序阶段上的恒星称之为“主序星不同恒星体在主星序中存在的时间是不同的，这主要取决于该恒星体的质量。天文学家爱丁顿发现：质量越大的恒星体，它为抗衡万有引力而产生的热量也越多；产生热量越多，则星体膨胀速度越快；相应地，它留在主星序中的时间便越短。拿太阳来说，它和众多的恒星一样，目前正处于主星序阶段。根据科学家计算，太阳可在主星序阶段停留100亿年左右；而目前它处于主星序阶段上已46亿年了。质量比太阳大15倍的恒星只能停留1000万年，质量为太阳质量五分之一的恒星则能存在10亿年之久。
当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步人老年时，会首先界变成一颗“红巨星”。之所以称为“巨星”，因为它的体积巨大，在这一阶段，恒星将膨胀到比原来体积大十亿多倍的程度；称它“红”巨星，因为在恒星迅速膨胀的同时，其外表面离中心越来越远。温度随之降低，发出的光也越来越偏红。尽管温度降低，红巨星的光度却变得很大，看上去极为明亮。目前人类肉眼看到的亮星中，有许多都是红巨星。现在，我们最熟悉的一颗红巨星是猎(户星座的“参宿四”，其直径达11亿公里，为太阳直径的800倍。若“参宿四”在太阳的位置发光，红光会遍及整个太阳系。
从“主序星”衰变成“红巨星”，变化不仅仅是外在的，恒星的内核也发生了很大变化——从“氢核”变成了“氦核”。我们已经知道，恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着，核聚变的结果是每四个氢原子核结合成一个氦原子核；在这个过程中恒星释放出大量原子能并形成辐射压，辐射压与恒星自身聚收缩的引力相平衡。而当恒星中心区的氢消耗殆尽，形成由氦构成的氦核之后，氢聚变的热核反应便无法在中心区继续进行。此时引力重压没有辐射压来平衡，星体中心区会被压缩，温度随之急剧上升。恒星中心的氦核球温度升高后，紧贴它的那一层氢氦混合气体相应受热，达到引发氢聚变的温度，热核反应便重新开始。于是，氦核逐渐增大，氢燃烧层也随之向外扩展（恒星星体外层物质受热膨胀，就是它开始向红巨星或红超巨星转化的过程）。转化中，氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多，但星体表面温度不仅不会升高反而会下降。原因在于：外层膨胀后受到的内聚引力减小，即使温度降低，其膨胀压力仍可抗衡或超过引力，此时星体半径和5表面积增大的程度超过产能率的增长，因此总光度可能增长，表面温度却将下降。质量比太阳大4倍的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时，核外放出的能量未明显增加，半径却增大了好几倍，因此恒星的表面温度由几万降到三四千K，成为红超巨星。质量比太阳小4倍的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降，光度也将急剧增加’这是它们的外层膨胀消耗的能量较少而产能较多的缘故。
红巨星一旦形成，就会朝恒星演化的下一阶段——“白矮星”进发。当外“部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力将强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过1亿度，从而点燃氦聚变。经过几百万年，氦核也燃烧殆尽，而恒星的外壳仍然是以氢为主的混合物。如此，恒星结构比以前复杂了氢混合物外壳下面会有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。