尋找宇宙塵和全球氣候變遷的關連

雖然大多數人認為宇宙是真空的，不過其實宇宙空間中到處有許多肉眼不可見的東西，例如：塵埃就是其中之一。 如果將太陽到木星之間的宇宙空間中的所有物質壓縮成一團，可以製造出一顆直徑25公里的月亮呢！現在，有個新的「地球大氣宇宙塵（Cosmic Dust in the Terrestrial Atmosphere，CODITA）」研究計畫，由英國里茲大學大氣化學教授John Plane領軍的研究團隊，希望測量落入地球大氣層塵埃量究竟有多少。宇宙塵中的金屬元素可能會在各個方面影響地球的氣候變化，因此如果能正確估計落入地球大氣的宇宙塵量，或許可幫助科學家瞭解粒子是如何在不同地球大氣層間一層層地傳遞過去。

CODITA剛獲得歐洲研究委員會（European Research Council）同意，未來5年內將有250萬歐元的研究經費。這個由Plane領軍的團隊，由11名來自里茲大學的科學家，以及10名來自美國和德國的研究者所組成。

太陽系中的塵埃主要來自小行星彼此間的互撞和彗星接近太陽時被蒸發的物質。當塵粒接近地球，會以非常高的速度進入地球大氣，估計時速可達38,000~248,000公里，速度高低視塵埃繞太陽運動的方向與地球公轉同向或反向而定。塵粒以如此高速衝擊大氣分子的狀況下，會被快速加熱到超過攝氏1600度的高溫狀態，此時它們會融化並蒸發。直徑大於2公釐（mm）的塵粒，在這樣的過程中會形成地面可見的流星；但事實上，絕大部分進入地球大氣的塵粒直徑都小於此限，因此一般人根本不會察覺，只能利用特別的流星雷達偵測裝置才能偵測到。

目前對落入地球大氣的塵埃量估計值，不同研究方法所得結果相差可達百倍。CODITA的目的之一，就是要解決這麼大的差異。衛星觀測結果顯示：每天約有100~300噸宇宙塵進入地球大氣。這個估計值和從極區冰核及深海沈積物中測出如銥和鋨等與宇宙塵有關的罕見元素的累積速度相符。不過，在地球大氣內的測量結果卻僅有每天5噸左右。前述這些測量，包含流星雷達觀測，或是用雷射觀測塵粒在上層大氣蒸發後釋出的鈉和鐵原子，以及動用飛機去測量低層大氣中的流星釋出的鐵原子。

Plane表示：如果進入地球大氣的塵埃量約為每日200噸的話，那麼塵粒向下傳輸到大氣中層的速度將比原本認為的還快；但如果每日真的只有5噸，那麼關於太陽系中塵埃究竟如何演化或是如何傳輸到中層大氣的概念，就得好好想想究竟哪裡有問題了。

塵粒進入大氣後蒸發出來的金屬，牽涉到許多層面的大氣變遷現象。例如，在地球高層大氣中才會出現的夜光雲（noctilucent cloud）的形成可能與宇宙塵有關，因為宇宙塵可提供作為冰晶凝結成雲所需凝結核。夜光雲通常出現在極區夏季期間，是氣候變遷的指標之一。此外，來自塵粒的金屬會影響平流層中的臭氧化學反應。塵埃量也會增加硫酸鹽懸浮粒子的數量，可能抵銷全球暖化的現象。宇宙塵也是海洋中鐵元素的累積來源，可能導致氣候反餽現象，這是因為海洋中的浮游生物會發出與氣候有關的氣體。

CODITA此計畫主要目的，在瞭解宇宙塵蒸發的特性，與大氣中冰晶成核作用有關的流星煙塵的形成過程等等。如能多瞭解一點宇宙塵的化學作用與氣候之間的關連性問題，或許就可以解開這麼多與全球氣候變遷有關的事項，難怪歐洲研究委員會如此重視這個研究計畫。

資料來源：CODITA: measuring the cosmic dust swept up by the Earth[2012.03.29]

轉載自台北天文館之網路天文館網站