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水星表面發現奇怪的窪地構造

臺北天文館_96
・2011/10/28 ・1180字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

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美國航太總署(NASA)信使號(MESSENGER)太空船在水星表面發現數千個奇怪的空洞構造,這些特殊窪地結構散佈在各種緯度與經度,寬度從18公尺到1.6公里不等,深度則在18公尺到36公尺不等。目前沒人知道這些窪地的來源。

科學團隊成員之一的霍普金斯大學(Johns Hopkins Universit)David Blewett表示:發現這些窪地真的蠻驚訝的。基本上,除了受到小天體的撞擊之外,水星地貌應該從形成後至今很少改變,仍維持古老的遺貌。但這些窪地看起來似乎比已發現的水星撞擊坑還年輕,意味著水星地表仍以令人驚訝的方式在持續演化中。

右上圖是位在Raditladi撞擊盆地中的奇特窪地構造。Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington。

火星勘測軌道探測器(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)曾在火星南極表面的二氧化碳冰層上觀測到類似的結構,像是乳酪(swiss cheese)一樣。但水星表面的這類結構卻是出現在堅硬的岩石上,窪地內部不僅顯得很明亮,而且外圍具有光暈。科學家從未在任何岩石表面看到類似的現象。如果有人可以站在這種窪地中,頭頂上是黑暗的星空,周邊寂靜無聲,必定是個非常奇特的感受。

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水星基本上沒有大氣層,不會有風,也沒有雨,所以這些窪地絕對不是風蝕或雨蝕的結果,必定是其他外力造成的。作為最靠近太陽的行星,水星暴露在強烈的太陽光熱和極端太空氣象中,Blewett相信這可能是造成這些地形的主要來源。

Blewett表示:其中一個關鍵線索是許多窪地與位在撞擊坑內的中央峰(central mountain)有關連。中央峰是撞擊過程中,在撞擊坑中間因反彈力量而形成的一個山峰;所以這些窪地很可能是撞擊過程中,從水星深處翻上來的物質所形成的峰環(peak rings),這些來自水星深處的物質突然暴露在水星地表時,可能會相當不穩定而發出奇異的光。

某些礦物,例如含硫或其他揮發物的礦物,突然受到熱、太陽風或微流星體(micrometeoroids)的影響,很容易蒸發;而這些太空氣象的襲擊,是水星每天都在承受的事。或許就是硫蒸發,留下其他礦物,才會讓岩石充滿孔隙而變得脆弱、更容易被侵蝕,最後才形成這樣的窪地結構。

信使號太空船的確在水星表面偵測到大量硫的存在,讓天文學家相當驚訝,促使他們得重新思考水星到底是如何形成的。目前主流理論模型認為,其中一個可能是在太陽系歷史非常早期,稍大一點的微行星形成行星的最後階段,曾發生過一次非常猛烈的撞擊事件,絕大部分水星岩質地殼被撞破而造成這樣的現象;另一個可能是太陽剛形成之初,曾有過一個非常熾熱的階段,讓水星地表被烤焦,變成現在這副模樣。無論是哪一種說法,沸點比較低的元素,如硫和鉀等,都會被蒸發。

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但是,它們並沒有完全離開,這就表示舊理論並不符合新觀測結果,所以得重新建構一個理論假設。所以囉,研究太陽系和行星如何形成的科學家們,可能得先從瞭解最靠近太陽的水星來重新開始了。

資料來源:Strange Hollows Discovered on Mercury[2011.10.24]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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重力理論的演進與環繞黑洞的恆星
科學大抖宅_96
・2020/05/26 ・2647字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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十七世紀末,牛頓提出的萬有引力理論象徵現代天體力學的開始;人們利用物理原理來描述天體運行,並藉由天文觀測逐步修正理論或計算方法的缺失。以天王星的發現為契機,科學家開啟了一連串對行星軌道的研究;這些事件不但成為天體力學發展史的重要標誌,最終竟促成重力理論的演進,甚至延續到現今,反應在我們對黑洞的觀察上。

