宛如陣陣星雨，茫茫太空中諸天體，在急馳旋轉的狂飄中誕生；那眾多的太陽，地球，衛星，彗星，流星，人類，搖籃，墳墓，無盡的原子，綿延不絕的新生一代，將永遠改變著人類和萬物。
卡爾米·弗拉馬利昂（Camille Flammarion）
《大眾天文學》，J.E．戈爾（Core）譯（紐約，D·阿普爾頓公司，1894年）
設想地球之外有一位外星觀察者在非常仔細並極有耐心地觀看著地球，他便會看到：約在四十六億年前，這顆行星終於完成了從星際氣體和塵埃中凝聚的過程，最後一批落向地球的許多微小行星，使地球產生了巨大的隕石衝擊坑；由於引力勢能的增長和放射性元素的衰變，該行星從內部熱起來，將液態鐵核同硅質地幔和地殼相分離；富含氫的氣體和可凝結的水從該行星內部釋放而達到地表；一種相當簡單的宇宙有機化學過程產生了複雜的分子，這些分子又導致極為簡單的自我複製的分子系統——地球上第一批有機體；後來，行星際礫石雨減弱了，隨著時間的推移，流水、造山運動以及其他地質過程，掩蓋掉了地球起源的痕跡；龐大的全球規模的對流活動的開始，使得海洋底部的地幔物質不斷地向上升，隨後又將這些物質沉積到大陸邊緣，運動中的板塊之間的碰撞隆起成條條折皺的山脈，形成了陸地與海洋的總佈局，寒帶和熱帶地區的劃分也在隨之不斷地變化著。同時，自然選擇從廣泛的範圍內選擇出最能適應於多變環境的多種多樣的自我複製分子系統；後來進化出能利用可見光將水分解為氫和氧的植物，而氫氣逃逸到太空，改變了大氣的化學成分，使之從還原性介質變成氧化性介質，相當複雜而又具有中等智能的機體終於應運而生。
然而，我們想像中的這位觀察者，對地球在整個四十六億年時間裡的孤立狀態感到震驚。雖然日光和宇宙射線——這兩者對生物都甚為重要———以及偶爾有些隕星碎塊到達地球表面，但是，在這數十億漫長的歲月裡，從未有任何其他的東西脫離開地球。後來，這顆行星突然開始向整個太陽系內部發射小小的飛行器，這些飛行器首先進入環繞地球的軌道，隨後飛向這顆行星的無生命的天然衛星——月球。六個比較大些的小飛行器在月球上著陸，每個飛行器內都可見到纖小的兩足動物，他們對周圍的環境進行了短暫的勘察後，又匆匆返回了地球。這樣，他們已經試著涉足於宇宙的海洋。十一艘小宇宙飛船進入了金星的大氣，其中六艘在那個地獄般熾熱的世界的表面，僅僅生存了幾十分鐘就被燒燬。另有八艘宇宙飛船被送往火星。三艘成功地進入火星的軌道飛行已有多年；一艘飛越金星，沿著一個顯然有意選擇的、多次經過太陽系最裡面的這顆行星的軌道去與水星會合。其它四艘成功地穿過了小行星帶，飛臨木星附近，並在那裡被這顆最大行星的重力加速而飛入恆星際空間。顯然，一些有趣的事情，最近正在地球這顆行星上發生。
假使我們將四十六億年的地球歷史壓縮為一年的話，那麼這一陣子宇宙空間探索的熱潮就只佔了最後的十分之一秒時間，而導致這項了不起的探索熱潮的態度與知識上的根本改變，充其量只不過為最後的幾秒鐘。直至十七世紀，簡單的透鏡和反光鏡才被首次廣泛應用於天文觀察中。伽利略運用最早的一架天文望遠鏡，驚喜地觀測到像一彎新月的金星，以及月球上的山脈和隕石坑。約翰尼斯·開普勒（JohannesKepler）認為那些隕石坑是居住在那個世界上的智慧生物建造的。但是，十七世紀的荷蘭物理學家克裡斯蒂安納斯·惠更斯（Christianus Huygens）對此持有異議。他推測說，建造月球上那些隕石坑的工程要大得不合情理，而且他認為，他能夠找出用來解釋這些圓形凹地形成的原因。
