1960年代,科學家首度懷疑地球附近有巨大塵埃雲存在,現在這個想法終於獲得證實,而且可能影響未來的太空探索計畫。

這張插圖(未按比例繪製)顯示出柯迪萊夫斯基(Kordylewski)塵埃雲與地球、月球和太陽的相對位置。
ILLUSTRATION BY GABOR HORVATH

我們的月亮可能並不孤單。歷經超過半個世紀的猜測和爭議,匈牙利的天文學家和物理學家發表研究,證實有兩團完全由塵埃組成的「衛星」,正繞著地球旋轉。

這篇研究發表在《皇家天文學會月刊》上,研究團隊表示,他們成功拍攝到距離地球40萬公里的神祕雲團,這差不多相當於月球和地球之間的距離。

在這之前,研究人員就曾經提出地球可能擁有不只一個天然衛星的想法。但是一直要到1961年,波蘭天文學家卡齊米日.柯迪萊夫斯基(Kazimierz Kordylewski)才首度觀測到塵埃雲的存在,這兩團塵埃雲也因此被命名為柯迪萊夫斯基雲,但在當時,這項觀測成果受到不少的質疑。

「想要尋找柯迪萊夫斯基雲非常困難,雖然這兩團塵埃雲與地球的距離和月球差不多,但天文學家卻完全忽略了它們。」這篇研究的共同作者匈牙利羅蘭大學的天文學家尤迪特.斯利茲.巴洛格(Judit Slíz-Balogh)如此表示:「要確認在我們地球軌道上,除了月球之外,還有由塵土組成的偽衛星,實在很吸引人。」

↑↑↑↑↑月亮是我們最熟悉的太空鄰居,更是古人異想的對象。除了我們從小聽的故事外,它還有哪些傳說呢?

根據這份新研究顯示,每個柯迪萊夫斯基雲的大小約為長15度、寬10度,相當於夜空中長寬各30及20個月面。這表示每個塵埃雲在太空中的實際大小約為長10萬4607公里、寬7萬2420英里,比地球直徑大了將近9倍。

雖然塵埃雲本身非常巨大,但組成塵埃雲的微粒直徑卻大約只有1微米寬。這些粒子反射太陽光而發出淡淡的光芒,就像是行星軌道間散落塵埃所反射出的三角錐形黃道光。

不過,這兩團塵埃雲一直隱身在黑暗的太空之中,直到現在才被科學家發現,就是因為它們實在太過昏暗的緣故。

羅蘭大學的物理學家加伯.霍瓦特(Gábor Horváth)是這篇論文的共同作者,他說:「在銀河光、星光、黃道光和天空輝光的影響下,實在很難偵測到柯迪萊夫斯基雲發出的微弱光線。」不過現在研究人員在相機上加裝了一種特殊的偏極化濾鏡,成功拍攝到塵埃雲中個別粒子所反射出來的散射光。

不只一顆衛星

在很久以前,就有天文學家提出地球可能擁有不只一顆衛星的想法,他們認為可以在太空中五個特定的重力穩定點上,找到其他的地球衛星。

這些軌道上的穩定點稱為拉格朗日點(Lagrange points),是兩個互繞天體(像是地球和太陽)的重力藉由軌道向心力而達到平衡之處。位在此處的物體會被困在相對穩定的位置,並與月球和地球保持固定不變的距離。

在1950年代,柯迪萊夫斯基首先搜尋了L4和L5兩個拉格朗日點,希望能找到固態衛星,但最後他卻找到兩團塵埃雲繞行地球軌道的第一個線索。

第5拉格朗日點(白點)周圍的偏振光,幫助科學家發現柯迪萊夫斯基雲的存在。
IMAGE BY J. SLÍZ-ALOGH

從彗星、流星雨到黃道帶,我們的太陽系充滿了塵埃。在清澈黑暗的天空之下,眼尖的天文觀測者甚至能夠用肉眼看到散落在行星之間的塵埃雲團。但是,柯迪萊夫斯基雲並不像深空中的其他塵埃雲那樣穩定。塵埃雲團中的顆粒不斷地更新置換,因此既古老又充滿變化。

塵埃粒子會因為拉格朗日點的平衡作用而被困在雲團之中,之後又會因為地球或月球的輕微拉扯而逃逸出去。雲團會吸引各式各樣的行星際微粒來補充本身的塵埃,其中也包含了一年一度的英仙座流星雨。因此,雖然從天文的尺度看來,這些塵埃在雲團中停留的時間並不會太久,但雲團本身可能混合了自地月系統誕生以來的各式微粒。

宇宙中的風滾草

這些有點像宇宙風滾草的塵埃,可能對未來的太空探索造成很大的影響。

比如說,有些太空任務會將衛星放置在拉格朗日點上,因為在此處停留所需要的燃料最少,包括即將發射的詹姆斯.韋伯(James Webb)太空望遠鏡,就預定於2020年代在L2拉格朗日點展開任務。霍瓦特說,有些太空機構還在火星計畫中,將拉格朗日點作為「行星際高速公路」上的轉運站呢!

他補充說:「以太空飛行安全的角度而言,研究柯迪萊夫斯基雲的動力學非常重要。」

如果霍瓦特和斯利茲.巴洛格的假說正確,那麼在地球周圍可能會還有更多像這樣的移動塵埃雲,等待著我們在附近的拉格朗日點發現。

撰文:MAYA WEI-HAAS

編譯:林宇威

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(本文的網頁首圖Photo Credit : ESA/A.Gerst, via Flickr, CC BY-SA 3.0 IGO