這一切,都要從 1781 年,英國天文學家赫雪爾(William Herschel,1738-1822)在自家庭院,從望遠鏡中看到一顆彗星說起……

天王星的詭異行徑

在赫雪爾將發現回報給皇家學會後,其他科學家也紛紛對這顆彗星進行調查。很顯然的,它似乎沒有彗星尾巴,而且運行軌跡較接近圓形,不像其他彗星以非常扁的橢圓軌道繞行太陽;與其說是彗星,它更像是在土星軌道之外環繞太陽的行星──這就是天王星的發現。

儘管已驗明正身,天王星仍然困惑著接下來數十年的天文學者:它的實際軌道和牛頓萬有引力理論的預測並不相同。這是牛頓理論的失敗嗎?還是觀測錯誤了呢?1846 年,法國天文學家勒維耶(Urbain Le Verrier,1811-1877)利用數學計算提出預測:存在某個未知星體影響了天王星的運行,造成理論和觀測的差異;他也指出該星體的軌道、質量和位置大約為何。

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一陣子之後,柏林天文台收到勒維耶的報告,便馬上著手進行未知星體的搜尋工作;只花不到一個小時,海王星就被找到,與勒維耶預測的位置相差不到一度──史上第一次,單純憑藉數學計算發現新行星[1]

奧本‧勒維耶(圖片來源

水星的運行軌道也存在異常

隨著海王星的發現,牛頓萬有引力理論可說獲得空前勝利。然而,天文學家拿重力理論來推估行星運行的嘗試並未到此為止。1859年,勒維耶再度出擊,聲明水星軌道的進動也跟牛頓萬有引力理論的計算有所出入。

在理想狀況下,依據牛頓萬有引力理論,水星環繞太陽的運行軌道應該要固定不變;然而在實際上,因為受到其他行星的重力拉扯(和另外一些次要因素),水星軌道的近日點(以及軌道本身)會緩慢產生變化──這稱為水星的近日點進動。

不止水星,其他行星也都會有進動;只是水星距離太陽最近,進動效應最明顯。圖為地球繞行太陽的軌道進動示意;進動效應被刻意放大。(圖片來源

勒維耶分析了從 1697 年到 1848 年的水星觀測資料,發現水星的近日點進動,與用牛頓萬有引力理論考慮其他行星的影響所算出來的進動數值,每世紀差了三千六百分之三十八(38/3600)度[2]──這是多麼微小的數值,卻又真實存在!

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因為之前海王星的成功經驗,勒維耶猜想:介於太陽和水星軌道之間,可能存在未曾發現過的星體,影響了水星的運行;他將其命名為瓦肯星(Vulcan)[3]

無奈地,這一次任憑天文學家花費幾十年尋找,甚至勒維耶也已去世良久,瓦肯星始終不見蹤影;而水星近日點進動問題便懸而未決,延續到二十世紀。在 1915 年,愛因斯坦才利用廣義相對論成功將此問題劃上句點。

愛因斯坦在1915年的論文中,運用廣義相對論解決了水星的近日點進動問題。(圖片來源

根據我們目前所知,水星的近日點每世紀會移動約 574/3600 度,其中牛頓萬有引力效應佔了 532/3600 度,而廣義相對論造成的效應幾乎剛好就是兩者之差。廣義相對論針對牛頓萬有引力定律所描述的重力,做出了細緻的修正──這個修正在大多數狀況下,微小到可以忽略;只有在水星近日點進動這樣的例子,差異才會顯現出來。可以說,水星近日點進動問題的解決,是幫助廣義相對論得到世人認可的重要原因之一。

廣義相對論的黑洞測試

科學家拿星體運行來測試重力理論的故事就到此為止了嗎?非也。既然原本得到廣泛驗證的牛頓萬有引力定律,因水星近日點進動現象而被找到缺陷,那麼現在大獲全勝的廣義相對論,自然也有可能在某種特殊環境下暴露弱點──科學家於是把腦筋動到了黑洞頭上。

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黑洞堪稱宇宙裡數一數二極端的天體,龐大的重力吞噬一切,無疑是測試重力理論的理想選擇。就像水星繞行太陽會產生進動,是否,繞行黑洞的星體,其軌道也會有進動現象呢?又是否完全可以用廣義相對論來解釋?

