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我們可能被隕石砸中嗎?

科學松鼠會
・2012/05/21 ・2891字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

作者:Lithium 

「陪你去看流星雨,落在這地球上,讓你的淚落在我肩膀。」

 《流星花園》裡的歌詞是浪漫的,可是,在我們殘酷的故事裡,流星穿過了大氣,變成了隕石,並且還那麼不湊巧地砸中了你。但請深信,面對這樣的情況,每一位圍觀群眾都會願意,讓不幸的你的淚,落在他們的肩膀!

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躺著也中槍,坐著也挨砸

1954年3月30日,對於美國阿拉巴馬州的安•霍奇斯(Ann Hodges)太太來說,這本該是再平常不過的一天。

用過午飯後,霍奇斯太太覺得有些不適,便在沙發上小憩。午後的陽光瀰漫在房間裡,散發著慵懶的氣息。然而,好景不長,伴隨著一聲巨響,一個黑乎乎的東西從天而降,先是穿過天花板,然後從收音機彈到她的身上。於是,這一天,她不幸的成為人類歷史上有明確記錄以來第一個被隕石砸中的人[1]

【天外來客冒冒失失地闖進地球人家中,直接破樓而入,最終在霍奇斯太太的腰部留下瘀傷。】

「躺著也中槍」的霍奇斯太太,想必從未擔憂會親身遭遇這麼一出「天外飛石」。即使大家都知道,「被隕石砸到」是幾乎不可能發生的小概率事件,可是,這樣的小概率事件,究竟是怎麼發生的呢?

前世今生,隕石的光輝生命

在太陽系內,有很多小至沙塵,大至巨礫的碎片,被稱為流星體(meteoroid)。它們是隕石的直接來源。流星體要到達地球,成為隕石,需要經歷一系列考驗。在進入地球大氣層時,它們會與大氣有一場艱難的搏鬥,在大氣中發出光亮摩擦殆盡的,就成了流星(meteor)。而那些落到地球表面的倖存者,才被稱之為隕石。

目前,主流觀點認為,大部分的隕石來源於火星和木星之間的小行星帶。這裡的星體大小不一,大的如穀神星,直徑達到約950千米,小的卻只能與塵埃比肩。當它們受到鄰近火星或木星的吸引,軌道發生偏離,就有可能進入與地球相交的軌道。

有時,我們會看到一群流星不約而同地從天空的同一片區域降落,這便是流星雨。它們起源於彗星,每當靠近太陽時,彗星會拋散出一團流星體。它們受到其它天體引力的影響,慢慢擴散開來,在彗星軌道上形成一條塵埃帶。當地球經過這條塵埃帶時,便會形成流星雨。

另外,也有一些隕石來自火星或月球。這可能是因為大的隕石與它們發生劇烈撞擊,將火星或月球的碎片濺射到太空,最終來到地球。

【在隕石上,可以找到很多它穿過大氣層時留下的榮譽勛章。左圖中,流星體的表面因高溫而熔化,形成像拇指按壓的痕跡,稱為氣印(regmaglypt)。右圖中,流星體因固定朝向一個方向,最終形成錐狀。】

天外飛石,嘩啦啦到處開花

目前人類在地球上尋獲的隕石,可分為墜落隕石與發現隕石兩類。那些經過大氣層時被觀測到而得以尋獲的隕石,稱為墜落隕石。而那些無聲無息地來到地球上,多年以後才被人們尋獲的隕石,叫做發現隕石。

能被隕石砸中,就必然是一顆墜落隕石。到2011年6月為止,全世界收藏的墜落隕石標本大約有1096顆[2]。根據前人收集的數據,每年的墜落隕石大多只是個位數,且傾向於集中在人口稠密的地區[3]

【歐洲和亞洲以355和345顆的墜落隕石數量位居一二,而在各國的排名中,美國和印度的墜落隕石數量位居前兩位,均達到100顆以上,而中國以57顆的數量居第四位。[2
當然,每年實際降落到地球上的隕石遠不只發現的那麼多。畢竟,很多隕石或因光芒黯淡,或因降落在人跡罕至的地方,未被人發現。加拿大曾在1974至1983年間執行隕石觀察和發現計劃,用60台照相機對準天空觀測撞擊事件。研究者根據觀測結果估計,每年在地球上,大於0.1千克的隕石撞擊事件有19000起,而大於1千克的隕石撞擊事件也有4100起之多[4]

被隕石砸中,概率有多大?

