2019年4月29日

飛越半世紀的天文探索之旅

葉永烜/中央大學天文所及太空所教授,研究太陽系起源、小物體及糸外行星。
潘康嫻/中央大學天文所博士生,研究太陽系小行星家族型態與小行星光度及偏振觀測。
葉庭碩/中央大學天文所博士生,主要研究領域為主帶小行星的自旋狀態與結構。

圖一:《科學月刊》第5期封面。
在過去50年間,隕石和其與小行星相互關係的研究有很多重要成果和突破。回想在1969年,科學家們對隕石的來源還是各說各話。有人說是從彗星而來〔註一〕,有人認為是因小行星受到碰撞碎裂,產生的碎片被發射到與地球相交的軌道,才有機會穿入地球大氣層而墜落在地面,成為隕石。但問題在於要從火星和木星軌道之間的空間,改變成近日點小於一個天文單位(地球和太陽的距離)的軌道,需要極大的能量,一般來說很難有適合這種條件的碰撞事件。

而這個難題要等到80年代電腦計算能力到達一定的水平,可以執行長時期的軌道演變計算時,才知道與木星有共振作用的小個體,即繞日公轉週期與木星週期成2個簡單的正數比(即1∕2、2∕3、3∕4、3∕5等),其軌道可以從穩定狀態過渡成為混沌狀態,因此離心率可以變得非常大,使得軌道的近日點跨入火星軌道和地球軌道的空間。從而變成與地球有碰撞機率的近地小行星。事實上這個天體力學過程本身是相當的複雜,還有很多重要細節都需要了解,不過現今的科學家已把這個問題解決了。

圖一:跟據表面反射光譜和顏色的資訊所得小行星在太陽系中的分類,它們和隕石的化學成分也各有相應。(Gradie and Tedesco, 1982)

隕石的分類
當隕石的母體來自小行星的事實得到初步澄清後,接下來的工作便是認定各類隕石與小行星的關聯。從地面的天文望遠鏡的光譜或者濾光片測光觀察所得資料,可知小行星的化學成分依它們離太陽距離的近遠大略可以分為E、S、M、V、C和D六類(圖一)。如將各種小行星的光譜和隕石的光譜相比較,則知道S類的行星成分與普通球粒隕石相近;C類小行星成分與碳質球粒隕石相近;D類小行星的隕石標本很稀有,被認為是富含水分和有機物質的成分所成。以灶神星(Vesta)為代表的V類小行星成分,接近一種由溶漿岩形成並簡稱為HED族的隕石﹝註二﹞。而M類小行星的成分則和鐵質隕石差不多,可能是一些大型的小行星個體,在太陽系的早期歷史中的破碎性激烈碰撞事件,把中間的鐵質核心整個分裂出來。所以在某種程度來說,針對一塊塊不同的隕石作分析和比較,便有如在玩拼圖遊戲,嘗試把小行星的內部構造重新接合,更進一步推論太陽系在最開始幾百萬年期間的溫度和化學成分的分布。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第593期】

〔註一〕當時尚未確定彗星是冰塵混合而成的個體。
〔註二〕HED族:3種無球粒隕石的總稱,分別為古銅鈣無粒隕石(Howardites)、鈣長輝長無粒隕石(Eucrites)和古銅無球隕石(Diogenites)。