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來自星星的你-維生素B3

王希文
・2015/08/19 ・1759字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

B3
星雲的想像圖,其中包含了大量塵埃、氣體和小行星,恆星和行星們將會從中誕生。source:NASA

不管是過去或現在,科學家們都對來自外太空──或者說來自星星的外來物,有著濃厚的興趣。但你知道,我們每日必須攝取的某種營養物質,其實也能在外太空找到嗎?

維生素B3,又被稱為菸鹼酸〈niacin〉,是人體必需的十三種維生素之一,最近有學者實驗發現,維生素B3可能是在太空中的冰塵屑產生,再跟著彗星和流星來到了地球。

這份新的研究是建立在他們過去的研究(Vitamin B3 Might Have Been Made in Space, Delivered to Earth by Meteorites)之上,去年他們發現在含大量碳的隕石中,居然可以找到維生素B3

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「過去很難將隕石和生命的起源作任何連結;譬如,研究證明了維生素B3有可能透過非生物性的手段,在地球上被合成出來。不過如果有額外的維生素B3來源應該也會有幫助。」凱倫‧史密斯(Karen Smith)說道。她在去年與今年都負責主持這項研究。

在分析了八種含豐富碳的隕石後,史密斯的團隊發現維生素B3的含量大約落在30至600 ppm的範圍中,而在模擬太空的環境進行初步的實驗後,證實了維生素B3可以在二氧化碳冰中用吡啶〈Pyridine〉合成。

科學家的推論

走到生命盡頭的紅巨星和超新星爆炸所造成的風,會形成大面積的氣體和塵埃組成的雲。當由恆星風造成的衝擊波和附近的超新星壓縮集中,變成一堆恆星物質;直到雲團一陀一陀地因自身萬有引力而緊緊靠在一起,逐漸形成新的星星和星球--至此,新的太陽系就形成了。

而這些雲中包含無數的小顆粒。如同水會在寒冷潮濕的夜晚在車窗上凝結成霜,二氧化碳、水和其他氣體也會在這些小顆粒上結成霜。而太空中的輻射會能量會促使化學反應發生,產生複雜的有機分子,這之中很可能包含維生素B3。這些小顆粒會合併成隕石或彗星,有些會撞到年輕的行星像地球,提供了自身所含的有機分子。

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B3-1
source:NASA

模擬環境實驗

在今年的新實驗中,透過加入相似於星際間的冰塊和隕石的水冰,他們讓模擬的環境狀態更加擬真。最後他們發現,就算加了十倍的水,維生素B3依然可以被合成出來。

他們將一片鋁盤在真空的環境下冷卻至-253℃(-423℉),模擬星際塵埃的表面。接著釋放水、二氧化碳和吡啶等氣體進入真空艙中,使他們在鋁盤表面結霜,最後用粒子加速器以一百萬伏特去撞擊鋁盤模擬太空輻射。

完成後,他們用紅外線照射鋁盤表面觀察吸收模式(absorption patterns,指某些分子會在特定顏色或頻率下吸收紅外線),進行初步分析。接著把鋁盤加熱至室溫以更好地分析殘冰內容物。發現經由這樣的動作,可以產生出一系列的複雜有機分子,其中就包含維生素B3

更多證據

歐洲太空總署的羅塞塔任務(Rosetta mission)派出的太空探測機,正在彗星67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星〈Churyumov-Gerasimenko〉的軌道上運行,或許能為這項推論帶來更多的支持。「如果羅塞塔號能從彗星或彗星核中釋出的氣體中找到同樣的複雜有機分子,就更可以夠驗證這些實驗的的結果。」史密斯博士說。

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「我們正試著瞭解在生物中扮演重要角色的分子的起源,它們是怎麼在太陽系和地球上存在的。」史密斯博士的博士後研究顧問,佩里‧蓋拉凱恩斯(Perry Gerakines)說:「我們現在做的實驗,顯示出複雜有機分子可能存在於寒冷的星際空間,或是在隕石中找到。」

資料來源:

 

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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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是誰藏在月球的土壤裡?NASA 表示:水啦!
PanSci
・2020/10/28 ・2667字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

NASA 第一次透過「同溫層紅外線天文台」(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy,以下請容我們都稱她為 SOFIA)在月球的暗面上發現水啦!

NASA 首次透過 SOFIA 在月球上找到水。圖/NASA

根據這項發表在《自然天文學》(Nature Astronomy) 的觀測結果,我們可以推斷月亮上的水應該分布在表面各處,而不僅限於陰影遮蔽的地方。

是水!一點點點點的水!

過去我們也曾在月球表面發現了某種形式的氫,但很難區分出水 (H₂O) 與羥基 (OH)。而這一次呢,SOFIA 在不是月球暗面的克拉維斯環形山 (Clavius) 也檢測到了水分子啦!

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克拉維斯環形山雖然名字是個「山」,但其實是一個非常大的撞擊坑,也是月球上最古老的地貌結構之一。而根據來自該處的數據,研究者在土中發現了水,濃度約為百萬分之 100 至 412,換算一下為每立方公尺 350 毫升左右。

SOFIA 在克拉維斯環形山 (Clavius) 檢測到了水分子。圖/Nature Astronomy

350 毫升聽起來有點兒多?嗯⋯⋯但撒哈拉沙漠的水量大概是它的 100 倍,不過,雖然水量極為稀少,這次的發現仍然十分重要,因為它翻轉了我們對於月球表面的理解,也指出了一些新的問題,有待我們去探索,像是:到底為何月球上會有水?這些水又是如何在沒有空氣的月球表面保存下來的?