對於這種似有「杞人憂天」涵義的飛來橫禍,還真有科學家計算過隕石砸中人的概率。

一份2006年解密的報告顯示,在上世紀80年代的英國,關於核能應用的安全性的爭論十分激烈。為了說服牴觸的公眾,英國當局想出了一個點子,他們將核能反應堆失事的概率,和其他各種事故概率進行對比,其中就包括被隕石砸中的概率。當時科學家們計算給出的結論是:平均每7000年才會有一個英國人被隕石砸死[5]

而加拿大亨茨伯格天體物理研究院的研究者則根據一系列假設,包括擬定「每個人佔地0.2平方米」,探討隕石對於人類和建築的傷害頻率。他們的計算結果顯示,在全世界範圍內,每9年會有一個人被隕石擊中,而每年有16幢建築會因隕石撞擊而受損。不過,這一數據卻比實際報導的數據要高很多,畢竟有些事件可能未引起關注[6]

隕石現有的擊中過人,可信度較高的記錄包括,在1991年8月,曾有隕石光臨烏干達的姆巴萊,親吻了一名小男孩的頭部。這名小男孩被一塊3.6克的隕石碎塊砸中腦袋,但卻安然無恙。原因是,這塊隕石被撞上的香蕉樹樹葉大幅減速,威力得以大大降低。而最近一次引發廣泛關注的「天外飛石傷人」事件是在2009年6月,當時曾有媒體報導14歲的德國小男孩布蘭克與一顆豌豆大小的隕石擦身而過,並在手背上留下一道傷疤,但這一新聞後被確認有造假嫌疑[7]

無論怎樣,真正被隕石砸中的人屈指可數。相對而言,建築物以及其他地面物體和這些不速之客打的照面就要更多一點。根據加拿大皇家天文學會斯普拉特(Christopher Spratt)的統計,截至到1990年,隕石與人在一米以內有擦肩記錄的事例是4次,而隕石與建築物直接發生親密接觸的事例是61次[8]

【愛車被隕石砸到的概率,不亞於彩票中超級大獎。當事的車主估計在猶豫,「地球太危險,要不要回火星去呢……」】

不過,邂逅一塊隕石,並不一定有你想像中那麼糟糕。由於全世界的收藏家趨之若鶩,隕石還可能給你帶來大筆財富。隕石中的稀世珍寶,月亮隕石和火星隕石的價格甚至可以攀升至每克數千美元,遠高於黃金和鑽石。而一些被隕石砸中的物品,也可能賣出不菲的價格。所以,下次再看流星雨的時候,把許願換成「讓隕石落在我身邊」也是一個不錯的主意。

參考資料:

  1. Meteorites – People, Places, Hits, Near-Misses
  2. (12) wiki_Meteorite fall statistics
  3. Hughes D W. (1981). Meteorite falls and finds – Some statistics. Meteoritics, 16: 269-281.
  4. Halliday I, Blackwell AT, Griffin AA. (1984). The frequency of meteorite falls on the Earth. Science. 223(4643):1405-7.
  5. What chance of being hit by a meteorite? Don’t ask a scientist
  6. Halliday I, Blackwell A T, Griffin A A. (1985). Meteorite impacts on humans and on buildings. Nature, 318(6044): 317.
  7. wiki_Gerrit Blank
  8. Spratt C E. (1991). Possible hazards of meteorite falls. Royal Astronomical Society of Canada, Journal. 85: 263-280.
本文首發於果殼網(guokr.com)自然控主題站《我們可能被隕石砸中嗎?
轉載於科學松鼠會[2012-05-10]
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科學松鼠會
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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀
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為什麼要觀星?因為星星在那裡——望遠鏡叔叔、鴻宇光學創辦人趙偉光專訪
鄭國威
・2020/11/20 ・5524字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 487 ・五年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

「把天上的星星、月亮摘下來送給你」,是常聽到的肉麻情話,以任務之艱鉅凸顯對愛人之情意,但也因為實在太艱鉅,反令人覺得虛假。但寄託星月以訴衷腸,則是古往今來恆久遠,就連《獅子王》裡獅王木法沙也對辛巴說:

看那些星星。過去偉大的王從那些星星上看著我們。每當您感到孤獨時,請記住,那些王將永遠在那裡引導你。我也一樣。

Look at the stars. The great kings of the past look down on us from those stars. Whenever you feel alone, just remember that those kings will always be there to guide you. And so will I.

