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我們都是火星人?論火星隕石為地球生命播種的可能——《穿越 4.7 億公里的拜訪》

三民書局_96
・2021/11/26 ・3466字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 作者/前NASA太空任務科學家 李傑信

太陽系形成初期,火星與地球的起跑線相同。火星地處石質行星外緣,獲水量比地球大,但受體積龐大的木星干擾,無法收集到足夠建材凝聚成像地球一樣的健康軀體,只長成了一個小矮個兒。火星地心引力不夠強,抓不住氮、氫、水氣等氣體,氣體集體逃亡,45 億年下來,只剩下 600~1,000 帕大氣壓,液態水失蹤,紫外線肆虐,地表生命消失。相比之下,後到的綠色微生物將地球轉變成一個充滿自由氧氣的生物星球,是生命的樂園;反之,火星連二氧化碳都不夠,是生命的悲慘世界。

火星的質量小、重力弱,使得大氣稀薄,生物難以生存。圖/Pixabay

在隕石風暴的第一個 7 億年裡,每次巨大隕石碰撞,都對生命有「消毒」的威懾力。由隕石帶來巨大的動能,被行星吸收,轉成熱能,造成地球和火星同樣地表熾熱,可能遠遠超過生命耐熱極限。我們揣測,生命時鐘應在隕石風暴停止後的 38 億年前起算。

隕石風暴停止後,地表溫度開始下降。一般球體散熱的速度,以其總表面積對所含質量的比值作為比較標準 [註1],換言之,我們要看球體每公斤的質量能分到多大的散熱面。使用這個標準,火星有效散熱面大約是地球的 2 倍。假如其他一切條件相等,火星降溫速度比地球約快 2 倍。實際上地球比重為 5.497,火星比重 3.96,地球的單位含熱量比火星高。若從 38 億年前起按下碼錶,火星應比地球率先抵達生命起源極限的溫度,比如攝氏 140 度。當火星地表生命有起源條件時,地球地表可能依然熾熱,仍是高溫消毒爐。

以地球古菌生命經驗,只要賦予一線生機,生命就可能蓬勃發展。地球生命在隕石風暴停止後 3 億年,就已粗具規模,但地球還是比火星晚抵達生命發展的極限條件。我們揣測,火星生命可能在隕石風暴停止後不久就濫觴。

火星可能先有生命,贏了這場和地球的生命競賽。

隕石列車

行星間隕石互訪,亙古以來,絡繹不絕。

在隕石風暴肆虐的年代,每個行星都承受大量隕石撞擊,可以想像行星上很多岩塊被崩離行星進入太空,穿梭於各行星之間。

地球和火星是太陽系中的近鄰。地球塊頭大,地心引力強,岩石脫離地球困難;火星個兒小,地心引力弱,岩石脫離火星容易。

作者在第三章「一飛衝天」的「水手號」爬坡追火星一節打了個比喻:太陽重力場有如一個山坡,太陽在山腳,地球在山腰,往下看有金星和水星,往上望有火星、木星、土星等行星。從地球到金星、水星,走下坡路,比較省勁;從地球到火星,要爬坡,費力。

行星間隕石互訪,亙古以來,絡繹不絕。圖/Pixabay

同樣的,從火星出發的隕石,往地球掉,有如下坡滑行,輕鬆容易;從地球出發到火星的隕石,掙脫地心引力不易,又得費力爬坡飛行,已是「二振」局面,打出全壘打較難。

人類沒有去過火星,不知火星上有無從地球去的隕石。金星的個頭是地球的 81.5%,金星隕石到地球的困難程度應該和地球到火星的差不多。金星大氣、土壤成分測量,是前蘇聯對人類的貢獻,以這些數據要鑑定出金星隕石不難。人類到 2020 年為止總共掌握了 40,000 塊隕石,但作者尋遍資料,都找不到金星隕石。依理推測,在火星上也可能很難找到地球隕石。

地球-火星間的高速公路雖然不是單行道,但交通流量可能極不平衡:火星客擁擠於途,地球客門可羅雀。

火星隕石NWA 7034,暱稱為”黑美人”,質量約為 320 克。圖/WIKIPEDIA

即使我們接受以上的論點,讓比地球先發展出來的火星細菌生命買票,登上隕石列車,以上千倍於重力場的爆炸性加速度出發,在太空無水分、無養料,還飽受強烈宇宙射線轟擊千萬年的情況下抵達地球時,仍得遭遇大氣摩擦產生攝氏 2,000 度的高溫。降落時,再與地面高速碰撞減速,又是上千個重力加速度。細菌雖小,但核心只是一汪水含著生命密碼 DNA,能承受重重魔障般的顛簸旅途,活著抵達地球這個生命樂園嗎?

