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天文學家畫出系外行星的全球溫度與水汽分佈圖

臺北天文館_96
・2014/10/31 ・1396字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 518 ・六年級
Credit: NASA, ESA, and K. Stevenson, L. Kreidberg, and J. Bean (University of Chicago)
系外行星WASP-43b 的溫度分佈。 Credit: NASA, ESA, and K. Stevenson, L. Kreidberg, and J. Bean (University of Chicago)

美國芝加哥大學(University of Chicago)Jacob Bean等人利用哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)觀測系外行星WASP-43b,製作出迄今最詳細的系外行星全球地圖,呈現這顆行星的大氣在不同分層中的溫度分佈,以及大氣中水汽的含量與分佈概況。這份研究訊息是首度提供系外行星表面的2維熱結構,可由此縮減熱系外行星的大氣環流和動力學模型所需的條件,讓天文學們得以進一步瞭解像木星這樣的氣體巨行星的大氣動力學和形成過程,也因而開啟了「比較行星學(comparative planetology)」這門新的研究領域。

WASP-43b是個極端世界,翻滾的風從溫度高達攝氏1650度、足以融化鋼鐵的白晝一側,以音速奔騰向冷到僅有攝氏540度的夜晚一側。這顆行星是顆主要由氫氣組成的熱氣體球,所以表面沒有什麼如海洋或陸地等的明顯特徵可供追蹤測量以確定其自轉速率,只能利用晝夜間的強烈溫差來標示出一天的變換。此外,由於溫度如此之高,行星上的水都被蒸發為水汽,沒辦法像木星那樣凝固成冰晶雲。

WASP-43b距離地球約260光年,於2011年發現。由於非常遙遠,因此無法直接拍到它的影像,但它的公轉軌道正好側向地球,所以天文學家可以觀測到它週期性地從母恆星前方通過而使母恆星亮度稍微下降的現象。

這顆行星的母恆星是顆橘色矮星,行星本身體積約與木星差不多大,但質量卻是木星的2倍左右,繞母恆星公轉一週僅需19小時而已;此外,這顆行星被其母恆星潮汐鎖定,始終以同一面面對母恆星,就像是月球始終以同一面面對地球一樣。

這些科學家將2種不同的分析方式結果予以綜合,以便研究這顆行星的大氣層。其中,光譜分析能讓科學們確定行星大氣中含有水,且能進一步估算水分子的含量,以及大氣層的溫度分佈結構。而觀測這顆行星的其自轉狀況,可測量不同經度的水汽含量及溫度。

由於太陽系行星都沒有這顆行星般的狀況,若能描繪出這個怪異世界的大氣特徵,或許可提供一個獨特的環境,作為進一步瞭解行星形成和行星物理性質的太空實驗室。

水在巨行星的形成過程中非常重要,因為一般認為彗狀天體會撞擊年輕的行星們,將我們所觀測到的水和其他分子帶到這些行星上去。然而,科學家們一直不能確定太陽系巨行星大氣中的水含量,這是因為這些水分子都被鎖在冰雲中,最後因降雨而沉落,而從地球上只能觀測到這些巨行星的大氣上層,所得結果當然不準。可是這些太陽系外的「熱木星」們就不一樣了,因為很靠近它們的母恆星而使表面溫度很高,水都蒸散在大氣中,科學家們不僅在WASP-43b大氣中偵測到水的存在,還精確地測量探究分析大氣中的水汽含量以及隨經度分佈的狀況。

為了瞭解巨行星如何形成,天文學家希望能知道不同元素的含量如何充盈大氣。這些科學家發現WASP-43b含有的水量,約與預期中組成成分與太陽相同的天體應會含有的水量差不多。從這點就透露了行星形成所需要的某些基本要件。

這是天文學家首度觀測一顆系外行星3次以上完整的自轉週期,不過這3次自轉週期也不過耗時4個地球日而已。這個研究團隊下一步要進行的是測量不同行星的水分子豐度,希望由此能探索其他化學組成的豐度。哈柏的接班人—韋柏太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)的能力,不僅可測量水豐度,其他諸如一氧化碳、二氧化碳、氨、甲烷等分的豐度均可偵測到,不過最後能否偵測到,得視這些行星的大氣溫度來決定。

資料來源:Hubble Maps the Temperature and Water Vapor on an Extreme Exoplanet. HubbleSite [October 9, 2014]

本文轉載自網路天文館

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臺北天文館_96
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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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