圖/IMDb

對趙偉光來說,星星也一直引領著他。「當我們抬頭仰望天空,大氣層外離地球最近的月球,有 38 萬公里遠,太陽則遠達 1 億 5 千萬公里。仙女座大星系,這個離我們銀河系最近星系發出的光,竟然是從 250 萬年前發射出來的,銀河系的恆星就超過 1000 億顆,可能比一片海灘上沙子的總數還要多。」談起自己為何從小就迷上天文,甚至以天文創業,他說當自己越了解宇宙,越覺得自己的渺小,反而激起他無窮的好奇跟無盡的謙卑。

被天文迷社群稱為「望遠鏡叔叔」的趙偉光。圖/泛科學拍攝

母胎天文狂熱份子

看起來很有老師樣的趙偉光,很早就對觀星、天文有興趣,但其實自己也不記得是怎麼開始的,只知道小時候,就常流連自家屋頂用肉眼看星星。高中就讀松山工農時,發現學校有天文社,有望遠鏡可以玩,他二話不說就簽下去。「工科學校有天文社的,當時只有我們」,升上高二後他便擔任社長,雖然在學校裡天文社是冷門小眾社團,但觀星能力很強,在台北市立天文科學教育館(當時叫做圓山天文館)參加天文知識技能檢定競賽–「尊親天文獎」,是少數得獎的高中社團。

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「第一部分是比天文知識,像是學校考試,如朔望月多少天之類的,就給你 50 題;另一個部分是星座檢定,一般人這塊比較弱,因為很少人真的到戶外看星星,當時很多其他學校的學生都背星圖,但我們社團常常到外頭觀星,底子比較硬。」他也笑著說,招募社員時還是用上了「天文社是可以合情合理合法約女孩子過夜的社團」這樣的誘因。

念大學後他擔任了多所學校天文社的指導老師,也到望遠鏡公司去打工,幫忙維修望遠鏡,更在相機公司工作過兩年,取得相機維修師的專業。雖然望遠鏡跟相機都是光學領域,而且相機明顯更有市場性,但他內心還是個天文迷與望遠鏡控。於是在 2005 年,他創辦了鴻宇光學這家望遠鏡公司。

從高中到現在,已經浸淫了天文觀測與攝影三十年,對他這樣一位超級天文迷而言,印象最深刻的天文現象是什麼呢?他舉起手,瞬間成為直播影片裡那位望遠鏡叔叔,流暢答道:「必看的天象,第一就是大彗星、第二就是大流星雨,第三就是日食。」趙偉光回憶,1994 年有一次舒梅克-李維九號彗星撞擊木星,那時他用底片相機記錄到彗星撞擊木星後出現的小點,讓他印象深刻。接著,在 1996 年跟1997 年分別有兩顆肉眼可見的大彗星:百武彗星與海爾波普彗星,尤其海爾波普彗星亮度達到 -1 等,他回憶當時在小雪山天池停車場拍攝,凌晨 4:00 左右,天色墨黑,突然看見一條光柱,本來還惱怒地以為是有些沒常識的人向上打投射燈,結果竟然是亮到不行的彗尾!看起來真的像一隻掃帚緩緩的從東方的山上升起,令他大為震撼。

趙偉光在 1997 年 3 月 9 日拍攝的海爾波普彗星

「大彗星就像中樂透,老天爺隨時有機會就送給天文迷大禮物」他說。

2001 年那次的獅子座流星雨也讓他畢生難忘。那時他們在合歡山停車場等待,本來不抱太高期待,忽然間,「從東邊到西邊,劃過 150 度天空,我們所有人都傻了,這是放煙火吧?」雖然裝備(相機與赤道儀)早架好了,但他們所有人都不在裝備旁,呆看了 30 秒到 1 分鐘,才如夢初醒,趕緊奔向旁邊的器材開始拍攝。那天晚上目擊起碼上萬顆流星,旁人數著「XX座一顆、YY座一顆 」到後來至少每秒一顆,根本數不完,讓他興奮到發抖。

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2001年11月17日的獅子座流星雨,趙偉光拍攝於合歡山鳶峰停車場

最近令趙偉光印象深刻的天象,則是今年 6 月 21 號的日環食,他說那天嘉義已經爆滿,外溢到周邊其他地方,他跟同事當天帶著望遠鏡到雲林口湖遊客中心,帶領現場遊客觀賞日環食。「老天爺相當的幫忙給了我們一個大晴天,雖然不是全食,但這次因為太陽的遮蔽率非常非常的高,到 99% 左右,太陽被遮蔽成一個細細的金環,亮度跟溫度都有很大的下降。」那時全場驚呼、騷動,從環食始到環食終,他們自己也非常興奮,「我從高中時就開始期待這次日環食,那時候想說還有 20 幾年好久,沒想到一下子就到了。」

從天文迷「玩到」創業:鴻宇光學望遠鏡公司

決定創業前不久,有回他帶朋友去觀星,替大家都準備了望遠鏡,朋友就跟小孩介紹他:「這位是望遠鏡叔叔喔!」他當下覺得這稱號蠻有親和力,才開始以「望遠鏡叔叔」自稱,這個稱呼也把他推向創業之路,至今每回線上直播時也這樣開場。