惠更斯是一位把不斷進步的技術、實驗技巧與理智，倔強、敢於懷疑、樂於接受新思想的頭腦結合起來的表率。他最先提出，我們所看到的金星表面，是它的大氣層和雲層；他首先認識到，土星光環的某些真正性質（伽利略曾認為，光環是包圍該行星的兩隻「耳朵」）；首先給制了火星表面可辨識標記（大流沙）的標誌圖；並且繼羅伯特·胡克（Robert Hoo-ke）之後，第二個描繪出木星大紅斑。最後這兩項觀測至今仍具有科學上的現實意義，因為它們確立了至少長達三個世紀之久的對行星表面明顯特徵的連續觀測。惠更斯當然不是一位完全的現代天文學家。他還不能完全擺脫他那個時代流行的信念。例如，他經過奇怪的論證竟得出木星上有大麻的結論，他的論證過程是這樣的：伽利略觀察到了四個環繞木星運行的衛星。惠更斯便提出了一個現代行星天文學家鮮有提出的問題：為什麼木星會有四個衛星？他認為，要想瞭解這個問題，不妨先瞭解為什麼地球只有一個月亮。據惠更斯的推論，地球月亮的功能，除了在夜晚提供一點光亮和引起潮汐以外，還能給海員在航海上提供幫助。如果木星有四個衛星，那麼該行星上必定有許多的海員。而有海員就要有船，有船要有帆，有帆要有繩索；繩索便意味著有大麻無疑。我在想，三個世紀之後，在我們當今享有高度信譽的科學論證之中，不知道會有多少同樣令人貽笑大方的見解。
我們對於一個行星認識的有用指標，是表徵我們瞭解其表面所必不可少的信息的比特數。我們可以把它視為報紙有線傳真照片中的黑點和白點的數目，雖然照片的大小不過一臂之長，但卻包羅萬象。回溯到惠更斯時代，通過望遠鏡短暫的一瞥，總共獲得的信息大約有10個比特，這個數目表示人們當時對火星表面的全部認識。1877年，當火星最接近地球時，上述數目或許增長到了幾千比特，這並不包括大量錯誤的信息，例如對「運河」的描繪，現在已知那完全是一種錯覺。這類信息量的增長，在爾後進一步的目視觀測和地面天文攝影技術的發展中是十分緩慢的，直到宇宙探索飛行器的出現，這種增長曲線才發生了一種戲劇性的突變。
「水手4號」於1965年掠過火星的飛行，拍攝了包含五百萬比特信息量的二十張照片，這個數量大致相當於以往所有通過攝影觀測獲得的有關火星的知識，雖然它還只是涉及該行星的一個小範圍。1969年「水手6號」和「水手7號」相繼飛臨火星，將總比特數目增加了100倍，而1971年和1972年「水手9號」軌道飛行器把這個數目又增加了100倍。至此，「水手9號」拍攝火星的照片成果，約等於以往整個人類歷史上所彙集的火星照相觀測知識總和的10，000倍。通過「水手9號」所獲得的紅外分光和紫外分光光譜數據，比較以前最好的地面觀察數據來，有了長足的改進。
在信息數量增長的同時，它的質量方面也有驚人的進展。「水手4號」發射之前，火星表面可以有把握地探測的最小部分是幾百公里。「水手9號」之後，火星上百分之幾的表面，已被觀測到的有效分辨率為100米，分辨率在最近的十年提高到原數字的千分之一，比起惠更斯時代則提高到萬分之一。「海盜號」更進了一步，正是由於分辨率的提高，使我們得知火星上數量眾多的火山、片狀的極地結構、曲折蜿蜒的河床、巨大的斷裂峽谷、沙丘原野、與環形山伴生的塵埃紋脈，以及其他許多奇妙而具啟發性的特徵。