魔障旅途

脫離火星的隕石速度最低每秒 5 公里,就可進入太陽軌道,有機會抵達地球。但脫離火星的隕石肯定不會受到如此溫柔的待遇。火星隕石一般以爆炸性速度離境,加速度可達上千倍重力加速度。細菌再小,也是生物,承受重力加速度的能力有一定極限。

有位瑞典科學家曾將潛伏期的細菌放在高射炮的彈頭中射出,彈頭承受巨大的重力加速度。實驗結果,細菌仍是活的。所以我們有把握說,乘坐大小適當的火星隕石列車,細菌可能安全離境。

進入太空後,宇宙射線無情地打將過來,坐在經濟艙中的隕石表面乘客可能很快喪生。看隕石的塊頭有多大,坐在核心的乘客受到厚實的隕石層保護,可能安然過關。

大小適當的隕石也許可以將細菌帶上太空,並保護核心部分的細菌不受宇宙射線傷害。圖/Pixabay

隕石可能在太空飛行上千萬年。隕石溫度在深凍狀態,超低溫很可能歪打正著,引發隕石核心細菌進入冬眠潛伏、長期存活。厚實隕石殼又成為最佳熱絕緣材料,維持隕石核心溫度不變。

隕石以每小時 40,000 公里的高速衝進地球大氣層,摩擦生熱,表面白熱化,溫度可達攝氏 2,000 多度,然後以高速撞上地面。細菌又要承受好幾千個重力加速度,才能抵達目的地。

有人發現,剛落地的隕石有時表面竟然會被一層霜包住。這種現象可能是因為隕石深凍溫低,絕緣性良好,僅允許表面薄層白熱化,著地後,隕石迅速被核心溫度冷卻。

這時候,火星細菌才可以從到站的隕石列車裡探出頭來,看到四周豐富的資源,說聲:酷!地球真是一個好地方!

移民地球,播種生命

到目前 2020 年為止,人類搜集了 40,000 餘塊由宇宙各處來的隕石,其中 224 塊來自火星。在地面尋找火星隕石不易,即使撿到,通常都要經過漫長的歲月後,才發現那塊不起眼的石頭,原來竟是由火星來的。

1911 年在埃及砸死一隻狗的那塊隕石,在 20 世紀 80 年代後才被驗明正身,死的那隻狗也跟著進入史冊,略可瞑目。 1999 年底在加州洛杉磯鑑定的兩塊隕石,是發現者在 1979 年於莫哈維沙漠撿到的,在車房待了 20 年才認祖歸宗。即使由專家特別搜集的 ALH84001 號隕石,從開始就大出風頭,也還是在冷藏庫中度過 9 個寒暑,才確定出身,大放異彩。

ALH84001 號隕石, 重量為為 1.93 千克。 是由美國的南極隕石搜尋計劃小組於 1984 年 12 月 27 日在南極洲艾倫丘陵發現的一顆隕石,被認為來自火星。圖/WIKIPEDIA

隕石平均掉落在地球每個角落。地球表面 3/4 是海洋,其他是大片的荒郊野外,從撿到的幾塊火星隕石,很難估計地球總共有多少火星隕石。但大膽的科學家還是勇敢地估計了一下,結果是:地球大約每年搜集 500 公斤的火星材料。45 億年下來,得 22.5 億公噸。如果把這些火星材料平均撒在臺灣全島,厚度得有 1.5 公分。其中 90%,應是 38 億年前,隕石風暴結束前後時期飛過來的。這是一個不算小的數目字,足夠對地球進行生命播種的工作。

總結來說,地球生命環境優越,生命非常可能是獨立起源演化的,與任何外來因素無關。但也有專家認為,地球生命起源後,隕石碰撞仍然不停,地球生命繁殖演化道路受阻,留在地表死路一條,有些細菌就乘上隕石逃亡列車,進入太陽或地球軌道,等地球生命環境穩定後,再返回故鄉,自身播種。當然,地球生命也可能經由稀少的隕石,感染火星,因此火星生命也有可能是地球古菌。

不過,火星個子小,散熱快,很可能比地球搶先抵達生命起源條件。目前無法排除的可能模式是:火星生命在火星成形後,乘坐頻繁出發的隕石列車,抵達地球,播種生命。

那麼,我們會是火星人嗎?

註解

註 1:以地球的情況而言,大部分熱能是由行星內部放射性元素產生的核熱能,但由於目前尚不清楚火星內部的核熱能,故在此略。

——本文摘自《穿越4.7億公里的拜訪:追尋跟著水走的火星生命》,2021 年 7 月,三民

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創立於1953年,為了「傳播學術思想,延續文化發展」,60年來默默耕耘著書的園地。從早期的法政大學用書、三民文庫、古籍今注新譯叢書、《大辭典》,到各式英漢字典及兒童、青少年讀物,成立至今已出版了一萬多種優良圖書。不僅讀者佳評如潮,更贏得金鼎獎、小太陽獎、好書大家讀等諸多獎項的肯定。在見證半個世紀的社會與時代變遷後,三民書局已轉型為多元、綜合、全方位的出版機構。


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全台首座科研火箭場正式啟用!——坐落在依山傍海的屏東牡丹鄉

PanSci_96
・2022/01/18 ・2103字 ・閱讀時間約 4 分鐘

科技部「短期科研探空火箭發射場域」近日開放符合規定的火箭科研團隊申請使用!這是台灣太空發展繼去年 5 月立法院三讀通過《太空發展法》後,另一個重要的里程碑。

什麼?台灣竟然有發展太空科技!