畢業自台科大化工系的趙偉光表示,如果沒有創業,最可能的出路就是去科技業或化工廠上班。然而身為非尋常天文愛好者的他,就是想把正確的望遠鏡使用觀念以及優良的產品介紹給大家。對趙偉光來說,鴻宇光學是實現理想的地方。他說台灣許多望遠鏡公司沒有維修部,維修必須寄回原廠,而具望遠鏡維修能力的趙偉光,在台灣成立了維修部,一部分能處理的維修可以直接在台灣執行,大幅縮短等待的時間。

有些人有了望遠鏡也不會用,更不知道看什麼。照片由趙偉光提供

也許是身為資深天文迷,他總是能敏銳覺察到外行人想踏入天文時的徬徨。不會挑、不會用、不知道看什麼,是他歸納出來的三大痛點。例如,趙偉光發現很多入門者購買望遠鏡後都不會操作,也不知道要看什麼天體,用來用去只找得到月亮,連土星、木星是哪個都不知道,用一兩次之後就讓設備塵封在倉庫裡,讓他感到相當可惜。他也知道有人購買了劣質的望遠鏡,體驗不好,自然就遠離了天文。於是他成立了「鴻宇天文觀測俱樂部」、「鴻宇觀星團」、「台灣天文銀河星空研究社」等等社團,有的社團歡迎任何單純想要了解天文知識的入門者,有的則保留給跟他們購買望遠鏡的消費者,能夠參加免費的觀星活動,實地在戶外星空底下教學。

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他說這就像買了高爾夫球桿,然後送高爾夫教學,也像當年他在擔任天文社社長帶領學弟妹觀星,趙偉光想將高中時玩社團的熱情帶給天文入門者。目前鴻宇每年辦理 20-30 場活動,包括外部推廣跟內部教學,服務數千人次。

開業站穩腳步後為了擴大服務範圍,2010 年鴻宇跨出臺北,在臺灣各地成立門市與直營分公司,但這可不是租個店面請人顧就可以了。畢竟要連鎖,就要系統化、要有 SOP,在自己眼皮底下指導員工很簡單,講不好就教,但在其他縣市?「要怎麼樣讓新人能夠做跟我一樣的事情?」這曾經是他創業過程中面對的最大挑戰。

如今各門市的店長都已訓練為種子教師,如果想拍出美美的天文攝影作品,例如行星攝影、星雲星團攝影等等,都會教你如何拍攝,這些售後服務也大受好評。

「以一己之力是不可能服務那麼多人的,這也是創業比較難的點,要訓練出夠格的服務人員,能拍能講,起碼要一兩年。」

他說每一家新門市剛成立前三年都是賠錢的,跨出臺北開店的決策曾讓他懷疑人生、質疑自己是不是做錯了。後來他加強影片行銷、從三年前開始直播,漸漸地口碑發酵、營收也開始起飛,「還好有堅持下去」他說。

除了培育人才、建立得以開枝散葉的體系,趙偉光說以望遠鏡創業另一大挑戰,就是得讓大家覺得需要望遠鏡。「你到路上問 100 個人,95 個都會跟你說『我不需要望遠鏡』。但我身上一定會放一台望遠鏡,隨時想東看西看,是玩具也是工具。」

隨時隨地身邊一定備有望遠鏡的「望遠鏡叔叔」。圖/泛科學拍攝

他明白望遠鏡不像手機,大家已經養成固定淘汰、重複購買的慣習。「像這台雙筒望遠鏡,只要你不把它摔爛,基本上永遠不會壞」所以他常開玩笑說,自己賣一個客人、就少一個客人。也因此,讓消費者願意分享口碑極為重要,「這你拍的啊?拿麼厲害?」唯有這樣才能一傳十、十傳百,這也是為何這幾年他們能持續成長的原因。

我好奇地問:望遠鏡可以用租的嗎?像是最近流行的訂閱式經濟?趙偉光說,這模式在望遠鏡很難,原因有兩個。第一,望遠鏡跟車子不一樣,對絕大多數人來說都需要教學,每一台都不太一樣,要教到會用,就得好幾小時,成本很高。第二,望遠鏡是精密光學儀器,若是租用,遇到不愛惜的人就毀了,即使一般人擦拭也很容易有刮傷的問題,用完還回來可能就折損了。他舉例說有些觀光風景區的望遠鏡可以租用,但往往欠缺保養,職員也不懂維護,鏡片發霉、刮損,看不清楚、使用時也不舒服。這些都會大大減損體驗。