針對廣義相對論的正確性問題,一群科學家團隊花了二十七年,觀測環繞無線電波源人馬座A*(Sagittarius A*)運行的恆星S2,並於今年(2020)四月,在《Astronomy & Astrophysics》期刊發表最新成果

人馬座A*位於銀河系中心,距離地球約兩萬六千光年,質量估計為四百多萬倍太陽質量,據信極可能是超大質量黑洞;環繞於外的 S2 具有十多倍太陽質量,與人馬座A*的最近距離是十七光時(海王星到太陽距離的四倍),軌道週期為 16 年(海王星軌道週期是 165 年)。研究發現,S2近心點(pericenter,最靠近重力中心的點)的進動約為每軌道週期 12/60 度,與廣義相對論的預測相符──即使在重力如此強大的環境,廣義相對論依舊通過試煉。

藝術家描繪的S2繞行人馬座A*示意圖;為了清楚顯現 S2 軌道因為進動而逐漸改變位置,進動效應被特意放大。(ESO/L. Calçada

本次研究的意義

儘管沒有發現廣義相對論的破口,這次的成果仍然別具意義:它是人類第一次確認以黑洞為中心的進動現象;再者,若人馬座A*附近存在某些看不見的物質(如暗物質,或其他小型黑洞等等),科學家也能依據數據給出嚴格的質量上限。可以肯定的是,隨著觀測技術的發展,我們對於宇宙、或者黑洞的理解,將持續進步;說不定哪天,還真能發現廣義相對論的問題呢。

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參考資料

註釋

  • [1] 實際上,勒維耶計算出的海王星軌道,與真正的海王星軌道仍有一些差距。但這並無礙於發現海王星的偉大成就。
  • [2] 多年後,其他科學家重新評估牛頓萬有引力理論和實際觀測的差距,得出每世紀三千六百分之四十三(43/3600)度的數值,跟現代觀測吻合。
  • [3] 就跟《星際爭霸戰》(Star Trek)裡的瓦肯星同名。不過可以確定勒維耶並不是因為看了《星際爭霸戰》才這麼命名的。
科學大抖宅_96
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在此先聲明,這是本名。小時動漫宅,長大科學宅,故稱大抖宅。物理系博士後研究員,大學兼任助理教授。人文社會議題鍵盤鄉民。人生格言:「我要成為阿宅王!」科普工作相關邀約請至 https://otakuphysics.blogspot.com/

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為什麼月曜日是星期一?七曜日的由來與「行星時」
htlee
・2017/10/26 ・4953字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 483 ・五年級

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圖/Pixabay
  • 關於作者:李昫岱(天文學博士,歡迎來「屋頂上的天文學家」臉書部落格,一起航向宇宙,浩瀚無垠!)

人類很早就知道天上有7顆會發亮的天體:太陽、月亮、水星、金星、火星、木星和土星,這些天體和一般的星星不一樣,它們在天空中的位置會移動。

古代的天文學家透過觀察,認為宇宙是由一層一層的球殼組成的,地球位在球殼的中心,最外側的球殼是天球,所有的星星都鑲在天球上,而這七顆發亮的天體,各自有一個球殼,它們繞著地球運行,由外而內排列的順序是土星、木星、火星、太陽、金星、水星和月球。

這7顆日月行星是人類最熟悉的天體,後來它們就成了每天生活的一部分,它們各代表一個星期中的一天,星期的「星」指的就是這七個天體,它們合稱七曜。

七曜日的順序有邏輯嗎?

你可能知道日本將星期訂為日曜日(日)、月曜日(一)、火曜日(二)、水曜日(三)、木曜日(四)、金曜日(五)和土曜日(六),但是你知道為什麼是這樣的順序嗎?這個排列看起來似乎很混亂,其實是有邏輯的。

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用一個簡單的七角形(下圖),順時針方向在每一個頂點上標示七曜由外而內的排列(土、木、火、日、金、水、月),然後沿著紅色箭頭的方向就是曜日的順序!

