全站搜尋 電子雜誌搜尋

AD

不錯過任何知識訊息,立即加入國家地理官方Telegram

防疫期間遠端工作,請利用客服信箱聯繫。

May. 02 2022

天王星即將重回NASA懷抱!

  • 天王星,是距離太陽的第七顆行星,只有航海家二號太空船曾在1986年飛掠時造訪過這個行星。現在,科學家打算重新仔細研究這顆行星和它的衛星。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL

    天王星,是距離太陽的第七顆行星,只有航海家二號太空船曾在1986年飛掠時造訪過這個行星。現在,科學家打算重新仔細研究這顆行星和它的衛星。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL

  • 這兩張天王星的影像是由位於夏威夷的凱克二號(Keck II)望遠鏡所拍攝,從中可以看到這顆行星神秘大氣的細節。天王星的北極(圖中右側)呈現出一大群類似風暴的特徵,赤道附近環繞著罕見的扇形雲層。PHOTOGRAPH BY LAWRENCE SROMOVSKY, PAT FRY, HEIDI HAMMEL, IMKE DE PATER/UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON

    這兩張天王星的影像是由位於夏威夷的凱克二號(Keck II)望遠鏡所拍攝,從中可以看到這顆行星神秘大氣的細節。天王星的北極(圖中右側)呈現出一大群類似風暴的特徵,赤道附近環繞著罕見的扇形雲層。PHOTOGRAPH BY LAWRENCE SROMOVSKY, PAT FRY, HEIDI HAMMEL, IMKE DE PATER/UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON

  • 土衛二是土星的衛星之一,它是新旗艦任務的第二優先目標。卡西尼號太空船拍下了這顆冰冷的小衛星,如果科學家發射新的太空船前往天王星,那也會揭露它的衛星有類似的細節。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE

    土衛二是土星的衛星之一,它是新旗艦任務的第二優先目標。卡西尼號太空船拍下了這顆冰冷的小衛星,如果科學家發射新的太空船前往天王星,那也會揭露它的衛星有類似的細節。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE

1

這顆冰巨行星可能代表著銀河系最常見的行星類型,但我們對它知之甚少。現在科學家宣布,近距離觀察天王星將成為首要任務。

天王星,是距離太陽的第七顆行星,只有航海家二號太空船曾在1986年飛掠時造訪過這個行星。現在,科學家打算重新仔細研究這顆行星和它的衛星。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL

天王星,是距離太陽的第七顆行星,只有航海家二號太空船曾在1986年飛掠時造訪過這個行星。現在,科學家打算重新仔細研究這顆行星和它的衛星。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL

天王星可能是太陽系裡最奇怪的行星。這顆冰巨行星(icy giant)曾在過去某個時刻遭到撞擊,導致它一直側著自轉。天王星有十幾個光環和大約27顆衛星,大氣由氫和氦組成,在寒冷雲層深處,還有以冰質存在的更重化合物。

但除了這些有趣的現象外,科學家對這個淡藍色行星知之甚少。1986年,航海家二號(Voyager 2)太空船首度造訪天王星,這也是唯一的一次。不過這個情況也許很快就會改變。

行星科學家在4月下旬發表了一份報告,建議美國航太總署(NASA)在未來十年內,把探索天王星作為首要任務,最快可能在2031年發射太空船造訪這顆太陽系的第七行星。

「我認為,我們將在那裡看到一些真正的驚喜,了解行星形成的大量資訊,可能發現新的海洋世界。」康奈爾大學的喬納森.陸奈恩(Jonathan Lunine)說,他擔任巨行星報告小組的主席。

這兩張天王星的影像是由位於夏威夷的凱克二號(Keck II)望遠鏡所拍攝,從中可以看到這顆行星神秘大氣的細節。天王星的北極(圖中右側)呈現出一大群類似風暴的特徵,赤道附近環繞著罕見的扇形雲層。PHOTOGRAPH BY LAWRENCE SROMOVSKY, PAT FRY, HEIDI HAMMEL, IMKE DE PATER/UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON

