百年謎團破解了土星環只有4億歲

THE MERIT TIMES

編譯／潘楠慕 2023-05-28

字級

收藏文章

0
支持請+1

35觀看次

卡西尼探測器和土星想像照。圖／網路

NASA的史匹哲望遠鏡2020年退役前拍下的巨大土星環。圖／網路

NASA工程人員測試韋伯望遠鏡。圖／網路

NASA的卡西尼土星探測器以紫外線成像光譜儀，拍下高解析度的土星環。圖／網路

根據卡西尼收集到的土星環粒子資料，以不同顏色代表不同大小粒子的模擬圖。圖／網路

2022年7月從國際太空站所見太陽從地球背後升起。圖／網路

夜空中的北落師門。圖／網路

NASA卡西尼號探測器處於土星陰影中時，拍下165張照片合成這張全景照，以獨特角度觀察幽暗的土星環細微粒子。圖／網路

日冕物質噴發。圖／網路

編譯／潘楠慕

土星獨特的星環在太陽系中獨樹一格，但其實際形成的時間一直沒有肯定的答案；美國科學家的最新研究，可望解開讓學者們困惑了超過一百年的疑問。

美國科學家根據土星環塵埃堆積的速度研判，發現土星的招牌星環年齡可能只有4億歲，比之前學界普遍認為的年輕得多，也比這個氣態巨大行星本身還年輕。

美國科羅拉多大學波爾德分校「大氣與太空物理實驗室」（LASP）副教授坎普（Sascha Kempf），將他們的研究成果，與一百多年前的科學疑惑連結，「在某方面，我們為知名土星研究學者馬克士威（James Clerk Maxwell）時代就提出的問題結案」。

馬克士威在1800年代提出，土星環不可能是固體，而是由許多各個小碎片組成。今日的科學家知道的是，土星環有7圈，由無數個不比地球上一顆小圓石還大的的碎冰組成，這些碎冰加起來總共約土星衛星「彌瑪斯」（Mimas，土衛一）的一半重、從土星表面往外延伸達將近28萬公里。

坎普解釋，細碎岩粒幾乎不斷地從地球的太陽系被帶向土星，有些會在組成土星環的冰環上留下一層很薄的塵埃層。他和他的研究同僚，透過研究這個塵埃層堆積速度，來確定土星環的形成時間。他說︰「想像這些土星環就像你家的地毯，如果鋪上一張乾淨的地毯，只要等待一段時間，塵埃就會落在地毯上，土星環的形成原理就是這樣。」

研究團隊在2004年到2017年期間，利用美國太空總署（NASA）的「卡西尼」（Cassini）探測器上「宇宙塵埃分析儀」（Cosmic Dust Analyser），分析在土星周圍的塵埃，在這13年期間總共只收集到163粒塵埃粒；據此推算，土星環開始堆積塵埃的時間大約只有4億年。換句話說，土星環是新出現的現象。在宇宙的時間概念中，土星環的出現或是未來消失，可能只是短暫的現象。

研究團隊把這項結果發表在《科學先端》（Science Advances）期刊；報告指出，土星形成至今約有45億年之久。義大利天文學家伽利略（Galileo Galilei ）在1610年透過望遠鏡觀察，率先發現土星有星環圍繞，只不過當時他還不知道那是什麼。

坎普說，20世紀大多數時間，科學家都推測認為，土星環可能與土星同時形成，不過，「我們大概知道了這些星環的年紀，但是這並未解開我們的其他疑問。我們還是不知道這些星環一開始是如何形成的」。

數百年來，看似透明的土星環一直令科學家著迷。但這些星環或許已經在消失，之前NASA科學家提出的一份研究報告指出，土星環的碎冰正在緩慢落在土星表面，可能在1億年後完全消失。

