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一起去看流星雨吧!只要算準時間,你也可以一直許願一直爽!

Mia_96
・2021/05/02 ・2298字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 460 ・五年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

你有跟朋友們一起上山追流星雨的浪漫經驗嗎?

我們所位在的北半球每年都有所謂的「三大流星雨」:象限儀座流星雨、英仙座流星雨和雙子座流星雨,而每當流星雨出現時,總會吸引大批的民眾前往高山或是較少光害的地方迎來這浪漫的天文景象。

從每一年都有流星雨這件事,我們可以推測並得知,這些看似隨機出現、一閃而過的流星其實是有規律可循的!無論你是想要對流星許願,抑或你是熱愛追星的天文迷,只要抓準時間,都可以完成「一直流星一直爽」的夢想!

看似一閃而過的流星,其實是有規律可循的。圖/Pexels

流星,太空碎片的炫麗火焰

在看似空曠的太空中,其實遍布著各式各樣的小碎片,我們統稱這些小碎片為「流星體」註1,當這些流星體靠近地球並被重力吸入大氣層後,會因高速摩擦地球大氣而燃燒、發光,成為我們肉眼所看到的流星。

由於各種塵埃和碎片分散在太空各處,因此在一般的狀況下,大部分流星都是在不同地點、不同時間「隨機」地出現。然而,當地球經過彗星、小行星的公轉軌道時,一切都不一樣了!

彗星和小行星的繞日軌道上遍布著密集的塵埃和碎片,有些是受太陽照射而成,有的則是被撞擊後產生的碎石,當地球經路過這個區域時,眾多的流星體就會進入地球大氣並摩擦燃燒,形成絢麗的流星雨。

天琴座流星雨模擬圖。圖/Lyrids meteor shower

寶瓶座流星雨跟「寶瓶座」有什麼關係?

在新聞中我們時常可以聽聞:「OO座流星雨在今天最大期!」,這到底是什麼意思呢?

雖然我們多以星座來稱呼各大流星雨,但其實流星雨跟星座實際上一點關係都沒有!以今年(2021年) 為例,五月時,我們就可以看到美麗的寶瓶座流星雨,而寶瓶座流星雨並不代表流星來自寶瓶座,也不代表流星出現在寶瓶座的月份。

流星雨的命名方式,其實跟人眼的視差有關係!

不知道大家有沒有去過有廢棄軌道的景點(或是站在一條很長很長的走廊底端也可以),當我們站在廢棄軌道中間往前看時,我們會發現廢棄軌道的兩側在遠方好像逐漸地靠近,離我們越遠,兩側軌道就越靠近,其實這就是人眼視差的影響,而這也正是流星雨命名方式的原因。

軌道在遠方越來越靠近。圖/Pixabay

當流星雨從太空落下時,其實它是從離我們很遠、很遠的地方落下,也因為如此,當我們的眼睛追溯回流星落下的方位時,我們會發現,流星好像都是從一個「點」所落下。

在天文學界中,便將我們眼睛看到的點稱作「輻射點」,而流星的命名,正是看輻射點所位在的星座而命名,所以寶瓶座流星雨並不是代表流星與寶 瓶座的關係,而只是我們看到覺得「流星看起來像是從寶瓶座的方向掉下來」的!

如何看到「以自己星座為名」的流星雨?

以每年 12 月出現的雙子座流星雨為例,從前文中,我們可以知道它的名字代表流星們會從雙子座的方向開始落下,但其實我們也可以從流星雨的名字推測出「流星雨發生的時間」唷!

一般來說,如果你的生日落在 5 月中到 6 月中之間,應該就是「雙子座」的人,這代表著「你出生的時候,太陽座落在雙子座前面的位置」,也就是說,雙子座會在白天太陽高掛的時間出現!由此可知,我們無法在 5 月中到 6 月中的夜晚看到屬於雙子座的星星,因為晚上時,雙子座其實正在我們的地平面之下!