順時針轉是地心說中七曜由外向內的排列,沿著箭頭方向則是七曜日的順序。圖/作者提供

不過真正要探究曜日的來源,就要先了解古代的行星時(Planetary hours)。

根據行星時的觀念,每天日出的時候,是一天24小時的開始,每一小時用一顆行星來代表,七曜依土、木、火、日、金、水、月的順序輪值。

下表中每一橫列代表一天,第一天中的第一個小時是土星,第二小時是木星,依序下去。輪替24小時後,第二天的第一小時是太陽,第三天的第一小時則是月亮,接下來幾天的第一小時就是火星、水星、木星和金星。每天第一個小時的行星也是當天的代表,這樣就會出現日、月、火、水、木、金、土的順序,這就是七曜日順序的由來。

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【可以點擊圖片看大圖喔!】 最上方的一列是一天中的24小時,每一橫列代表一天,行星時中的每一個小時由七曜之一輪值,不同顏色是用來區分不同的七曜週期,每天的第一小時的日月行星作為當天的代表,所以就會出現日、月、火、水、木、金、土的七曜日順序。圖/作者提供

七曜日不僅僅代表日月行星,它們還有自己的符號以及代表的希臘眾神。

另外古代有7種人類熟悉的金屬,它們是金、銀、汞、鐵、錫、銅和鉛,古代的人把這7種金屬和天上的日月行星相對應。接下來就對日月行星七曜做一一介紹。

太陽

星期日的英文字是Sunday,是由英文字Sun太陽這個字來的,也就是太陽日,日曜日代表日文的星期日。

太陽的符號是一個圓中間加一個點。圖/作者提供

☉這個符號你可能見過,它就像甲骨文的日,也就是太陽。它是一個圓和中間一個點組成,有人說中間的那個點代表太陽黑子,表示古時候的中國人就觀察到太陽表面的巨大黑點。

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不只是古代的中國人,現代的天文學家也用☉來代表太陽,M代表太陽的質量,而 L則代表太陽的光度,天文學家用這它們來作為量測恆星的單位,例如織女星的質量和光度分別是 2.1 M和 40 L,表示織女星的質量和光度是太陽的 2.1 倍和 40 倍。

阿波羅和黎明女神,Apollo and Aurora by Gerard de Lairesse at Metropolitan Museum of Art。圖/作者提供

希臘羅馬神話中的太陽神是阿波羅(Apollo),他代表著光明。

黎明時,他會駕駛著黃金馬車,從東方的海平面升起,往西方奔馳,展開一天的開始。不意外地,金黃色的黃金代表著太陽,就像阿波羅的馬車就是黃金打造的,而金這種元素的符號也就是

月球

星期一是Monday,是從英文 Moon 月亮這個字來的,也就是月亮日,日文中的月曜日就是星期一。

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月亮的符號是眉月。圖/作者提供

☽是日月行星中,最容易讓人辨識的符號,不用解釋就知道是月亮。☽也代表眉月,眉月出現在日落後的傍晚,比日出前凌晨的殘月☾還讓人熟悉。

阿提蜜絲(Artemis)與黛安娜(Diana)分別代表希臘與羅馬神話中的月亮女神,神話故事中阿提蜜絲和阿波羅是一對龍鳳胎,他們是宙斯和勒托(Leto)的小孩。

神話中勒托是獨自一人生下他們,阿提蜜絲比阿波羅還早一天出生,勒托在生阿波羅時遇到難產,阿提密斯還幫忙接生阿波羅,阿提蜜絲體會媽媽生小孩的辛苦,所以決定終生不嫁。

黛安娜是月亮女神,也是狩獵女神,Diane the Huntress-School of Fontainebleau at Louvre。圖/作者提供

夜晚的月亮,雖然有眾星陪伴,但總是給人一種孤單的感覺。李白的詩中有「舉杯邀明月,對影成三人」,沒人作伴孤獨的詩人只能對著月亮和自己影子喝酒。

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哪一種金屬最能代表月亮呢?沒錯就是銀,銀色月亮提供古往今來騷人墨客無盡的靈感,而銀的符號就是☽!