這兩張天王星的影像是由位於夏威夷的凱克二號(Keck II)望遠鏡所拍攝,從中可以看到這顆行星神秘大氣的細節。天王星的北極(圖中右側)呈現出一大群類似風暴的特徵,赤道附近環繞著罕見的扇形雲層。PHOTOGRAPH BY LAWRENCE SROMOVSKY, PAT FRY, HEIDI HAMMEL, IMKE DE PATER/UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON

天王星之所以吸引科學家的重要原因,是它和太陽系的另一顆冰巨行星海王星,可能代表著銀河系裡最常見的行星類型。科學家認為,揭開天王星的謎團──像是奇特的磁場、隱藏的內部結構、驚人的低溫,對了解銀河系的冰巨行星和太陽系的歷史來說至關重要。

他們提出了名為「天王星軌道飛行器和探測器」(Uranus Orbiter and Probe)的任務,計劃以軌道飛行器繞行天王星系統數年,同時釋放一個小型探測器研究天王星的大氣層。這和相當成功的美國航太總署卡西尼號(Cassini)任務類似,這項任務曾在2004年至2017年探索土星系統。

「這項任務將會獲得幾乎涉及行星科學每個領域的豐厚成果。」大學天文研究協會(Association of Universities for Research in Astronomy)的行星天文學家海蒂.哈默爾(Heidi Hammel)說。在我們的視訊通話時,她身後掛著一個天王星的絨毛玩具,在掛斷電話之前,這隻毛茸茸的藍色星球和我互相擊掌。「我很高興。」哈默爾說。

未來的行星際太空船

每隔十年,行星科學的研究社群會針對未來十年優先探索和研究的方向,提出一系列的建議。美國航太總署和美國國家科學基金會(National Science Foundation)將以最後的文件,也就是「行星科學十年調查」(planetary decadal survey)為基礎,決定提供哪些計畫經費上的資助。

上一份行星科學十年調查發表於2011年,當時建議優先考慮多管齊下的火星樣本返回任務。美國航太總署的毅力號(Perseverance)探測車目前正在完成這項任務的第一階段,橫越這顆紅色星球表面,收集並儲存最終將返回地球的火星岩石和泥土樣本。2011年的調查還建議探測木星的冰凍衛星木衛二歐羅巴(Europa),這是太陽系中最有希望找到生命的地方之一,因此有了預計將於2024年發射的木衛二快艇號(Europa Clipper)太空船。

在上一次的行星科學十年調查中,天王星任務的優先順序排在第三位。

「連續兩次的十年調查都建議造訪天王星,這是件好事,」哈默爾說:「這顯示了一致性,也顯示行星科學界希望回到天王星系統的想法。」

2022年的十年調查,強調了在太陽系尋找地外生命的重要性,尤其是地下生命,這表示生物體可能存活於火星地表之下,或是其他衛星的海洋裡。「美國航太總署應該加快發展和驗證作為太空任務使用的生命探測技術。」十年調查的共同主席、西南研究院的羅賓.克納(Robin Canup)在簡報時說。冰凍的土衛二(Enceladus)在地下海洋裡,可能有個繁榮的生物圈。探測土衛二是排名第二的新旗艦任務,雖然可能要到2050年代才能實現,那時的條件更利於探測有噴發現象的土衛二南極。

不過,不太可能有我們所知生命形式存在的天王星,在2022年的報告中被列為第一優先的任務。

「我們很清楚,想要探索和發現新事物,天王星是最佳的選擇,」陸奈恩說:「發任務去天王星根本順理成章。」

土衛二是土星的衛星之一,它是新旗艦任務的第二優先目標。卡西尼號太空船拍下了這顆冰冷的小衛星,如果科學家發射新的太空船前往天王星,那也會揭露它的衛星有類似的細節。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE

土衛二是土星的衛星之一,它是新旗艦任務的第二優先目標。卡西尼號太空船拍下了這顆冰冷的小衛星,如果科學家發射新的太空船前往天王星,那也會揭露它的衛星有類似的細節。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE

