你所不了解的行星與小型天體

杜以會

美國伽利略號宇宙飛船1989年從地球出發，1995年飛進木星軌道。木星雖是太陽系外行星里面距離地球最近的一個，但伽利略號太空船光是飛行就超過6年，可見太陽系的外行星離地球有多遠。

那么，我們這里所說的太陽系外行星有哪些呢?

我們知道，太陽系除了太陽外，王丕包括繞行太陽的行星、小行星、彗星，以及繞行行星的衛星。

從太陽開始依序往外排列的是水星、金星、地球、火星、小行星帶、木星、土星、天王星及海王星。其中，水星、金星、地球、火星是固體行星，屬于內行星；木星、土星、天王星及海王星是氣態行星，屬于外行星。

根據模型計算，不同外行星的內部構造都差不多，里面有一個相當于10～15個地球質量的核心，成分是水、冰及石頭。這些核心可能是小彗星在太陽系剛形成時，慢慢累積而成，且其質量與體積和外行星差不多。

1995年，天文界首度證實，銀河里有非常多的系外行星環繞其他恒星運行，現已發現200多個，這是相當重要的突破。有一個說法認為，類似天王星、海王星這類外行星循其軌道運行時，如果走到較靠近中間恒星的地方，受恒星輻射加熱的影響，表面氣體會因為溫度上升而散失。當表面溫度夠高時，冰會融化，表面變成海洋，最后變成與固體行星、氣態行星不同的第三類行星“水行星”。如果變成水行星，想必里面的生物圈會很有趣，如果有高等生物在里面形成，會是什么樣子呢?

冥王星被除名

地球到太陽的距離在天文學上稱為1個天文單位，簡稱1AU。在海王星軌道外，離太陽約40AU～60AU的區域，有很多由幾十到幾百公里大小不等的冰和石頭混合形成的小星體，稱為“古柏帶物體”，那里是短周期彗星的來源。

走到更外圍，大約3～4萬AU的區域是“彗星原鄉”，是長周期彗星的來源。由彗星的軌道分布可知，整個太陽系被圓形的彗星河圍繞，因此有另一個延伸揣測認為，或許每一顆系外恒星都有彗星河環繞。

在海王星軌道外的冥王星是美國一位天文學家在1930年發現的，美國人很高興，把它當成第九顆行星。可是最新研究發現，在它的軌道范圍附近還有一些大小不一的小星體，若把它們全都當成行星，可能有數萬個或更多個行星出現。

這個問題在2006年的國際天文學會中提出討論，該會為太陽系行星下了一個新定義：“必須是主宰該區域的軌道動力學的主要星體才能定義為太陽系里的主要行星。”顯然，冥王星不符合這個新定義，因此，已從行星中除名，現在稱為矮行星。

由此還可推斷，2005年發現的、比冥王星更遠、更大的第十顆“行星”，應該也無法得到認同，因為類似星體在更外圍的地方可能還有十多個。雖然目前不了解這些星體是如何形成的，但在太陽系外圍發現越來越多小星體后，已經使得科學界對太陽系的看法越來越不一樣了。

到歐羅巴尋找生命跡象

對于衛星的認識，早期的人只知道，月球是地球的衛星。

1610年，意大利人伽利略用自制的光學望遠鏡觀測，發現了伊奧(木衛1)、歐羅巴(木衛2)、甘尼米德(木衛3)、卡利斯多(木衛4)等4顆繞著木星轉的星體，后來統稱為“伽利略衛星”。接著，又發現所有外行星都有自己的衛星。1970年后，人類開始發射宇宙飛船至外行星附近照相，并用不同儀器測量，使得近30多年來大家對于外行星衛星系的觀點又大幅改變。

超過6年才飛到木星軌道的伽利略號宇宙飛船，以2年時間繞著木星轉，是為觀測木星的內部構造、大氣層和它的衛星。一個主要發現是：木星的衛星伊奧，其表面的火山活動是全太陽系最活躍的，它很熱，表面有斑點(這些斑點應來自活火山的硫磺物質)。活火山產生的大量二氧化硫不但布滿表面，還散播到整個木星系統。