即使星辰都被烏雲遮蓋,也要仰望星空

「我心中理想的光學公司並不是像賣家電一樣,賣出去之後收錢了事,所以我們不是只賣產品,而是販售產品加上服務。銷售前服務就是能幫客戶買到適合的產品,售後服務則包括保固期內的清理、維修及教學,也逐步建立完整的教學系列影片,如果產品比較複雜,就帶客戶實地在星空下教學」,趙偉光敘述心目中理想的望遠鏡公司模樣,如今他也將這幅藍圖在鴻宇光學一一實踐。

望遠鏡叔叔的入門者推薦指南

一問到望遠鏡推薦,趙偉光如數家珍地介紹起。他覺得最令自己驚豔的望遠鏡,竟是一臺外觀像是玩具的「迷你馬望遠鏡」。身為行家的他,當時發現這個由臺灣公司設計生產的望遠鏡時驚呼「哇!5000元以下怎麼可能有這種畫質」。這台迷你馬不但可以觀星、可以賞鳥,還附手機架可以拍照、可以加上太陽濾片看太陽、想接單眼相機拍攝也有接環可以選購,是趙偉光心目中的驚豔指數第一名。

ACUTER 60mm 迷你馬多功能生活望遠鏡。照片由趙偉光提供

「我希望將來能夠加強天文教育,從小紮根,像這種高品質平價望遠鏡的問世,對於天文教育推廣的幫助是相當令人期待」他說,自己的影片下面常有人留言,表示感謝這些教學影片,「這代表我們多幫助了一個人愛上天文、愛上科學。」

下一個任務,將宇宙之美帶給大眾

目前鴻宇光學成立已有 15 年,那麼,邁向下個 15 年的使命是什麼呢?

趙偉光回答道,他覺得老天爺給他的使命是,教導大家透過望遠鏡體會宇宙之美,現在的他不只透過公司,以望遠鏡叔叔的身份透過 FB、YT 等自媒體推廣天文觀星與天文教育,也擔任台北市天文協會的常務理事,以及其他多個天文與教育相關協會的成員。

照片由趙偉光提供

他坦言在鴻宇上班,帶客戶觀星是工作的一部份,但因為都在晚上,就得加班,其實是很累的一件事。「在台北的話我通常都自己去,頻率高了對同仁來說可能也吃不消,我也會擔心團隊的大家是否會排斥。讓團隊都能跟上理念,其實花了一兩年的時間。」他也知道有人會覺得幹嘛要那麼累,客人買了,會不會用,看他們造化不就得了?但這就是他想創造出的差異,若其他人沒有熱誠跟能力,是做不到的。而對他這個三十年天文迷來說,熱誠跟能力是他的本色。

「冬天有什麼可以看?春天有什麼可以看?」趙偉光表示,把教育資源用不同管道傳出去,讓越多人對天文有興趣,當然對生意也有幫助。他邊說邊拿起一座折反射式望遠鏡,跟我說打開外殼,可以看到結構,了解光學奧秘。講得我都想中斷採訪先刷卡了。

趙偉光興奮地說,不久的將來,人類將全面進入太空時代,重返月球、前進火星、住在太空中,甚至可能與其他生命體接觸。「我們辦街頭天文活動,就是希望讓小朋友產生興趣,誰知道他之後會不會成為台灣一位厲害的科學家?」

不用把星月摘下來壟斷,只需要透過推廣望遠鏡,就能把自己愛上天文的理由分享給更多人,甚至,或許還能成為下世代太空文明的推手,就像木法沙對辛巴的傳承,這就是望遠鏡叔叔的圓夢計畫。

想仰望宇宙星辰之美,卻苦於沒有器材嗎?文中提及的「迷你馬望遠鏡」已在泛科市集上架。此外,還有適合入門的「迷你牛」與進階版的「小藍馬80」,也同步在泛科市集上架!

延伸閱讀

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鄭國威
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是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

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昇華的火星海洋,毅力號登陸點「古耶澤羅湖」——火星特輯(2)
Whyjay
・2020/11/17 ・2302字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

2020年夏天是每26個月一度的火星探測季。這次的火星季特別令人興奮,因為共有3艘太空船正在前往火星的途中!在期待新的探測器帶給我們新發現的同時,就讓本特輯充當導覽員,為您解說火星探索背後的故事以及這顆紅色行星的科學。

火星特輯上一回:毅力號出發冒險囉!但要在哪裡降落呢?NASA你說說看!