為了瞭解一個新近被探測的行星，分辨率的提高和覆蓋區域的擴大都是必要的。例如，由於水手4號、6號和7號的探測區域發生了不幸的巧合，以致它們所觀測的都是火星的古老的、佈滿隕石坑並相對而言不大令人感興趣的地帶，雖然這三艘宇宙飛船具備出色的細貌分辨技術。這樣，就沒有提供後來為「水手9號」所揭示的火星上佔三分之一地區年輕的、活躍的地質活動的任何線索。
除非達到100米分辨率的攝影觀察能力，否則靠軌道攝影方法完全不可能從地外觀測到地球上生命的存在。只有具備這樣的分辨率，才能十分清晰地看出我們這個技術文明世界都市和農田的幾何圖形來。這就是說，假若火星上曾有過規模及水平都相當發達的文明，在「水手9號」和「海盜號」執行使命之前也是無法通過攝影檢測出來的。根據「水手9號」和「海盜號」的探測，看來沒有理由預期在我們太陽系的近鄰行星上有這樣的文明，但是，前後之間的對比強有力地表明，我們對近鄰世界的真正偵測已經開始了。
無需贅言，隨著攝影技術中分辨率和覆蓋區的極大改進，以及分光觀測和其它方法的進展，令人驚奇欣喜的消息正在等待著我們。
世界上行星科學家們的最大專業組織為美國天文學協會行星科學分會。這門新興科學的活力，在協會的會議上尤能給人以深刻印象。在1975年的年會上，提出了有關下列發現的報告：水星大氣中的水蒸氣、土星上的乙烷、小行星灶神星上可能有碳氫化合物，土星的衛星提坦的大氣壓接近地球氣壓；土星的十米波段射電爆發；利用雷達探測了木星的木衛三，並仔細測定了木星的另一衛星——Callisto的射電發射波譜，更不用說「水手10號」和「先驅者11號」所展現的木星和水星（以及它們的磁層）的壯觀景象了。在此之後的會議上，又通報了這方面所作的科學新發現。
對於這許多令人振奮的新近發現，儘管還未形成關於諸行星起源和演變的較一致的看法，然而有關這一領域的發人深思的暗示和巧妙的推測已日益豐富。人們越來越清楚地認識到，對於任何行星的研究，都有助於我們瞭解其它行星；如果我們要徹底理解地球，我們必須對其它許多行星有一個全面的認識。例如，現在有一種很時興的說法，是我在1960年首先提出來的，其內容是：金星表面的高溫度起因於逃逸的「溫室效應」，即金星大氣中的水和二氧化碳阻礙了表面上的熱輻射散發到太空。表面溫度不斷上升到射在表面的可見光與離開表面的紅外線二者之間的平衡點；於是，較高的表面溫度導致了包含溫室氣體、二氧化碳、水等等在內的較高的蒸氣壓力，並且這個過程一直持續到全部二氧化碳和水蒸氣都變成蒸氣狀態為止，從而形成了一個具有高大氣壓和高表面溫度的行星。
現在看來，金星的大氣如此，而地球的大氣卻不是這樣，似乎是由於地球上接受的陽光相對少一些的緣故。假使太陽變得更亮一點，或者地球的表面和雲層變得更暗一些的話，地球會不會也變成另一個金星式的地獄呢？對於有能力深刻改變地球環境的我們的技術文明世界來說，金星演變的故事，可能是一個警告。
