天文太空

登上彗星 再探庫伯帶

兩艘太空探測船即將近距離觀測那些屬於遙遠庫伯帶的彗星、小行星與矮行星,期望這些小型天體能透露太陽系的形成過程。

撰文/雷蒙尼克(Michael D. Lemonick)
翻譯/李沃龍

天文太空

登上彗星 再探庫伯帶

兩艘太空探測船即將近距離觀測那些屬於遙遠庫伯帶的彗星、小行星與矮行星,期望這些小型天體能透露太陽系的形成過程。

撰文/雷蒙尼克(Michael D. Lemonick)
翻譯/李沃龍

重點提要
■庫伯帶位於海王星軌道之外,是由數十億個冰冷的小行星所盤據的帶狀空間;這些小行星可說是構成太陽系樣貌最原始的成份。
■兩艘太空船正飛向庫伯帶天體以探查其秘密,其中羅塞塔太空船正繞行著一個誕生於庫伯帶的彗星;另一艘新視野號太空船,則正在前往庫伯帶最大天體冥王星的途中。
■這些太空任務將解讀庫伯帶的組成,因為其中掌握有太陽系起源的關鍵線索。

對所有參與羅塞塔(Rosetta)太空探測船計畫的工作人員而言,2014年1月20日是個非大好即大壞的日子。歐洲太空總署(ESA)的這艘自動太空船在將近10年前發射升空,當時預定於今年8月抵達一個名不見經傳、卻擁有繁複名字的67P/楚留莫夫–格拉西門克彗星(簡稱67P)。若一切按計畫進行,羅塞塔即將從事一項史無前例的嘗試:它將繞著彗星運行,並發射名為菲萊的登陸艇降落在彗星表面、一路緊隨,觀察太陽的光熱如何喚醒這個冰凍的天體,激發彗星的蓬勃生氣。

但羅塞塔得先甦醒,才能夠完成這些任務。它早在兩年之前便已進入節能的冬眠模式,內建的鬧鐘就設定於中歐時間2014年1月20日上午11時啟動。雖然在德國歐洲太空操作中心控制室裡等待的科學家與工程師,都認為太空船應能如期甦醒,但他們也沒忘記1993年火星觀察者號(Mars Observer)衛星無緣無故失聯的事件。在那天上午11點左右,噩夢似乎又將再度發生。

德國馬克士普朗克太陽系研究所的塞爾克斯(Holger Sierks)負責羅塞塔的光學與紅外光相機,他回憶道:「控制室裡到處都是蒼白的臉孔。」不過15分鐘的時間,卻讓人覺得度日如年。幸好,從木星之外發出的電子訊號,最終傳回到控制室。塞爾克斯說:「那訊息彷彿說著『我醒了喔』,著實讓人大大鬆了一口氣。」

接下來數星期,羅塞塔表現出它不僅甦醒,而且功能俱全,已準備好觀測並回答關於彗星(自太陽系於大約46億年前形成後便留存至今、幾乎未曾改變的冰凍天體)的結構、成份、行為與起源等關鍵問題。羅塞塔釋出的菲萊登陸艇,已於台灣時間2014年11月13日成功登陸彗星表面,以「挖掘」太陽系的真實歷史。

羅塞塔並不孤獨。在經歷九年的旅程後,美國航太總署(NASA)的新視野號(New Horizons)探測船也將於2015年7月進行另一項史無前例的任務:近距離飛越冥王星及其已知的五個衛星。美國西南研究所的計畫主持人史坦(Alan Stern)報告說:「這艘太空船的狀況極佳。」雖然這兩項任務彼此獨立,但並非全然無關,因為天文學家現在知道冥王星與67P都是「庫伯帶」(Kuiper belt)的成員。庫伯帶是指位於海王星軌道之外廣闊空間的數十億個天體,其中大多數尚未命名,直徑從數公尺到超過2000公里不等。

這兩項任務將檢驗過去20年來的一連串發現,史坦認為,這會「震驚世界並改寫我們目前已知所有關於太陽系構造的知識」。事實上,在僅僅20幾年前,根本沒人知道庫伯帶存在。從那時起,行星科學家發現了幾個大小接近、甚至超過冥王星的冰凍天體。他們也找到證據指出,木星、土星、天王星與海王星的軌道在很久之前曾劇烈重組,甚至曾有第五個氣態巨行星存在。他們還分析了1500個所謂的庫伯帶天體(Kuiper belt object, KBO)的大小與軌道,以便得知此帶狀結構的形成原因,更因此懷疑初期庫伯帶崩墜的冰瀑,是否曾抵達年輕且乾燥的地球而形成海洋。

這兩項任務中的每一項觀測,都是了解庫伯帶起源與演化的窗口。就如瞎子摸象的故事一樣,把這些觀測結果統合後,我們可更完整描述一幅關於庫伯帶結構、成份與演化的圖像。這兩艘太空船會以前所未有的距離,與兩個截然不同的KBO親密接觸,這幅圖像即將變得無比清晰。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2014年第154期12月號】