2021年二月,NASA的毅力號火星車就會登陸耶澤羅隕石坑(Jezero Crater)。選擇此地登陸的最大原因,是有非常多的證據顯示它曾經是個大湖[1]。在下面隕石坑的地形圖中,可以看到隕石坑的左側邊緣有兩個歪歪扭扭的渠道,水曾經從這邊流入;隕石坑的右方則有另外一個渠道,古湖水可以從這邊流到更低的地方。在左側渠道進入隕石坑的地方,可以看到具有三角洲外型的地表特徵,意味著古河流帶來的沉積物應該還遺留在此。毅力號就是預計來到這邊找尋生命曾經存在火星的證據。

圖1:耶澤羅隕石坑的地形圖。不同的顏色代表不同的高度,單位為公尺。粉紅色橢圓區域為毅力號預計登陸的位置。(改自NASA/Tim Goudge原圖)

雖然知道有古湖泊存在是件令人興奮的事,但是能否找到生命的痕跡,還是得打一個大大的問號。這主要是因為我們對這個湖的出現時間還有持續時間都還不是很清楚。最新的研究指出三角洲最有可能是在35億年前形成的,而且非常有可能還更老[2]。這樣的話看起來是有些機會,因為在地球上的35億年前,生命應該已經存在幾億年了。

然而,湖的持續時間是個大問題。35億年前的火星氣候早已非常寒冷,類似像耶澤羅這種大小的湖泊很容易就會結冰,然後冰會在幾百年內昇華跑光光[*] [3]。幾百年的時間已經足夠形成三角洲[4],但是能形成生命嗎?沒人知道。當然,如果在很長的一段時間內有源源不絕的水供應到湖泊的話就另當別論,不過更進一步的線索就得仰賴毅力號的任務了。

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*作者註解:如同水會蒸發一樣,在空氣乾燥時,地表的雪或是冰可以不用先變成液態就轉變成氣態消散在大氣中。雪或冰的昇華在地球上的寒冷區域時常發生,也是為什麼在零下的溫度中曬一件結冰的衣服仍然會乾的原因。

30~35億年前的火星海洋?

慢著,或許你會覺得本來應該就要有「源源不絕的水」供應到湖內才對,因為地球上的湖不都是這個樣子的嗎?

問題還是出在火星當時的氣候。在那麼低的溫度下,水分子無法透過降雨或降雪重新回到湖泊,只會被冰封在高海拔地區。也就是說,火星上的湖泊形成後,就是無止盡的蒸發或昇華,並不能像地球一樣靠降雨來補充水量[3]。有趣的是,類似耶澤羅的古湖泊、河道遺跡在火星上有不少,而且年代都推測在30~35億年前[5]。在火星的北方低地,甚至還有出現被解讀為海嘯的地形特徵[6]。對於「水從哪裡來」這個問題,到目前為止最合理的解釋是:火星冰封的表面被什麼東西打破或熔化了,然後埋藏在下面的地下水就流出來[3][5]。據估計,在這五億年內流出的水量大概可以讓火星變成水深40公尺的海洋星球[5]。問題是這些水可以在表面待多久?是一次性釋放這麼多,還是在五億年間透過間歇性的事件(如隕石撞擊)分段釋放?這些目前都缺少證據來妥善回答,因此到底是不是有(可以存活很久的)海洋或湖泊存在於這個時間點,目前還是炙手可熱的議題。

40多億年前的火星海洋?

不過,「古耶澤羅湖」還有一種可能性,就是它比現在推測的年齡下限還要老得多。如果超過40億年,那就會跟另外一個火星可能有海洋的時期互相吻合。在40億年前,火星非常有可能有著溫暖(大於0度C,XD)潮濕的氣候與大型的海洋。相關的水文作用產生了許多地形上的證據,而且今天仍然可以觀測到,例如:大型峽谷系統、古海岸線等等。雖然這些證據存在許多問題(像是古海岸線的高度不一致等等),但這個時期的火星表面如果有液態水海洋,它的存在時間就可以長得多,並且可能為生命的誕生提供更多的機會。

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圖2:40多億年前,火星的北半球可能是一片汪洋,平均深度可能超過100公尺。這些水現在大都已經逸散到太空中,剩下的則是被冰封在火星的表面之下。(NASA/GSFC)

耶澤羅隕石坑本身也有可能在這兩次「火星海洋」出現的期間內被多次填滿[7],這倒是讓古耶澤羅湖沉積物中出現生命的機會高了許多。毅力號的造訪,將可以查明耶澤羅隕石坑過去的地質歷史,也很有可能可以讓我們了解到火星過去的湖泊、海洋到底存在多長的時間。你相信火星過去真的兩度出現過海洋嗎?我們還可以從數十億年的地層之中找到被隱沒的真相嗎?