同幾乎所有行星科學家的預料相反，現已證實，火星表面佈滿了成千條彎曲而多支流的河床，其形成時間可能已有數十億年了。在現存的火星大氣層的條件下，無論是流水還是流動的二氧化碳的沖刷，都不能造成這種河床；要形成這些運河，不僅需要高得多的壓力，而且需要兩極地區具有較高的溫度。所以，運河的存在以及火星兩極的層狀地帶表明，在火星上，過去至少有一個或許多氣候溫和的時期，這意味著火星歷史上曾經發生過重大的氣候變遷。我們還不知道，這種變化是由於內部原因還是由於外部原因造成的。如果原因來自火星本身，那麼搞清楚地球是否也會由於人類的活動而經歷一個類似火星的氣候變遷——這種變遷至少大大超過地球近期所經歷的變遷——將是極有意義的。如果火星氣候變化是外部原因造成的結果——例如，太陽光度的變化——那麼，對於火星和地球之間的古氣候學關係的研究將是大有可為的了。
「水手9號」是在一次巨大的環球塵暴期間到達火星的，它所獲得的數據使我們得以確定：這樣的塵暴是使火星表面加熱還是致冷。任何一個想要預測地球大氣中增加了的煙霧將對氣候造成什麼後果的理論，最好能對火星的塵暴提供正確答案。憑借我們的「水手9號」的經驗，國家航空和宇宙航行局艾姆斯研究中心的詹姆斯·波拉克（James Pollack）、康奈爾大學的布賴恩·圖恩（Brian Toon）和我共同計算了一次和多次火山爆發對地球氣候的影響，並且在實驗誤差允許範圍內，得以再現實際的重大的火山爆發以後所觀測到的氣候效應。行星天文學使我們能夠從整體上去觀察一個行星，這對於研究地球似乎是一個極好的啟示。另一個從行星研究中獲得探索地球的啟示的例子是，在哈佛大學以M·B·麥克爾羅伊（M．B．McElroy）為首的小組，專門研究從煙霧劑容器中把由推進劑噴射出來的鹵化烴對地球臭氧層所造成的影響，為此，該小組在從事金星超高層大氣物理學的研究中獨佔鰲頭。
根據宇宙飛船所取得的觀測資料，我們現在對水星、月球、火星及其衛星上面由撞擊形成的大小不一的坑的密度，多少有了一些認識；而雷達探測正在開始提供有關金星的這類資料。儘管地球表面被流水和地層構造活動嚴重地改變了面貌，我們還是獲得了關於地球表面的這些坑的一些資料。如果產生這種撞擊的物體對所有這些行星都相同的話，那麼，就有可能計算出成坑表面的絕對年代和相對年代。然而，我們現在還不知道，造成碰撞的衝擊物是否都來自一個共同的源地——比如，小行星帶，還是各有各的局部來源，例如在行星聚積的最後階段所吹捲起來的碎片環帶。
成坑嚴重的月球高地告訴我們，在太陽系演化史的早期階段，成坑事件比現在要頻繁得多；僅以目前存在的行星際碎片的數目，無法解釋月球高地上星羅棋布的陷坑。另一方面，月海部分卻呈現出小得多的陷坑密度，這種情況可以用現有的星際碎石來說明，這些碎石大部分來自小行星帶，也可能是毀滅了的彗星。對於沒有如此嚴重成坑的行星表面而言，我們有可能測定出一些它的絕對年代，大量的是相對年代，有時甚至還能確定產生陷坑物體大致的分佈情況。例如，我們發現，在火星上的巨大火山的側面，幾乎沒有衝擊而成的陷坑，這意味著它們比較年輕；尚不足以積累起很多的碰撞痕跡。這就是有關火星的火山活動發生於比較晚近時期論點的依據。
比較行星學的最終目標，我認為有點像是一個巨大的計算機程序。在這個程序中，我們輸入一些參數——也許是原始行星的組成部分、角動量和來自鄰近的衝擊物密度——爾後就能推導出該行星的時間演化進程。我們目前距離深刻理解行星演化的境地還很遙遠，但是，比起幾十年前只能預想情況來卻要近得多了。