若想要看到屬於自己星座的星星,請將生日日期再加上 6 個月後,就可以得到最適合觀測該星座的時間!以雙子座為例,就是將 6 月加上 6 個月的 12 月,此時我們才可以在天空看見雙子座的星星們,以及看似從雙子座方向落下的雙子座流星雨。

流星雨的出現時間也和星座大有關係。圖/Pexels

一起去看流星雨吧!

想要看一場又美麗又壯觀的流星雨,除了要知道流星雨什麼時間會出現外,懂得 ZHR 值也是一件很重要的事情!

ZHR 值指的是在沒有光害的情況下,每一個小時可以看到幾顆流星落下,五月的寶瓶座流星雨 ZHR 值大約是 50 左右,而如果等到八月的英仙座流星雨,ZHR 值可以高達 100!

另外,「光害」也是觀測流星雨需要注意的事情,除了人造的光源外,其實天空中最大的光害就是月亮!如果今天流星雨剛好在滿月或是下弦月時出現,那可以觀測到的流星數目將會大大減少,但如果今天流星雨是在新月時出現,少了天空中最大的光害,便可以觀賞到美麗的流星雨了!

扣除年初的象限儀座流星雨外,今年還有五月的寶瓶座流星雨、八月的英仙座流星雨和十二月的雙子座流星雨,而英仙座流星雨因為剛好是新月之夜前後,更適合觀測!趁著還有一段時間,請開始排開時間,準備來一趟又熱血又浪漫的流星雨之旅吧!

註解

  1. 科學家並未明確定義流星體(meteoroid)的大小,泛指小至沙塵,大至巨礫的碎片。

參考資料

1.American Meteor Society : METEOR SHOWER CALENDAR 2021-2022

2.地球科學文教基金會,蔡文祥(1999),流星雨的成因

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Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師

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【貓心專欄】星座 / 血型 / 性格,哪一個影響了你顏色偏好?
貓心
・2022/06/26 ・3049字 ・閱讀時間約 6 分鐘

12星座圖。圖/envato

許多人對於星座和性格的關係,都有著一些既定的印象:天蠍座就是可怕、雙魚座就是多情、水瓶座就是怪、牡羊座就是火爆⋯⋯。甚至,有一些人在選交往對象時,還會特別篩選掉某些星座,或是熱愛某些星座。

然而,星座和性格之間,到底有沒有關係呢?恰好我大學時期的一份研究當中,曾經順手收集了相關的資料,現在就帶大家一起來看看這份研究,以及星座和性格到底有沒有關係吧!

一份關於色彩偏好與人格特質的研究

這份研究主要要探討的是「不同人格特質是否有色彩偏好上的差異性」,但除此之外,我們也跑了一些有趣的統計,其中包含了「血型和星座和色彩偏好的關聯性」,以及與色彩完全無關,但你我都很好奇的「人格特質和星座的關聯性」。為了蒐集研究的基礎資料,我們透過網路問卷,徵求受試者參與測驗。

測驗內容首先,受試者必須從 37 個色塊當中,挑選出自己喜歡的顏色。挑選的數量沒有上限,只要喜歡都可以選。此外,我們也透過五大人格測驗,蒐集了受試者的性格。

(色表圖)

另外他們也必須填上自己的基本資料,生理性別、職業或學校、出生年月日、血型、教育程度,居住區域、興趣、族群、母語、宗教信仰與是否相信星座或血型等等,可能對個性有影響的題目。

最後,我們蒐集到 743 份問卷,其中獲得 728 份有效問卷,受試者年齡介於 14~68 歲之間,有 438 位女性,290 位男性。

不同性別、星座、血型的人,都選了什麼顏色?

那麼,首先就先來看看大家都選了什麼顏色吧!可以發現在所有受試者當中,對於黑色與白色的偏好是最高的,而灰色則是大家普遍不喜歡的顏色。

各顏色偏好數量統計表。

在性別上,無論是男性或女性,都特別喜歡藍色和紅色;但男性喜愛藍色的比例比女性還要多,而女性喜愛紅色的比例比男性還要多。

性別與色彩偏好比例。

那麼,不同星座與血型的人,喜好的色彩是否有所差異?根據卡方檢定,不同星座,在選顏色的時候,並沒有喜好上的顯著差異;至於血型倒是有兩個顏色特別受到偏好。其中一個是「薰衣草色」(色表圖第 30 號),A 型的人比 B 型的人,更喜歡這一個顏色;另一個是藍綠色(色表圖第 23 號),A 型的人比 O 型的人更愛這個顏色。

顏色與性格有關嗎?

