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小行星來訪地球的前世今生:2008 TC3多線索

臺北天文館_96
・2011/11/20 ・3420字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

2008年10月6日,位於美國亞利桑那州的Catalina巡天望遠鏡(Catalina Sky Survey)偶然發現到2008 TC3小行星即將拜訪地球,在當時帶來前所未有的震撼。計算出小行星的飛行軌跡之後,天文學家得知重達80噸的這顆巨大岩石將會為地球帶來一個撞擊事件。19小時以後,小行星2008 TC3劃破北蘇丹天空、在努比亞沙漠上空約37公里處發生爆炸,這是史上頭一遭預測小行星撞地球事件,並且預測結果相當的成功。幸運的是,撞擊落點是偏遠地區,並未引起大災難,反倒是這些在還未撞擊地球前,尚在飛行途中就已經被做過光譜分類的小行星成分資料,直到現在還提供科學家一個前所未有的好機會,好好研究小行星的碎片。

撞擊發生後不久,流星天文學家Peter Jenniskens博士(屬SETI和NASA Ames研究中心)及物理學家Mauwia Shaddad(屬喀土穆大學)所率領的數支探險隊,隨即在範圍29平方公里的沙漠中展開隕石回收工作,地毯式搜索下,收集了近600片/塊散落小行星,不過,這顆原本總重量達80噸的小行星,在撞擊碎成隕石後,總重量只剩不到10公斤。

第6站隕石碎片揭開了很多有關小行星帶及太陽系誕生初期的秘密,它很有特色,現在有人乾脆將它稱為Almahata Sitta隕石。Almahata Sitta這個阿拉伯文字的意思是「第6站」,是行駛在瓦迪哈勒法和喀土穆之間的火車所經過的一個火車站,小行星墜落在地球上的碎片是在該區找到的。

研究人員表示,小行星帶裡頭有著許多不同型態的物質,它們為太陽系初期情況如何拍攝了很多幅快照。他們發現,這些小行星自從太陽系形成以來改變並不太大,代言了太陽系早期有著怎樣的化學多樣性,還有,這些小天體在太陽系形成初期的時候曾經歷過哪些作用和變化。而科學家們相信,了解小行星帶的組成成分,對於未來我們如何處理直撲地球而來的較大型小行星,會很有幫助。

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在地面上,科學家研究了數以千計的隕石並加以分類編目,在太空中也曾光譜分析過幾百個小行星,「第6站」回收的這批隕石特別之處在於:它的身分還是小行星、還飛在太空中時,它已經被透過光譜儀加以分析,掉落地面後,它又迅速被科學家所發現及回收,所以成為了清清楚楚可顯示小行星隕石與母小行星之間有何關連性的「史上第一」。

證實小行星和特定型隕石之間具有相關性是個了不起的發現。因為我們從太空中看小行星只能看到其外表,從「第6站」隕石,我們能對照看到一個天體的內部情況,而這個天體的表面是在撞擊前就看過的。具有這樣的了解以後,為我們查考小行星內外部如何變化就提供了一張地圖。使我們對太空中這一類別的天體家族有更清楚的了解,並掌握到它們在太陽系中的分佈情形。

地球上所發現近3/4的隕石都是普普通通的岩質類球粒隕石。但是在分析過Almahata Sitta「第6站」隕石後,科學家們發現這是一類罕見的、富含碳的隕石,被歸類為橄輝無球粒隕石。一般相信,橄輝無球粒這型隕石是來自於大型富含有機物質的原始小行星,並且小行星曾經經歷過一次熔化。

「這是隕石中的怪咖,它是火成岩。」另一組對「第六站」隕石很有興趣的人馬,是Frederich和他學生等人。Frederich表示,「它就和地球上的火山岩石一樣,意思也就是說,這個隕石的起源是岩漿。很確定的是,在過去的某一個時間點上它曾經融化過。它們就像你在地球上會撿到的一塊岩石,但同時,卻也含有一些我們稱之為『比較原始』的物質,譬如石墨、有機化合物等其他東西。」

