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Sep. 25 2022

NASA火星登陸器首度偵測隕石撞擊震波!

  • 在這張影像中可以清楚地看到隕石坑邊緣的細節。外側和內壁單獨存在的巨石顯示這個隕石坑可能歷史並不悠久,因此地貌未受到大幅度更動。可能在隕石坑一形成的時候,它的形狀就這麼奇怪了。IMAGE BY NASA/JPL-CALTECH/UNIVERSITY OF ARIZONA

    在這張影像中可以清楚地看到隕石坑邊緣的細節。外側和內壁單獨存在的巨石顯示這個隕石坑可能歷史並不悠久,因此地貌未受到大幅度更動。可能在隕石坑一形成的時候,它的形狀就這麼奇怪了。IMAGE BY NASA/JPL-CALTECH/UNIVERSITY OF ARIZONA

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儘管洞察號(InSight)登陸器的任務已近尾聲,但英勇的它仍持續有頂尖科學發現──首度在紅色火星觀測到隕石所產生的震波。

在我們鄰近的紅色星球上,有艘英勇的太空船即便生命已近尾聲,仍忙不迭地記錄腳下世界的顫動。

美國航太總署(NASA)的洞察號登陸器於2018年抵達火星,它的目標不在頭頂上的天空,而是要感受這顆星球的顫動,測量它的地震和低吼,幫助科學家測繪火星內部。但洞察號也捕捉到火星受太空岩石撞擊所產生的顫動:洞察號已經偵測到至少四顆隕石撞擊火星的訊號,而科學家也在軌道拍攝的影像中發現因此而產生的隕石坑。

加拿大西安大略大學的伊莉莎白.希爾博(Elizabeth Silber)表示:「這些觀測結果讓人非常興奮!」她雖沒有參與洞察號的觀測,但她也有研究類似的現象。「我們的技術已經足夠先進,能夠偵測到另一顆行星上的地震特徵,並找到與其關聯的撞擊事件,這真是太棒了!」

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在地球上,科學家只有找到一次這樣的關聯。而阿波羅(Apollo)計畫時代的地震儀,曾在月球上偵測到一百多次撞擊,但也沒有找到任何一個與此有關的隕石坑。現在科學家可以利用火星遭受的宇宙撞擊,更瞭解它的內部結構。

「我們最大的優勢是知道這些撞擊源自何處。」法國土魯斯大學航空太空研究所(Aeronautics and Space Institute)的拉斐爾.賈西亞(Raphael Garcia)如此表示,他在9月出版的《自然地球科學》(Nature Geoscience)期刊發表研究這些撞擊的論文,並擔任第一作者,「所有未解之謎只在火星的內部結構了。」

但由於洞察號的太陽能電池板被大量灰塵覆蓋,它的時間已經所剩無幾,任務負責人認為它可能撐不到今年的年底。

噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的布魯斯.班納特(Bruce Banerdt)是洞察號的主要研究人員,他表示:「我們樂觀且合理地預測它有可能撐到明年1月,但更有可能的情況是在這段時間內,洞察號就會因大氣塵埃大量增加,而無法度過難關。」

顫動的行星

洞察號降落的地點,是團隊成員在火星表面所能找到最平穩的地方,這個靠近火星赤道的平坦沙質平原稱為「埃律西昂平原」(Elysium Planitia)。

「我非常、非常高興,看起來我們著陸在一個十分安全、而且看起來極端無趣的平原,這正是我們所追求的──他們向我承諾會選擇這樣的著陸點。」2018年洞察號著陸後,噴射推進實驗室的洞察號計畫經理湯姆.霍夫曼(Tom Hoffman)如此表示:「他們向我承諾的是片沒有岩石的沙地。但那邊有塊石頭,所以我不得不和他們談談。」

和許多專注於巨大火山、驚人裂谷和極地冰冠等精彩火星地形的太空船不同,洞察號的工作是觀察火星的地表下方,這代表著它不需分心,而且有充足的陽光為它的儀器充電。洞察號在著陸後不久,就展開太陽能電池板,並部署一架靈敏的地震儀來監測這顆顫動的行星。當火星發生震動時,地震波會四處反彈並穿過行星內部。這些震波攜帶著它們所經物質及邊界的資 訊。因此科學家可以收集這些震波,並藉此測繪火星地殼、地函和奇特的巨大核心。

洞察號在近四個地球年的時間內,已經測量到1300多次的地震。在任務期間偵測到的多數火星地震都很小,但在過去的一年中,少數幾場大地震撼動了這顆行星,其中最強的一次發生在今年五月,規模接近5,這正是科學家一直期盼的。任務負責人表示,現在隨著太空船的電量衰退,它的一生算是相當不錯。除了熱探測器無法如預期中鑽進火星土壤這個小問題,這次的任務已經完成了預期目標。

