太陽系的各個行星,如果剔除離太陽最近的水星、第二近的金星以及最遠的冥王星這三顆行星,它們在自轉速度方面都有著某種程度的統一性。
拿地球和火星來說,火星上的一天基本上相當地球上的一天。就是說,地球上過了一天,火星也就自轉了一圈。說得精確點,地球自轉一圈所需要的時間是二十三點九三個小時,而火星則為一點零二六天,非常接近。我們不清楚兩顆行星的這一共性是刻意安排的結果,還是純屬偶然。
位於火星外側的木星雖然體積是地球的一千倍,可自轉速度卻快得多,它的一天,即自轉一圈所需的時間為九點八個小時。因此,木星的赤道部分便由於離心力的作用而膨脹。這也是因為這顆行星至少外廓部分是由氣體構成的。木星外側的土星,自轉周期是十點二個小時,在這兩顆行星上,一天的時間都不及地球的一半。
更外側的天王星自轉一圈需要十七點九個小時,而再遠一些的海王星自轉一圈的時間為十九點一個小時,無論它們的哪一個,一天的時間都要短於地球上的一天。也就是說,自轉的速度比地球要來得快。
木星和土星這一組,它們的一天大致相當於十小時。而天王星和海王星這一組,一天則不到二十小時。這兩組的自轉速度都快於地球。就像地球和火星那樣,行星們兩兩相配,結成一對兒這裡面是有著某種意義呢,還是僅僅出於偶然,誰也說不清。
我們再回過頭來看看剛才被剔除在外的那三顆行星。還是先拿數字說話。水星自轉一圈需要五十八點六天,耗時近兩個月;金星則需要兩百四十三天,約等於八個月。就是說,它們兩個的自轉速度都很慢。而金星更是慢得出奇,幾乎讓人感覺不出它在自轉。而且,金星的自轉方向與其他的八個行星都是相反的。
冥王星自轉一圈耗時六點四天,花了將近一個星期。這幾顆行星的自轉速度千差萬別,它們彼此間結不成同盟。
不過,本人並不贊成將冥王星算作太陽系裡的一員。雖然行星並不是一定要沿著一個完美的圓形軌道圍著太陽旋轉,可這個冥王星的軌道卻癟得實在不成樣子。這個離太陽最遠的星球,它的軌道與比它更接近太陽一個「身位」的海王星的軌道相交叉,定期地比海王星更加深入到太陽系的內側。
這一特徵是其他的行星所不具備的,再加上這顆行星的尺寸要小了幾號,我們也可以把它看作是包括哈雷彗星在內的眾多具有橢圓形軌道的衛星中,軌道碰巧接近圓形的大型的小行星。
近些年來,人們開始注意到在冥王星的周圍有不少這種體積級別的小行星,倘若假以時日,在這些小行星逐一得到確認後,圍繞在冥王星周圍的也是一片酷似火星和木星之間的環狀小行星群這一事實將會逐漸地浮出水面。因此,我們似可不必將冥王星與其他的八顆行星相提並論。
關於這八大行星,我們先來看看他們的大小。在體積上拔得頭籌的當屬木星和土星這一對兒。拿赤道半徑來說,木星約為七萬公里,土星則是六萬公里。
直徑約等於它們三分之一的中等級別的行星是天王星和海王星,天王星的赤道半徑是兩萬五千四百公里,海王星則為兩萬四千三百公里。
個頭相當於它倆四分之一的也有兩顆,這就是我們地球和自轉形態與眾不同的金星。這一對兒的赤道半徑均略低於六千公里。從個頭上說,地球和金星是一對哥倆,而不是和火星。
比這哥倆還要小的就是火星了,它的赤道半徑為三千三百公里。而水星還要小一些,赤道半徑有兩千四百公里。冥王星則更小,成了最小的太陽系成員。
金星不僅自轉速度緩慢,自轉的方向還與其他的行星相反。假如這種逆向自轉是和大的行星相撞後的產物的話,那麼,它那長達八個月之久的奇慢無比的自轉就可以理解了。想必是與之相撞的其他天體使金星的自轉停了下來,繼而使其自轉方向發生了顛倒,但是旋轉的速度低得可憐,始終跟原先的自轉速度不在一個檔次。既然這種旋轉肇始於撞擊,旋轉的勢頭自然是大不到哪兒去的。
除了金星的逆向自轉以外,行星們的旋轉速度也都各不相同。這是一個很大的謎,而迄今為止,天文學家們還沒有誰能夠給出令人信服的猜想。各個行星的旋轉速度快慢不一,毫無規則可言,這並非是一種正常的現象。考慮到太陽系的誕生和形成的過程,各個行星大可以朝著同一個方向、按照大致相同的速度旋轉。