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這也就是說,橄輝無球粒隕石,特別是「第六站」這批隕石,同時含有來自原始型小行星和演化型小行星的兩種物質,兩者截然不同。

過去收集到的隕石中,屬性屬於橄輝無球粒隕石這一類的比例相當低,這也讓大家對「第六站」隕石更加好奇。「第六站」隕石細粒度非比尋常,質地相當多孔,極為易碎。研究人員相信這一點也和2008 TC3小行星為何在經過地球的高層大氣時就碎掉四散相當有關。

Friedrich 和他一位Fordham的學生,透過一臺「電感耦合等離子體質譜儀」來分析這批隕石,這種質譜儀是專門用來觀查岩石等無機合成物的儀器。

Friedrich表示:「我們發現,幾百片不同的碎片,化學成分卻的確都是橄輝無球粒隕石沒錯,同時,幾百片碎片也似乎都沒有任何的糟地球污染的證據,這是另一件有趣的事情。」當然,這批隕石在撞擊後立即被尋獲、「新鮮」感十足,未遭汙染是理所當然的。「目前地球上所發現的大多數橄輝無球粒隕石都是在南極洲,通常這些南極所採集的樣品似乎總有某些元素濃度特別高,如鑭,鈰等稀土元素。但「第六站」隕石似乎並無明顯污染跡象。」未受污染的隕石,能使研究人員更精確探索太陽系的組成。

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一般而言,球粒隕石大多未曾經過母小行星熔化或分異等作用 – 雖然研究人員還在懷疑,它們或許也未必典型代表隕石和小行星母體間的相關性 – 無論如何,相對的,橄輝無球粒隕石則通常會顯出其母體小行星曾有過融化。

所以曾被加熱到熔點的小行星,應該會看起來嗎?

根據「第六站」隕石最新研究顯示,這批隕石最原始可能來自於三個不同類型的小行星、經碰撞形成了另一個新的母小行星。這也可以解釋為什麼「第六站」隕石包含來自演化型和原始型小行星等兩種型態很不相同的物質。

其他證據也顯示,這顆小行星屬於不尋常的「多重組合型」橄輝無球粒隕石(類)。有跡可循嗎?NASA的太空中心人員證實:這些隕石曾被加熱達攝氏1150至1300度高溫,後來又經歷過每小時數千度的快速冷卻,在此期間,小行星中的碳將一部分橄欖石礦物鐵轉成金屬鐵。

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因此,根據以上資料回溯2008 TC3小行星的來時路,可以這麼說吧:數十億年前,曾有一顆小行星,遭受過一次巨大碰撞,結果它有一部份礦物質熔化 – 但並非全部礦物質都熔化。後來,它又再次受到一個大碰撞,把這顆體積小於行星的天體撞碎成許多更小的小行星,而在幾十億年後,它的旅途在地球畫上了終點,2008 TC3,就是這些小行星碎裂遺骸之一。

NASA Johnson 太空中心人員Mike Zolensky指出, 橄輝無球粒隕石這種隕石的特性是多孔,孔壁上塗著橄欖石晶體礦物質,經過X光斷層掃描發現,這些孔呈現出沒有完全焊接在一起的粗粒穀狀物,孔隙的內襯則出現氣相沉積物。這代表第6站隕石是個「團集」作用的產物,從粗粒到細粉都有;在撞擊中遭不完整縮減的顆粒,稍後在高溫焊接中又重新地再被組接在一起。

從「第6站」撞擊現場回收的隕石,它的含碳比例也是在所有已知隕石中最高的。已發現有石墨和奈米金剛石的碳晶體,還發現了一些在高溫中仍倖存的原始有機物質,包括高豐度的多環芳烴,甚至連一些氨基酸也大難不死。

來自法國Observatoire de la Cote d’Azur的學者Julie Gayon-Markt博士從另一個角度提供了一些2008 TC3小行星家族的內資情報。