这样，恒星体；(红巨星阶段）的核反应过程将变得更加复杂。其中心附近的温度继续上升，’最终使碳转变为其他元素。与此同时，红巨星外部也开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而缩小，稳定的主星序恒星将变成极不稳定的巨大火球。火球内部的核反应也会越来越趋于不稳定，忽强忽弱。此时，恒星内部核心的密度实际上已增大到每立方厘米10吨左右，可以说，在红巨星内部已经诞生了一颗白矮星。
白矮星是一种很特殊的天体，它体积小、亮度低、质量大、密度高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多！也就是说，它的密度为1000万吨/立方米左右。根据自矮星的半径和质量，可算出它的表面重力等于地球表面重力的1000万~10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都将不复存在，连原子都会被压碎；电子也将脱离原子轨道变成自由电子。
白矮星的密度为什么这样大？我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。打个比方，假如原子核的大小如一颗玻璃球，那么电子轨道将在2公里以外。而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电灵了子。这种自由电子气体会尽可能地占据原子核之间的空隙，臓单位空间内包含的物质大大增多，密度大大提高。形象地说，此时原子核是“沉浸于”电芋中的，没有了原先与电子的“秩序”和“距离”，科学上一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，一定时间内维持着白矮星的稳定；可是当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住引力而收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体：“中子星”或“黑洞”。
对单星系统而言，由于没有热核反应来提供能量，白矮星在发出光热的同时，也以同样的速度冷却着。经过100亿年的漫长岁月，年老的白矮星将渐渐停止辖射死去。它的躯体会变成一个比钻石还硬的巨大晶体——“黑矮星”，孤零零飘荡在宇宙空间。对于多星系统来说，白矮星的演化过程可能没有这么简单，中途有可能发生改变，这需要科学家们进行更深入细致地研究。
最近，英国曼彻斯特大学和美国国家射电天文台的科学家，在曼彻斯特举行的国际天文学联合会大会上宣布，他们使用射电望远镜拍到了1000光年外的一颗恒星向外喷发气体的图像。这是迄今科学家拍到的最精细的太阳系外恒星活动图像。对这批图像进行研究，将有助于了解恒星接近死亡时的演化过程，从而预测出太阳的未来命运。科学家们观测的这颗恒星名叫TCAM，位于鹿豹星座，是一颗年老的“变星”，其亮度以88个星期为周期进行有规律的变化。过去，科学家们每两周对TCAM进行一次观测，一直持续了88周（即该恒星的一个光变周期）。他们使用了“特长基线干涉测量”（VLB)技术，在43GHZ频段记录恒星喷出的气体发出的射电波，结果获得了比哈勃太空望远镜所能拍到的同类图像精细500倍的图像。从图像中可以看出恒星表面附近气体的复杂运动，但其中有一些利用现有理论尚不能解释。一些科学家们认为，几十亿年后，太阳在生命走到尽头时会迅速膨胀，把包括地球在内的太阳系内行星“吞噬”掉。届时太阳会剧烈地脉动，像TCAM-样成为一颗变星。在脉动过程中，大量物质将被抛人星际空间，太阳的大部分质量都会损失掉，剩余部分将坍缩成一颗白矮星。在银河系中发现的大量变星表明，脉动和质量抛失是恒星死亡过程中的普遍现象，一些变星每年能够抛出相当于一个地球质量的物质。研究这种质量抛失，可以更好地了解恒星生命终结的过程，其中也包括我们的太阳。