火星♂

星期二是Tuesday,是從北歐神話中的戰神提爾Tyr來的,相當於羅馬神話中的瑪爾斯(Mars),星期二是火星日,日文中的火曜日就是星期二。

火星的符號是戰神的矛和盾。圖/作者提供

♂這個符號很常見,是代表雄性的符號,這個符號中的圓代表戰神的盾,而箭頭則是他的矛。天文上,火星的符號也是♂。

火星看起來是紅色的,它每2年多的時間會靠近地球一次,那個時候紅色的火星會特別明顯,為什麼火星是紅色的呢?因為火星的表面有許多的氧化鐵,也就是鐵鏽,紅色的鐵鏽讓火星看起來呈紅色。

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戰神阿瑞斯。圖/作者提供,攝於奇美博物館。

羅馬的戰神稱為瑪爾斯,相當於希臘的阿瑞斯(Ares)。阿瑞斯是宙斯和天后希拉的兒子,他喜歡戰爭,無役不與,但是卻不善於打仗,比較像是有勇無謀的莽夫。7種金屬中就以鐵最適合代表戰神,因為鐵最堅硬,適合用來製造武器,所以鐵這種金屬的符號也就是♂。

水星☿

星期三是 Wednesday,是從北歐神話中的最主要的神奧丁 Woden,星期三也是水星日,日文則是水曜日。

水星的符號是信使之神手上拿的雙蛇杖。圖/作者提供

☿代表水星,也就是信使之神,☿是信使之神的信物,稱為雙蛇杖或商神杖,因為信使之神也是商業之神,圓形上的兩個像角的代表雙蛇杖上的一對小翅膀,兩條蛇就簡化成一個圓。

墨丘利(Mercury)和荷米斯(Hermes)分別是羅馬和希臘神話中的信使,他飛快的速度,負責為眾神傳遞訊息。

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水星最靠近太陽,是行星中移動速度最快的,這和信使之神的形象相符。

手拿雙蛇杖的荷米斯,Mercury by Paul Pieter Rubens at Museo de Prado。圖/作者提供

哪一種金屬最適合代表水星?

其實從他的羅馬名字就看得出來,Mercury的另一個意思就是汞,也就是水銀。水銀在常溫下是流動的銀色液體,所以汞在英文上也稱為quicksilver,不意外地,汞的符號就是☿。

木星♃

星期四是Thursday,是用北歐神話的雷神索爾Thor名字命名的,星期四也就是木星日,日文則是木曜日。

木星的符號。圖/作者提供

♃這個符號很特別,有點像是阿拉伯數字的2,再加上一豎,或像阿拉伯數字的4。♃代表木星,有人說它是宙斯的老鷹,也有人說其中2的形狀,其實是Z,是宙斯Zeus名字的縮寫,中間的一豎代表宙斯的武器閃電,這個武器和雷神索爾相呼應。

木星是太陽系中最大、最重的行星,非常的有威嚴,它的衛星數量也最多,目前已知的衛星有69顆。木星的大氣也會出現閃電,它的威力最高可達到地球閃電的一千倍!可見宙斯閃電的威力!

朱庇特(Jupiter)是羅馬神話中的眾神之神,一般人比較熟悉的反而是希臘神話中的宙斯(Zeus),宙斯非常的風流,木星已命名的衛星中,大多都是以宙斯愛人的名字命名。