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「由於像這樣,屬性與已知大為不同的隕石掉落在地球上其實很罕見,回答這樣的一顆小行星究竟來自何處,是很具挑戰性的有趣問題,小行星2008TC3如何形成,具有一個可能的解釋,它和一些礦物性質非常不同的小行星碎片彼此間的低速碰撞,或許有關。」

Gayon-Markt和她的團隊甚至還求教於「各小行星在主小行星帶的動能和光譜」等資料,希望能為解答第6站隕石的源起問題提供一些線索。他們的追蹤研究結果顯示,位置在主小行星帶內側,Nysa-Polana這個小行星家族,很有可能就是2008 TC3的故鄉。

「原始型」小行星,自太陽系誕生以來鮮少發生改變,一般含有高比例的水合礦物和有機物質。然而,其他類型的小行星還有許多是在特定時間點,有可能透過放射性物質衰變而受到加熱,熔化的岩漿分離成鐵質核心、四圍再包覆著岩質的地幔。

既想探索太陽系緣起之謎,又想解開那顆曾在2008年掉落地球的小行星身世之謎者,為數不少,Friedrich 和Gayton-Markt 這兩位鑽研著第六站隕石的研究員,代表著眾多好奇科學家的探索旅程。他們說,研究這些隕石是跨學科的合作,「我們的工作僅僅是大拼圖的一小塊。」(Lauren譯)

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設置在美國亞利桑那州的萊蒙山天文台的Catlina巡天望遠鏡,在2008年10月6日發現了2008 TC3小行星的動畫照片資料 (Richard Kowalski)。

設置在美國亞利桑那州的萊蒙山天文台的Catlina巡天望遠鏡,在2008年10月6日發現了2008 TC3小行星的動畫照片資料 (Richard Kowalski).

  2008 TC3小行星撞擊地球後造成的各種隕石 圖片來源: P. Jenniskens,等人. Click image for full description

2008 TC3小行星撞擊地球後造成的各種隕石 圖片來源: P. Jenniskens,等人. Click image for full description

  “Almahata Sitta”,俗稱「第6站」隕石,其中編號15號的黑色碎片,在週遭淺色的沙漠岩石間形成了顏色上的明顯對比,照片攝於蘇丹北部努比亞沙漠。圖片來源: Peter Jenniskens (SETI Institute/NASA Ames)

“Almahata Sitta”,俗稱「第6站」隕石,其中編號15號的黑色碎片,在週遭淺色的沙漠岩石間形成了顏色上的明顯對比,照片攝於蘇丹北部努比亞沙漠。圖片來源: Peter Jenniskens (SETI Institute/NASA Ames)
資料來源:中研院天文網[2011.11.11]

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轉載自台北天文館之網路天文館網站

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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太陽系如何形成、如何演化?就讓「靈神星」來解答!
EASY天文地科小站_96
・2023/04/12 ・2962字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 文/黃子權|掉入岩石堆中的研究生,現就讀台大地質所
  • 文/林彥興|現就讀清大天文所,努力在陰溝中仰望繁星

M 型小行星與行星的誕生

了解太陽系的形成歷史與演化,是行星科學最重要的使命之一。然而,身在太陽系形成後 46 億年的我們所看到的行星,都是經過漫長演化後的結果。它們的表面特性、內部結構,早已與剛形成時大相逕庭。

因此,想要研究太陽系的形成與演化,小行星是相當重要的目標。由於小行星質量小、冷卻快,更不會有複雜的風化和地質運動,因此它們從太陽系形成之初到現在都沒有什麼改變,就像活化石一般。而過去幾十年,人類也確實對小行星進行了廣泛而詳細的研究,比如拍攝照片計算它們的軌道,用光譜分析化學組成,甚至派遣太空船(如 JAXA 的隼鳥一號、隼鳥二號、NASA 的 OSIRIS-REx)直接前往小行星,將樣本採回地球分析。

而在太陽系目前已知的一百多萬顆小行星中,有一個相當特殊的族群,它們大多具有較大的密度和較高的雷達反照率,同時在光譜上缺乏特徵。基於上述特點,科學家們認為它們的組成中有含有不少金屬,因此稱之為 M 型小行星。