一些科学家认为，虽然目前对恒星演化过程还不是太清楚，但基本可以肯定：大约50亿年后，太阳就会成为红巨星。那时，地球上的一切生命将不复存在。届时地面温度将比现在高两三倍，北温带夏季最高温度会接近lOOOt而地球上面积巨大的海洋，也将会被蒸发成一片沙漠。预计太阳在红巨星阶段大约停留10亿年左右，光度将升高到今天的好几十倍；它的体积也将比现在更加硕大，若从地面角度观察，会发现它实际上“布满”整个天空。
这样的“世界末日”固然还非常非常的遥远，但是一些人因为提前几十亿年知道了最后的“大结局”，无法掩饰内心的苦涩。因为这样一来，不仅人类，就连一切的生命形态都显得那样渺小，那么“微不足道”。他们会问：“如果生命的演进注定是一场过眼云烟，那么它还有什么意义呢”
的确，在人类看来，虽然个体生命的意义在于它的有限，但整体生命的意义似乎应该在于无限。在这个信念的支撑下，很多人认为即便没有了地球，生命也会在另一个星球上延续。人类是不会坐以待毙的！他们极有可能在此之前早已移居到太阳系以外其他适合生存的行星上了。银河系中有1000亿颗发亮的恒星，而每一恒星附近常有好几颗行星，在广袤的宇宙里又至少有1千亿个不同的银河系。从理论上讲，适宜人类生存的星球应不止一颗。
1957年开始，人类便着手进行太空探险的尝试了；1995年，天文学家第一次发现太阳系之外的一颗恒星附近存在着行星；到现在，人们一共找到了50多颗太阳系以外的行星。也许其中的某一颗，会是未来人类的家园。
预知太阳能量
太阳是地球万物生长的动力源泉。自人类诞生起，太阳就一直是人心目中光明和温暖的使者。在各国家、民族的神话故事里，太阳是不可或缺的角色。中国神话有“后羿射日”、“夸父逐日”，古代西方有阿波罗神，等等。
太阳炽热无比，这主要因为太阳每时每刻都在向外释放出巨大的能量。可以毫不夸大地说，地球上人类迄今为止利用的主要能量，直接或间接地都来自太阳。而在人类有史可査的漫长岁月中，太阳光和热都未见有丝毫的减弱，这既让人高兴，又令人费解：如此巨大而持久的能量是从哪里来的呢？
对此，古往今来的科学家们众说纷纭。首先有“燃烧说”，这是一种最原始也是最朴素的猜测。该观点认为，太阳是通过燃烧内部物质而发出光和热的。有人设想太阳是一只巨大无比的“煤炉”，靠类似煤炭燃烧发出强光和辐射热量。然而，根据测量，太阳表面温度高达6000：很难解释由碳和氧发生化学反应生成二氧化碳的“燃烧”，能达到这样高的温度。同时，根据测到的数据，太阳每秒的辐射能量以功率单位瓦计算为3.9x1026，用普通的燃烧难于维持这个大得惊人的天文数字。再者，如果太阳是靠这种化学能来维持的话，最多不过燃烧几千年，可是至今太阳已经存在了45亿年而不见衰退的迹象。由此可见，“燃烧说”不符合事实。
于是出现“流星说”。有人认为太阳周围有稠密的流星，它们以可观的宇宙速度撞击太阳，这样流星的动能便转变为太阳的热能。然而，果真如此的话，欲维持太阳发出那样巨大的能量，坠落在太阳表面上的流星之多，应该使太阳的质量在近2千年内有显着的增加，这就会影响九大行星的运动；但是从九大行星的运动情况来看，并没有什么显着的变化。况且按照牛顿的万有引力理论，流星不会漂浮在太阳的上空，不会大量落在太阳上，它们是以闭合的轨道绕太阳运行。