而本份研究的重點,其實是色彩偏好和個性是否有關。

在過去,心理學家主要都是以「五大人格測驗(Big Five)」來做為研究研究人格的主要依據。而所謂的五大人格,則分別包含了以下五大類別:

  • 開放性(Openness)──對於一個新經驗、新事物的開放程度。
  • 盡責性(Conscientiousness)──是否能夠嚴謹地管理自己達成目標。
  • 外向性(Extroversion)──喜歡交際、喜愛與人接觸。
  • 宜人性(Agreeableness)──對待他人是否善解人意、親切帶人。
  • 神經質(Neuroticism)──情緒是否容易因為外在而有所起伏。
五大人格特質。圖/wikipedia

根據我們研究的結果發現,喜歡第 11 號(土黃色)的人裡面,外向性高及開放性高的人佔多數;喜歡第 12 號色(棕色)的人裡面,外向性、開放性,及嚴謹自律性高的人佔多數。

而當我們採用 PCA 分析,去看不同性格與喜好色彩之間的關係時,更得出了許多顯著的結果

  • 神經質程度較高的人偏好偏好高彩度、低明度的顏色(例如5、30、26號色)。
  • 外向性和盡責性程度較高的人偏好高彩度、低明度的顏色(例如26、25、27號色)。
  • 開放性程度較高的人彩度部分沒有明顯的偏好,另外則偏好低明度的顏色(例如1、2、3 6號色)。
  • 親和性程度較高的人偏好高彩度、高明度的顏色,除神經質程度較高的人外,大多數人偏好藍色色相的顏色(例如26、25、22、27號色)。
  • 神經質程度較高的人對於色相的偏好較不明顯。開放性程度較高的人,除了偏好藍色外,也偏好紅色色相的顏色(例如1、2號色)。

至於喜好與不喜好單色方面,就得出了更豐富的結果了:

  • 喜歡2號色的人,比起不喜歡的人,有較高的宜人性。
  • 喜歡4號的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性(p=.013<.05)、較低的宜人性。
  • 喜歡7號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡9號色的人,比起不喜歡的人有較低的神經質傾向、更外向。
  • 喜歡10號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質傾向、較高的開放性。
  • 喜歡11號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡12號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡14號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質,較高的開放性,較低的謹慎性。
  • 喜歡15號色的,比起不喜歡的,有較高的開放性。
  • 喜歡16號色的,比起不喜歡的,有較高的開放性。
  • 喜歡18號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質、與較高的開放性。
  • 喜歡19號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡21號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質傾向、較低的宜人性。
  • 喜歡22號色的人,比起不喜歡的人,有較高的神經質傾向、較高的開放性、較低的謹慎性。
  • 喜歡24號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡28號色的人,比起不喜歡的人,有較低的謹慎性。
  • 喜歡32號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性。
  • 喜歡33號色的人,比起不喜歡的人,有較低的謹慎性。
  • 喜歡34號色的人,比起不喜歡的人,有較低的外向性、較高的開放性、較低的謹慎性。
  • 喜歡35號色的人,比起不喜歡的人,有較低的外向性與謹慎性。
  • 喜歡36號色的人,比起不喜歡的人,有較高的開放性、較低的宜人性。

你金牛,我水瓶,這應該沒有什麼差別吧?

