2009年6月6日

探索太陽系的起源

作者/劉名章(任職中研院天文與天文物理研究所)

隕石與彗星是宇宙中最神祕的旅行者,科學家藉由研究其中的礦物組成與同位素分析,試圖解答太陽系誕生之謎。

天文和地球科學的關係,說實在的,除了在國高中階段,天文被放到地球科學課本內,上課要上、考試要考之外,要說出這兩者的關係還真是得花上相當腦筋;傳統地球科學研究地球,而傳統天文學則研究太陽系外天體,兩個學科似乎少了這麼一點連結。可是聰明的讀者,不知道您是否發現,要從地球跑到太陽系外,需要旅行過一片相當大的空間。而這個空間裡,並非空無一物,反而相當熱鬧。

答對了,這個空間,正是太陽系其他天體的居所,有著八大行星及其衛星、小行星、庫伯帶和歐特雲天體。它們若遠似近、看得到卻又摸不著,如何透過它們來更了解太陽系?了解太陽系的什麼呢?這個看來不夠傳統天文,也不夠傳統地球科學的領域,我們管它叫作行星科學。

石頭、氣體、大雜燴

行星科學的研究對象,就是太陽系天體。小從幾百公尺級的彗星與小行星,大到十萬公里級的類木氣體行星,都屬於這門科學的範疇。這些天體,不是石頭(水星、金星、火星、行星的衛星和小行星帶天體)就是氣體(木星、土星、天王星和海王星),再不就是冰雪碎石大雜燴(庫伯帶與歐特雲彗星)。既然它們本身特性大異其趣,研究方法也就相當多元,簡單分兩大類:

(一)親手操作型:星際空間中,有許多小型石質天體,如小行星帶,偶爾會受重力擾動而互相碰撞,產生四處飛濺的小碎片。當碎片進入地球重力場,掉到地上成為隕石,我們便可在地表的實驗室進行各式分析。另一種獲得外太空固體標本的方式則是「喚山不來則就山」 ——上太空採集標本,如早期阿波羅登月計畫,或最近才完成使命的星塵號彗星任務(Stardust Mission)。

(二)遠距分析型:有些太陽系天體不太可能讓科學家有親手分析的機會,如氣體行星或水星,這時就要倚靠太空船上的各式分析儀器。如早期伽利略太空船(Galileo)探測木星、兩年前完成的土星卡西尼–惠根斯任務(Cassini-Huygens)、進行中的水星信使號任務(MESSENGER),與預計2016年到達冥王星與庫伯帶的新地平線任務(New Horizons)等。另一種遠距分析方法,則是靠天文觀測,譬如利用紅外線或雷達來了解小行星地表組成等。

以下介紹第一類的研究,並把重點放在隕石和彗星所能帶給科學家的訊息,希望給讀者有別於傳統天文學的思維,了解天文學不是只有望遠鏡而已。【更詳細的內容,請參閱第474期科學月刊】

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