关于太阳能的来源，第一个可称得上“理论”的，是天文学家亥姆霍兹于1854年提出的太阳“收缩说”。他认为像太阳那样发出辐射的气团必定会因冷却而收缩。当气团分子在收缩中向太阳中心坠落时，势能转变成动能，再转变为热能以维持太阳所发出的热量。
但是计算同样表明，如此太阳的寿命不应超过5千万年，而太阳的实际年龄却是45亿岁。面对事实，连亥姆霍兹自己也对“收缩说”摇头了。
然后是“核燃烧说”。根据光谱分析，早已知道太阳中含有丰富的氢，还有少量的氦。可见，这两种元素一定与太阳能有密切的关系。1911年原子核发现后，人们开始猜测太阳能也是从原子核反应中释放出来的。
已知几个核子（组成原子核的粒子）通过核反应结合在一起，就会放出能量。例如4个氢通过核反应结合成1个氦，便能放出20兆电子伏特以上的能量。按照着名的爱因斯坦质能关系式“E(能量）=m(质量）xC2(光速）”，4个氢核质量约相当于4000兆电子伏特的能量，核燃烧后的“质量亏损率”为Am/m=20/4000：5xl03。而从太阳的辐射功率，同样可由质能关系估计出太阳每秒减少的质量为4xlO6吨，这与太阳总质量2xlO27吨之比为2x10-这就是太阳的“质量亏损率”。两者一比较，便得出太阳寿命估计为几百亿年。于是人们恍然大悟，原来氢就是太阳中的燃料，氦则是它燃烧后的余姆，太阳能来自氢的聚变反应。从太阳光的光谱分析，也证实太阳里确实存在氢气和氦气。
人类对太阳能来源的认识在步步深化，然而，疑团却远未解开。氢弹爆炸是瞬息之间发生的，反应是在顷刻之间完成的，人们至今无法控制聚变反应，使之像裂变反应那样持续进行。要是太阳在进行“氢弹爆炸”，为什么不是所有的氢气一起参加反应？要是所有的氢一起参加反应，反应一次完成，反应之后理应逐渐冷却，但是，研究证明，数百万年来，太阳光的强度没有丝毫减弱。如果太阳是在进行大规模的有控制的热核反应，那么什么条件使得太阳中的氢能局部地持续地参与聚变反应？有控热核反应正是人们追求的目标，但是至今没有做到。由此看来，太阳能的来源问题，仍是科学家们努力探索的一个谜题。
天外来客——陨石
陨石是坠落地面的流星体残余。它可分为三大类：
一般认为，它的重要来源是彗星和小行星。
陨石，这是各类陨石的统称。有时为区别起见，称为石陨石。多数石陨石中到处可见的很小的球状颗粒，直径一般从零点几毫米到几毫米，由于它们是在特殊条件下形成的，其结构也是前所未见的。这种球状颗粒结构在地球上的岩石内还没有见到过。含球状颗粒结构的石陨石中，球粒陨石约占84%。世界最大的石陨石于1976年3月8日降落在中国吉林省，在已收集到的100多块限石碎片中，最重要的一块约1770千克。
陨铁，或称铁陨石，几乎全部都是由铁和镍等金属元素组成，譬如铁占90%左右，镇占5~8%，或更多些。已知世界最大陨铁仍在降落原地，即非洲纳米比亚南部，质量约60吨。名列世界第三的中国“新疆大陨铁”，质量约30吨。
陨铁石，或称石铁陨石，是介于陨石和陨铁之间的一种陨石，大体上由铁、镍等金属和硅酸盐各半组成。这类陨石比较少见。
据估计，每年大约有千万颗陨石降落到地球上来，其中大部分落到了荒无人烟的地方或江河湖海里去了，只有很少一部分被人们找到。人们在接待这些“宇宙来客”之时，不禁发问：这些神秘的天外来客的故乡究竟在哪里？
大多数人认为，陨石的故乡是在太阳系的小行星带上。小行星沿着椭圆形的轨道围绕太阳运行，当它们接近地球时，有些便告别了家乡，前来拜访地球。1947年2月12日上午10点左右，一块巨大的陨石落在了符拉迪沃斯托克北面的锡霍特阿林山脉。
