彗星67P的前世今生—彗星怎樣告訴我們太陽系的起源與演化?
 
 
2016年春季系列的首場演講由中央大學天文研究所的葉永烜教授擔綱,葉教授不僅是教育部終身榮譽講座,更是享譽國際的天文學家,專精於彗星、太陽系,與行星形成的研究,探索外太空逾30年。他參與ESA(歐空局)的太空計畫,在很多探測任務中扮演著重要的角色,如促成「卡西尼探測土星」計畫,進而發現土星最大衛星「泰坦」存在生命跡象,並接受NASA(美國太空總署)頒發榮譽勳章。他也參與羅塞塔號等影響人類深遠的太空任務,對天文宇宙研究的發展做出很大的貢獻。

葉教授這次要談的是「如何探索彗星的前世今生?」他說:彗星來去匆匆,總是留下不少的疑團和無限的想像。歐空局這次到彗星67P的實地探測計畫,亦無例外。從它的形狀和表面構造,67P很可能是由兩個不同的個體拼成。但這種結構如何能夠經歷太陽系形成過程的碰撞事件是一個極待解決的問題。再者,它的密度只有水的一半,但石質沙粒的質量卻是水冰的四倍,這種成份比例一反過去所謂「骯髒雪球」的模型。這都是我們追尋太陽系來源的寶貴線索。

在演講的開始,葉教授放了一張恆星演化圖,於標題寫下「學生和恆星相同之處」,解釋說兩者的共通點,都會「循環、創造,不斷周而復始」。我們知道葉教授是當今彗星研究的頂尖學者,學術論文著作等身,在專業領域上是世界公認的權威,但他依然在開頭,感謝了每位學生對自身研究的幫助,這樣「謙遜」的態度,足見大師風采的不凡之處。

為何彗星的研究如此重要?葉教授說「彗星是解答太陽系來源之謎的關鍵」,正因它在整個宇宙物質循環上的地位:彗星與恆星間物質有著密切相關,還有它作為太陽系原始物體結構單元(building blocks)的角色,且有理論支持其碰撞很可能是地球生命與海洋的源頭。倘若可以得到上面的物質,並檢查其來源,就能瞭解行星形成的過程,得到新的突破。

其實對於「彗星」這把可以解開多個天文謎團的鑰匙,早在1983年NASA(美國太空總署)與ESA(歐空局)就打算合作探測,但考量原訂計畫的難度與負擔,後來ESA單獨執行調整後的彗星計畫。他們於2004年發射Rosetta太空船,航行了十年後,於2014年8月到達目的地-彗星67P(P代表週期),並放下Philae探測器登陸彗星。雖然Philae的登陸並不完美(登陸三次,且三隻腳只有兩隻著地),但從中獲得的觀測數據也足夠讓科學家們忙上好一陣子。

我們知道67P的物理性質,大小長度約4公里、平均密度約0.4 g/cm3、反光率約0.03、自轉週期約12.4小時,而且是一顆水冰覆蓋非常少(小於5%)的彗星,也量測出其彗核主要是塵沙組成,內部呈現均勻且多孔鬆散的結構,但對此彗星形狀(像兩塊黏土組合)的成因尚待確認,目前仍有多種說法:地質學家根據彗星表面的層疊紋理判定67P是由兩塊不同的物質碰撞結合,但物理學家以數值計算指出此微星體要以很低的逃逸速度才有可能,實際上兩物體的碰撞似乎不會以這般速度。有趣的是,葉教授以ㄧ張漂亮多彩的圖來說明它的質地,根據67P地質形狀分布,科學家們把它畫了邊界,也找了團隊中的埃及科學家(因Rosetta Stone的典故),以埃及的神明命名每個區域,方便進一步的分析與研究。

除此之外,目前像是偵測到彗星兩極噴氣物質的差異、彗星組成性質的分析、表面物質的硬度成因,以及完全沒預料到的氧分子成分佔很大比例等,都還沒有很好的解釋,這些問題就像牆上的鉤子,還需要科學家把解答的袋子掛上去。葉教授最後提到,彗星67P的秘密堆積如山,等待年青人發掘,希望在經驗的循環,與更多人投入研究後,讓人類進一步追尋太陽系起源的寶貴線索,藉此瞭解宇宙演變的奧秘。
 

標籤: 彗星(23)太陽(6)

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