根據目前天文學家對行星形成的理解,原行星盤(protoplanetary disk)中的金屬元素分布理應相當分散,因此能夠自然產生元素分異並聚集大量金屬的地方,只有足夠大、足夠熱的原行星(protoplanet)的行星核。所以傳統上,M 型小行星被視為受到撞擊後裸露的行星核,同時也是鐵隕石的來源之一。但截至目前,仍未有探測器直接造訪 M 型小行星,確認這個假說是否正確。

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近期,新的觀測資料更顯示,某些 M 型小行星似乎比人們預想的還輕,各種特徵也和人們對行星核的認知不盡相同(例如,在表面觀測到含水礦物的訊號)。這表示傳統的行星形成與演化模型,也許不盡正確。換個角度看,這也代表對 M 型小行星的研究,也許將能幫助我們揭開行星演化理論中的盲區。

M 型小行星是由什麼構成的?它們的演化歷史又是如何?苦於距離遙遠,過去人們對這些問題往往只能止於粗略的推測。但隨著靈神星號任務逐漸上軌,我們離解答這些問題(的一部分)只有一步之遙了。

靈神星號探測器。圖/NASA/JPL-Caltech/ASU

靈神星探索任務

靈神星探索任務(Psyche)是 NASA 發現計畫(Discovery Program)的一部分。發現計畫始於 1989 年,每隔幾年就會向全美國徵求任務提案,經過重重篩選後,最具有科學價值且最可行的團隊,就可以獲得 NASA 提供的經費,將他們的構想付諸實行。從 1996 年的 NEAR 任務開始,發現計畫已經為十幾個重要的太陽系探索任務提供機會,包含近期因太陽能板發電量降低而終止的火星「洞察號(InSight)」任務。2014 年,第 13、14 次發現計畫徵選開始,最後脫穎而出的其中一個計畫,正是靈神星探索任務。

而計畫要觀測的目標靈神星(16 Psyche)於 1852 年被義大利天文學家加斯帕里斯(Annibale de Gasparis)發現,並以希臘神話中靈魂之神「賽姬」命名。祂是第 16 個被發現的小行星,雖然不是最大的小行星(平均寬度約 220 公里)但卻是目前已知小行星中第 10 重的,其質量佔小行星帶總質量的 1%。根據估算,靈神星的密度大約為 3.9 g/cm3,遠低於鐵鎳隕石的 7.9 g/cm3,因此靈神星不太可能真的完全由金屬構成,比較可能是類似石鐵隕石那樣,由金屬與岩石共同組成。

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科學家對靈神星的想像。圖/ NASA/JPL

作為發現計畫的一員,靈神星計畫切實地反映了該系列任務的宗旨:便宜、快速的解答重要的疑問。M 型小行星是行星形成與演化中相當重要的一片拼圖,而靈神星又是體積最大的 M 型小行星,其重要性不言而喻。對靈神星的探測,勢必能更加推進人們對行星演化的認知。

靈神星號的科學目標及預期解答的問題為:

  1. 靈神星是行星核還是未熔結物質?
  2. 靈神星表面的相對年齡為何?
  3. 小型金屬天體是否含有和高壓地核同比例的輕金屬?
  4. 靈神星形成環境的氧化還原性?
  5. 靈神星地表及撞擊坑特徵?

為了達到這些目標,靈神星號上搭載了以下儀器:

  • 多光譜成像儀 (Multispectral Imager)
  • 伽馬射線/中子光譜儀 (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer, GRNS)
  • 通量閘磁強計 (Fluxgate Magnetometer)
  • X頻無線電實驗 (Radio Science (X-band))