考察队员根据陨石坠落的方向和角度，推测出了这颗陨石进人地球大气层时的轨道是细长的椭圆形，近日点在火星和木星的轨道之间，远日点在地球内侧。所有这一切说明这颗陨石的轨道与小行星的轨道是一致的。因此可以说，这颗陨石的前身是小行星。1959年4月7日晚，落在捷克斯洛伐克布拉格市附近菲拉布拉姆镇的那颗陨石，科学家们根据它下落的方向和速度，也推测出了它来自于小行星。1970年，降落在美国俄克拉荷马州北部的罗斯特西底的一颗陨石，根据它的运行轨道，也证明它摆是一颗小行星。
与此同时，也有人认为，陨石是由彗星转变而来的。因为有些彗星只有彗核，没有彗发和彗尾，这就很难与小行星分辨了。日本东京大学的古在山秀博士就认为，最早发现的小行星伊卡鲁斯，很可能就是由彗星转变来的。有人还就小行星和陨石的结构进行分析，发现他们的物质构成是相同的。
就在人们对陨石的故乡进行寻找的同时，人们在陨石当中发现了金刚石。我们知道，金刚石是一种比较坚硬的矿物，没有高气压是难以形成的。那么，陨石里为什么会有金刚石呢？
前苏联地质学家尤里波尔卡诺夫认为要想形成金刚石，陨石的母体应该有月亮那么大才行。因为碳元素是构成金刚石的重要物质，要使碳元素变成金刚石，至少也需要二三万个大气压。月亮的半径是1700公里，它的中心部位的压力可达四五万个大气压。因此看来，陨石母体如果小于月亮，那是很难形成金刚石的。
关于陨石中金刚石的成因，还有另一种说法，认为是在陨石与地球相撞时形成的。在美国西部亚利桑那州科科尼诺县，有个举世瞩目的巴林杰陨石坑，人们在这个陨石坑的边缘找到了含金刚石的陨石。有人认为，这种含金刚石的陨石，可能是在陨石与地球相撞时所产生的冲击力的压力下形成的。只要这种冲击力足够大，就可能形成金刚石。在这种情况下，陨石母体没有月亮那么大也就无关紧要了。
除了以上两种着名观点之外，还有一种观点认为，陨石在空间飘荡的时候与其他陨石相撞，在足够的冲击力下产生了金刚石。
探索月球之谜自1969年7月16日美国“阿波罗11号”飞船首次实现载人登月以来，根据对月球的多次实地勘探和对从月球带回的岩石、土壤进行的分析研究，人类对月球的面貌已有了较多的了解。从实地勘探中，人们发现，月球上总共有30多万座环形山，星罗棋布，彼此环抱，最大的环形山，直径近300千米、海拔高达6000米以上，十分壮观。
经过勘探，科学家们发现，月球上的岩石比地球上的岩石还要古老，月球和地球几乎是由同样的化学元素构成的，只是组成的成分有所不同。例如，月球上的岩石所含的钙和铝比起地球上的岩石含量要高，月球没有磁场，其外壳比较稳定，近30亿年以来几乎没什么变化。尽管天文学家早就认为，月球体态娇小，引力柔弱（为地球的1/6)，根本不具备缚住大气的能力，在向阳面的高温下，任何气体分子都会轻而易举地达到脱离速度而逃之夭夭。但对月球的实测表明，月球表面并不是没有任何大气的“空洞之国”，只是月球的大气层太稀薄，而且大气成分比较复杂，随时空多变，通常在黑夜时的大气成分主要由40%的氩、40%的氖和20%的氦组成，到日出时还会加人极少量的甲烷和氨等，有些地区的大气中还会发现极微量的氢、氡、钠、钋和钾原子等。
遗憾的是，由于月球上没有水源，这些山都是光秃秃的，寸草不生，十分荒凉。显然，要想使如此荒漠的月球世界成为适合于生物生存的天堂，最终变成一个生机勃勃、万物竞存、鸟语花香的天上人间，当务之急是必须解决月球上的供水问题。多年来，科学家们已提出过多种设想。其中的一个解决办法是采掘月球上储存量极为丰富的氧化铁，用太阳能熔化炉进行培炼，使其放出大量的氧，与运输飞船从太空中收集制取的液态氢相结合，来生成供月球开发需要的水。这种在月球和太空就地取材，合成制水的方案，从原理上是可行的，但要实施这一巨大的工程，绝不是轻而易举的，涉及到能源、采掘、运输、生活等一系列问题需要配套解决。美国科学家日前宣称，月球上有冰存在，这就可能为探索月球奥秘的人们提供饮用水，也可将冰分解为氢和氧，从而为火箭提供燃料。那么，月球上到底有哪些可利用的资源呢？这是人们在开发月球前最为关心的课题。