宙斯左手拿著雷電,右手拿著權杖,旁邊是他的老鷹。圖/作者提供,攝於奇美博物館。

錫這種金屬相當特別,除了顏色閃閃發亮外,當錫棒被彎折時,會發出喀喀的聲音,想像力豐富的古人就把錫和宙斯的雷電聯想在一起,所以錫就代表木星,而它的符號就是♃。

金星♀

星期五是Friday,是從北歐神話奧丁的妻子弗麗嘉Frigg名字來的,弗麗嘉是愛和美的女神,星期五是金星日,也是日文的金曜日。

金星的符號是美神維納斯的鏡子。

♀這個符號代表雌性,代表美神手上拿的鏡子。

♀和♂常常成對出現,不過美神和戰神並不是夫妻,他們常常背著另一半,偷偷地在一起。金星的符號是♀,是天空中第三亮的天體,僅次於太陽和月亮。

金星是距離地球最近的行星,它厚厚的大氣層中有硫酸雲,硫酸雲的反射率很高,就像是鏡子一樣會反射大量的太陽光,所以金星看起來會特別明亮。

維納斯(Venus)和阿芙蘿黛蒂(Aphrodite)指的都是同一位神,也就是愛神,只是前者是羅馬名,後者是希臘名。

阿芙蘿黛蒂相傳是從海中的泡沫中誕生,出生後就驚為天人,她成了眾神追求的對象,宙斯當然不落人後,不過被阿芙蘿黛蒂拒絕了,宙斯在惱羞成怒的情況下,把阿芙蘿黛蒂嫁給自己的兒子火神,於是造成不幸福的阿芙蘿黛蒂常常出軌。

照鏡子的維納斯,Venus with a Mirror by Titian at National Gallery of Art。圖/作者提供

阿芙蘿黛蒂的符號是手上的鏡子,古代鏡子是用銅做的,也就是銅鏡,所以銅的符號就是♀。

土星♄

星期六是Saturday,是從英文Saturn土星這個字來的,星期六是土星日,也是日文的土曜日。

土星的符號是把鐮刀。圖/作者提供

♄代表農業神手上拿的鐮刀,羅馬和希臘的農業神分別是撒頓(Saturn)和克洛諾斯(Cronus)。天文上,♄代表土星,土星是七曜中移動最緩慢的,大約30年才會在天球上移動一圈。

克洛諾斯用鐮刀打敗了父親烏拉諾斯(Uranus),取得統治世界的權力,於是鐮刀就成了克洛諾斯的象徵。當克洛諾斯取得權力時,就被他的父親詛咒,將來也會被自己的小孩擊敗,所以克洛諾斯把每個生下來的孩子都吞下肚子。宙斯的母親不忍小孩一個一個被克洛諾斯吃掉,所以用一塊包著布的石頭代替宙斯被克洛諾斯吞下。宙斯長大後,用計將克洛諾斯肚子裡的兄姐救出,最後打敗克洛諾斯,獲得世界的統治權。

克洛諾斯拿著鐮刀,正在吞食自己的兒子,Saturn devouring a Son by Paul Pieter Rubens at Museo de Prado。圖/作者提供

鉛是密度很高的金屬,因為像鉛一樣的沈重,所以土星在七曜中移動的最慢,鉛的顏色也最暗沈,就像農業神腳踩的土壤一樣,所以鉛的符號也就是♄。

太陽跟我們的日常作息密不可分,月亮則在夜晚守候著我們,水星和金星是比地球還靠近太陽的兩顆行星,火星很可能是人類移民的目標,而木星和土星則是太陽系裡最大的兩顆行星。曜日月行星並不是遙遠的天體,它們和我們每天的生活連結在一起,找個天氣好的夜晚,看看這些和我們息息相關的天體吧!

本文編修自作者部落格《屋頂上的天文學家

  • 編按:大家都記住七曜日了嗎?這樣以後突然被問到「月曜日是星期幾?」就不會答不出來了吧!
source:月曜日のたわわ @ニコニコ
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htlee
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屋頂上的天文學家-李昫岱,中央大學天文所博士,曾經於中央研究院天文所和美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校從事研究工作。著有《噢!原來如此 有趣的天文學》、《天文很有事》,翻譯多本國家地理書籍和特刊。 目前在國立中正大學教授「漫遊宇宙101個天體」和「星空探索」兩門通識課。天文跟其他語文一樣,有自己的文法和結構,唯一的不同是天文寫在天上!現在的工作是用科學、藝術和文化的角度,解讀、翻譯和傳授這本無字天書,期望透過淺顯易懂的方式介紹天文的美好!

