羅賽達任務測量彗星形狀與表面溫度

2014/12/01 |

太空天文

歐洲太空總署（ESA）的羅賽達號任務（Rosetta）正在接近它的目標—67P/Churyumov-Gerasimenko彗星（簡稱為67P/C-G彗星），不僅測量得出這顆彗星像是兩塊大石頭沾黏在一起的花生米模樣，而且測得其表面溫度為攝氏零下70度。

在羅賽達號距離67P彗星約5,500公里遠的2014年7月20日，太空船上的OSIRIS窄角相機捕捉到67P彗星的外型，長相如花生米般，是兩塊大岩石緊密連接在一起的結果。由這一系列觀測影像，天文學家估算67P彗核的的自轉週期約為12.4小時。

在67P彗核中間「脖子」部分則有個很深的溝槽，且在溝槽側邊似乎有個特別明亮的區域，可能是表面物質組成成分顆粒大小與其他區域不同所致，科學家猜測這會不會是新鮮的冰層露頭，或是表層被物質重新覆蓋的結果，也或者，這是地形效應所致。科學家認為這個「脖子」區域，必定藏有關於彗星演化的重要線索，當羅賽達號愈來愈靠近67P彗核，能更清晰地看到其表面地形特徵時，科學家便能推測花生米的兩端究竟是不同的兩塊岩石熔接在一起，還是本為同一塊岩石，因撞擊或侵蝕使其中間凹陷，才形成現今我們所見的模樣。

任務科學家利用羅賽達號上的可見光、紅外光和熱感光譜儀相機VIRTIS（visible, infrared and thermal imaging spectrometer）在2014年7月13至21日期間測量67P彗星的表面溫度，當時羅賽達號距離彗星約由14,000公里逐漸接近至5,000公里。在此距離，彗星在光譜相機上僅佔據幾個像素的大小，所以還無法確認每個地形特徵的個別溫度，但從它的紅外輻射已足以推算其表面平均溫度約為攝氏零下70度。測量當時的彗星距離太陽則約5億5500萬公里遠，約為地球到太陽距離的3倍，故所獲得的太陽輻射僅有地球的1/10左右。

雖然攝氏零下70度看起來很冷，但已經比原本理論預期的彗星表面溫度還高了20~30度左右，因此不是如預期中的被冰覆蓋，而是暗色的塵埃殼。這個結論相當有趣，因為這是這顆彗星面關於化學組成和物理性質的第一個線索。

確實，天文學家已知如哈雷彗星等其他彗星的表面因為被塵埃覆蓋而非常暗，而也從之前的地面觀測得知67P彗星表面反照率很低，絕對不可能有純冰的表面。羅賽達號的測量，則提供了直接證據，證明67P彗星的表面絕大部分都被塵埃覆蓋，而顏色較深的物質暴露在陽光下時，通常會比冰容易吸收太陽輻射而加溫，然後再直接向外輻射，所以表面溫度會比純冰還高一些。

不過，以上僅是彗星表面的平均溫度。當羅賽達號愈來愈接近67P彗星時而能看見彗星表面的地形特徵時，科學家會開始測繪彗星表面個別地形的溫度。除了全彗星溫度測量外，VIRTIS也將研究彗星特定區域的表面溫度日變化，以便瞭解彗星表面對於日照的反應速率有多快，由此能進一步瞭解彗星表層約數十公分深處物質的熱傳導性、密度和多孔性。這些訊息對未來羅賽達號登陸器Philae選擇登陸地點很重要，畢竟愈靠近太陽，彗核將會愈活躍，增加登陸彗核表面的難度。

67P彗星預定將在2015年8月13日通過近日點前後的過程，羅賽達號和Philae登陸器將會測量彗星表面溫度等物理性質和彗核氣體每日如何變化。當彗星愈靠近太陽時，受到更多太陽輻射愈多，彗核中固態的冰會直接昇華為氣體，逸出彗核過程中會攜帶一部份塵粒進入太空，在彗核周圍形成彗髮。所以，愈靠近太陽，彗髮愈大，某些案例中，彗髮甚至擴張到直徑約100萬公里的程度。然後在太陽輻射壓和太陽風的作用下，部分物質被帶往與太陽相反的方向，形成主要由離子組成的離子尾和主要由塵粒組成的塵埃尾。