整體而言,靈神星號的載酬相當簡要,科研儀器加總起來只占約 30 公斤,且每項儀器都是經過「實戰」驗證過的:多光譜成像儀來自火星好奇號探測車,GRNS 來自水星的信使號任務、磁強計參與了洞察號任務、X 頻無線電實驗(利用通訊時訊號的都卜勒效應測量重力強度變化)更是有多項成功紀錄。使用這些驗證過的儀器不僅能減少任務風險,同時能省下不少研發經費,提高任務的 CP 值。另外,靈神星號同時也會為深空網路(Deep Space Network, DSN)測試全新的「深空光學通訊(Deep Space Optical Communication, DSOC)」系統,利用雷射作為資料載體進行傳輸,科學家估計 DSOC 的資料傳輸速度,將比過去使用無線電的 DSN 快 10 到 100 倍。

靈神星號各項儀器位置圖。圖/修改自NASA/JPL-Caltech/ASU
靈神星號的伽馬射線光譜儀及中子光譜儀。圖/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

另外,隨著科技進步,太空探索不再是國家機構的天下,各種商業公司紛紛加入了衛星製造的行列。因此重視任務 CP 值的靈神星號,從設計初期,科學家們便決定向商業公司尋求成熟、有發射紀錄且搭載了離子推進系統的衛星載具。最終他們選定了 Maxar 旗下的 Space Systems/Loral(SSL)公司的 1300 系列框架作為靈神星號的主體,並由噴氣推進實驗室(JPL)整合飛行系統(包含指令及資料處理系統)。靈神星號的推進系統是一具 SPT-140 霍爾效應推進器(Hall effect thruster),藉由游離氙氣並透過磁場將其加速噴出以獲得推力。搭配發電量達 20 千瓦的太陽能板及 922 公斤的氙氣,足夠支持靈神星號走完將近六年的航程。

抵達靈神星後,探測器將嵌入軌道開始環繞靈神星。科學家為靈神星號安排了四個逐漸降低的軌道(A 到 D),每個軌道都有各自主要的研究目標:

  1. 最高也是最初始的軌道 A 半徑約 700 公里,靈神新號將會在這裡測量靈神星的磁場。
  2. 56 天後,探測器將降至軌道 B(半徑 290 公里)並且開始對靈神星的地貌進行調查。
  3. 76 天後,靈神星將下降至半徑 170 公里的軌道 C,這是最小的穩定繞極軌道,同時也是最適合用來探測靈神星重力場的高度。
  4. 100 天後靈神星號將會降至最後、最低的軌道 D,軌道半徑僅 85 公里,在這探測器將利用 GRNS 調查靈神星表面的元素分布。
靈神星號任務示意圖。圖/修改自 NASA/JPL-Caltech

靈神星號原訂的發射日期為 2022 年 9 月。然而在飛行前的測試中,任務團隊發現飛行軟體異常,導致它錯過了 2022 年的發射窗口。經過幾個月的調查和調整,目前 NASA 公布的下個發射窗口為 2023 年 10 月 10 日以後,屆時靈神星號將會搭乘 SpaceX 的獵鷹重型火箭進入太空,就讓我們好好期待靈神星號傳回來的各種資料吧!

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延伸閱讀

  1. 我們的征途是星辰大海:回顧隼鳥二號的億里長征
  2. Just Look Up!小行星監測系統「哨兵」全面升級
  3. 災難片成真!?小行星「貝努」行蹤飄忽,撞地球的機率有多大?
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平民登月計劃?核融合真的來了?——2023 最值得關注十大科學事件(下)
PanSci_96
・2023/01/31 ・3226字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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在上一篇中,我們介紹了將在 2023 年發生的五個醫藥健康大事件。

延伸閱讀:
用迷幻藥治憂鬱?基因編輯療法將通過批准?——2023 最值得關注十大科學事件(上)

這次我們轉向能源、宇宙與科技領域,從首趟平民月球之旅、物理學的標準模型新發現,再到第一個核廢料永久儲存設施正式營運!