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水星探測船「信使號」的最終結局即將到來
Whyjay
・2015/04/23 ・1481字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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Courtesy: NASA/APL
信使號探測水星的示意圖。 Courtesy: NASA/APL

就在幾天後──預計是在台灣時間的 2015 年 5 月 1 日凌晨 3 點 25 分,老牌的水星探測船「信使號」(MESSENGER) 即將迎接一生中最耀眼燦爛的殞落:以約 4 公里的秒速直接撞擊水星。

任職於美國約翰霍普金斯大學,應用物理實驗室 (APL, Applied Physics Laboratory,信使號的共同所屬組織) 的任務系統工程師 Daniel O’Shaughnessy 解釋,「因為信使號隨身攜帶的、用來推進及改變運行軌道的氦氣即將用光,接下來我們只剩一次的軌道調整機會。」最後一次藉由噴氣來改變軌道的時間是在 4 月 24 日,接下來信使號無可避免的會受到水星與太陽強大的重力影響,使得軌道離水星越來越近,導致無法避免的撞擊命運。

信使號的全名為「水星表面、太空環境、地球化學與廣泛探索」(MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging),是美國太空總署 NASA 近 40 年來唯一發射過的水星探測器。它在將近 11 年前 (2004年) 升空,經過漫長的歲月,迂迴於水星、金星、地球之間,終於在 7 年後的 2011 年進入水星軌道。這是個惡劣的環境,來自太陽、高能的電漿離子無情的撞擊信使號上的所有電子儀器,高溫的熱輻射更是讓信使號在面對太陽時,「體溫」可以高達攝氏數百度。不過信使號做足了萬全的準備,來面對這 40 年來唯一的一次機會,可以全面調查水星的各項奇怪特徵。

最靠近太陽的水星一直都是太陽系中最神秘的類地行星,太陽強大的重力、高能粒子與溫度,使得要送一艘太空船來這裡調查,要比送一艘太空船去好幾倍遠的木星還難。因此,睽違許久後再次拜訪水星的信使號,自然身兼多項任務,包括調查水星磁場與大氣,以及表面的地質作用與年代等等。從 2011 年到現在,信使號果然也沒讓我們失望,不只如此,它傳回來的觀測成果在許多方面更是大大超出了我們的預期!

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筆者印象最深的發現是在 2012 年年底,NASA 根據信使號對水星極區的隕石坑陰影區的調查,率先宣布了水星真的有水存在!這發現顛覆了許多人對於水星的概念:一顆炎熱、乾燥的死寂星球,居然有水這種重要的化學物質,實在令人不敢置信。目前我們已經知道,在水星的陰暗極區,尤其是在隕石坑的背光面的土壤中,混合著許多水冰與揮發性物質。雖然總量不及火星和地球擁有(或曾經擁有)得多,但這仍然意味著水星上的確有地方,能夠滿足形成生命的簡單有機物質的環境條件。由於陰影區外,強烈的太陽輻射阻隔了每個陰影區之間的交互作用,因此每個陰影區都像是一個獨立的「有機物合成實驗室」,令人很期待後續針對這些未知內容物的調查!

紅色的部分是水星北極的水冰分布區,越亮代表越富集。 Courtesy: NASA/APL
紅色的部分是水星北極的水冰分布區,越亮代表越富集。
Courtesy: NASA/APL

信使號在這4年來,拍攝了超過25萬張的水星照片,取得了關於太空化學與磁場的精密資料。但再怎麼出色的任務,也會有終止謝幕的一天,隨著噴射氣體的用罄,信使號也即將準備好下台一鞠躬。撞擊會發生在水星背向地球的一面,意味著我們無法見到信使號的最後華麗身影,但或許留下的撞擊坑,足夠讓後世的探測船前來憑弔。後世的探測船?沒錯,現在我們完全沒有任何一艘太空船正在前往水星,下一個值得期待的,是預計在 2017 年由 ESA (歐洲太空總署) 和 JAXA (日本宇宙航空研究開發機構) 發射的 BepiColombo (貝皮可倫坡) 號太空船,預計抵達的時間是 2024 年,因此水星又可以享受 9 年無「人」打擾的清幽時光。

