NASA「普賽克」任務啟航,探問行星起源的億萬年孤寂

一趟前往金屬世界的漫長航程,遙望地球最深邃的未知

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撰稿人:Lia / 責任編輯:Zaphyra

2023年10月13日,美國國家航空暨太空總署(NASA)的「普賽克」(Psyche)探測器,於佛羅里達州甘迺迪太空中心,搭乘SpaceX的獵鷹重型火箭順利升空,正式開啟一場史無前例的太陽系考古之旅。此行目標是遙遠的同名小行星「普賽克16」,一顆位在火星與木星之間主小行星帶的奇特天體。科學界普遍推測,這顆小行星並非尋常的岩石或冰塊聚合體,而極可能是一顆在太陽系蠻荒初期、未能完全成形的「原行星」所遺留下的裸露金屬核心。這趟耗資超過十億美元的任務,不僅是人類首次派遣探測器造訪一個以金屬為主要成分的世界,其更深遠的政策意涵與科學價值,在於它提供了一扇獨一無二的窗口,讓我們得以繞過數千公里的地函與地殼,間接凝視自身星球的核心,探尋關於地球及所有岩質行星起源最根本的謎題。普賽克任務的數據,預計將為行星科學帶來典範轉移的深刻見解。

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Lia. Independent Media 台北報導

時光是一條沉靜的長河,沖刷著星系的誕生與幻滅。在人類抬頭仰望的穹蒼中,有超過一百萬顆已知的小行星正循著各自的軌道,緘默地運行,它們是太陽系形成初期遺留下的碎片,是宇宙級的時空膠囊。然而,在這百萬分之一的機率中,一顆名為「普賽克16」(16 Psyche)的天體,卻以其獨特的本質,吸引了地球上最頂尖科學家們的目光。

2023年10月13日,佛羅里達州的海岸線被獵鷹重型火箭的熾熱尾焰劃破,承載著人類對自身起源的好奇,NASA的普賽克號探測器就此踏上了一段長達數年、預計將航行數十億公里的漫漫征途。這並非又一次對岩石或冰封世界的常規探險,而是人類文明史上,首次有意識地派遣使者,去觸碰一顆幾乎完全由金屬構成的星球。普賽克號的任務目標,正是那顆以希臘神話中靈魂女神為名的神秘小行星。

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一顆行星胎死腹中的殘骸?

時間回溯至約45億年前,在太陽系混沌初開的年代,無數由金屬、岩石和冰塊構成的微小星體(planetesimals)在引力的牽引下,上演著一場又一場狂暴的碰撞與融合。其中一些幸運兒,經過億萬年的積累,最終吸積成為我們今日所知的地球、火星等岩質行星。在這個過程中,較重的元素如鐵和鎳,會逐漸沉降至中心,形成高溫高壓的金屬核心,而較輕的矽酸鹽等物質則會上浮,構成地函與地殼。

科學界迄今最被廣為接受的理論認為,「普賽克16」正是一顆當年不幸的「原行星」所留下的遺骸。這顆年輕的星球或許在形成核心之後,還來不及穿上完整的岩石外衣,就在一場或數場毀滅性的撞擊中,被剝去了外層的地函與地殼,只剩下赤裸的金屬心臟,孤獨地漂浮在小行星帶中。普賽克任務的首席研究員,來自亞利桑那州立大學的琳蒂·埃爾金斯-坦頓(Lindy Elkins-Tanton)如此形容:「普賽克是構成地球的眾多積木中,失落的一塊微觀縮影。」

然而,在探測器於2029年真正抵達並展開繞行觀測前,這一切都還停留在理論推測的階段。近期透過地面觀測的數據分析,NASA的科學家也提出了另一種可能性:普賽克或許並非純金屬,而是由30%至60%的金屬與岩石混合而成。不論其真實起源為何,正如任務團隊所強調的,這樣一個前所未見的世界所能提供的價值,是無可估量的。

斥資十億美金,只為探究一顆金屬球?

