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【科學講堂】測土星環芳齡 質量洩玄機

2018-01-10

卡西尼號遊「空隙」 數據推論約一億歲

土星的環光亮奪目,大家都應該在教科書上或是從望遠鏡中見過它。不難想像,它勾起了很多人的好奇,是不少學者的研究對象。去年跟大家討論在太陽系其他星球上是否有生命的時候,提到了卡西尼號(Cassini)探測器。這個太空探測器在2004年飛抵土星,然後一直圍繞土星運行,進行多項科學測量;數個月前,卡西尼號更加穿越土星與星環之間的「空隙」,藉此量度星環的總質量等等的特徵。

雖然卡西尼號早已於去年9月中完成所有任務,墜進土星大氣層中銷毀,但是它最後期的一些觀測,還是給了大家一些驚喜-從它收集到的數據來看,土星環可能只有大約一億年的歷史,在某些恐龍活躍的時候,土星環可能還未出現。

星環原料成謎 或來自碎裂衛星

天文學家其實一直在爭論土星環的歲數。一些科學家認為相對年輕,只有一億年左右的歷史;另一派別則認為它生於太陽系初形成的時候,已經存在了大約45億年。

科學家懷疑其歲數「年輕」,是因為太空裡的塵埃,正經年累月、不斷從四面八方吹向土星環。

如果存在已久,應該早就被這些塵埃「燻黑」,不會像如今這樣明亮了。試想像一幅放在高速公路旁的名畫,如果不加洗刷,幾年後還會光新亮麗嗎?

質量不高或證「年輕說」

當然「案情」並沒有如此簡單,因為土星環的質量也是一個重要的因素。一滴牛奶滴進一杯咖啡裡,可能會明顯地令咖啡的顏色變淺,但將這滴牛奶滴進一整桶石油之中,就一點兒顏色轉變也不會有。

卡西尼號飛進土星與星環之間的區域,容許它測量環的質量,其發出的訊號,會受到附近物件的萬有引力所影響,影響愈大,代表質量愈高。從它的最新測量,可推算土星環的質量不高,或印證了「年輕說」。

「年輕說」其實由來已久,只是一直未受一致採納,是因為要解釋年輕土星環的由來相對困難。

太陽系還在形成的時候,一片混沌,因此物質相對能夠輕易地聚在一起,形成各種星體和星環;在這片混沌中,四處穿梭的隕石容易把一些小行星擊碎,成為製造星環的材料。

一億年前,太陽系內各星體大致上早已成形,隕石活動亦相較稀少,土星環的原料從哪裡來?在「年輕土星環」的框架下,有些天文學家猜想,可能是土星原有的一個衛星,在太陽系成形後因為某些緣故而碎裂,然後再慢慢變成我們現今看到的土星環。

小結

有些人會用這些例子,去批評天文學以至科學,認為當中的內容經常修改,並不可靠,又或是批評科學家們本身也是各執一詞,對某些問題沒有統一的說法。

其實這正好指出了科學值得珍惜的特質:在科學中,科學家以觀察得來的證據探究背後道理,當得到更多更新的證據時,結論自然隨之改變。科學家並不聽從單一權威的意見,而是有空間接納質疑。這樣的話,「各執一詞」不是很正常嗎? ■張文彥

作者簡介:香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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