星座、血型跟性格完全無關。 圖/envato

很多人看到這邊,一定會很懷疑,為什麼我一開始破題的答案都沒有講到?好的,事實上,這方面雖然不是我們的研究重點,但我也用統計軟體跑過了相關的數據之後,得到的答案是:「星座和血型跟性格完全無關。」

就我個人的經驗來看,我甚至認識一個跟我同年同月同日生的人,但我們兩個的個性相差極大。所以說,如果以科學的話語來說的話,就是透過本篇研究,無法找到可以支持星座和性格有關的證據囉~

文末致謝

大學時期,我曾跨校到台科大修了一門課研究所的課,名為色彩心理學。此篇研究來自於該門課的課堂研究報告。在此,我要特別感謝我的組員王琪瑄、李梓含、吳典軒、李佳勳、洪維君,儘管至今我們已經沒有再聯絡了,但很謝謝他們當初一起完成了這份研究。

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貓心
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心理作家。台大心理系學士、國北教心理與諮商所碩士。 寫作主題為「安全感」,藉由依附理論的實際應用,讓缺乏安全感的人,了解安全感構成的要素,進而找到具有安全感的對象,並學習建立具有安全感的對話。 對於安全感,許多人有一個想法:「安全感是自己給自己的。」但在實際上,安全感其實是透過成長過程中,從照顧者對自己敏感而支持的回應,逐漸內化而來的。 因此我認為,獲得安全感的兩個關鍵在於:找到相對而言具有安全感的伴侶,並透過能夠創造安全感的說話方式與對方互動,建立起一段具有安全感的關係。 個人專欄粉專: https://www.facebook.com/psydetective/ 個人攝影粉專: https://www.facebook.com/psyphotographer/

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披著喜劇外皮的警世寓言:《千萬別抬頭》背後的科學真相
PanSci_96
・2022/01/06 ・3626字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

2021 年底在 Netflix 上架的《千萬別抬頭》(Don’t Look Up)講的是一個彗星撞地球的故事,但這並不是一部普通的科幻災難片,而是帶有黑色幽默的諷刺電影,用來嘲諷拒絕科學、對科學冷漠的社會大眾。雖然製作團隊原先是想諷刺那些否認全球暖化的言論,但在 COVID-19 疫情肆虐的現在,恰巧也能影射抵制口罩和疫苗的行為、煽動對立的政治操作,以及人們對於社交媒體的過度依賴。即使整部電影看似穿插了不少笑點,仍能從中感受到一股壓抑和無力感。

《千萬別抬頭》還請來了星光熠熠的卡司陣容,包括李奧納多.狄卡皮歐、珍妮佛.勞倫斯、喬納.希爾和凱特.布蘭琪等多位奧斯卡得主。飾演美國總統的梅莉.史翠普更表示這是她拍過最重要的電影!

Don't Look Up Poster.jpg
《千萬別抬頭》的演員陣容十分豪華,主演群包括李奧納多.狄卡皮歐、珍妮佛.勞倫斯等人。圖/WIKIPEDIA

製作人亞當.麥凱(Adam McKay)希望這部電影能夠如實描繪科學事實以及科學家面臨的挑戰,於是,他邀請知名天文學家艾米.邁因策爾博士(Dr. Amy Mainzer)擔任電影的科學顧問。

邁因策爾博士現為亞利桑那大學月球與行星實驗室的教授、全球頂尖的小行星探測和行星防禦專家,以及 NASA NEOWISE(Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer)計畫的首席研究員,負責監督這項史上規模最大的小行星探測計畫。在 2020 年 3 月,計劃內的一名天文學家成功發現了一顆新的彗星,並且將它命名為 NEOWISE,就跟計畫名稱一樣。

Photo of Dr. Amy Mainzer
邁因策爾博士。 圖/NASA

科學家眼中的災難片

本片的科學顧問邁因策爾博士與北美天文學新聞網站《今日宇宙》(Universe Today)的編輯南西.阿特金森(Nancy Atkinson)聊了《千萬別抬頭》這部片,以及電影中的科學。

邁因策爾博士醉心於彗星和小行星的研究,所以她表示,自己非常喜歡隕石浩劫這類電影題材!非常開心能看到以彗星為主題的電影,也十分慶幸能夠成為災難電影的科學顧問。

雖然目前實際上沒有任何小行星或彗星運行在可能撞擊地球的軌道上,也沒有任何一顆即將撞上地球。但本片畢竟是科幻電影,需要設定一顆真的即將撞上地球的彗星,更像是「拋磚引玉」的功能。邁因策爾博士以「科學實在論」打造故事框架,希望觀眾重視科學家的警告,不再相信虛假的謠言。