月球的最大资源是空间资源。它拥有相当于亚洲那样大的广阔的月面。有了这样大的地方，人们未来无论是在那里建设月球城市，开办太空农场，还是建造星际航行的中途站，设置太阳能发电站（最终实现大规模移民），都有了最基本的前提条件。
月球特殊的自然环境，可以让我们在那里做一些地球上难以办到的事情。譬如，建造在月球上的天文观测站，因为没有大气，它具有全波段观测的优势；月球有足够大的空间，在那里建天文观测装置，可建造得更大一些，更精密和复杂一些。一个大规模的天文观测站将首先出现在月面上，也许第一个接收到外星人拍来的电报的将是月球天文台。
月球还是未来人们最理想的太空中转站。远航到其他行星，甚至更遥远的太阳系之外，宇宙飞船要配备足够的燃料，充足的水和食物，而这一切可由月球基地提供。虽然月球上没有游离在大气中的氧，但氧却大量存在于各种岩石中，以我们目前的技术可以将氧提取出来。月球已知也有水，建立粮仓也有可能。月球的逃逸速度要比地球小得多，只有每秒2.4千米，因此飞船要携带一些东西脱离月球飞向太空，要比携带同样重的东西离开地球容易得多。
值得注意的是，月球还有丰富的矿产资源，其中尤以硅、铁、锰、钴、钛、铝和稀土金属最为丰富。这对于矿产资源日趋枯竭的地球人来说，是一笔多么可贵的后备财富啊！对人类最富吸引力的，莫过于月球土壤中含有大量的气体状的“氦-3”。氦3是一种比目前地球上核电站所用的氘原料的放射性要低得多的核材料。
“氦-3”原本大量存在于太阳喷射出来的髙能粒子流（太阳风）中，在几乎没有大气的月球上，“太阳风”直接降落下来，久而久之，在月面的沙粒、岩石中，大约集聚有上100万吨这种材料。若能进行大量开采，不但可供月球开发所需能源，还可为21世纪地球核聚变提供用之不竭的核能原材料。
月球的白天和夜间持续时间都长达半月之久，白天气温最高达127T，夜间温度又低达零下183T，如此酷热严寒而又温差剧变的气候，是月球上没有人烟和生命的另一个重要原因。俄罗斯科学家已对如何利用月球上的土壤和岩石制造水泥等建筑材料，然后利用这些材料建筑一座可以调节室温，使其适合于人类居住的生活基地做过长期研究。有一个方案是，他们通过对月球的一些实测数据进行分析，认为月球很可能是一个空心球体。基于这一认识，有朝一日，就可在月球表面打一条通道，进人月球地壳深处的“地下月宫”，在那里建造一座适于人类居住的“地下城”。这样，乘坐飞船奔月的旅游者，可在这座“地下城”找到过夜的旅馆。科技工作者就可以在这座地下城为基地从事月球资源勘探、太空产品生产、天文观测等活动。在“地下月宫”这个永久基地未建成之前，科学家建议可以先在地球上制成一些预制塑模构件，形成一个自动竖升的巨形圆筒。事先装配好后，用宇宙运输船送到月球表面，圆筒在月球表面一登陆即自动分成两半打开，并自动形成一座多层结构的建筑物，作为初登月球“志愿者”的临时居所。
人类的认识总是从一个髙度向更高的领域飞跃，仅仅认识自然并不是最终的目的。但是，前进的道路困难重重。当人们认为月球是一块宝地的时候，也许就会在不远的将来克服这重重困难，实现新的跨越。
可见，只有我们人类不断地对月球进行勘探，才能有更多的月球资源被人类所利用，我们取得的每一个成就都是在不断的探索中实现的。
神奇的人造月亮
