2009年7月6日

尋找系外生命計畫

作者/葉永烜(任教中央大學天文所、太空研究所)

太空探測任務奠基於科技發展之上。本文介紹近來三大太空天文計畫,看人類如何試圖尋找系外生命的存在。

今年是全球天文年,要義在於紀念1609年,伽利略首次用自製的天文望遠鏡,觀察到月球表面高低不平的山脊和坑洞,並發現銀河是由點點繁星構成。翌年,他又發現圍繞木星轉動的4個衛星,促使反對地心說的「天體運行論」進一步被接受。但我們不要忘記, 1609 年也是克卜勒根據第谷的觀察資料,準確計算出火星軌道運行位置,發表《新天文學》的一年,並由此奠下克卜勒定律的基礎。

這兩位傑出天文學家的科學工作影響深遠。隨著太空科技的進步,他們的名字也用在天文學和行星科學重要計畫的命名。例如美國航太總署在90年代中期的木星探測計畫,便是以伽利略為名。而在今年3月成功發射的克卜勒太空望遠鏡,則是專注於系外行星的搜索,希望得到的觀察資料,可以為將來尋找系外生物圈的天文計畫鋪路。本文向大家介紹幾個相關的太空天文計畫——木衛二「歐羅巴」探測任務、克卜勒太空望遠鏡計畫,和達爾文太空望遠鏡計畫。

木衛二歐羅巴探測任務

美國航太總署在1960年左右,開始規畫外太陽系各大行星的探測計畫。經過前鋒者10、11號,以電漿和太空塵埃粒子測量為主的先導飛航(fly by)觀察,以及航海者1、2號的後續攝影儀和紅外光譜儀測量,得到很多重大的科學成果,使我們對木星、土星、天王星、海王星,和它們的衛星系統,開始有所認識。其中數一數二具突破性的發現,包括有木衛一「伊奧」的二氧化硫(SO2)火山噴泉、木衛二「歐羅巴」滿布冰山構造的表面地貌,以及土衛六「泰坦」的濃厚氮(N2)大氣層。

在很多太空探測的路線圖中,飛航觀察的下一步,便是把太空船放置於環繞行星的軌道,長時間測量各個衛星和行星磁層的物理過程,以及各種現象的時間變化。所以美國航太總署花了很長的時間規畫伽利略木星任務,中途遭受到許多障礙,而終於在1995年發射。在航往木星途中,儘管很可惜太空船的通訊天線發生故障,以致科學資料的質量大打折扣。但任務科學家和工程師協力合作,精打細算地把最重要的觀察落實。圖一即為木衛二「歐羅巴」表面構造的一個影像,可以見到一系列可能由潮汐作用而衍生的冰殼裂痕。

此外,伽利略太空船經由天文力學測量,得到「歐羅巴」內部構造的模型以及磁場觀察數據,兩者均指出,在這個衛星的冰殼之下,可能存在一個厚達數百公里的地下海洋。而因為地球海洋深處的底部,便存在一個只靠攝取地氣作為能量來源的微生物生物圈,所以「歐羅巴」便成為研究生命來源和系外生物圈的科學家,極感興趣的目標。【更詳細的內容,請參閱第475期科學月刊】

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