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適居系外行星,原來我們這麼近?

Whyjay
・2016/08/26 ・2517字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

「我們終於找到宇宙旅行的第一個驛站了?」

藝術家筆下的 Proxima b 正繞著遠方的比鄰星運行,更遠處兩顆較亮的星為半人馬座 α 星 A 與 B,這兩顆星與比鄰星組成三合星系統。Credit: ESO/M. Kornmesser
藝術家筆下的 Proxima b 正繞著遠方的比鄰星運行,更遠處兩顆較亮的星為半人馬座 α 星 A 與 B,這兩顆星與比鄰星組成三合星系統。圖/ESO/M. Kornmesser

半人馬座的比鄰星(Proxima Centauri),是距離太陽最近的恆星,僅有 4.2 光年遠。最新的觀測結果顯示,這顆恆星也具有一顆行星,而且它的表面溫度可能容許液態水存在。這項發現登於 2016 年 8 月 24 日的《自然》(Nature) 期刊上 [1]。

由倫敦瑪麗王后大學的 Guillem Anglada-Escudé 領軍主導的研究團隊,在今年年初使用歐洲南天天文台(The European Southern Observatory, ESO)轄下,位於智利拉西拉天文台的 3.6 米望遠鏡,連續針對比鄰星進行數個月的觀測。這台望遠鏡具有搜尋系外型星的利器──高精度徑向速度行星搜索器(HARPS),可以藉由偵測極微小的光譜都卜勒平移,算出恆星受到行星重力影響後,在觀測方向產生的來回擺動程度。這些新的觀測結果與前幾年針對相同天體所做的觀測交互分析後,發現比鄰星的徑向速度呈現了 11.2 天的週期性變化,而這種週期性變化,極有可能是一顆公轉週期同樣為 11.2 天的行星造成。

雖然在 2012 年,就有研究指出南門二的三合星系統(比鄰星是系統中的其中一顆)的另外一顆恆星具有一顆地球大小的系外行星 [2],不過可惜的是後來分析指出很可能是空歡喜一場 [3]。但這次的徑向速度觀測結果卻紮實得多,許多後續的研究,像是凌日法觀測等等,將會取得更多有關此行星的情報。

溫暖的行星鄰居

目前這顆很有可能存在的行星被稱為「比鄰星 b」(Proxima b)。如果它真的存在,將很有可能會是離太陽系最近的一顆系外行星。

藉由觀測結果,還可以得知許多有趣的資訊:這個行星的質量至少是地球的 1.3 倍,但不至於太大,以致它不太可能是一顆像木星一般的大氣體球。行星上的一年只有短短的 11.2 天,這也表示它與比鄰星的距離要比地球到太陽的距離近多了,只有 0.0485 天文單位而已。不過,由於比鄰星本身是顆紅矮星,散發出來的光能也比太陽少得多,就算靠得如此之近,比鄰星 b 也不會吸收太多熱能。計算顯示,比鄰星 b 的黑體平衡溫度大概落在攝氏 -40 度左右,如再加上大氣層與適當的溫室效應,行星的表面可望落在液態水能夠存在的溫壓範圍內。對於外星科幻作品的粉絲來說,這實在是個天大的好消息:離我們最近的恆星有個行星,而且那個行星非常適合生命的發展與繁衍!

連計畫主持人 Guillem Anglada-Escudé 都不禁說出:「我們要來動真格的尋找外星生命」[4] 了。

外星生命適合居住嗎?

不過,比鄰星 b 與地球的相似之處,恐怕也僅止於質量與表面溫度而已。如前所述,比鄰星 b 的母恆星是顆 M 型星,質量小、光度弱但壽命很長,行星上的生命誕生與繁衍機會的確比較高;比鄰星 b 離母恆星很近,雖然可以獲得足夠的能量讓水保持液態,但同時也會面對另一個麻煩的威脅,也就是從母恆星發射出的閃焰與其他種類的物質噴射。如果比鄰星 b 的自身磁場強度不足,抵抗不了這些高能的游離粒子,那麼這些物質對比鄰星 b 上居住的生物(如果有的話?)來說,就像是「大規模毀滅性武器」一樣,除了對生命體造成損傷外,對大氣層的影響也是個未知數 [5]。

另外,由於比鄰星 b 真的離恆星很近,它非常有可能受到恆星的強力潮汐作用影響,導致同步自轉的結果,就像是月球總以一面對著地球,這顆行星很有可能有一面永遠是炙熱的白晝,另一面卻是永不見天日的黑暗。你認為這樣子的星球上可能會有生命嗎?或許吧,或許他們可能躲在某處晨昏圈的底下(水下?)某處,躲避著比鄰星無情的閃焰摧殘呢。

想過去看看嗎?抱歉,雖然比鄰星真的離太陽很近,「才」4.2 光年,但就算是你搭上了有史以來離開太陽系速度最快的太空船航海家一號,也要 7 萬多年才到得了。在短期之內,這顆地球的鄰居或許還不是野外旅行的最佳去處。

藝術家筆下的 Proxima b 表面情景想像圖。雖然 Proxima b 位於適居帶內,但其表面有沒有水與大氣?環境適不適合生命演化?這些目前都還是尚未探索的謎題。Credit: ESO/M. Kornmesser
藝術家筆下的 Proxima b 表面情景想像圖。雖然 Proxima b 位於適居帶內,但其表面有沒有水與大氣?環境適不適合生命演化?這些目前都還是尚未探索的謎題。圖/ESO/M. Kornmesser

宇宙探險的新紀元

自從人類發現第一顆系外行星「飛馬座 51 b」以來,也才不過 21 年的歲月 [6]。如今,系外行星列表已經洋洋灑灑超過了 3000 顆,而且還在以驚人的速度增長。猶記去年發現的 Kepler-452b [7],它與比鄰星 b 同樣位於適居帶(在恆星周圍內,液態水能夠存在於行星表面的區域)內,而且在許多方面與地球非常相似,被許多人冠上一個特別的外號「地球 2.0」。可惜的是它實在有點遠,1400 光年的距離可不是像比鄰星 b 一樣開個幾萬年太空船就可以抵達的。

比鄰星 b 的出現,除了告訴我們「外星生命很有可能近在眼前」之外,更令人振奮的是它真的給了我們宇宙旅行的希望。「想去 4.2 光年遠的星球觀賞紅色的太陽?」或許這是幾百年後的旅行團標語也不一定。

搜尋系外生命與星際探險的宇宙夢,如今才正要開始。

參考文獻

參考資料與延伸閱讀


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文章難易度
Whyjay
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透過我的眼睛、鏡頭的眼睛、還有衛星的眼睛看世界的地球科學研究者。期望與你分享冰川下封存的秘密或是火山上隱藏的故事;夜晚,我們更可以遙望皎潔的明月,更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許也正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。推特:https://twitter.com/WhyjayZ (英文)


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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)