No. 5 氣候與能源衝擊

世界各國能否聽從科學家的警告,採取實際行動,朝淨零之路前進嗎?看起來不行。由於疫情與俄烏戰爭,去年 11 月在埃及舉辦的「聯合國氣候變化會議 COP27」幾乎是原地踏步。

不過還是有一個重要的決議,那就是建立氣候損失和損害基金。根據協議,排放量較高的富裕國家將在經濟上補償受氣候變化影響最大的貧窮國家。「過渡委員會」將於 2023 年 3 月底前舉行會議,提出資金運用的建議,並在 11 月的 COP28 會議上提交給世界各地的代表。

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至於核能的部分,新型核分裂發電與核融合發電,都會在 2023 年有所進展。

另外,世界上第一個核廢料儲存設施,今年將在芬蘭西南海岸外的奧爾基洛托島正式啟用。這個由芬蘭政府於 2015 年批准建造的地下處置庫,將負責封存超過 6500 噸有放射性的鈾;這些鈾會被裝在銅罐中,再用厚厚的粘土覆蓋,最後埋在地下 400 公尺深的花崗岩隧道內,預期將被密封數十萬年,直到輻射水平達到完全無害的程度。

另一個好消息是,今年 1 月 1 日就任的巴西總統——魯拉(Luiz Inácio Lula da Silva),將推翻前任總統開放的雨林開發,保護生態與文化。

然而深海則有新危機。若 2023 年 7 月前,聯合國的國際海床管理局(ISA)沒能讓各國對深海採礦管理準則達成共識,那海底的礦產資源可能會被某些政府和企業盯上,不受限制地開挖,海洋生態將迎來浩劫……。

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許多關於能源的抉擇包含了科學和政治,能源短缺也激勵了綠能跟潔淨能源的投資力道及採用意願;至於今年還會不會發生更棘手的麻煩?使能源轉型更加舉步維艱。

巴西新任總統推翻雨林開發,保護生態與文化。圖/Envato Elements

No. 4 超越標準模型

2022 年 4 月,美國費米國家加速器實驗室的物理學家,公佈了渺子 g-2 實驗的首批結果;這項實驗研究了被稱為「渺子的短命粒子在磁場中的行為」。

過去 50 年來,標準模型(Standard Model)[註]的理論預測通過了所有測試,但其實物理學家普遍認為標準模型肯定還不完備,並且認為可以從渺子身上找到破綻;如果今年再次公佈更精確的數據,顯示渺子的磁矩比理論預測來得大,那就代表還有新粒子等待被發現,而標準模型就得修正。

位於中國廣東的江門地下的微中子實驗觀測站,也將在今年展開尋找超越標準模型的物理學之旅;利用位於地下七百公尺的探測器,來準確測量微中子的振盪。

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註:標準模型為能描述強核力、弱核力、電磁力這三種基本力,以及所有物質基本粒子的理論。

另外,物理學家們在今年會有升級的新設備。第一個是 LCLS-II 直線加速器相干光源 2 代(Linac Coherent Light Source-II),它將創造終極 X 射線機器,看到分子內原子的運動!另一個則是新的重力波獵人—— Matter-Wave Laser Interferometric Gravitation Antenna(物質波雷射干涉重力天線);這個設施把銣原子冷卻成「物質波」,能夠梳理黑洞和其他超大質量天體碰撞產生的時空漣漪,揪出現有重力波設施錯放的事件,甚至可以幫我們尋找暗物質!

而在瑞典隆德附近、由歐洲 17 國攜手成立的歐洲散裂中子源(ESS),將使用史上最強大的線性質子加速器產生強中子束,來研究材料的結構;雖然預計 2025 年才會完工,但於今年迎來第一批研究人員,開始實驗。

No.3 就是要抬頭看天空

許多人心中 2022 年科學事件第一名,正是韋伯太空望遠鏡傳回的驚人照片;沒有意外的話,韋伯在 2023 年會繼續大顯身手,揭露星系演變的真相,與遙遠系外行星的生命印記,找尋地球之外的生命。

今年還會有更多驚喜!來自於新的太空望遠鏡,如:由歐洲太空總署開發的歐幾里得太空望遠鏡,今年發射後將繞行太陽六年,拍攝宇宙的 3D 圖;日本宇宙航空研究開發機構 JAXA 的 X 射線成像、光譜任務 XRISM,則是繞地球軌道運行的太空望遠鏡,將探測來自遙遠恆星和星系的 X 射線,預計在今年 4 月升空。