每一批新發現都要引出一大堆我們以前連問都沒有問過的問題。譬如，現在已經有可能將小行星的成分與地球上隕石的成分進行比較（見第十五章）。小行星的成分似乎可以分為富含硅酸鹽和富含有機物的物體。隨之得出的結論就是，小行星中的谷神星顯然是尚未分化的，而較小的灶神星則是已經分化的。但是，據我們現在認識，行星分化過程只發生於一定的臨界物質。灶神星是否為現已從太陽系中消失了的一個碩大母體星的殘餘呢？用雷達對金星隕石坑進行的首次觀測表明，這些隕石坑都是極淺的。那裡沒有液態水腐蝕金星表面，而低層的大氣運動得如此緩慢，以致它所形成的風微弱到吹不起塵上去填滿隕石坑。所以，金星隕石坑的填塞，會不會是略微溶化的表面象糖漿似地緩慢塌陷下去造成的呢？
產生行星磁場的最流行的解釋說，在導電的行星內核中，因旋轉驅動而引起的對流電流。水星每59天自轉一周，根據以上說法，是無法測出它的磁場的，而那裡明明有磁場。看來，認真地重新評估行星磁力理論應提到議事日程上來。只有土星和天王星有光環。為什麼呢？火星上的沙丘緊靠著一個經過腐蝕的巨坑的內壁，奇妙地縱向排列著。在靠近科羅拉多州阿拉摩薩的大沙丘遺址上，也有一些類似的沙丘，緊靠著桑格裡德克裡斯托山脈的一個孤形地帶。火星沙丘和地球沙丘具有相同的範圍、相同的沙丘間距和高度。可是，火星大氣壓力只及地球的二百分之一，導致沙粒移動所需的風力必須大於地球上風力的十倍；再者，這兩個行星上的沙粒大小的分佈也可能各不相同。那末，由風吹沙粒形成的沙丘地帶怎麼會如此相似呢？固定在火星表面的十米長的無線電發射波，在範圍不超過100公里的區域，時斷時續地向宇宙發射，這種電波發射的來源是什麼呢？
「水手9號」獲得的觀測資料，暗示火星上的風速至少有時會超過當地聲速的一半。風是否比過去大了呢？超聲速氣象學的實質是什麼？火星上有一些底邊長約三公里、高約一公里的金字塔，它們不像是火星上法老們建造的。因為在較為稀薄的火星大氣中吹動沙粒需要較大的風速，火星上風吹起沙粒而造成的沙暴的比率，至少比地球上的比率大10，000倍。火星金字塔的各個平面是否為數百萬年間被這種來自各個方向的沙暴所侵蝕形成的呢？
位於太陽系外圍的那些月亮，幾乎可以肯定，不會與我們這顆陰鬱暗淡的月亮一樣。其中許多月亮的密度非常之低，從而可以斷定它們大部分是由甲烷、氨或水所結成的冰組成的。如果靠近觀察，它們的表面該是什麼樣子呢？在冰晶的表面，衝擊而成的陷坑是怎麼被侵蝕的呢？固態氨的火山和液態氨的熔岩，會不會在火山邊緣往下淌呢？為什麼靠木星最近的一個大衛星一被包圍在一個氣態鈉雲層之中？木衛一，如何幫助調節來自位於其中的木星輻射帶的同步發射呢？為什麼土星的衛星艾皮特斯（lapetus）的一邊比另一邊亮六倍呢？是由於顆粒大小的差別嗎？是由於化學成分的不同嗎？這些差異是怎樣形成的呢？為什麼這樣一種對稱的格局出現在艾皮特斯上而不是太陽系的其它地方呢？
由於太陽系中最大的衛星提坦的重力如此之小，而上層大氣的溫度又高，致使氫氣以我們所說的噴氣方式極其高速地逃逸到太空中去。可是，用分光鏡觀測的資料表明，提坦上仍有大量的氫氣。提坦的大氣層實在是一個謎。假如我們的探測超越土星系，那將面對一個太陽系中我們幾乎一無所知的區域。我們現有的效用有限的望遠鏡，甚至還不能可靠地確定出天王星、海王星和冥王星的自轉週期，更不必說它們雲層和大氣的特徵以及它們的衛星系統的性質了。康奈爾大學的詩人黛安·阿克曼（Diane Ackerman）寫道：「像霧中一匹通體斑紋的馬，海王星隱隱綽綽，令人難以捉摸。似果汁狀，還是用帶繫上？是蒸氣充溢，抑或受寒潮侵襲？我們所知的，不過九牛一毛。」