无论如何，1999年2月4日是不同寻常的一天。这天，根据俄罗斯航天局的安排，“和平”号空间站进行了一次别具一格的“人造月亮”试验。实验代号为“旗帜2.5”。这是世界上第一个可控太阳能反射装置，如果一切顺利，“和平”号上的宇航员可以控制反射镜的姿态，使反射的太阳光固定在某一特定的地球区域。如果大功告成，在这片土地上，太阳的光芒会24小时照射，人们心中“太阳永不落”的愿望将实现。
2月4日中午时分，装载着太阳能反射装置的“进步M-40”货运飞船遵照地面指挥中心的指令脱离“和平”号空间站。经过几次调整后，飞船飞到了、距“和平”号400米的位置。在“和平”号上两名宇航员帕达尔卡和阿尔杰耶夫的操纵下，飞船对接口上的太阳反射镜开始旋转并试图借离心力展开。然而；仅1分钟后，“进步”号的天线突然莫名其妙地打开，钩住了25米长太阳能帆板。宇航员试图晃动这些反射镜使其松动，但未能奏效。第二天，又进行了一1次尝试，仍以失败告终。
无论地面指挥人员，还是空间站上的宇航员都一筹莫展。俄罗斯航天部门会商后认为，实验继续下去已不会有什么结果，而且货运飞船长时间在“和平”号空间站附近飞行，对“和平”号的安全有威胁，因此决定终结实验。于是货运飞船脱离轨道，坠人大气层，人们翘首以盼的人造月亮旗帜，未能扬起便黯然落下。莫斯科航天指挥中心内气氛压抑，参与旗帜计划的专家们无奈地吞咽着失败的苦酒，世界各地的人们也不禁发出了遗憾的叹息。
而按原计划，在宇航员指挥下，8个如同花瓣一样的镜面将在太空缓缓打开。这8块花瓣的框架是用高强度超轻型塑料做成的，表面镀有反光度极强的铝薄膜。这个直径达25米的人造月亮的总重量不到4千克。如果能部署成功的话，俄罗斯、法国、捷克、加拿大等几乎所有“和平”号空间站运行轨道经过的国家，都会陆续出现一束自太空投下的太阳光，光束的直径在地面为57千米。虽然不可能和白天的太阳光相比，夜色中这束“太阳光”将比月光（还是太阳光）强5~10倍，街头的人们可以看书、下棋等。人造月亮原定绕地球运行16周，历时约24小时，然后随装满“和平”号空间站垃圾的“进步”号飞船返回地面。
俄罗斯本来希望通过这个雄心勃勃的太空计划，为受冬日长夜困扰的俄罗斯北部和其他地区送去光亮，或照亮某些建筑工地等需要光亮的场所，甚至试图通过延长光照时间而促进那里的农业发展。如果4日实验中的太空镜面顺利展开，将在地面上形成一个直径为6至8公里的光圈，哈萨克斯坦北部地区将是最早看到这一人造月亮的地区。参与这项研究的俄罗斯科学家设想，以后将可以把数以百计的类似人造月亮成串的送入轨道，照亮北极圈内的各个区域，让冬日置身于那里的人们告别黑暗。
人造月亮实际上是一种太空阳光反射镜试验。反射阳光造福人类这个想法，最早出现在美国提出的“哥伦布500”计划中，该计划的主要内容是，制造利用太阳风推力作为动力的太阳帆船，凭借太阳风的推力在几年内经月球飞抵火H星。俄罗斯、日本和法国等国都对太阳帆船方案有很大兴趣，纷纷进行这方面A的研究。俄罗斯主持研制太阳帆船工作的着名设计师弗拉基米尔瑟罗米亚特尼科夫突发奇想，想出了利用超薄反射膜制造太空照明系统的高招。这一系统首先可以解决俄罗斯高纬度地区的照明，这些地区每年都有长夜难明的极夜时期，渴望光明的人们深受其苦。
此外，太空反射镜还可以用来照亮发生地震或洪水等自然灾害的地区，使救援工作在夜间也能进行。由于太空反射镜不会给人带来诸如二氧化碳之类的污染物，所以它称得上是一种环保型能源，从这个角度看，也值得大力提倡。