有時候伊奧走進木星影子里，太陽光照不到它，照理說宇宙飛船的望遠鏡也看不到它，可卻依然看到亮光。這是因為，木星上稀薄的大氣層圍著火山口，當火山口噴出的氣體碰撞木星大氣層的高能帶電粒子時，帶電粒子受到激發而射出光子，因此有亮光。

歐羅巴是木星的第二顆衛星，表面光滑，當宇宙飛船靠近時可以看到許多條紋。經過移動比對后推測，它的表面可能像地球的南北極一樣，曾經有不少冰山在海水上漂浮，因此推測，表層的冰塊下應有一大片地下海洋。

這個“歐羅巴底下可能有地下海”的揣測，令行星科學家相當興奮，他們透過重力和磁場測量后認為，在木星的多個衛星的冰層下極可能有融化的水，而其下面應該是密度較高的地心。可是這些冰層究竟有多厚呢?可能幾公里、幾十公里，也可能幾百公里，沒人知道，這使得在歐羅巴尋找生命的研究相當困難。

到泰坦尋找生命起源

美國與歐洲合作的“卡西尼－惠更斯”宇宙飛船在1997年發射升空，2004年6月進入土星軌道，成為繞著土星走的人造衛星，計劃以4年時間觀測土星的不同衛星。同年12月，由這艘宇宙飛船載運、歐洲太空局擁有的“惠更斯泰坦大氣探測船”登陸“泰坦”(土衛6)。由于這艘大氣探測船上載運了多種科學儀器，因此，能在泰坦大氣層降落過程中得到大量資料，藉以增進對泰坦大氣層的了解，這是卡西尼計劃的最重要目標。

泰坦的大氣層由氮氣形成，它也是土星的最大衛星。由于在生命未出現以前，地球大氣層也是以氮氣為主，因此，要了解地球生命的起源，泰坦相當于一個自然博物館，可以告訴我們地球在尚未出現生命前的情況。

科學界對泰坦格外感興趣的原因是，除了氮氣外，那里還有一點甲烷，而甲烷加氮經化學作用會產生大質量有機分子，這些分子很可能就是產生生命所需要的。這是探測船為何登陸泰坦的原因。

當年，在籌備“卡西尼－惠更斯”計劃時，科學界的想法是：泰坦大氣層歷經幾十億年受太陽光照射而起化學作用，遺留下來的大分子會像下雨一樣沉下去，可能在表面累積一兩公里厚。若以泰坦表面的壓力和溫度推測，累積在表面的物質很可能不是固態而是液態。因此，在發射卡西尼太空船-時，一個主流的揣測是：泰坦表面很可能是汪洋一片。但經實際觀測后得知，絕大部分的泰坦表面由冰塊組成，有些地域溫度低到－183℃。

泰坦大氣層接受光合作用后，里面的甲烷經化學作用所形成的復雜分子是氣膠。氣膠會反射太陽光、吸收太陽光，使得整個泰坦大氣層非常不透明，因此，只能用雷達照射才能得到地面構造的影像。一個令人振奮的消息是，卡西尼宇宙飛船的雷達儀器在2006年7月觀測泰坦北極時，發現有大小湖泊散布其間，小的寬約10公里，較大的寬約50公里。人類終于發現，在宇宙穹蒼中的其他地方也有湖泊的存在。

卡西尼計劃的明日之星

當初設計卡西尼計劃時，泰坦是主要的目的地，沒想到一顆不太起眼

的土星衛星“恩希拉德斯”(土衛2)，反而成為卡西尼計劃的明日之星。

恩希拉德斯的直徑約500公里，表面有些地方看起來很老，也有很多像彈坑的地方，可能是太陽系形成時遺留下來的；而有些表面非常平滑，表示那些地方仍很年輕。由于整個表面的反射非常亮，很可能表面是由冰組成的。

2005年7月，卡西尼宇宙飛船在飛過恩希拉德斯時距離其表面僅100多公里，用紅外線觀測溫度分布時發現一個奇怪現象：其最高溫度不在赤道，而在南極。更有趣的是：其表面有非常細的表形條紋，條紋旁有噴流，噴流里面除了水汽，更有大小約1微米的冰塊。這使得恩希拉德斯像個大彗星一樣，從地里不斷地跑出氣體與塵埃來。