寒冷之國:天王星

科學家已經發現了數千顆繞行遙遠恆星的行星,其中很多與天王星差不多大。因此這顆得名於希臘夜空之神烏拉諾斯(Uranus)的冰巨星,可能是了解這些系外行星的關鍵。

「天王星可能代表著最常見的系外行星類型,而我們對它知之甚少;從天王星系統獲得的任何科學知識都非常珍貴,」聖路易華盛頓大學的行星科學家保羅.柏恩(Paul Byrne)在郵件中寫道:「我迫不及待想看到這個任務起飛!」

我們不知道天王星在什麼時候、又是如何傾倒,或是這樣一顆不平衡的行星如何維持井然有序的衛星系統。科學家也不清楚天王星的內部結構,為什麼它的溫度比海王星低得多。航海家號觀察了這顆行星的磁場,發現它「非常詭異、偏移,而且是傾斜的。」哈默爾說。

在過去幾十年裡,哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)和地球上的天文臺已在天王星的光環中發現了奇怪的高溫訊號,星球表面爆發出明亮的雲層、極光和強風。科學家甚至在2003年發現了更多顆衛星。

↑↑↑↑↑101科學教室:天王星

這項可能耗資高達42億美元的計畫,將大幅增進我們對天王星系統的了解。在這個計畫中,將有一個探測器降落穿越這顆行星的大氣層,詳細測量其組成情形。還有個更大的軌道飛行器,配備多種科學儀器,以數年時間仔細觀測天王星及其光環和衛星。

「很多衛星看上去都很神奇,而且表面有活動的跡象。」克納說。

天王星的衛星以威廉.莎士比亞(William Shakespeare)和亞歷山大.波普(Alexander Pope)作品中的人物命名,其中的天衛五米蘭達(Miranda)特別奇怪。它是迄今太陽系中最詭異的衛星之一,仿佛隨意拼湊出的地景看起來就像是由一群意見不合的委員會所共同設計出的結果。由於航海家號所拍攝到的點狀影像只涵蓋了這顆小衛星的其中一半,我們甚至不知道這顆怪誕衛星背面是什麼樣子。

也許更重要的是研究像天衛三(Titania)和天衛四(Oberon)等繞行天王星的冰凍衛星,是否在地殼下方藏著海洋,就像木衛二和土衛二那樣。陸奈恩表示,這些海洋的底部可能是岩石,而且與更接近太陽的衛星相比,它們可能含有更豐富的有機物質,這是我們所知的生命形式必需的。

「如果天王星有一顆或是更多衛星有海洋,那不是很酷嗎?」陸奈恩說。

等待天王星

行星科學家得要多等一些時間,才能近距離觀測天王星。因為太空船需要幾年、甚至是幾十年的時間,才能抵達外太陽系。

按照設計,天王星軌道飛行器和探測器將在2031年至2038年或是更晚一點,利用行星排列達到有利位置時,由SpaceX公司的獵鷹重型(Falcon Heavy)火箭搭載發射。一旦進入太空,最快也要約13年才能抵達,這表示太空船最快要到2040年代中期,才能進入天王星的軌道。

哈默爾等人用相對零散的數據,研究這些冰巨行星多年。這項任務可能在他們已從專業行星科學研究的行列退休後才姍姍來遲──以哈默爾的說法,那時她已經在養老院裡步履蹣跚了,但他們對此並不感到擔心沮喪。

「這項任務不是為了我,而是為了下一代,」哈默爾說:「20年前,我可能會說,我真的很想要在我退休前抵達天王星。現在我的想法改變了。我現在希望:我能在退休前看到它發射,因為這樣我就能知道,它會實現的。 」

 

延伸閱讀 :是誰的火箭殘骸撞上了月球表面? 天文學家可能在銀河系外發現了一顆「極端行星」

MAY. 2022

拯救瀕危森林

森林是保護地球的關鍵,如今卻亟需我們幫助

拯救瀕危森林

AD

熱門精選

AD

AD

Subscribe
立即訂閱
keyboard_arrow_up

AD

ad970250