所以說,為什麼月球上竟然會有水?

照理來說,月球上沒有跟地球一樣的大氣層,所以表面若是被太陽照射到,水分都應該散失了,不過,我們現在卻能夠偵測到水,這表示「一定存在著某種水源,也有一些物質將水困於其中。」來自 NASA 戈達德太空飛行中心 (Goddard Space Flight Center) 的博士後研究員凱西·洪尼鮑爾 (Casey Honniball) 表示。

嗯⋯⋯這些水到底是由誰「創造」或帶來的呢?其實啊,有好幾種可能的來源,比如說:落在月球表面的微隕石上頭可能攜帶著少量水分,在撞擊後便讓水沉積在月球表面;又或者可能是太陽風將氫吹到月球表面,而後氫與土壤中的含氧礦物質發生化學反應,進而產生羥基,然後再透過微隕石撞擊時產生的輻射,將羥基轉化為水。

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另一方面,這些水到底是如何儲存與累積的,也是值得探討的問題。微隕石撞擊時會產生高溫,可能會將水分子變成小小的珠狀結構,並將其困在土壤當中。又或者,水可能是本來就藏在月球土壤顆粒之中,也因此逃過了陽光的魔掌,得以保存下來。

這是第一次發現月球上有水嗎?

這不是我們第一次在月球上「發現水」,雖然阿波羅 (Apollo) 太空人於 1969 年首次從月球返回時,認為月球是完全乾燥的。不過,早在 2008 年的一次軌道任務中,科學家便在月球暗面的隕石坑中發現了水的痕跡,並於 2009 年發表了相關結果

同年, 為了得到更多月球有水的證據,NASA 撞擊了月球南極的火山口,這次他們發現了與水有關的光譜特徵,但這畢竟是間接而非直接證實月球上有水,無法明確地區分其存在的形式—— H₂O 或 OH。

而這兩個研究方向,都在近期有了新的進展。

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科羅拉多大學博爾德分校的行星科學家保羅·海恩 (Paul Hayne) 和他的同事們於《自然天文學》發表研究,透過理論模型和 NASA 月球偵測軌道的數據,計算得出月球的極地地區擁有約 40,000 平方公里的永久陰影區域可能含有水,這些區域大約 60% 位於月球的南半球。這些區域的水可能來自隕石、彗星和其他曾經撞擊到月球表面的物體。雖然大多數的水會蒸發,但是有些水會跟著穿過稀疏的大氣層,到達陰暗的角落,然後才像霜一樣沉積在冰冷的岩石和土壤上。

另一個便是這次 NASA 利用 SOFIA 直接找到了水分子波長的紅外光!主要作者凱西·洪尼鮑爾說:「在 SOFIA 觀測之前,我們知道存在某種水合作用。」但卻無法知道實際上有多少水,以及它的形式為何。

SOFIA 提供了一種看月球的新方法,它是一台安裝在經過改裝的波音 747 飛機上的紅外儀器,該飛機可以在約 14,000 米的距離上航行,其直徑 106 英寸的望遠鏡可以更清晰的觀察宇宙中的紅外線。使用 SOIFA 能夠偵測到紅外線的暗天體照相機 (Faint Object Infrared Camera, FORCAST),SOFIA 可以偵測到水分子特有的特定波長(6.1微米),並在月球正面的克拉維斯環形山發現了相對來說頗高的濃度。

SOFIA 利用紅外線偵測的方式,在克拉維斯環形山發現了相對來說頗高濃度的水。圖/Nature Astronomy

為什麼會用 SOFIA 來找水呢?

其實,SOFIA 本來是拿來觀察遙遠、看不太清楚的物體,像是黑洞啦、星團啦或是星系等等。所以這一次拿來看月球,基本上不屬於她的日常業務範圍。

參與這項計畫的 NASA 艾瑪斯研究中心 (Ames Research Center) 科學家納西姆·朗格瓦拉 (Naseem Rangwala) 表示:「事實上,這是 SOFIA 第一次觀察月球,我們原先甚至沒法確定能否取得可靠數據。」不過,月球上是否有水的問題實在太重要了,讓研究員做出全新的嘗試,而既然這次的測試可行,未來,「我們正計劃更多的飛行以進行更多的觀測。」

SOFIA 的後續飛行任務,將會在其他陽光照射的地方與不同月相中「找水」,以了解月球上的水究竟如何生產、儲存與運輸。而這些蒐集來的數據,將會加入未來的月球任務中,例如 NASA 的 Volatiles Investigating Polar Exploration Rover(簡稱 VIPER),為的是創建首張月球水資源圖,用於人類未來的太空探索任務。

編按:Volatiles Investigating Polar Exploration Rover(簡稱 VIPER)是一種移動機器人,主要執行的任務是在月球的南極漫遊、尋找水冰。不僅如此,VIPER 可以提供水的位置與實際可用的水量等資訊。

「不論是科學上的目的還是對我們的太空人而言,水都是十分寶貴的資源,」NASA 人類探索與運營任務部首席探索科學家雅各·布萊切爾 (Jacob Bleacher) 指出:「如果我們可以利用月球上的資源,那我們進行月球任務時,就能少帶一點水、多帶一點設備,來幫助新的科學發現。」

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