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Jan. 05 2021

金星閃電之謎?神祕閃光來解答!

  • 我們可以從日本破曉號太空船所拍攝的金星紫外線假色影像中,看到金星雲層的模樣。PHOTOGRAPH BY JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

    我們可以從日本破曉號太空船所拍攝的金星紫外線假色影像中,看到金星雲層的模樣。PHOTOGRAPH BY JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

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繞行金星的太空船目擊一道閃光,可能為長達40年的求知之旅畫下句點。

我們可以從日本破曉號太空船所拍攝的金星紫外線假色影像中,看到金星雲層的模樣。PHOTOGRAPH BY JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

我們可以從日本破曉號太空船所拍攝的金星紫外線假色影像中,看到金星雲層的模樣。PHOTOGRAPH BY JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

2020年3月1日,人類唯一一艘繞著金星飛行的太空船──日本的破曉號(Akatsuki)──在這顆行星的天空中看到一道神祕的閃光。這道閃光為長達40年的探索之旅提供了相當關鍵的證據,或許能夠解決金星長久以來令人困惑的難題:在這個雲霧籠罩的行星上,是否會發生閃電呢?

太陽系裡到處都有閃電。太空船曾在木星、土星和天王星的雲層中探測到閃電的蹤跡。諾姆.伊森伯格(Noam Izenberg)是約翰霍普金斯大學的行星地質學家,同時也是金星探勘分析小組(Venus Exploration Analysis Group)的副主席,他表示:「我們認為在金星的濃厚雲層中也有閃電存在」。

在去年的美國地球物理聯合會(American Geophysical Union)上,北海道大學的行星科學家高橋幸弘(Yukihiro Takahashi)表示,目擊金星閃光的破曉號太空船「Akatsuki」,在日文中的意思為「黎明」之意。高橋的研究小組懷疑這可能是次比地球閃電還要強上十倍的閃電,或是有顆大流星在金星大氣層中爆炸。

這艘太空船上用來監測金星雲層的「閃電和氣輝相機」(Lightning and Airglow Camera)已經觀測了五年,現在才終於發現第一道閃光。這很有可能是來自金星閃電的訊號,但該團隊目前仍在分析數據,在研究結果通過審查正式發表之前,研究人員一直拒絕談論這項研究。

高橋在演講中表示:「金星是否有閃電存在的爭議,已經持續了好幾十年。」

其實先前就已經有些金星閃電的可能證據,像是太空船測量到的電磁脈衝,或是從地球觀測到的金星表面光點。但每次都有科學家質疑訊號是否真的來自閃電,或是有其他來源,像是稱為宇宙射線(cosmic ray)的深太空粒子閃光,或科學儀器本身的雜訊。

為了確定最近這次閃光的原因,天文學家希望能夠觀測到另一道閃光。並未參與這項新研究的伊森伯格表示:「這很有趣,他們正努力排除其他因素。」但是「空談不如實證,再度偵測才能見真章。」

如果這道閃光真的是來自閃電,那麼這項發現將是破解金星濃厚雲層神祕本質的重要一步──包括為這種環境是否能夠維持生命提供線索。牛津大學的行星科學家柯林.威爾森(Colin Wilson)表示:「閃電可以分解原子,並提供自由基,重組形成預料之外的分子。」

漩渦中的哨聲

近半個世紀以來,科學家一直在尋找金星上的閃電,藉由望遠鏡搜索並監測太空船是否記錄到可疑的電磁嘶嘶聲。美國航太總署(NASA)卡西尼號(Cassini)太空船能夠輕易探測到地球上的閃電,它在前往土星途中,曾於1990年代後期兩度飛掠金星,但當時並沒有記錄到任何的閃光現象。

但在更早之前,就已經有關於金星閃電的線索。蘇聯曾在1960年代至1980年代之間發射金星號(Venera)登陸器,其中有部分曾在磁場與聲感測器上記錄到可疑的訊號。美國的先鋒號金星軌道器(Pioneer Venus Orbiter)也曾在1980年代偵測到高能爆發,而伽利略號(Galileo)探測器所攜帶的無線電裝置也在前往木星途中,於1990年飛掠金星時記錄到相同的現象。1990年代中期,也曾有地面望遠鏡在金星上觀測到幾個微弱的光點。

英國布里斯托爾大學的物理學家凱倫.阿普林(Karen Aplin)說:「沒有一個訊號讓人完全信服。整體來說,很難排除其他解釋的可能性。」

歐洲太空總署(ESA)的金星快車號(Venus Express)太空船曾於2006年到2015年繞行金星旋轉,記錄到不少來自金星的「口哨模式」無線電波。在地球上,這種訊號是在第一次世界大戰期間由無線電營運公司命名,他們在廣播中聽到像是口哨的聲音,擔憂可能是飛來的手榴彈,後來發現口哨聲可能是由閃電產生。