撞擊日(標準世界時4/30,台灣時間5/1)所看到的信使號。 Courtesy: NASA/APL
撞擊日 (標準世界時 4/30,台灣時間 5/1) 所看到的信使號。
Courtesy: NASA/APL

延伸連結:

信使號的前十大發現與創新 (英文)

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信使號的最後任務 (英文)

Whyjay
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水星表面發現奇怪的窪地構造
臺北天文館_96
・2011/10/28 ・1180字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

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美國航太總署(NASA)信使號(MESSENGER)太空船在水星表面發現數千個奇怪的空洞構造,這些特殊窪地結構散佈在各種緯度與經度,寬度從18公尺到1.6公里不等,深度則在18公尺到36公尺不等。目前沒人知道這些窪地的來源。

科學團隊成員之一的霍普金斯大學(Johns Hopkins Universit)David Blewett表示:發現這些窪地真的蠻驚訝的。基本上,除了受到小天體的撞擊之外,水星地貌應該從形成後至今很少改變,仍維持古老的遺貌。但這些窪地看起來似乎比已發現的水星撞擊坑還年輕,意味著水星地表仍以令人驚訝的方式在持續演化中。

右上圖是位在Raditladi撞擊盆地中的奇特窪地構造。Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington。

火星勘測軌道探測器(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)曾在火星南極表面的二氧化碳冰層上觀測到類似的結構,像是乳酪(swiss cheese)一樣。但水星表面的這類結構卻是出現在堅硬的岩石上,窪地內部不僅顯得很明亮,而且外圍具有光暈。科學家從未在任何岩石表面看到類似的現象。如果有人可以站在這種窪地中,頭頂上是黑暗的星空,周邊寂靜無聲,必定是個非常奇特的感受。

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水星基本上沒有大氣層,不會有風,也沒有雨,所以這些窪地絕對不是風蝕或雨蝕的結果,必定是其他外力造成的。作為最靠近太陽的行星,水星暴露在強烈的太陽光熱和極端太空氣象中,Blewett相信這可能是造成這些地形的主要來源。

Blewett表示:其中一個關鍵線索是許多窪地與位在撞擊坑內的中央峰(central mountain)有關連。中央峰是撞擊過程中,在撞擊坑中間因反彈力量而形成的一個山峰;所以這些窪地很可能是撞擊過程中,從水星深處翻上來的物質所形成的峰環(peak rings),這些來自水星深處的物質突然暴露在水星地表時,可能會相當不穩定而發出奇異的光。

某些礦物,例如含硫或其他揮發物的礦物,突然受到熱、太陽風或微流星體(micrometeoroids)的影響,很容易蒸發;而這些太空氣象的襲擊,是水星每天都在承受的事。或許就是硫蒸發,留下其他礦物,才會讓岩石充滿孔隙而變得脆弱、更容易被侵蝕,最後才形成這樣的窪地結構。

信使號太空船的確在水星表面偵測到大量硫的存在,讓天文學家相當驚訝,促使他們得重新思考水星到底是如何形成的。目前主流理論模型認為,其中一個可能是在太陽系歷史非常早期,稍大一點的微行星形成行星的最後階段,曾發生過一次非常猛烈的撞擊事件,絕大部分水星岩質地殼被撞破而造成這樣的現象;另一個可能是太陽剛形成之初,曾有過一個非常熾熱的階段,讓水星地表被烤焦,變成現在這副模樣。無論是哪一種說法,沸點比較低的元素,如硫和鉀等,都會被蒸發。

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但是,它們並沒有完全離開,這就表示舊理論並不符合新觀測結果,所以得重新建構一個理論假設。所以囉,研究太陽系和行星如何形成的科學家們,可能得先從瞭解最靠近太陽的水星來重新開始了。

資料來源:Strange Hollows Discovered on Mercury[2011.10.24]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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