而《千萬別抬頭》之所以涵蓋這麼多科學知識,是因為製作團隊對科學深感興趣,非常重視電影中的科學。因此電影畫面中,團隊設計的彗星既要符合電影的視覺需求,又要符合科學上真實彗星的樣貌。劇情不僅描述了發現彗星的過程,包括如何識別、確定彗星軌跡,還刻畫了科學家在探索未知事物時的反應。這不只描繪了科學家的形象,也告訴觀眾科學家是什麼樣的人,還有他們是如何傳播科學知識——有時很順利,但有時真的困難重重。

這部電影讓《今日宇宙》編輯印象最深刻的是,科學家試圖警告災難,卻沒有被當一回事。若是套用在氣候變遷和傳染病肆虐等全球議題上,這種冷漠的態度似乎有點太寫實了。

邁因策爾博士也認為,這齣電影想強調人們對於科學新聞的態度。就像《今日宇宙》編輯平時所從事的科普工作,將複雜的概念轉化為淺顯易懂的文字是很困難的,因為科學家慣用的詞語與日常生活中的用詞完全不同。

例如,「不確定性」(Uncertainty)代表測量結果是一個可能的數值範圍,而不是指我們不確定自己測量的是什麼。在不同的情境下,詞語意思也會不一樣,確實有可能造成溝通障礙——這只是其中一個例子而已。

對邁因策爾博士來說,這部電影講述的是科學家如何傳播知識,如何讓眾人瞭解這些知識,還有如何根據科學做出明智的決定。這樣的題材很有挑戰性,因為這是一部喜劇,希望觀眾可以在笑著看完的同時,能夠更加理解科學家們多麼努力想做到這些事,「可是也請容許我們偶爾做不到。」

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《千萬別抬頭》希望透過反諷與幽默,能讓更多人抬起頭、睜開眼,開始關心環境議題。圖/Pixabay

幕後花絮:真正的 NEOWISE 計畫在做什麼?

其實,現實中新發現的 NEOWISE 彗星就是電影裡那顆彗星的原型。那是一顆長週期彗星,以驚人的速度從遠方朝太陽系飛來。邁因策爾博士在 2020 年 3 月發現 NEOWISE,7 月時它就接近地球了,就真的像電影中的彗星一樣,我們來得及反應的時間非常短。 

好消息是,我們已經開始監視那些能釀成全球性災難的近地小行星。以超過 1 公里的近地小行星來說,科學家已經找到了其中 90%,而且沒有一個會對地球造成威脅。

但長週期彗星就是另一回事了。比起小行星,長週期彗星相當稀有,但這不代表它們不存在。雖然科學家持續監測,還是無法推估總數到底有多少。在邁因策爾博士看來,任何物體接近地球的機率都不是零,我們需要獲得更多知識,才能做好準備,方法就是不斷尋找彗星和小行星,並且全面性地監測、追蹤。

邁因策爾博士也花了很多時間和導演討論小行星監測系統。當科學家們發現未知的小行星或彗星時,會透過這個系統比對所有已知的星體,如果確定是未知星體,系統就會公開觀測資訊,讓其他天文學家看見。從科學家的角度來看,他們努力地傳播科學資訊,但問題在於每個人對於科學的接受程度不同,這樣的矛盾在劇情中也有不少著墨。

電影中的科學家發現彗星只是湊巧,他本身並不是研究彗星的專家,但製片團隊仍花了不少時間呈現他們識別彗星、確定軌道,以及將結果轉告其他科學家的過程。雖然這畢竟是電影,多少美化了實際情況,但還是希望能藉此讓觀眾看見科學論證的嚴謹之處。

Comet 2020 F3 (NEOWISE) on Jul 14 2020 aligned to stars.jpg
NEOWISE 彗星 或音譯尼歐懷茲彗星 ,又稱為 C/2020 F3,是一顆具有接近拋物線軌道的逆行長週期彗星。圖/WIKIPEDIA

