源自太陽系外的宇宙塵組成成分都很類似

作者 | 發布日期 2016 年 04 月 23 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 follow us in feedly
台北天文館

裝載在卡西尼號(Cassini)太空船上的宇宙塵分析器(cosmic dust analyser,CDA)是由德國海德堡大學(Heidelberg University)設計製作。歐洲太空總署(ESA)科學家 Nicolas Altobelli 和德國海德堡大學研究團隊在其偵測資料中,確認 CDA 偵測到極稀有的塵埃微粒──來自太陽系外的宇宙塵(cosmic dust)或稱星際塵(interstellar dust)。讓科學家們驚訝的是:不同的宇宙塵卻有著相似的化學組成,乃全部宇宙化學成分的混合結果。因此,這些科學家推測:宇宙中,塵埃會不斷的被摧毀,然後再重新形成,因而能將當中的成分攪拌均勻。



宇宙塵是地球和其他類地行星組成的基石,但卻是太空探索遭遇到的難題之一。宇宙塵是在恆星和行星凝聚過程中形成的,因此主要由氣體、氦和重元素等所組成。因為個別塵粒非常微小,僅約 200 奈米(nanometre,1 奈米為十億分之一公尺),因此極難發現。

科學家目前僅能依靠進入太陽系的宇宙塵來進行研究。其中星塵號(Stardust)已能捕捉到有非常微弱的宇宙塵流穿越太陽系,但這些粒子都非常大,所以研究學者認為可能並不是典型的宇宙塵。相較之下,卡西尼號 CDA 屬百萬個行星際塵粒資料中,確認有 36 顆粒子是宇宙塵;此外,CDA 內有質譜儀(mass spectrometry)可分析這些塵粒,因此獲得的成果比之前的研究精確多了,而且讓科學家首度能對宇宙塵進行統計研究。為了卡西尼號上的 CDA 質譜儀能準確測量塵粒組成,海德堡大學研究團隊在地面實驗室進行實驗以做為比對,將矽酸鹽塵粒加速到每秒 40 公里的程度,這大約是宇宙塵在太空中流浪的速度。

CDA 分析結果顯示:這 36 顆宇宙塵的組成非常相近,都是一般形成岩石最重要的成分的混合,包含鎂、鐵、矽和鈣等;雖然每顆塵粒的質量低於一兆分之一公克,不過除了易揮發的那些氣體外,其餘的還是完整的混合了這些化學元素。這種塵粒不會是太陽系內產生的。

大多數科學家認為將死恆星的大氣中,不同的製造過程會產生不同化學組成的塵粒;在隕石內找到的恆星塵也發現有這些差異性,尤其是同位素組成更是明顯。而 CDA 資料顯示的卻是全然不同的狀況。根據這些科學家的研究顯示,在星際介質的這個「巫婆的大釜」中,物質被均勻攪拌,所以這些宇宙塵已經喪失個別的特性。這口大釜包含著超新星爆炸形成的巨大且溫度高達百萬度以上的熾熱氣泡狀結構,在此氣泡結構的邊緣處,超新星爆炸的震波以每秒數百公里的速度持續向外擴張。

以前曾有個理論認為宇宙塵在這個充滿能量的環境中只有存活幾億年,僅有非常少數的幸運者能平安且完整無缺地抵達正在形成中的行星系統。Altobelli 等人的研究現在確認了絕大多數塵粒被摧毀後,會在太空中逐漸冷卻的分子雲中重新形成,之後才被星際風(interstellar wind)將這些均質塵粒吹到我們太陽系,被卡西尼號捕獲。

(本文由 台北天文館 授權轉載) 

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