由 cantatas » 2005-09-23 14:58
火星衛星之比較
火衛一
火衛二
平均直徑
27公里
15公里
距火星
9378公里
23459公里
繞火星一週
每7小時39分
每30小時18分
火星的月亮
發現
伽利略在1610年使用新發明的望遠鏡,首次看到了木星有四個衛星,直接證明天體不一定都要繞著地球轉。伽利略同代人刻卜勒是個虔誠的基督徒,深信上帝的宇宙是和諧的:水星、金星沒有衛星,地球有一個月亮,木星有四個衛星(現代木星衛星數為16),火星在地球和木星之間’應有兩個好應驗完美的l、2、4幾何級數。
火星有兩個衛星,頂多可以說是刻卜勒一廂情願的看法,但是他當時在科學界舉足輕重的地位,的確引起了一陣騷動。很快的這兩顆衛星開始在科幻小說中出現。1727年,斯威夫特(Johnathan
Swift,1667_1745)《拉普它之旅》小說中的天文學家就發現了火星的兩顆衛星,公轉週期為10小時和21.5小時,與現代數值7.7小時和30.3小時相差不遠。這雖然又是個巧合,但是出人類對它們夢寐以求的情懷。刻卜勒之後,天文學家苦苦尋求不果,1783年大「衝」時,赫協又做了一次熱情的衝刺,無功而退。尋找火星衛星之事,就沒人肯花時間、精力再碰。1877年大「衝」期間,夏帕雷利看到了火星上的自然河道,又重新點燃了美國天文學家霍爾尋找火星衛星的熱情。
霍爾在美國海軍天文台工作,他使用剛落成、當時世界最先進的66公分的折射式望遠鏡,從8月初開始瞄準火星鄰近天域,到8月11日,在火星的東邊略偏北區,第一次看到了一個微弱的光點,但僅是驚鴻一雲就蓋了過來。他耐心等候了五天,天晴後,又再次看到同樣的光點。當晚,又觀察到緊貼在火星邊上、另一顆比較明亮的衛星.經過霍爾幾位同事複檢兩天,海軍天文台於8月l8日公布了火星兩個衛星的發現。霍爾繼承火星與戰爭不解之緣,以戰神阿雷士的兩個僕人,佛伯斯(代表畏懼)和底馬士(代表驚慌),為這兩個新發現的天體命了名。後來天文界也以霍爾和一直鼓勵他追尋火星衛星的妻子史蒂克妮(Stickney),為佛伯斯(火衛一)上兩個最大的隕石坑命名。史蒂克妮隕石坑直徑10公里,幾乎占了佛伯斯1/3橫切面。上面提到的科幻小說家斯威夫特,也在底馬士(火衛二川員石坑的名字中出現。
中文世界稱佛伯斯為火星衛星一號,簡稱火衛一,底馬士為火衛二。這種命名方法簡單、易記,尤其是用在衛星萊多的木、土、天王、海王等行星上,殊為優越,如木衛一到木衛十六,土衛一到土衛十八等,一字排開,不必花腦筋去記那些單獨名字。簡單雖簡單,但總好像有點為小孩取名為老大、老二、……老九等,無法表現出每個小孩子的個性,親生父母比較不會採用這種命名方式。火衛一因為公轉速度快,從火星地面看火衛一,它由西方升起,亮度為月亮的2/3,在4小時I5分鐘內,迅速劃過火星的夜空,消失在東方地平之下。火衛二的亮度是火衛一的1/40,像地球夜空中的織女星一樣明亮,由東方升起,60個小時後,從西方落下。 .人類費了近兩百五十年,才找到這兩顆小衛星。火衛難尋,原因有三。第一,它們太小。大的火衛一長28公里、寬22公里、高18公里,小的火衛二長16公里、寬12公里、高12公里。第二,它們的反照率(albedo,物體表面對光的反射程度)極差,與黑色的煤塊相似,約0.06。相比起來,火星的反照率在O.l到0.4之間:在明亮物體的旁邊,很難看到暗的東西。第三,它們相對於火星的位置不知。現在知道大的火衛一距火星9,378公里,小的火衛二距離火星23,459公里。
墜落?