科學講述事實,但藝術掌管對事實的感受

本片中有許多大咖演員,他們才華洋溢,而且都有自信能展現出科學家感性的一面。他們都熱衷科學、關心科學在日常生活中扮演的角色,也相信如果人們根據科學做決定,就能找到更好的問題解決方法。邁因策爾博士還花了很多時間陪演員練習台詞,因為劇本裡有很多艱澀的科學術語。這麼做還有另一個好處,就是當他們沒有在聽博士講話時,博士可以表達身為科學家的感受,供他們揣摩。

邁因策爾博士一直覺得科學和藝術之間的關係很有趣。科學告訴我們事情的本質,但藝術掌管我們對這些事情的感受。這部電影呈現出科學家和大眾對於科學的看法:科學家想改變社會,以做出基於科學的決定,但也必須設法讓大眾傾聽科學的聲音——這種矛盾和拉扯,就是這部電影的核心所在。

科學家有所隱瞞?他們更想說個沒完

那些拒絕科學的大眾普遍認為 NASA 或政府隱瞞了一些事情,可是所有科學家卻都說,如果他們發現太空有危險物體,絕對會爬上屋頂告訴全世界。

如果換成是邁因策爾博士,她也會這樣做!當科學家學到新的酷東西時,就像一班人去了一趟很棒的旅行,回家後,他可能會讓其他人感到厭煩,因為他不斷提起旅行中的所見所聞。大多數科學家不會停止談論自身所學,因為他們熱愛這些知識,也希望其他人知道這些酷東西,或許他們就會因此愛上科學!

邁因策爾博士希望觀眾看完這部電影後,能夠理解科學家也是人,而且和一般人沒什麼兩樣。「作為科學家,我們經常遇到溝通方面的挑戰,但我們正在努力,而且我們不會放棄!」

圖/twitter @dobrienloml
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Just Look Up!小行星監測系統「哨兵」全面升級
EASY天文地科小站_96
・2022/01/03 ・2549字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 作者/陳子翔|師大地球科學系、EASY 天文地科團隊創辦者

看到下圖密布於太陽系的小行星軌道,你是否會對小行星撞地球這樣的災難感到擔心呢?

對地球有潛在撞擊威脅的 2200 個小行星軌道。圖/NASA/JPL-Caltech

事實上面對小行星的撞擊風險,科學家也是嚴陣以待。畢竟即便是一顆直徑只有數十公尺的小行星撞上地球,其威力也足以摧毀一座城市。更何況還有許多直徑數百公尺,甚至數公里的近地小行星(near-Earth asteroids)存在。因此,對於這些小行星的觀測、研究與監控就顯得格外重要。

揪出藏身夜空中的小行星

對近地小行星監測的第一步,就是要先找出「它們在哪裡」。如同在戰場上比起收到敵方要發動攻勢的情報,更可怕的就是連敵人是誰、敵人在哪裡都還不清楚就被暗中襲擊了。

然而棘手的是,由於直徑小,反照率低的特性,小行星的亮度往往非常低,需要仰賴觀測性能強大的天文台才有辦法看見它們。但大型天文台的觀測視野卻通常很小,難以有效率的「掃描」廣大的夜空,而且這些天文台本來就有很多天文研究工作要進行,能撥給小行星觀測的時間也相當有限。

有鑑於這些因素,專門設立搜尋近地小天體的計畫與望遠鏡,就成了更合適的選項。像是林肯近地小行星研究小組(Lincoln Near-Earth Asteroid Research, LINEAR)、卡特林那巡天系統計畫(Catalina Sky Survey, CSS)以及泛星計畫(Pan-STARRS)等。它們扮演「小行星獵人」的角色定期掃視夜空,尋找移動中的可疑光點。目前透過這些計劃發現的近地小行星已經多達數萬個。

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Neo-chart.png
每年由近地小天體搜尋計畫找到的近地小行星數量,藍色為林肯近地小行星研究小組,綠色為卡特林那巡天系統計畫,紫色為泛星計畫。圖/Wikipedia

