天文太空

探索外星生命 先回頭看金星

已發現的數千顆系外行星是否有生命?其中有許多行星的大小及與恆星的距離跟金星相似,但它們太遙遠而難以前往。再度探查金星,可讓我們更了解系外行星孕育生命的可能性。

撰文/戴爾(M. Darby Dyar)、史瑞卡(Suzanne E. Smrekar)、坎恩(Stephen R. Kane)
翻譯/邱淑慧
2019-04

天文太空

探索外星生命 先回頭看金星

已發現的數千顆系外行星是否有生命?其中有許多行星的大小及與恆星的距離跟金星相似,但它們太遙遠而難以前往。再度探查金星,可讓我們更了解系外行星孕育生命的可能性。

撰文/戴爾(M. Darby Dyar)、史瑞卡(Suzanne E. Smrekar)、坎恩(Stephen R. Kane)
翻譯/邱淑慧
2019-04

盡收眼底:藉由麥哲倫號的雷達資料進行電腦繪圖,所得到金星上拉托納冠岩(Latona Corona)和達利深谷(Dali Chasma)的形貌。


1982年,美國麻省理工學院行星科學系的所有師生都在議論紛紛,美國航太總署(NASA)取消了最新的旗艦型任務──金星軌道影像雷達(VOIR)。本文作者戴爾當時是研究生(另兩位作者分別還是大學生和小學生),年輕的研究生直接在走廊上哭了起來,見多識廣的教師則頻頻搖頭。新上任的雷根政府大規模刪減太空探索的經費,而VOIR是其中一個遭殃的。


沒過多久,科學家把幾項計畫拼湊成一具由既有硬體組成的廉價太空船(約6億8000萬美元),竟然奇蹟般拯救了這項任務。於是麥哲倫號太空探測船(Magellan space probe)在1989年發射升空,前往金星執行偵查任務,1990年進入金星軌道,接下來五年陸續傳回的雷達影像、重力數據和地形圖,近乎涵蓋整個金星表面。蘇聯與美國探索鄰近行星的一連串任務中,麥哲倫號是最後一項,當它1994年墜落金星表面,NASA對金星太空船的支持也隨之終結。在那之後,科學家提交了超過25份計畫書以期重返金星,雖然其中有些計畫在審查委員會獲得相當前面的排名,但沒有一個獲准執行。直到今天,研究金星地質的基礎仍是數十年前麥哲倫號所蒐集的資料。


但是行星科學家絕不輕言放棄,儘管面對這樣的情況,我們在探索金星的奧秘上仍有所進展。自麥哲倫號之後,歐洲太空總署(ESA)和日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)成功執行金星任務,對於金星大氣的認識有所突破。在此同時,分析麥哲倫號數據的新結果,也使科學家接連改寫教科書裡關於金星的資料。我們目前認為金星上的火山活動非常活躍,甚至發現了板塊運動的初始線索,這可能是行星適合生命生存的關鍵。新的理論模型也顯示,金星表面直到不久前可能還含有液態水,意味著金星生物存在的時間比我們以為的更久。


這一切進展都和天文學另一項驚人發現有關:天文學家發現了繞行其他恆星的數千顆系外行星,其中許多系外行星的大小以及與恆星的距離都跟金星相似。獲取金星的各方知識,可以幫助我們了解那些遙遠而難以接近的系外行星。尤其是,如果我們可以查明金星何時具有孕育生命的條件,就能知道在整個銀河系裡與金星相似且為數眾多的天體上找到生命的可能性。


適居帶外移了!


目前發現的系外行星大多是透過凌星法找到的。從地球上來看,如果行星繞行恆星時通過我們與恆星間的視線方向,會造成恆星亮度的變化,天文學家可以藉此測量遙遠行星的大小,但行星大小所透露的訊息並不多。畢竟,如果外星生物透過凌星法觀測太陽系,金星和地球看起來幾乎是相同的大小。然而地球在過往40億年皆適合生命生存,金星卻是了無生機。


我們可以進一步測量行星與恆星的距離,來區分大小相似的行星。在恆星周遭的某個範圍,位在其中的固態行星表面可以保有液態水,這個範圍稱為「適居帶」(habitable zone);想當然耳,地球就在這樣的區域內。我們認為金星曾經位在適居帶相當長一段時間,但是太陽的光度隨著年齡而增加,適居帶的邊界也向外移動。金星目前在適居帶之外,處於所謂的「金星帶」(Venus zone);此區域中的行星表面溫度很高,行星大氣失控的溫室效應會使海洋沸騰消散。


金星和地球的形成狀態非常相似,其中包含地球海洋誕生的過程。彗星的撞擊可能為兩個行星表面帶來了冰,太陽風(太陽不斷噴發出的帶電粒子)則很可能使這兩個行星表面產生氫離子薄層。在繞行太陽的原始塵埃盤中,金星與地球仍是原行星時,兩者聚集了氫、其他揮發物以及易沸騰的化學物質。針對早期金星的電腦模擬顯示,金星表面有液態水的時間可能比地球還早,而且直到10億年前都還存在。


然而眼前的事實是,金星是完全不適合生命居住的嚴苛環境。金星究竟發生了什麼事?它會是所有適居行星的結局?抑或只是這類大小的行星其眾多演變過程之一?這些是讓我們想再次前往金星尋找答案的幾個主要問題。


神秘濃霧之下


我們對金星的了解之所以受限,原因之一是它有濃厚且具毒性的大氣,難以探究其表面。高空的硫酸雲籠罩整個金星,表面的大氣壓力相當於地球海底900公尺深處的壓力。金星的大氣如此濃密,致使大氣的主要成份二氧化碳轉變成超臨界流體,特性介於氣態與液態之間。


科學家認為金星的大氣曾經和地球大氣一樣,但是不像地球具有可以抵抗太陽風的磁場。長久以來,太陽風把金星上的水分解成氫和氧,並帶到太空中。金星缺乏地表水來溶解二氧化碳,內部又持續釋出其他氣體,這些化學物質積累在大氣中。因為金星大氣的溫室效應,金星表面的溫度比地球高了400多℃,足以使岩石發光。.......