參考資料/延伸閱讀

[1] 毅力號出發冒險囉!但要在哪裡降落呢?NASA你說說看!——火星特輯(1)

[2] Mangold, N., Dromart, G., Ansan, V., Salese, F., Kleinhans, M. G., Massé, M., …Stack, K. M. (2020). Fluvial Regimes, Morphometry, and Age of Jezero Crater Paleolake Inlet Valleys and Their Exobiological Significance for the 2020 Rover Mission Landing Site. Astrobiology, 20(8), 994–1013. https://doi.org/10.1089/ast.2019.2132

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[3] Turbet, M., &Forget, F. (2019). The paradoxes of the Late Hesperian Mars ocean. Scientific Reports, 9(1), 7–11. https://doi.org/10.1038/s41598-019-42030-2

[4] Salese, F., Kleinhans, M. G., Mangold, N., Ansan, V., McMahon, W., DeHaas, T., &Dromart, G. (2020). Estimated Minimum Life Span of the Jezero Fluvial Delta (Mars). Astrobiology, 20(8), 977–993. https://doi.org/10.1089/ast.2020.2228

[5] Head, J. W., Forget, F., Wordsworth, R., Turbet, M., Cassanelli, J., &Palumbo, A. (2018). Two Oceans on Mars?: History, Problems, and Prospects. In 49th Lunar and Planetary Science Conference, 2194.

[6] Rodriguez, J. A. P., Fairen, A. G., Tanaka, K. L., Zarroca, M., Linares, R., Platz, T., …Glines, N. (2016). Tsunami waves extensively resurfaced the shorelines of an early Martian ocean. Scientific Reports, 6(April), 1–8. https://doi.org/10.1038/srep25106

[7] Goudge, T. A., Mustard, J. F., Head, J. W., Fassett, C. I., &Wiseman, S. M. (2015). Assessing the mineralogy of the watershed and fan deposits of the Jezero crater paleolake system, Mars. Journal of Geophysical Research: Planets, 120(4), 775–808. https://doi.org/10.1002/2014JE004782

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Whyjay
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透過我的眼睛、鏡頭的眼睛、還有衛星的眼睛看世界的地球科學研究者。期望與你分享冰川下封存的秘密或是火山上隱藏的故事;夜晚,我們更可以遙望皎潔的明月,更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許也正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。推特:https://twitter.com/WhyjayZ (英文)

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毅力號出發冒險囉!但要在哪裡降落呢?NASA你說說看!——火星特輯(1)
Whyjay
・2020/10/12 ・2645字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

2020年夏天是每26個月一度的火星探測季。這次的火星季特別令人興奮,因為共有3艘太空船正在前往火星的途中!在期待新的探測器帶給我們新發現的同時,就讓本特輯充當導覽員,為您解說火星探索背後的故事以及這顆紅色行星的科學。

毅力號出發囉!但該在哪裡著陸呢?

行星探索的費用高昂,對於火星2020計畫也不例外。光是把一台毅力號(Perseverance)探測車造出來後發射就要花上720億台幣[1],而且這還沒算上機智號(Ingenuity)無人直升機和其他的花費。

為毅力號做的每一個決策,像是選擇著陸點,都必須要確保這台探測車能夠發揮最大的機能,以最有效率的方式達成任務目標。由於毅力號每天能夠移動的距離實在有限(時速是152公尺[2],大概跟烏龜相同),如果隨隨便便在火星上亂選一個無趣的地方著陸,就像是把錢丟到水裡一樣。嗯,如果火星上真的有水池,NASA說不定會支持把探測器丟到水裡看看是不是有生物游來游去。

毅力號表示:不要把我丟水裡啦!(設計對白) 圖 / NASA 計劃官網

這次毅力號主要的任務目標是回答以下問題:

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「有沒有生命存在或曾經存在火星上?」

雖然論表面積,火星只有0.28個地球大,但是如何選擇最有「生命希望」的著陸點進行研究仍然是一個困難的問題。

NASA至少從2014年開始就在思考可能的選項,然後提出了超過30個候選的著陸點[2]。在2015年8月的一場據說是氣氛肅殺的工作會議中[3],透過與會科學家的激烈辯論,候選的著陸點總算是減少到了8個[2]。這8個地點有不一樣的地形、地質、化學特徵,著陸難度不同,可能支持生命存在的跡象也不同。

可以想像的是,接下來的選擇可能會充滿主觀判斷,例如地球化學家會偏愛有特定礦物成分出現的地點,而地形學家則會選擇生物最有可能曾經活動過的地形。那該怎麼辦呢?一起打擂台嗎?(誤)

經過一番論戰後,NASA選出的8個候選登陸點。(NASA)

在2016年,NASA決定集思廣益,邀請大學內進行火星研究的人員一同參與決策。筆者在同一年也加入了一個為期5個月的定期工作會議,參加的單位有康乃爾大學、加州理工學院、亞利桑那州立大學、哥本哈根大學、普渡大學、西華盛頓大學跟石溪大學。

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開會內容就是仔細評估每個著陸點的古環境與地層證據,列出優缺點,最後再投票表決心目中最可能找到「生命希望」的地點。工作會議的參加成員從大學生到教授都有。我們的投票結果在工作會議後呈交給NASA,作為選擇著陸點的部分依據。

經典三選一!最後落地何處?

