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X行星在哪裡?—太陽系外圍的冰冷世界

 
 
「太陽系有幾顆行星?」從答案可以判斷天文學常識,也看出您的年齡!「曰水火、木金土、此五行、本乎數」幼兒即朗朗上口。千百年來人類觀察這五顆行星,困擾它們為何異於其它星星,也好奇那裡是怎樣奇妙的世界。直到有了望遠鏡,我們的知識地平不斷往外擴張,在太陽系遙遠的角落,發現了天王星、海王星,還有為數眾多,與冥王星一般的小型冰質天體,這個過程是科技開疆闢土的成果,也拓展了看宇宙的視野。太陽系的戶口名簿當中,是否還有未知成員?讓我們探索太陽系外圍冰冷的世界。

講演綱要

本(105)年春季的第二場展望演講,在4月8日的晚間舉辦,由國立中央大學天文研究所陳文屏所長擔綱,並由陳丕燊教授主持,陳所長以「X行星在哪裡? — 太陽系外圍的冰冷世界」為題,拓展了我們對太陽系了解的視野。

「怎麼知道太陽系外圍的歷史和地理?過程我們用到一些物理、化學、生物、航太等知識…天文,就是用一些自然科學的手段,回答一些問題!」陳所長在開始打趣地要以台語演講,寫下標題X行星「地兜位」。而為了能讓大家快速地掌握今日討論到的尺度,一開始他將太陽系的天體大小和距離巧妙地比喻為演講廳環境的尺寸:如果說地球是講桌上一顆鹽巴(0.3毫米),那月球就是一個指頭直徑(1公分,實際離地球約380,000公里)外的一個胡椒粒;因為太陽很遠,它大概是往演講廳出口方向4米左右網球大的番茄,木星約是20米遠在演講廳門口的木瓜籽,而曾經是太陽系中最外圍行星的冥王星,則如同是大樓外面150米遠的一顆細沙,比胡椒粒還小!

當我們跳脫太陽系,到了離太陽最近的恆星:半人馬座的alpha星,則相當於位在菲律賓馬尼拉的另一顆番茄。陳所長表示,根據哈柏極深星場(Hubble Ultra-Deep Field),還有eXtreme Deep Field影像,科學家藉哈柏望遠鏡觀測所接收到最遠處,截至2014公布的資料,應該是來自132億光年遠的天體,而那大約是宇宙誕生後4億年左右形成的!

掌握了太陽系各大行星的「地址」後,陳所長以在南半球天空拍攝的蛇夫座照片,一張佈滿濃密太空塵埃雲氣,說明恆星形成的過程:從原來聚集成一團光線無法進入的塵埃,因為溫度低所以不斷地向內縮,當密度越來越高,拉緊到點燃核子反應時,其產生的光與熱會開始抵抗萬有引力塌陷而平衡,成為我們所見的恆星;小行星在開始是一團扁盤狀的雲氣,盤中灰塵凝集所成,若不斷地繼續凝集下去,最終就形成行星。而那些邊緣的灰塵,如果是不成形且留在原地就成為帶狀結構,如火星和木星間主小行星帶、海王星外的古柏帶;還有些在天體引力拉扯間被拋到遠方,更遠到歐特雲(球狀,以人命名,不是雲!)的天體,以及返回到太陽系範圍內,成為熱愛宇宙旅行的彗星。

目前太陽系家族的戶口名簿,成員有八大行星、五顆矮行星,與數百萬至數十億顆的小行星。為何會說太陽系外是冰冷的世界?陳所長利用清楚的物理推導,解釋了離太陽越遠接收到的能量就越低的原因,結果就是行星表面的溫度 T 與距離 d 開根號的倒數成正比(d 表示與太陽距離)。科學家藉由此公式預測行星表面的溫度:以地球為例,由距離的角度來看,我們的表面應為攝氏零下20度,但實際上地球表面均溫達攝氏15度,這冷熱的差異源自大氣層造成的溫室效應。而只要扣除有大氣層的行星,太陽系行星表面溫度與距離的關係還是符合上面公式的。

陳所長還生動地講述了一連串精彩的天體發現的歷史,包括從1781赫歇爾((Wilhelm/William Herschel)以自製望遠鏡發現天王星,他的妹妹卡洛琳•赫歇爾(Caroline Herschel) 成為首位赫赫有名的女性天文學家,在97年生涯中,發現約2,500個星雲,以及8顆彗星。另外,像1977年天文學家利用Kuiper Airborne Observatory 觀測掩星,原本為研究天王星大氣,卻意外發現天王星光環,1986年航海家二號直接取得光環影像;1846年法國 Le Verrier 由天王星不規則的軌道推算出海王星位置,並解釋為什麼天王星、海王星外觀都呈現藍綠色。還有最美麗的誤會:冥王星的發現,1930年繼續P. Lowell的志業,Tombaugh在Lowell 天文台以海王軌道擾動發現了這顆未知行星,但在2006年被投票歸類成「矮行星」。還有,新視野號(New Horizons)去年7月的大事件,終於抵達且拍攝當時2006年出發還是行星的冥王星影像,也意外地發現冥王星溫度這麼低,但地質活動如此活躍,還有製造行星剩下的小天體所在:古柏帶(Kuiper belt)的介紹!

對於未知的事物大家都喜歡賦予它神秘的代號:X,像是X光、X檔案、X戰警…,那太陽系邊緣到底有沒有X行星(Nibiru)?陳所長提到,最近科學家以電腦模擬的方式,計算太陽系外軌道群聚的現象,推測會有如海王星大小的第九顆行星存在,但由於還沒有實際的證據,所以X行星仍舊是對未知宇宙的神祕遐想!演講的最後,所長分享了愛因斯坦的名言:「宇宙最讓人無法理解之處,在於其居然可以理解!」,大自然到處都是答案,但問題是什麼,反倒是應該思考的重點,一位好的科學家,就是一名負責任的想像者,努力發掘出更多的宇宙新面貌!很高興大家當天晚上盡興地聽了一場精彩演講。
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