沒錯!截至目前為止,全球有超過 90 個國家擁有自己的衛星,並有超過 31 個國家制定了國家太空法規,可見各國都砸下重金發展衛星和火箭等相關技術。正因為太空科技是現代全球競爭的新場域,台灣在具有基礎技術能量的前提之下,也決定加入太空科技的行列!

自 2020 年以來,行政院開始推動資訊及數位、資安卓越、精準健康、綠電及再生能源、國防及戰略、民生及戰備等六大核心戰略產業。其中,太空科技為國防及戰略產業的核心領域。在今年 1 月 13 日起開放申請的「短期科研探空火箭發射場域」,是台灣第一座以科研任務為主的火箭發射場,更是太空科技的里程碑!

地處屏東原住民部落的發射場域

科技部選定屏東縣牡丹鄉旭海村牡丹灣段 742-1 及 743-1 地號做為「短期科研探空火箭發射場域」,該場域占地面積 9,700 平方公尺,是國有海岸林地,也是原住民保留地。由於涉及原住民族的土地及權利,根據《太空發展法》第 12 條,必須依照《原住民族基本法》辦理。《原住民族基本法》第 21 條則規定「政府應諮商並取得原住民族或部落同意或參與,原住民得分享相關利益」,因此,科技部與當地「旭海部落」反覆協商後,在去年順利取得了同意。

旭海部落位於牡丹鄉最東側,是依山面海的漁村型部落,早期被稱為「牡丹灣」(macaran),意思是「水量豐沛的沼澤地」。最初來這裡開墾的是斯卡羅族,後來陸續有阿美族、排灣族、平埔族,以及閩南、客家等族群聚居,最後形成了一個族群融合的聚落。部落居民在得知該地被選為火箭場,有機會刺激觀光、帶動就業機會後,不少居民樂觀其成。可是,當地居民以出海捕魚、抓龍蝦為生,因此也有不少居民擔心火箭場將破壞牡丹灣的水域生態,使得魚及龍蝦的數量銳減,影響生計。

對此,科技部提出回饋方案,表示若居民因火箭試射而無法出海捕魚,將可享有補貼,而平時更有水電費和獎學金補助。另外,國家實驗研究院國家太空中心每週都派專員深入當地,傾聽村民心聲,也召開多場說明會,解答民眾疑問,讓當地居民了解火箭場落腳旭海的利弊得失。部落原訂去年 5 月舉行會議,卻因為疫情延宕至 11 月,最終共有 112 位居民出席,獲得 85 張同意票,正式通過我國第一座合法、安全且能維護原住民族權益的火箭發射場域。

圖為牡丹灣,鄰近的旭海部落早期即被稱為「牡丹灣」,意思是「水量豐沛的沼澤地」。 圖/牡丹鄉公所

誰可以合法申請、發射火箭?

立法院在 2021 年 5 月三讀通過《太空發展法》,是台灣第一部國家太空法案。《太空發展法》共計 6 章 22 條,內容規定主管機關為科技部,負責設置發射場域,而計畫執行單位為國家太空中心,負責營運、管理發射場域。另外,也規定發射載具僅能在國家發射場域實施發射。

位於旭海的「短期科研探空火箭發射場域」是台灣邁向完備太空基礎設施的第一步。然而,考慮到當地原住民權益,科技部承諾除非經過該原住民部落同意,否則將不會提供其他單位使用,後續相關作業也將由國家太空中心依據「短期科研探空火箭發射場域利益分享作業要點」辦理。

國家太空中心主任吳宗信強調,「短期科研探空火箭發射場域」不是提供給大型火箭發射,而是提供給科技部補助、委託或出資之執行單位或受委託單位申請,特別是各大專院校相關學術研究單位(航空工程學類和大氣科學系等),讓他們實地測試、驗證科研發展計畫的成果。據吳宗信了解,國立陽明交通大學前瞻火箭研究中心(ARRC)預計在 3~4 月發射火箭,國立成功大學航空太空工程學系則預計在 6~7 月發射,但實際情況還要看學校的整備狀況。

國立陽明交通大學前瞻火箭研究中心(ARRC) 製作的火箭。圖/ARRC 官網

參考資料

PanSci_96
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