我們剛剛開始認真地從事探索的、也是最令人感興趣的課題之一，就是太陽系其餘地方有沒有有機化合物和生物的問題。火星上的環境並非惡劣到排斥生命的地步，但我們對生命的起源和進化的知識還不足以保證確知生命一定在那裡或別的地方出現。火星上是否有大大小小的有機體，還完全是一個懸而未決的問題，即使在「海盜號」完成了探索使命之後依然如此。
有意義的是，在諸如水星、土星、天王星和提坦上含有豐富的氫。這些地方的大氣，在一些重要方面類似於剛出現生命時期的地球大氣。根據實驗室的模擬實驗，我們得知，有機分子在這種條件下以很高的效率合成。在木星和土星的大氣中，這種分子因對流傳熱而達到被熱分解的程度。即便如此，有機分子的穩定集聚仍在繼續。在所有的模擬實驗中。應用到這種大氣中的能量會產生一種淡褐色高聚合物質，它在許多方面類似於木星和土星雲層中的淡褐色物質。提坦可能完全被一種淡褐色有機物所覆蓋。很有可能，我們將在今後幾年內看到在這門新生的外空生物學中重大而又意料不到的新發現。
在今後的十年或二十年內，用以繼續探索太陽系的主要工具，肯定將是不載人的行星際空間飛行器。進行科研的宇宙飛行器，現已成功地飛向自古以來就知道的行星。還有一系列經過仔細研究而正等待批准的探索任務。如果正在擬議中的這些計劃大部分得以實現，那麼，目前行星探索的黃金時代就將會繼續下去。但是，能否將這些壯麗的探索航行真正繼續進行下去，人們仍沒有把握，至少在美國是如此。在過去的七年中，只批准了飛往木星考察的「伽利略工程」這樣一項重大的行星計劃——儘管這項計劃目下處境不妙，陷於進退維谷之中。
然而，對遠至冥王星的整個太陽系的初步勘查，以及對鄰近的幾顆行星更詳盡的探測，例如利用橫越火星表面或進入木星大氣的飛行器所進行的探索，也還不能解決太陽系起源這個根本問題。我們所需要的是發現其它太陽系的信息。置於地面的和空間運載的儀器在今後二十年的發展，有可能使我們探測到數十個單個恆星周圍的行星系。基特峰國立天文臺的赫爾穆特·艾布特（Helmut Abt）和索爾·利維（SaulLevy）對多重恆星系統所作的新近觀測研究表明，在所有恆星中，約有三分之一的恆星具有它的行星伴侶。我們不知道，其它的這類行星系統是否像我們這樣，抑或是建立在非常不同的原理上的。
我們已經幾乎毫無察覺地進入了自文藝復興以來無可比擬的一個探索和發現的時代。在我看來，比較行星學將會給地球上的各門科學帶來實際利益；通過對其他世界的探索而將冒險精神傳授給幾乎已失掉冒險機會的社會；探索宇宙前景的哲學意義——這些將長期成為我們這個時代的標誌。許多世紀之後，現在非常現實的政治和社會的種種問題，都將成為年代久遠的往事，恰如奧匈帝國分裂戰爭中那些非常現實的問題，對於今日的我們已是那樣的疏遠一樣。我們這個時代將是地球上的居民與他們周圍的宇宙第一次接觸的時代，或許主要正是這一點，將使後人永誌不忘。
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