在2017年,NASA選出了3個最終候選地點,分別為耶澤羅隕石坑(Jezero Crater)、東北瑟提斯(Northeast Syrtis),以及在古瑟夫隕石坑內的哥倫比亞丘陵(Columbia Hills in Gusev Crater)[2]

前兩個地點都跟我們的投票結果相同,但是最後一個不一樣,我們的選擇是一個叫做馬沃斯谷(Mawrth Vallis)的地方。畢竟,NASA不能只憑登陸點的科學潛力做決策,還得考慮技術上的難易度以及未來的發展性(例如火星殖民需要的資源)才行。NASA選出的這三個地方分別有什麼吸引人之處?

最終的登陸點候選人。(NASA)

哥倫比亞丘陵:這個地方最大的優點是NASA很熟悉,因為之前的精神號火星車也是在這邊著陸。科學家透過分析精神號拍攝的照片與採集的樣本,知道了這個地點有很多有趣的沉積物種類,其中有一種叫做蛋白石質二氧化矽(Opaline Silica)。

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在地球上,蛋白石質二氧化矽的來源主要是矽藻,或是在火山溫泉區經無機作用生成。因此,在哥倫比亞丘陵發現的蛋白石質二氧化矽,代表高溫、充滿礦物質的泉水曾經在此流動過的跡象[4],且其他地質證據也支持這個論點。可惜的是,精神號已經在2010年因陷入沙坑而停止運作。想要進一步了解這些礦物是否代表生物存在的痕跡,就只能派毅力號舊地重遊了。

從精神號著陸點遙望哥倫比亞丘陵 (NASA)

東北瑟提斯:雖然沒有探測車到訪過這裡,不過從繞火星的人造衛星調查的資料來看,這個區域完整保存著火星形成後最初的十億年內形成的地層。有趣的是,其中的一個地層富含碳酸鹽礦物,而且鐵、鎂的含量很高;而另外一個地層則富含高嶺土(一種黏土礦物)。前者非常有可能是透過熱水的化學作用,讓橄欖石(一種火山岩內會有的礦物)的成分發生改變而形成;如果有適合的微生物存在,更能夠促進這種反應的發生。

高嶺土則是更進一步暗示了這個地區以前一定有地表水或地下水存在[5]。透過這些礦物拼湊出的歷史,暗示東北瑟提斯在過去的某個時間點存在非常有利於生物誕生與滋養的環境。

東北瑟提斯的衛星影像 (NASA)

耶澤羅隕石坑:從地形上來看,幾乎可以確定的是在很久很久以前,至少有兩條河流注入了這個隕石坑,讓坑底變成一個大湖。雖然湖現在早已乾涸,但是河口三角洲的位置從衛星影像上仍然清晰可見。這些三角洲主要由碳酸鹽類礦物與黏土礦物構成[6],如果以前曾經有微生物活在湖中,從這些沉積物中就可以找到生物釋放的化學訊號。

耶澤羅隕石坑,三角洲的衛星影像 (NASA)

在2018年,NASA宣布了著陸點的最終選擇,耶澤羅隕石坑雀屏中選。

接下來我們將進一步介紹這個隕石坑科學上的有趣之處,以及毅力號打算要在這個地方進行什麼樣的任務。在這些候選名單中,你自己又屬意哪個區域呢?你覺得NASA是否真的挑中了最具有「生命希望」的地區呢?

參考資料/延伸閱讀

[1] Leonard David. Mars Needs Money: White House Budget Could Prompt Retreat from Red Planet. Scientific American. April 30, 2020

[2] MARS 2020計畫網站

[3] Kenneth Chang. How NASA found the ideal hole on Mars to land in. The New York Times. July 30, 2020

[4] Squyres, S. W., Arvidson, R. E., Ruff, S., Gellert, R., Morris, R.V., et al. (2008). Detection of Silica-Rich Deposits on Mars. Science, 320(5879), 1063–1067.

[5] Ehlmann, B. L., & Mustard, J. F. (2012). An in-situ record of major environmental transitions on early Mars at Northeast Syrtis Major. Geophysical Research Letters, 39(11), 1–7.

[6] Goudge, T. A., Milliken, R. E., Head, J. W., Mustard, J. F., & Fassett, C. I. (2017). Sedimentological evidence for a deltaic origin of the western fan deposit in Jezero crater, Mars and implications for future exploration. Earth and Planetary Science Letters, 458, 357–365.

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