美國海軍天文台對兩個火衛有一種發現者的占有慾望,撥出大量的望遠鏡時問,對這兩個微小天體進行了長期的追綜觀測,發現火衛一有速度增加、向火星逐漸墜落的傾向。在考慮衛星軌道的穩定性時,通常以洛希極限為準。如果衛星軌道離行星太近,落在洛希極限之內,重力場在空間分布的強度太不均勻了,就會產生強烈的「重力潮。這種力量,使地球的海洋每天有兩次潮汐週期,如果作用在體積夠大的衛星上,衛星就好像被兩股相反的力量朝兩頭拉,卡咂一下,就成兩半。有時兩半成四塊,四成八,八成十六等等.換言之,在洛希極限之內,衛星的原始材料無法凝聚,會被蹂躪得柔腸寸斷,土星環就是在這種情況下形成的。
環繞地球轉的人造衛星,即使沒有微小的大氣阻力作祟,到最後終歸會向地球墜毀,主要原因就是距地球近,落在洛希極限之內,作用在人造衛星上的力量,在「近」地球方向比「遠」地球方向大,結果就有一股朝地球拉的力量,逐漸使人造衛星的速度加快、軌道變低、最後墜毀。一般穩定的衛星,軌道遠在洛希極限之外,要不然無法維持幾十億年圍繞行星公轉的狀態。現在發現火衛一竟然已經進入洛希極限之內,令人費解。
[火星人太空站」
在1960年代,俄國天文學家思克洛夫斯基(ShUovskii),仔細研究了太陽電磁波和各類高速粒子對火衛一產生的「壓力」,和火星微弱的磁場與巨大的太陽磁場中間的交互作用,認為這些效果都微不足道,無法產生觀測到的火衛一向火星墜落的現象。剩下最後一個因素就可能是火星的大氣阻力。一個行星在幾近真空的太空中運行,大氣被重力吸住,但大氣層和釀空並沒有一個明確的分界線。在外層的大氣分子,從理論上來講,是向太空無限延伸出去的。雖然在數千或上萬公里外,只能測量到極微量的大氣氣體,少歸少,但絕對不是零。
當時只知道火星有大氣,成分與厚度一概不知。火衛一離火星9,378公里,如果是軌道上微量的大氣阻力造成火衛一因墜落而加速,則火衛一的密度必定得很小工如要牽生即觀測數據吻台的效果,只能是水的l/1000。自然天體都是石塊鐵鎳一類成分,沒有那麼輕的,除非是中空的。自然界也沒有中空的天體。如果有,肯定是人造的。另外,有人辯論,兩個衛星為什麼在1783年到lS77年間看不到?肯定是科技先進的「火星人」,在1877年前後,才「發射」上去的。
於是,火衛一是「火星人太空站」的看法,在爭吵不休中登場。思克洛夫斯基的理論無懈可擊,美國海軍天文台的數據也正確,就近觀察火衛一就被提到日程上。「水手九號」進入火星軌道後,火星全球塵暴,在1971年ll月30日「冬眠」等待期問,「水手九號」把鏡頭對準火衛一,照下第一張近距離相片,清楚地顯現出 火衛一是一塊石頭。美國天文學家薩根形容它像是一個畸形的馬鈴薯(adiseasedpotato)。火星「太空站」論點’不攻自破。後來「維京人一號」的軌道衛星在1978年10月l9日,距火衛一612公里處取得了更清晰的照片(圖7-1),稍前,也在3,300ぐ公里處記錄下火衛二的形象(圖7-2)。1989年3月,俄國的「佛伯斯二號」以9,378公里外的火星為背景,在320公里處照了一張珍貴的火衛一肖像(圖7-3)。這是唯
一的一張俄國有關火星的照片,蘇維埃編號2300093。「佛伯斯號」系列任務是蘇聯、保加利亞和東德合作的探測計畫。「佛伯斯二號」取得四十餘張火衛一和火星照片,後來在企圖接近火衛一登陸時失粽。1998年l月l日,美國「火星全球勘測衛星」拍下一張鑑別率更高的火衛一照片在火星質量高度集中、火山群集的塔西斯高地被發現後,火衛一向火星墜落的真相大白:火衛一每經過塔西斯高地一次,都會因重力潮增加,使它向火星方向輕微移動些許,估計,將會在一億年
內撞上火星墜毀。
行星的自然衛星,一般軌道穩定,很少會栽下去的。尤其是與母行星同步形成的衛星,至少已有四十多億年的歷史。要栽,老早就栽了,不會等到我們科技發展成熱,能看到它後,才栽。但火衛一為什麼會在這麼一個奇怪的軌道上呢?它是跟火星一起形成的嗎?是與否,可由火衛一的比重來決定—是,比重要跟火星一樣,為4.0;否,如果是一般鐵鎳隕石,比重要比5.0大;如果是從小行星帶來的,以含水分高的碳質球粒隕石(carbonaceouschondhte)為主,比重應低於3.0。「維京人一號」軌道衛星於是又負起測量火衛一比重的任務。