因此，早在1993年2月4日。俄罗斯在“和平”号空间站上就曾利用“进步”号货运飞船进行过一次代号为“旗帜2”号的人造月亮实验，在太空展开了人类第一个太阳帆。实验获得了极大的成功。“旗帜2”号阳光反射镜装在一个镜包中，由8瓣厚度仅有5微米的超薄镀膜铝片组成，镜瓣之间由32根线连接。镜包一打开，“旗帜2”将依靠自身产生的离心力舒展开来，成为一轮“人造月亮”。这个“月亮”直径为20米，地面光斑直径4000米。当它运行到西欧上空时，恰好是后半夜，它大方地向地面射去了第一缕阳光。可惜由于云层太厚，人们未能详细观察这一不同寻常现象。但很多人都说曾看到一束光亮。实验结束后，反射装置与“进步”号飞船分离。在加拿大的晴朗夜空中，人们可以清晰地看到天空中“飘扬”的“旗帜2”号有人还拍下了照片。在此之前，俄罗斯还进行了“旗帜1”号阳光反射镜的地面工程实验，俄罗斯科学家追求光明的努力天地可鉴。
不过，对于人造月亮计划，也有许多科学家提出异议。科学家担心，昼夜的自然更替被打乱，植物和动物很可能深受其害。他们认为，人造月亮的确有益于南北极，但不会对生物产生影响的说法恐怕只是一厢情愿，因为现在的昼夜交替是几亿年前就已形成的，地球上的生物早已形成了一定的生存规律，若增加了夜间照明度，反而会不适应。而且我们已经知道，月亮本身离地球远近不同会带来不同的影响，如潮汐等，已形成一个连锁反应，人造月亮的加入则可能改变潮汐等的周期，破坏相对稳定。
其次，天文学家也毫不留情地声称，他们“非常不喜欢”这个主意。美国南加利福尼亚州天气观测站的主任说：“人造月亮真是疯子才能想出来的主意！请大家想象一下：天文学家往往是花几年时间才能确定一块适当的宇宙空间进行研究，而可能用于搜集各种科研数据的时间不过短短一两个小时。就在他们即将完成研究工作的时候，一道亮光闪过，那是地球的‘人造月亮’。
就是这么一晃而过的人造月亮，就毁坏了天文学家观测的心血，甚至会毁掉那些只适合低弱光观测的天文望远镜。”这话的确有道理。多年来，世界各地天文学家为了更好地观测宇宙，经常请求邻近的城市不要用过于明亮的灯光；现在，如果人造月亮升空了，那么天文学家还能看清什么呢？他们实际上变成了睁眼瞎子。
人们还担心，假如人造月亮被用于军事用途，那将可能会对地球造成毁灭性的破坏。人造月亮一旦变成攻击武器，它将会超过现在地球上所有常规和非常规武器。最简单的一个道理是，只需找一面像手掌那么大的凹面镜，然后调整一下焦距的话，就可以在很短的时间内点燃纸张或者木屑。我们可以想象，把一面直径有几公里，甚至上百公里的“镜子”悬在空中，只需调整一下焦点，那么地球上任何的金属都会被融化。那时，只需空间站上再派一名观察员，然后借助现在已经有的高技术望远镜，就可准确无误地破坏敌方的弹药库，融化敌军的坦克、大炮、桥梁、火车、火车站以及所有的重要目标，甚至将重要的工厂、大城市都能点燃。那时候，什么也阻止不了这种毁灭性的武器！
俄罗斯科学家辛苦筹备了五六年的“旗帜2.5”阳光反射实验失败了，这将使空间照明系统的研制进程大大受挫。有人垂头丧气，有人“幸灾乐祸”。实际上，与“旗帜2”实验相比，“旗帜2.5”阳光反射实验无论是实验方法，还是光线反射仪本身的结构，都有了很大改进。俄罗斯科学家表示，近期将不会进行类似的“人造月亮”实验。但这并不等于俄罗斯放弃在太空照明系统方面的研究。
有消息说，俄罗斯打算在“旗帜3”计划中研制直径达70米的太阳反射镜，且有望于21世纪初试飞。还有人预计，2008年到2010年间，可能会在建成的国际空间站上装配面积超过100万平方米的太阳帆。装配完毕后，太阳帆将在轨道拖缆的帮助下进人北半球。到2015年可能建造一个由3~4个这样的太阳反射镜组成的空间照明系统，使长期渴望光明的高纬度地区洒满金色的B阳光。
衷心希望将来的人造月亮百分之百地造福人类，而不要成为可怕的“月亮武器”！
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