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水鐵礦分解成塵埃 火星紅色之謎有新解

編譯/潘楠慕

火星為什麼是紅色的?過去的看法認為,是因為在乾燥環境下形成的氧化鐵礦物「赤鐵礦」的化學作用,不過,最新發表的一份研究推翻這種論點,認為是存於有水環境的水鐵礦。這份研究可能改變長期以來有關火星「紅色」之謎的主流論點,並為這個「紅色星球」可能的適居性提供新線索。

過去數十年來,科學家根據位於火星軌道的太空船,和火星地表探測車所收集的觀測資料,普遍認為火星的紅色,源自氧化鐵礦物塵埃。這些氧化鐵是存於火星岩石中的鐵,與水、氧反應後形成,如同地球上的鐵生鏽;經過數十億年,氧化鐵分解成塵埃,被火星上的風帶到各處,然後落下。

然而,由於探測器並未探測到火星上任何有水存在的證據,因此科學家認為,這種氧化鐵是赤鐵礦,而且可能是在火星歷史的較後期,而非在疑似曾有湖泊和河流的早期形成。

火星地表的紅色調是其招牌特色。圖/美聯社

不過,紐約布朗大學地球、環境與行星學系博士後研究員瓦蘭提納斯(Adomas Valantinas)等研究人員2月在《自然通訊》(Nature Communications)期刊發表的研究卻認為,火星紅色外表,可能是含水氧化鐵「水鐵礦」,而非赤鐵礦造成的。儘管過去也有研究暗示,水鐵礦是一個可能原因,不過,布朗大學這份研究是首次結合觀測數據和實驗室分析,提出證據。

研究人員根據歐洲太空總署(ESA)、美國國家航空暨太空總署(NASA)的多具探測衛星和火星探測車探測數據,所揭露出的火星塵埃粒子大小和可能成分,在實驗室中複製出火星塵埃,再以類似探測衛星上使用的分析技術,分析複製版塵埃,之後與探測器數據比較。

瓦蘭提納斯指出,「我們發現,將水鐵礦與玄武岩混合,最能符合太空船觀測所見的礦物特徵」。水鐵礦只能在水還存在於表面時形成,塵埃又覆蓋幾乎整個火星地表,這意味著,火星氧化時間比之前所認為的更早,而且在火星早期環境中,液態水或許比目前推測的更廣泛存在,「這是生命存在的必要前提」。

研究人員認為,水鐵礦有可能在大約30億年前形成,這時期火星火山活動密集,可能引發冰層融化,以及水與岩石的交互作用,為水鐵礦的形成提供有利條件。

這項發現提供有關火星地理和氣候歷史的新線索。ESA和NASA的「火星樣本返回計畫」(Mars Sample Return)」,預定2030年代初期,將火星岩石和塵埃樣本送回地球,屆時將可進一步驗證這份研究的結論。瓦蘭提納斯說:「火星依然是紅色星球,只是我們對其紅色成因的了解,已經徹底改變。」

2超大質量黑洞 纏繞共舞合併

距離地球8億光年的星系深處,一對超大質量黑洞相距僅300光年,彼此互繞,這是天文學家迄今透過可見光和X射線,捕捉到彼此距離最近的黑洞,有如正在共舞的雙人組。

這項研究使用美國國家航空暨太空總署(NASA)的哈伯、錢德拉X射線望遠鏡,觀測到這對黑洞,位於兩個正在碰撞的星系MCG-03-34-64中心。儘管黑洞本身無法被看見,但是這兩個黑洞正加速將周圍氣體和塵埃吞噬並加熱到高溫,因此成為閃耀明亮的活躍星系核。

美國哈佛-史密森尼天體物理中心博士後研究員法爾考(Anna Trindade Falcão)說,「我們完全沒預期到,會看到這樣的景象」,這透露出這個星系內部有事情正在發生。

這項發現確實也純屬偶然。研究團隊原本利用哈伯望遠鏡高解析度成像,觀察MCG-03-34-64星系,發現其中心有3個光學繞射高峰,代表在一個非常小區域內有大量發光氣體;之後使用錢德拉望遠鏡觀察,確認其中兩個強大高能輻射源。位於美國新墨西哥州的甚大天線陣列(VLA)收集的無線電波數據也證實,這對黑洞正釋放強大無線電波。

法爾考指出,「許多可能性因此排除了,只剩下一個結論:唯一的可能是緊密相鄰的黑洞」。至於第3個亮光來源仍不明,可能是來自黑洞噴發的高速離子噴流,撞擊氣體所產生的現象,就像水管噴出的水流,衝擊沙堆一樣。

這兩個黑洞曾各自為一個星系的中心,但是隨著這兩星系正逐漸合併,它們也漸漸被拉在一起。天文學家預測,這對黑洞將繼續邊旋轉邊彼此靠近,最終在大約1億年後合而為一,屆時將產生重力波,也就是時空漣漪。

超大質量黑洞是透過吞噬較小黑洞而形成。圖/法新社

發現愛因斯坦環 證明時空扭曲

歐洲太空總署(ESA)的歐幾里得太空望遠鏡,近日發表一幅令人驚豔的影像:一個完整的「愛因斯坦環」(Einstein Ring),清楚證明了物理學家愛因斯坦「廣義相對論」中,預測的時空扭曲效應。

根據這份2月初發表的觀測成果,這個愛因斯坦環出現在距離地球約5.9億光年的NGC 6505星系,其四周環繞的完美光環,其光芒其實來自位於後方另一個更遙遠星系,因被前方星系的重力場扭曲,出現典型的重力透鏡效應。

英國空中大學(Open University)天文學教授瑟金特(Stephen Serjeant)表示,「這是一次美麗、令人驚奇且振奮的發現,而且我們相當幸運,能夠在第一批數據中就找到它」。他指出,一個如此完美的愛因斯坦環極為罕見,透過這個距離地球非常近的前景星系造成的時空扭曲,得以窺見背景星系的樣貌。

廣義相對論認為,光線在宇宙中會受到大質量物體的重力場影響而彎曲,造成時空扭曲,而星系能夠充當巨大的透鏡,形成「重力透鏡效應」,讓天文學家觀測到本來被遮蔽的遠方天體,同時也能用來測量中間星系的質量,甚至可探測可能隱藏其中的「暗物質」。

天文學家根據這次的觀測估算,NGC 6505星系總質量中,約百分之11是暗物質。以據信暗物質占據宇宙大部分質量的看法來說,這個比率相對較低。

目前主流看法認為,宇宙95%是由暗物質與暗能量構成,但是難以直接探測。歐幾里得任務是要觀測距離地球100億光年以外的星系,繪測歷來最龐大的宇宙3維度地圖,藉此推測暗物質的大尺度分布情況,並揭開暗能量對宇宙膨脹的影響。

超完美愛因斯坦環特寫。圖/美聯社

19 03 2025

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