但是,「口哨模式的無線電波可能是由大氣中任何形式的不穩定性或擾動所產生,」加州大學柏克萊分校行星物理學家夏儂.柯瑞(Shannon Curry)如此表示。我們經常發現金星和火星發出這種訊號,這些訊號可能來自難以捉摸的閃電,但天文學家仍無法下斷言。

眼見為憑

大部分以光學搜尋閃電的方法──也就是尋找可見閃光──都沒有結果。根據威爾森的說法,有種可能性是「閃電的來源低於雲層頂部,這表示無線電波會向外發散,但很多光線卻被阻擋住了。」

破曉號太空船可以搜尋逃出金星雲層的微弱閃光。但由於這艘太空船在2010年發生引擎故障的意外,沒有進入金星軌道。只得在太陽系內轉圈,並於2015年再度嘗試。雖然破曉號再度嘗試時成功地進入了金星軌道,但它只能屈身於狹長的軌道中,這使得太空船在大部分時間內都離金星相當遙遠。

但破曉號在五年後發現了閃光。「我很訝異他們沒再度觀測到閃光,」柯瑞表示:「只看到到一次讓我覺得很困擾。」閃電理應成群出現的,但是她「願意相信這個發現。」

閃光看起來似乎不是由宇宙射線所產生的,雖然破曉號團隊相信這可能是顆火流星──流星在大氣層中爆炸發出明亮的閃光。但根據我們所知道的火流星撞擊行星的頻率來說,破曉號要恰巧觀測到火流星的機率非常低。

目前,最可能的解釋是閃電。

加州大學洛杉磯分校的研究生里奇.哈特(Ricky Hart)正研究這些可能來自閃電的金星訊號,他表示:「獨立的儀器誤差恰好看起來像是真實的訊號,這樣的巧合讓人難以置信。」他認為這道閃光「大力支持金星上有閃電的說法。」

藏在濃厚外星雲層中的謎團

如果這道閃光真的是閃電,那造成閃電的原因是什麼呢?尋找解答的天文學家相信這可能會改變我們對金星天空的認識。

阿普林表示,金星的硫酸雲層在太陽系中獨一無二,因此傳統的閃電生成模型在金星上並不適用。但有個問題,科學家相信硫酸雲層的導電性相對較好,這可能會阻止電流在同一處累積到足以觸發閃電生成。

↑↑↑↑↑101科學教室:金星

地球的雲層會藉由對流將帶電的水滴和冰晶分離開──較暖的雲層上升,而較冷的雲層下沉──因而導致閃電。北卡羅萊納州立大學的行星科學家保羅.伯恩(Paul Byrne)表示,但我們仍不清楚在金星雲層垂直混合的程度。而且破曉號無法分辨閃光發生的高度,因此如果這道閃光是閃電,那麼它可能來自高空大氣到下方深數十公里的主要雲層之間的任何地方。

另一種可能性是金星上的閃電是因為火山爆發所引起。雖然我們目前仍未穿越金星濃厚的雲層,直接觀測到火山噴發的情形,但間接證據已讓許多行星科學家確信火山噴發仍持續發生。噴發事件會產生充滿灰燼和處於激發態的煙羽,可能會導致閃電生成。

不管這次的偵測是真是假,行星科學家將繼續尋找更多的閃光,渴望知道閃電的煉金魔法是否正在金星上大展身手。

「閃電這種過程具有超凡的魅力,它很活躍,」 伊森伯格表示,這「可能是金星上「前生命化學」(prebiotic chemistry)的潛在推動力之一」。這表示能量的爆發可以將生命所需的分子拉攏在一起,如果這個過程發生在大氣中溫暖有水、又有陽光照射的區域,那或許能為光合微生物打造可能的避風港。

閃電也可能是造成膦(phosphine)這種氣體的原因,最近科學家在金星上發現了這種化合物(不過有些專家質疑偵測是否屬實)。而在地球上,這種氣體是由微生物產生的。如果這種氣體確實存在於金星雲層之中,那麼部分可能來自閃電與大氣的相互作用。

柯瑞說,地面望遠鏡和破曉號的再度觀測還有一段很長的路要走,才能說服科學社群相信閃電的真實性。伯恩表示,但在人類向金星發射新的太空任務,以穿越大氣層或在飛近雲頂之前,閃電的存在可能仍是個懸而未決的難題。

我們對金星的了解出奇地少,金星的大小和組成與地球相仿,但演化上卻天差地遠。伊森貝格說,這道閃光「讓我們有了另一個重返金星的理由。」

 

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