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在地球上,位於智利的薇拉魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory)將於今年 7 月啟用;其望遠鏡採用特殊的三鏡面設計,相機包含超過 30 億像素的固態探測器,每三個夜晚就能掃描整個南天,也是監測可能危害地球小行星的守護者之一。而世界上最大的可動望遠鏡——新疆奇台射電望遠鏡(QTT)也將在今年完工;其口徑達 110 公尺,能夠觀測天空中 75% 的星星。

詹姆斯.韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,JWST)去年發布的圖片——史蒂芬五重星系。圖/維基百科

No. 2 好多月球任務,還有一個鐵小行星

2022/12/11 這天,包括阿拉伯聯合大公國的拉希德漫遊者月球車、NASA 的月球手電筒立方衛星、以及日本的白兔 HAKUTO-R M1 登陸器,共同搭乘 SpaceX 的獵鷹九號發射升空;HAKUTO-R 如今正緩緩帶著拉希德前往月球,預計在今年 4 月著陸。

而印度太空研究組織 ISRO 的第三次探月任務月球飛船 Chandrayaan-3,預計今年年中發射,並於月球的南極著陸。

還有首次民間人士的月球之旅 dearMoon。SpaceX 的 Starship 將載著 11 位平民上太空,包含創業家、明星跟 YouTuber;如果 Starship 成功發射,將會成為史上最大的火箭。Blue Origin 的 New Glenn 也預計在今年首度發射。若兩者都成功,將推動太空科學與商業進入新時代,讓進入太空的成本大幅下降。

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歐洲太空總署的木星冰月探測器 JUICE 也將在今年 4 月升空,並於 2031 年抵達木星系統;目標是研究木星以及三顆衛星:木衛二三四的環境,了解他們有沒有可能支持生命存在。

NASA 將於今年 10 月後發射延遲了一年的 Psyche 靈神星小行星軌道飛行器,其研究對象為 16 Psyche 靈神星小行星;科學家認為它可能不是一般的小行星,而是一顆年輕行星裸露的鐵核心。如果今年順利發射,將在 2029 年到達。 

看來對太空迷來說,2023 又將是幸福熱鬧的一年。

由超大型望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)拍攝的靈神星。圖/維基百科

No.1 GPT-4 跟 AlphaFold 的衝擊波襲來

借過借過,AI 已預約登上 2023 年最大科學事件!

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如果 GPT-3.5 開發的 ChatGPT 還沒有嚇到你,那 GPT-4 就要來了!

而在科學領域,DeepMind 的 AlphaFold 帶來的衝擊不亞於 ChatGPT;它能夠根據蛋白質的一維氨基酸序列,準確預測折疊後的三維形狀,對生物與醫療研究影響非常大。 AlphaFold 2 於 2021 年發布了另外 2 億多種蛋白質的結構,幾個月來,來自 190 個國家/地區、超過 50 萬名研究人員,使用 AlphaFold 研究了 200 萬種不同的蛋白質結構。另外,Meta 的 ESMFold 的速度甚至又比 AlphaFold 快 60 倍,預測的蛋白質超過 6 億種!

基於 AlphaFold 跟 ESMFold 的研究量將大大增加,這些龐大新知識也將開始應用於各學科,包括新疫苗和塑膠開發。

法規管制總是比科技進步緩慢,隨著 AI 越來越強大、滲透到社會的方方面面,各國政府必須回應。歐盟在今年將通過人工智慧法案,為使用人工智慧制定標準,其他國家和科技巨頭將密切關注,跟進與調適。

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圖/GIPHY

以上就是「2023 最值得關注十大科學事件」,你最期待的是哪一個?哪個是你心中的 No.1?又有哪些我們漏掉了,但你覺得該列入的呢?歡迎留言討論!

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PanSci_96
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