至此得到一個結論：恩希拉德斯的表面下可能有融水。最合理的解釋是：因為有融水所以有高壓，高壓造成的噴流，甚至連旁邊冰的塵沙也一起帶出來。這就表示，距離表面不遠處，可能數十米下面便有融水。

過去的看法認為，歐羅巴的冰層底下有融水，因而幻想里面可能有生物，可是冰層到底多厚很難查證。觀測恩希拉德斯以后，推測它的融水處可能只在表面下幾十米，于是情況變得不一樣了，大家對它下面是否有生物的研究興趣相當高。不過仍有一些問題，因為，它是土星的衛星，比木星更遠，大概要再等20年才可能有飛船去那里尋找生物。

沒有光合作用也能活

尋找外星生命是天文研究領域中相當熱門的活動，然而，地球上許多與生命有關的知識，我們也是最近才知道的。譬如，原本以為一切生物都靠光合作用取得養分，如果照不到陽光，生命就無法延續。但是，海底下數公里的火山口噴出來的水溫高達數百度，科學家已在，火山口的地氣出口處發現有趣的生物圈。這些生物圈只在海底，地面上找不到，里面的生物靠化學作用取得養分。

另外，在臺灣中部車籠埔地震斷層2公里下取出的樣本中，竟然也有微生物；有些地方鉆到6公里下面，仍然找得到微生物。更令人訝異的是，以平均1公斤石頭含若干重量的微生物計算，全地球地下5公里以內的微生物總重量，會比地表上所有生物的總重量還重。

把地底下的微生物探樣做DNA分析后發現：它們在高溫中才能生存，放到低溫中會死亡。因而出現一個想法：或許這些地底下的微生物是地球生命出現的第一代生物。也就是說，地球剛形成時表面溫度很熱，只有這些微生物存活，待地面冷卻、海洋出現，溫度慢慢降低，它們才退到地底下。

循著這一說法，科學家進一步聯想，有可能歐羅巴的地底下、海底下也正發生著類似事件。這些想法令地質生命科學家充滿興趣，而這也是當初美國一些太空科學家想到歐羅巴尋找生命的原因——他們想在冰層很多的地方鉆洞，然后放下潛水艇去尋找生命。可是，這個昂貴計劃可能遇到阻礙，因為美國太空總署想把這筆經費挪到在火星上尋找生命和推動太空殖民的計劃!

火星生命應該在地底下

火星是從太陽開始往外算的第四顆行星；1996年，美國太空總署科學家發現一塊火星隕石表面上有一些微細形狀，他們推測，可能是火星微生物遺留下來的化石。

過去幾年來，許多科學家都在爭論這個說法是否正確，姑且不論真相如何，眾多科學家、生物學家、大氣地質學家對火星發生興趣，就是這塊隕石引起的。火星表面極端干燥，常被大量的沙塵暴肆虐，沒有生命跡象。但是很多地方有大峽谷，似乎表示過去有一段時間曾被大量融水沖蝕過。

目前觀測到的說法是：火星的大氣很少，壓力是地球的1％，無法阻擋會破壞DNA的宇宙射線和紫外線，如果有生命存在，應該在地底下。此外，又觀測到火星大氣層的主要成分是二氧化碳，冬天時，北極區有由二氧化碳形成的許多大小冰帽，春天會消失，到了秋冬又再凝結。如果有融冰。可能藏在南北極地底。

綜合這些信息，科學家推測出另一個想法：未來航天員在火星上建立基地后，必須維持生命，因此要找水；若要找水，必須走到極區附近鉆洞找水，這時可以附帶尋找隱藏在地表下的生命(微生物)。

天文生物學未來無可限量

卡西尼宇宙飛船的種種發現，使得科學家相信到外星球尋找生命的起源與演化不再是幻想，同時更促成“天文生物學”的興起。

這是行星科學研究領域中一個新的重要學科，它結合了天文太空發展及生命科學的知識，除了探討地球外，還要探討別的星球是否也有生命發展的可能性。這個研究領域的未來發展無可限量，有興趣投入者，除了天文知識外，還需具備物理、化學、生物、地球科學等基礎知識。