太陽耀斑可能點燃地球生命開端

地球上的生命是如何形成的？目前尚無定論，然而，根據日本一項新研究，一顆超級活躍的年輕太陽產生的龐大超級太陽耀斑，可能點燃了地球生命的開端。

自1800年代以來，科學家就對開啟地球生命的環境條件感到困惑，1800年代時的推測是，地球生命或許起源於被稱為「小暖池」的原始化學物；1950年代有實驗將甲烷、氨、水和氫分子混和氣體與人工閃電接觸，交互作用產生20種不同的胺基酸。

不過，後來科學家發現，地球早期大氣層含有的氨和甲烷，比之前所認為的還少，有較多二氧化碳和氮分子，這兩種都需要更多能量分解，非光靠閃電能夠辦到。

現在，日本橫濱國立大學化學教授小林憲正在《生命》（Life）期刊發表的新研究認為，劇烈太陽活動產生超級耀斑帶來的宇宙射線，可能為地球提供形成生命所需啟動力。

太陽耀斑（又稱太陽閃燄）爆發會伴隨「日冕物質噴發」，這些物質衝擊地球磁場，引發地磁風暴，形成耀眼的極光。

研究人員模擬地球早期大氣層組成成分，並使用粒子加速器模擬太陽粒子照射，並使用模擬閃電的火花引燃這些混和氣體，了解超級太陽閃燄是否與地球形成胺基酸有關。

結果發現，兩種方式都使混和氣體產生形成生命的重要化學物質：胺基酸和羧酸。報告共同作者、天體物理學家艾拉培帝安（Vladimir Airapetian）說，「閃電產生胺基酸率也比質子束照射的產生率少一百萬倍」，如此看來，太陽粒子促使地球生命形成的可能性似乎更高。

系外行星結複雜度顛覆現今認知

天文學家利用韋伯太空望遠鏡觀察太陽系外第一個被發現有小行星帶的恆星「北落師門」（Fomalhaut，又稱南魚座α，α Piscis Austrini），揭露了一些「宇宙級」驚奇。

北落師門是一顆距離地球25光年的年輕明亮恆星，科學家最初在1983年利用美國太空總署（NASA）的遠紅外線天文衛星，發現這顆恆星有一塵埃環環繞，這次韋伯太空望遠鏡原本沒預期會觀察到這個塵埃環原來是三環，從恆星往外延伸達230億公里，約是地球到太陽距離的150倍。

韋伯太空望遠鏡首次揭開過去用哈伯（Hubble）或其他望遠鏡沒發現的北落師門兩道內側塵埃環，這項發現意味著，隱藏在這個恆星系統中的行星，或許正影響其塵埃帶的形狀，也顯示出，這顆恆星的塵埃環結構，比太陽系的主小行星帶和古柏帶（Kuiper Belt）還要複雜。

「北落師門」星環可能是彗星和小行星等較大天體碰撞後留下的碎片殘骸，然後這些碎片被環繞恆星、但是目前尚未被觀測到的行星重力影響，形成碎片帶，就像木星和海王星影響太陽系的主小行星帶和古柏帶內側邊緣形狀一樣。

研究報告首席作者、亞利桑那大學天文學助理研究教授加斯帕爾（Andras Gaspar）說，「我會形容北落師門是我們這個星系所見其他碎片帶的原型，因為它有類似我們這個行星系統恆星碎片帶的組成物質」，「透過了解這些星環樣態，我們能夠真正開始描繪一個行星系統應該是什麼模樣」。

恆星由氣體和塵埃形成，新形成的恆星外圍有一環剩餘物質「原行星盤」（protoplanetary disk）環繞這顆恆星，行星就從中誕生；研究這些碎片帶，有助於解開行星系統形成的奧祕。

《人間福報》是一份多元化的報紙，強調內容溫馨、健康、益智、環保，不八卦、不加料、不阿諛，希冀藉由優質的內涵，體貼大眾身心靈的需要，是一份承擔社會責任的報紙。

- 支持福報，做別人生命中的貴人 -

前往支持

加人間福報LINE好友