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彗星67P的廬山真面目

105/01/05 2161

葉永烜｜中央大學天文研究所教授

當使用望遠鏡觀察彗星的氣團和彗尾時，其中心彗核的形狀成為一個小點，因此只能用最簡單的方式描述彗核的構造，譬如常用一個圓球或橢圓球代表。

歐洲太空局（European Space Agency, ESA）在2014年8月初公布以羅塞達太空船的OSIRIS科學相機所拍攝的67P∕朱利余莫夫—絜拉斯明哥（67P∕Churyumov – Gerasimenko，簡稱67P）彗星全身像，宣布這太空船達陣，開始繞著67P展開科學任務，也讓我們看到了67P的廬山真面目。

從照片可以發現彗核有大小兩端，中間部分比較窄。充滿想像力的科學家便乾脆稱呼小的一塊為「頭」，大的一塊為「身體」，中間部分叫做「頸」，這是當羅塞達太空船距離彗核約100公里時所看到的形狀。更近的時候便清楚看到表面上一層層的圓坑以及地質構造的紋理。有趣的是，「頭」和「身體」的紋理方向截然不同，便被用來指證這兩部分不可能是一整塊的個體，也就是說67P是由兩塊東西組成的。再加上水冰因太陽輻射而產生的揮發機制，脆弱的水冰和塵埃組成的物質被塑造成奇奇怪怪的結構。

但這兩個代表太陽系最原始物質的個體，是否有不同來源？其化學成分及物理性質因此也不一樣？是在什麼情況下，它們碰在一起的？都有待進一步研究。

為了方便比較觀察，羅塞達計畫的科學家根據地貌構造的特色，把彗核表面分成幾個區域，並用埃及古文明中的神祇命名。有了這些標誌，便可以用數位方法定位以及統計各種地質形狀和現象。

67P表面上有許多大石塊，在月球、火星、火衛一福布斯（Phobos）以及小行星的表面上，都可以找到幾公尺到幾十公尺大小的大石塊，主要是由於受到其他小物體碰撞表面，產生隕坑時四處濺射的碎片。但在彗核表面，起源於碰撞的隕坑絕無僅有，因此可能是由於冰層受太陽輻射加熱的氣化昇華作用，因侵蝕分裂而留下來的殘餘物，也可能是45億年前太陽系星雲的盤面已經存在的鵝卵石樣子的小塊塊。這些都可說是謎團中的謎團！

這個不過4公里大小的彗核，密度只有水冰的一半。也就是說它的內部構造非常鬆散，但還不知道有沒有大尺度的空洞存在。表面物質的反射率非常低，只反射5％的太陽輻射。

根據太空船上的可見光及紅外光照相光譜儀的測量，當離太陽約3個天文單位時，彗核表面只有非常少（＜5％）的面積有水冰覆蓋。有水氣和塵埃噴出的地方主要是「頸部」。

另一點要注意的是彗核自轉軸與黃道面夾角形成的季節效應。當67P從遠日點趨近太陽時，只有北面受到太陽光照，南面是完全一片漆黑。因此，羅塞達太空船上幾個測量水分子氣團分布的實驗儀器，如氣體質譜儀和微波光譜儀都偵測到很明顯的南北不對稱。

但當67P經過近日點時，日照條件翻轉，彗核南邊表面便會在短時間內產生大量噴氣和塵埃粒子。事實上，因為67P和太陽距離越來越近，表面溫度逐漸增加，使氣體產生率越來越高。2015年4月底，塵埃噴流的源區不再局限於「頸部」，而是開始呈現一種百花齊放的景象。

由於質量非常小，67P彗核表面的重力幾乎不存在。地球或其他行星表面的高低起伏和形狀，都因地心引力和物質本身強度的靜態平衡而定。加上長時間的水文或風化作用，我們所見的山嶽如玉山都是有一定的高度比例和傾斜角度。

後記：在2015年6月14曰，經過7個月的沉默，「菲利」登陸器首次傳出短暫「求救」訊號，表示它的電力系統可能重新啓動。歐空局也立即決定改變羅塞達太空船的軌道，開始執行拯救「菲利」的重要任務。

資料來源

《科學發展》2016年1月，517期，68 ~ 70頁

彗星(24)

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