這項耗資巨大的星際任務,其背後的戰略考量遠不僅僅是滿足科學上的好奇心。地球的核心,位於地表下超過2900公里深處,極端的高溫高壓環境,使得人類當前的科技連鑽探十分之一的深度都遙不可及。我們對自己腳下這顆星球最深處的理解,大多來自於地震波的間接探測與電腦模型的模擬。我們無法回到太陽系形成的黎明時刻,也無法潛入行星的心臟地帶。

在這樣的困境下,「普賽克」的存在便提供了一個完美的替代研究方案(proxy)。它就像一個天然的實驗室,將一顆行星最內部的秘密,幾乎是完整地呈現在我們眼前。透過研究這顆小行星,科學家們希望能解答一系列根本性的問題:行星的核心是如何形成的?它們的成分與地球核心的預測是否一致?在行星分異的過程中,化學環境扮演了何種角色?這些問題的答案,將直接關係到我們對地球乃至整個太陽系演化史的認知深度。從更宏觀的政策角度來看,這項任務是美國在深空探測領域維持其領導地位的關鍵佈局。在所謂的「小行星黃金時代」,對這類特殊天體的探索,不僅是基礎科學的競逐,更隱含著對未來太空資源利用的長遠考量。

承載希望的科學儀器

為了解開普賽克的身世之謎,由馬薩爾科技(Maxar Technologies)與NASA噴射推進實驗室(JPL)共同打造的普賽克號探測器,搭載了一系列精密的科學儀器。這些儀器將協同運作,對小行星進行一次全面的「體檢」。

磁力計(Magnetometer): 其首要任務是探測普賽克是否存在殘餘的磁場。如果一顆天體曾經擁有過熔融的金屬核心,並像地球一樣發生過對流,那麼它在冷卻凝固後,應會將當時的磁場「凍結」在岩層中。磁場的存在,將是證明其為「原行星核心」的強有力證據。

伽瑪射線與中子光譜儀(Gamma-Ray and Neutron Spectrometer): 這套儀器將透過分析小行星表面因宇宙射線撞擊而釋放出的伽瑪射線與中子,來精確測定其表面的化學元素構成與豐度,例如鐵、鎳、矽、鉀等的比例。

多光譜成像儀(Multispectral Imager): 它將拍攝高解析度的圖像,繪製出小行星完整的地形圖,並利用不同的濾光片來區分其表面的金屬與矽酸鹽礦物成分,揭示其地質歷史與遭受撞擊的過往。

重力科學實驗(Gravity Science): 科學團隊將利用探測器與地球之間進行通訊的X波段無線電信號,極其精確地測量小行星的重力場。透過分析探測器軌道受到的微小擾動,科學家可以反推出普賽克的質量、密度、以及內部結構的分佈情況。

此外,普賽克號還搭載了一項名為「深空光學通訊」(DSOC)的技術展示項目,旨在測試以雷射光束取代傳統無線電波進行超長距離數據傳輸的可行性。若測試成功,這將為未來需要傳輸大量高畫質影像與科學數據的深空任務(如登陸火星)鋪平道路,其戰略意義不言而喻。

一個時代的縮影

在很長一段時間裡,小行星與彗星這類小型天體在太空探索的偉大航程中,往往只是配角,遠不如登陸月球或探索火星那樣吸引公眾目光。然而,近年來NASA的戰略方向有了顯著的轉變。從成功帶回「貝努」(Bennu)小行星樣本的OSIRIS-REx任務,到如今專注於一顆金屬世界的普賽克任務,NASA正將其資源與精力,投注於探索這些太陽系最古老的「化石」。

Lia 認為,這一轉變反映了太空探索政策的成熟與深化。它標誌著人類的探索已從單純的「抵達」,進化到更具思辨性的「溯源」。普賽克任務的價值,不在於它是否能帶回實體樣本,而在於它所探測對象的獨一無二性,以及它所能揭示的關於行星形成這一段宇宙史詩的潛力。

當普賽克號探測器在2029年緩緩泊入小行星的軌道,它將不僅僅是傳回數據與圖像。它將傳回的,是關於我們從何而來的線索,是對那段發生在45億年前、塑造了我們家園的創世過程的一次遙遠回眸。在那片冰冷孤寂的太空中,一顆行星破碎的心,正靜靜等待著來自其後代子孫的問候。

資料來源

NASA Science: Psyche
https://science.nasa.gov/mission/psyche/

NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL): Psyche Press Kit
https://www.jpl.nasa.gov/press-kits/psyche/

Arizona State University: Psyche Mission
https://psyche.asu.edu/

Space.com: The Psyche mission: A visit to a metal asteroid
https://www.space.com/psyche-mission-metal-asteroid

The Independent: Nasa launches Psyche mission to study an ancient metal asteroid
https://www.independent.co.uk/space/nasa-psyche-launch-asteroid-today-b2429373.html

National Space Centre: Psyche Mission
https://www.spacecentre.co.uk/news/space-now-blog/psyche-mission/

Brown University: Psyche, the iron giant of asteroids, may be less iron than researchers thought
https://www.brown.edu/news/2022-02-14/psyche