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NASA湊齊七龍珠:TRAPPIST-1星系有七顆與地球大小相近的系外行星

PanSci_96
・2017/02/23 ・2032字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 525 ・七年級
TRAPPIST-1 星系中,其中一顆代號 TRAPPIST-1f 的星球表面模擬圖。科學家利用史匹哲太空望遠鏡和地面上的天文望遠鏡發現了 TRAPPIST-1 星系中有七顆近似地球大小的星球。

文 / 泛科學編輯部(據說是 j 編、k 編、v 編、y 編合寫的)

美國太空總署的「史匹哲太空望遠鏡」(Spitzer Space Telescope)發現了人類首知、第一個由七顆近似地球大小的行星環繞著一顆恆星的星系(TRAPPIST-1)。目前七顆行星中有三顆被確信位於「適居帶」,也就是與恆星的距離適中,而且很可能有液態水。(延伸閱讀:科學家是怎麼找系外行星的?

這是人類首次在太陽系外發現一個星系同時擁有這麼多顆位於適居帶的星球。這個星系中的七顆星球都很可能有著人類生存所必要的液態水和適宜的大氣層,其中又以在適居帶內的三顆星球機會最高。

任職於 NASA 科學任務理事會(Science Mission Directorate)的朱伯肯(Thomas Zurbuchen)說,這是一個非常有意義的發現,我們獲得了回答「宇宙中是否有其他生物」這個重大科學問題的一大線索;一次找到這麼多顆在適居帶的星球讓我們朝問題的解答往前邁進了值得紀念的一大步。

「TRAPPIST-1」星系位在水瓶座,離我們不算很遠,如果你能飛的跟光一樣快,從地球出發大概 40 年(約 378 兆公里)就能抵達這群系外行星囉。

TRAPPIST-1 星系的名字來自於位在智利的 TRAPPIST 望遠鏡。2016 年 5 月, TRAPPIST 望遠鏡的研究員就發現這個星系中的三顆行星。在其他地面大型望遠鏡的幫助下,史匹哲望遠鏡不只確認其中兩顆的存在,還發現了其他五個,讓星系家族的行星成員一口氣增長到七個。研究結果發表在今(2017)年 2 月 22 日的期刊《自然》(Nature)。

美國時間 2017 年 2 月 23 日刊登在《自然》(Nature)期刊的封面,七顆近似地球大小的行星環繞著紅矮星 TRAPPIST-1 。圖/NASA

根據史匹哲太空望遠鏡的觀測資料,研究團隊準確量出這七顆行星的尺寸,並初步推算其中六顆的質量和密度。研究員根據密度推測這群行星都是岩石硬漢,但還需要進一步觀察它們是否有豐富的水?地表有沒有液態水?而最遠,也是唯一沒被推測出質量的第七顆行星則可能是冰球。

研究報告的主要作者,比利時烈日大學 TRAPPIST 系外研究團隊的主研究員吉倫(Michael Gillon)解釋,這是我們首次發現七顆類似地球大小的行星,又繞著此等規模恆星轉的星系,「這也是有史以來研究規模近似地球的潛在移居星球的最好材料!」

根據觀測資料(星球的大小、質量、軌道距離)所繪製而成的示意圖,顯示 TRAPPIST-1 星系中每顆行星的大小比例還有與恆星之間的相對位置。

與太陽不同的是,TRAPPIST-1 星系的恆星是一顆極低溫紅矮星(ultra-cool dwarf),亮度比太陽還暗兩千倍,即便行星們離恆星很近,仍有可能保有液態水。TRAPPIST-1 星系的七顆行星的軌道離恆星的距離,比太陽系中水星與太陽的距離還要近。甚至這七顆行星間的距離也非常靠近,NASA 指出如果一個人站在其中一顆行星上,他們可能可以看到鄰近的另一顆行星上的地貌或雲。

不過這些行星可能被母恆星潮汐鎖定(Tidal locking),像月球一樣只有一面固定面向恆星,所以會造成行星上有一半是永晝、一半是永夜的狀態。而 NASA 推測這個現象,行星上的氣候會與地球完全不同,例如會出現強風不斷從永晝面吹向永夜面,或是極端溫度變化等。

史匹哲太空望遠鏡於 2016 年秋季連續 500 小時持續觀測 TRAPPIST-1 星系。科學家藉由探測 TRAPPIST-1 恆星發出的紅外線,以及行星從恆星前經過的動態,藉此分析 TRAPPIST-1 星系的結構。

這張海報是人類利用太空旅行前往 TRAPPIST-1e 星球的想像圖。圖/NASA

2016 年 5 月哈伯團隊也觀察了 TRAPPIST-1 星系最內側的兩顆行星,並沒有發現它們有蓬鬆大氣的證據,更加強了這些行星的本質很有可能是岩石。哈伯研究的共同主持人、巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所天文學家尼科爾.路易斯(Nikole Lewis)說:「TRAPPIST-1 星系提供了很好的機會,讓科學家能在接下來的十年中去研究地球尺寸行星的大氣。」

另外,NASA 尋找系外行星的行星獵人計畫中,克卜勒太空望遠鏡也正在研究 TRAPPIST-1 系統,藉由測量恆星由於行星經過時的亮度微小的變化,觀察其凌星現象。

那這就是追尋系外行星的最高峰了嗎?

之前也有眾多的系外行星被點名為「地球 2.0」,在適居帶的系外行星其實也多不勝數(延伸閱讀:Kepler-452b 真的是「地球2.0」?),而這次的發現雖然是「人類首知、第一個由七顆近似地球大小的行星環繞著一顆恆星的星系」,這或許讓我們對於移民、外星生命、藉此探索地球和生命的起源……等眾多地想像又前進了一步;但只要追尋系外行星的計畫仍在持續進行(2018 年還會有更高性能,可以檢測水、甲烷、氧氣、臭氧和其他大氣組成份,還能分析行星溫度以及表面壓力的 Webb 太空望遠鏡加入戰場喔!),這樣令人興奮的發現就不會停止!

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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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