各個行星在經歷過屬於旋轉的塵埃和氣體的聚合體的時期,逐漸冷卻、凝固下來後,它們的旋轉速度就會由於種種的原因而拉開差距。這一點很容易理解。
總體而言,旋轉體都是要遵循「角動量守恆定律」的。太陽本身也在自轉,被吸引到它周圍的塵埃和氣體的聚合體也同樣是自轉得不亦樂乎,同時,它們也開始圍著太陽進行公轉。這就是太陽系的誕生,公轉的塵埃和氣體所形成的旋轉體便是行星的坯胎,它逐漸凝固,向中心點不斷地收縮形成比原先的體積小得多的球體,爾後傾向於以更快的速度進行自轉。
關於「角動量守恆定律」有一個易於理解的例子:溜冰運動員在冰面上翩翩旋轉,雙臂展開時速度悠然,而一旦身體蜷縮起來,旋轉的速度就會加快。這一現象便是「角動量守恆定律」的寫照。
按照這個定律,體積越小的行星,自轉的速度就越快。當然,由於行星匯聚的物質千差萬別,並不是非要一成不變地恪守這個定律不可,允許有例外,但是要有說得過去的理由。再者說,只要總體的趨勢與這個定律大致吻合,我們也就無須多加解釋。也就是說,拋開冥王星不談,水星的自轉速度最快,火星次之,金星和地球這一組位居其後,再往後是海王星和天王星這一對兒,木星和土星組合可以是最慢的。
然而事實卻恰恰相反,個頭最大的木星和土星,自轉的速度最快。天王星和海王星這第二大的組合擁有第二快的自轉速度。「角動量守恆定律」在現實中遭到了顛覆。
木星的大部分都是氫氣和氦氣的聚合體,時至今日沒有人能夠知道,在常年引發風暴的熾熱的雲層之下,它的地表是一番怎樣的景象。我們可以想像出那上面幾乎沒有堅硬的地面,這就等於是說,它的準確赤道半徑仍然是個未知數,同時也意味著,「角動量守恆定律」無法在這個地方適用。雖然這顆行星的引力極強,但是地核部分的大小可能還趕不上天王星。關於這一點,我們只能寄望於未來的研究成果。
總而言之,有一個方法最容易闡釋為什麼我們太陽系的各大行星的運動表現得與「角動量守恆定律」相悖,那就是將其歸結於其他天體的撞擊所帶來的干擾。宇宙是動態變化的,可宇宙裡面除了星星這種物質以外,就是無窮無盡的空間,此外再無他物。至少我們憑藉當今的科學手段所能觀察到的宇宙里的角色就是它們了。在這裡,光的速度是恆定的,可以作為標尺,時間也是空間的一個側面,它們無一例外地都要受到重力的影響。這就是二十世紀三十年代為止,身為萬物靈長的地球上的最高級智慧生物所達到的對於宇宙的理解。
假如這種理解還算靠譜,那麼從小行星碰撞中尋找,是何種根本性的原因導致在角動量守恆定律的支配下才出現的單純的常規性運動演變到了今天這般地步,這種想法並非就是異想天開。從這個思路考慮的話,我們似乎可以在某種程度上認為,大型的行星最為保守,它傾向於保留初始的運動狀態,換言之,它最不易受到小行星碰撞的影響。
試想和地球差不多大小的金星這會兒沖著地球一頭撞過來。如果撞擊的角度很大,比如接近於正面相撞,地球大概就會粉身碎骨;可如果是以很小的角度撞在赤道附近,而且還和地球的自轉的方向相反,那麼地球肯定會停止自轉,不僅如此,我們甚至可以想像,它還會開始朝著相反的方向旋轉。但是,如果金星的撞擊對象不是地球,而是體積相當於它一千倍的木星,無論這種撞擊與其自轉方向相反還是一致,金星都應該不會對木星造成什麼影響的。它既不會阻止住木星的自轉,或者逼得它反轉,也不太可能加快或放慢它的自轉速度。
我們至少可以說,木星一土星這一組面對小行星的撞擊最能「面不改色」,天王星-海王星組次之,水星-火星組所遭受的影響最大,地球-金星組所受到的影響次大。
如果這一思路正確的話,是不是就可以說,木星和土星現在所表現出來的自轉速度與太陽系的行星們最初所擁有的自轉速度很接近?這兩個星星很有可能保留了在太陽系誕生時期的自轉速度,這會兒正在向我們昭示呢。而這兩顆大行星之外的其他行星們,由於某種後天的事件或來自於其他星體的重力干擾,自轉的速度被放緩了。這樣的假設應該是站得住腳的。
如果「角動量守恆定律」可靠,那就是說,地球和火星都曾經擁有過比木星還快的自轉速度。它們現在的速度是在各式各樣的宇宙事件的影響下逐步衰減的結果。