用自動化的監測系統,找出小行星中的「危險份子」

發現這些小行星的下一步,就是由觀測資料計算出它們的軌道,並找出哪些小行星對於我們的威脅比較大。而面對數量龐大的近地小行星資料,NASA 噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)早在 2002 年就開發出一套名為「哨兵(Sentry)」的監測系統,運用設計好的演算法,自動化的評估每個近地小行星撞擊地球的機率,並列出對地球威脅比較大的小行星名單。

以目前的速率來看,每年大約有 3000 個新的近地小行星被發現。而未來隨著更多更先進的天文台投入小行星搜尋的計畫,可以預期小行星的發現數量還會出現顯著的成長。因此就在不久前,NASA 的天文學家已發展出下一代更先進的小行星監測系統:哨兵 II(Sentry II),以因應未來更龐大的資料,同時也對已經使用了近 20 年的哨兵系進行補強。

監測系統升級上線,更完善的為地球把關

就如同各種應用程式都會進行版本更新,並在更新中修正上一個版本的缺點,這次哨兵 II 系統的升級,也從哨兵一代系統多年累積的經驗進行修正。

首先,第一代哨兵系統只有計算萬有引力對小行星軌道的影響,並沒有考量其他外力,例如來自太陽的輻射壓等等。這些力量雖然相對微小,但積少成多、聚沙成塔,長期下來也能影響小行星運行的軌道。另一方面,由於小行星本身會自轉,因此小行星的受光面和背光面會不停改變方向,如此一來熱輻射對小行星造成的力,也會隨著轉動而變化,這個效應被稱作「亞爾科夫斯基效應」(Yarkovsky Effect)。而哨兵 II 的演算法都有將這些因素納入考量,讓小行星的軌道估計算更為精準。

亞爾科夫斯基效應的動畫。影片/NASA

再來,當小行星的非常靠近地球時,受到地球引力的影響,軌道以及速度都會大幅改變。其原理與太空探測器借助行星的引力來改變自身的軌道和加減速的「重力彈弓」效應相同。

然而太空探測器上面有很多精密的儀器提供科學家精準的定位,小行星卻只能透過地面觀測來估算出它的軌道,科學家其軌道掌握的精確度當然就比較差。而當小行星接近地球時,軌道的計算誤差就會被大幅放大。一個小行星飛掠地球時幾百公尺的誤差,到了下一次來訪時可能就成了幾千公里的差別了。而這幾千公里,就有可能是「撞上地球」和「安全通過」的差距。好消息是,由於在軌道計算上考量的因素更全面,演算法也更加精密,讓哨兵 II 即使在面對這樣的狀況,也能計算出更為精準的結果。

最後,哨兵 II 系統在計算小行星的撞擊風險時,判斷的方式也相較上一代系統更縝密。如同任何觀測與測量,小行星的軌道也會存在誤差,而哨兵 II 會從小行星軌道的誤差範圍內隨機取樣進行計算,以檢查小行星有沒有撞上地球的可能性。相比於第一代哨兵系統預先將有撞擊風險的軌道推算出來後才評估撞擊機率的做法,這樣的更新能降低漏網之魚出現的可能性。

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隨著科技不斷在更新換代,人類對小行星的認識越來越深入,但我們也仍未擺脫小行星撞擊的威脅。圖/Pixabay

持續探索可能的威脅

小行星、彗星等天體的撞擊一直以來都是很多科幻作品的題材。從科學的角度來看,太陽系中也的確存在非常多小天體,可能對地球上的生命構成威脅。雖然對於近地小天體的災害預防,當今的科學與科技還遠達不到萬無一失的程度,但過去三十年,人類對近地小行星的認識已有了顯著的進展。從搜尋小行星的各個計畫,到針對小行星的太空探測任務,以及本篇文章介紹的兩代哨兵監測系統,都帶給我們許多重要資訊,立下人類面對小行星撞擊風險時不可或缺的基石。

延伸閱讀

參考資料

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EASY天文地科小站_96
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EASY 是由一群熱愛地科的學生於 2017 年創立的團隊,目前主要由研究生與大學生組成。我們透過創作圖文專欄、文章以及舉辦實體活動,分享天文、太空與地球科學的大小事