「我們首度能夠一窺火星的內部結構,而不只是張與地球或月球類比的模糊圖片。」班納特說:「我們現在對火星有著充分的理解,這不是說我們對內部發生的一切都瞭若指掌,但我們知道火星的基本組成。」

測量撞擊

除了解答這顆行星的內部結構外,科學家還想測量火星受到隕石撞擊的頻率。有段時間似乎沒有發生撞擊事件──在任務一開始的兩年內,研究團隊沒有偵測到任何撞擊。

但忽然間他們發現,在這1300多次火星地震中,有少數是由形成隕石坑的隕石所產生的。在2021年的6個月內就發生了3次撞擊──2月18日、8月31日和9月5日。另一次是在更早的2020年5月時發生,自2006年以來一直在監測火星的「火星偵察軌道衛星」(Mars Reconnaissance Orbiter)從上方拍攝到這次撞擊所產生的11公尺寬隕石坑群。但直到最近,科學家才在數據中發現蛛絲馬跡。

賈西亞和他的同事根據隕石衝向行星表面時在大氣中爆炸時產生的聲波,確認了撞擊事件。在火星的夜晚,這些聲波訊號可以在火星寒冷大氣的底層傳播數百公里。科學家結合聲波和撞擊產生的震波資訊,可以確定流星的軌跡和最終的撞擊位置。

賈西亞說,當2021年發生這三次撞擊時,產生的聲波非常強烈,研究團隊甚至幾乎不相信這是真的。但千真萬確──當火星偵察軌道衛星拍攝可能撞擊位置的影像時,發現了新的隕石坑。後來,當科學家回過頭來檢查觀測數據時,他們發現了2020年撞擊事件的聲波特徵。

班納特表示:「這就是隕石坑事件引起地震記錄的鐵證。」

新隕石坑的直徑介於4到8公尺之間,如果是像地球這樣有著更厚且更具保護性的大氣層,那這些非常小的天體很可能會燃燒殆盡。科學家明確地將另一顆行星上的地震訊號與隕石坑相互關連,並藉此研究碰撞所產生的能量,他們計算出的撞擊頻率與預測一致。但團隊不知道為什麼後三次撞擊發生的時間如此接近,還有為什麼在任務前兩年內,沒有任何明顯的撞擊事件。

「我們真的不知道為什麼會這樣,」班納特說:「這實在太神秘了。」

關機時刻

洞察號已經在火星表面待了將近四年的時間,現在它的任務即將結束,而太空船的命運掌握在火星風的手中。火星風會將火星的紅色塵土吹向高空,有時甚至會形成沙塵暴和行星尺度的風暴。太空船的太陽能電池板上已經積累了一層厚厚的灰塵,這讓陽光無法繼續為登陸器和相關儀器提供動力。今年5月時,由於太空船的電量衰退,任務負責人預估洞察號地震儀偵測數據的時間可能只會持續到夏末──但這取決於火星的天氣狀況。

「這是火星上非常活躍的季節──沙塵暴的季節,」班納特當時告訴《國家地理》。「即使洞察號所在的位置沒有遇到沙塵暴,但整顆星球上到處都有沙塵暴肆虐,這會讓大氣中塵土飛揚,影響到太空船所能捕捉到的太陽能量。」

「也就是說,」他繼續說:「我們非常習慣尋找意外的驚喜。」

自5月以來,火星讓登陸器的狀況比預期更好。

「塵埃一直非常穩定,甚至可能有點下降,實際上在過去一個月左右,我們的電量往上增加了一點點,」班納特說:「但所有的歷史數據都顯示,在接下來的一個月左右,大氣中的塵埃將會顯著地增加。」

如果研究團隊幸運的話,洞察號對行星顫動的研究可以持續到年底──甚至是更久。如果他們真的很幸運,那麼可能有個沙塵暴吹過埃律西昂平原上登陸器停放之處,清除太陽能電池板上的灰塵,那麼太空船將能再度接收到陽光能量。

但這還有待後續的觀察。畢竟,火星是個變化無常的世界──這個星球充滿了希望和危險。它用生命的跡象引誘科學家一窺究竟,卻又讓種種探測嘗試朦朧未明。這顆行星有著與地球非常相似的地形,卻對我們所知的生命危險致命。

在迷人的藍色夕陽下,即便是機器人──也無法永生不朽。

 

延伸閱讀:NASA 韋伯望遠鏡首張拍攝影像,曝光凝望宇宙最深處! 多重宇宙是什麼?是否有多重宇宙存在的證據? 

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