「維京人一號」軌道衛星的軌跡在接近火衛一時,會發生輕微變化,由此可推算出火衛一的比重。遙測結果,火衛一的比重是2.0。碳質球粒隕石含有各類不同成分,一般比重在2.3至3.0之間。若主要成分為含水量高的蛇紋石(serpentine,Mg。Si。O,(OH),),比重可低至2.3,若為含碳酸鹽類的礦物質如方解石(calcite)等,比重則接近2.7。現在火衛一的比重竟然只有2.0,輕得令人難以置信。
合理的推測,火衛一可能充滿氣泡,好似露營時被簿火烤過的棉花軟糖(marshmallow),也像中國的發麵饅頭.我們由此得出的結論是:火衛一的成分與火、星材料無關,與小行星帶的眾小行星較為接近,可能是含水分高的碳質球粒隕石。這是一個說得過去的結果:火衛一是在火星形成很久之後,才捕捉到的一顆小行星。但這個發現,卻帶來更奇怪的問題:隕石可由四面八方全方位來,速度快,最可能的軌道種類是大橢圓形,軌道平面與火星赤道面不應有任何關連,怎麼就這麼巧,火衛一軌道不但是圓形,還正好在火星的赤道平面上?火衛二雖遠些,軌道也是圓形的,並且也在赤道平面上。這是一個神祕的現象,目前無解。
火衛二的軌道,與火衛一恰巧相反,有遂漸脫離火星的趨勢幾憶年後,火衛一殯落火星,火衛二則衝破火星束縛,重獲自由再度漫遊星宇,尋找另一個歸宿。火衛一與火衛二上隕石坑累累,大都邊緣鮮明,侵蝕現象微弱,保存了大部分三十八億年前隕石風暴密度的紀錄。有些腐蝕痕跡,可能由於太陽風的粒子撞擊導致。「水手九號」並發現火衛一上有一層薄薄的灰燼,成因很難解釋。火衛一重力場太弱,怎能吸住這些灰塵呢?有些專家認為,這種情況有如棒球快速地從一個充滿灰層的區域通過,棒球表面多少也會沾上些許灰塵。久遠以前,隕石撞碰火星頻繁,揚起大量灰塵,有些可能遠逸火星地表數千公里以外,或籠罩住火衛一軌道。
火衛一由中穿過,灰塵就在表面疊積下來火衛一灰塵現象,各類解釋,都很曲折複雜,一時尚無定論。目前人類不知這兩顆火衛的成因。但這並不為奇。地球月亮形成的原因,目前也是模糊不清。以前認為月亮與地球在四十五億年前同時形成。人類登月後,發現月亮的成分有的地方與地球一樣有的地方與地球不同,並且內核很小。修正後的理論認為地球在四十五億年前,與一個火星大小的天體斜撞,部分地殼被帶到太空,與原撞體在月球軌道凝聚而成月球。月球對地球質量的比例,在太陽系衛星對行星質量比例的排行榜上占第一位,有平衡地球自轉軸的作用,給地球生物一個長期穩定的溫度環境,對地球生命的起源和演化貢獻巨大。相比起來星的兩個月亮質量太小,達不到發揮平衡火星自轉軸的作用.火星自轉軸每50萬年會有60度的變化,造成溫度大幅度漲落,對生命源、演化不利。
含水分高的碳質球粒隕石,常含有簡單的肢基酸。1969年墜落在澳大利亞維多利亞省的墨其森(Murchiso_隕石就是一著名的例子。反對隕石含肢基酸的人認為地球感染可能性大。但經分析結果,墨其森隕石中所含的肢基酸結構,左旋、右旋偏光反應各半。而地球生命肢基酸全為左旋偏光,結論是墨其森隕石的肢基酸,在進入地球前就已自然形成。小行星的一般成分為含水分高的碳質球粒隕石,也應有肢基酸存在。肢基酸可能是地球生命起源的素材,人類渴望去小行星帶尋找肢基酸,但泉小行星分布在火星和木星之間,登陸探測,遙不可及。現在,火衛一原來極可能是一顆含肢基酸的小行星,鎖定在地球近鄰火星的軌道上,人類在未來幾十年內就可能有能力去拜訪,這真是個令人振奮的發現。
'1943年’法國科幻小說家聖艾修伯里以小行星帶為背景,寫出了童話故事小王子膾灸人口,歷久不衰。小王子住在小行星b-612上。B-612有三個火山口,兩活一死。他用兩個活火山煮早餐。他B-612又種花。在出門到別的小行星拜訪旅遊時,他就把花用玻璃蓋罩住。小王子後來乘「阿波羅」軌道上的小行星,來到地球訪問。地球引力太大,他回不了家,只得央求蟒蛇把他吞下消化,解放出他的靈軀,才得再回到他那夢魂縈繞的故鄉一…小行星B-6l2。
參考資料: 書名 我們是火星人 遠流出版社
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