太陽風裡的隱藏版殺手 來自太陽的帶電粒子稱為「太陽風(solar wind)」,會持續衝擊行星和衛星。除了極光之外,地球幾乎沒受到太陽風持續衝擊下的影響,這是因為地球有濃厚的大氣層和磁場保護我們遠離太陽風粒子的危害。但在月球和水星這些幾乎沒有大氣層,磁場也非常微弱的天體上,結局就截然不同了:其最上層的岩石在太陽風粒子的轟擊下正逐漸風化侵蝕中。奧地利維也納科技大學(Technische Universität Wien,TU)的科學家Paul Szabo等人研究結果顯示太陽風衝擊的效果在某些時候特別嚴重。而這個結果對歐洲太空局(ESA)的第一個水星任務BepiColombo很重要。

太陽風裡的隱藏版殺手

太陽風主要由氫離子(質子)和氦離子等帶電粒子所組成,但會對行星和衛星產生重要影響的卻是氫與氦還以外一直到鐵的這些重元素。這些粒子以每秒400~800公里的高速撞擊月球或水星表面的岩石,這樣的猛烈撞擊會致使更多的原子被拋射出去,上升到高空中後在落回表面,在月球或水星周圍製造出一個非常稀薄的「外氣層(exosphere)」。

太空研究學者對外氣層非常感興趣,因為它的組成成分能讓研究學者推測出岩石表面的化學組成,而且研究外氣層比發射太空船到月球或水星表面去直接分析岩石成分還容易得多。ESA預定將在2018年10月發射BepiColombo前往水星,期望能透過它,從水星外氣層的組成成分來獲得水星地質和化學等性質的訊息,但這一切的前提是必須先對太陽風作用在岩石上的影響有正確而深入的瞭解。

因此,Szabo等人研究離子撞擊到鈣矽石(wollastonite)時所產生的影響;鈣矽石是月球上很典型的月岩種類。高速帶電粒子撞擊的動能主要作用在讓岩石表面霧化(atomization)的過程。但這僅是「事實」的一半,Szabo等人發現多價帶電粒子扮演了一個決定性的關鍵角色,使帶電粒子對岩石表面的破壞力比原本認為的還嚴重許多。

當太陽風粒子所攜帶的電荷超過一價時,也就是說它們失去的電子不只一顆時,所攜帶的能量非常龐大,在撞擊瞬間的閃光中會釋放這些能量。如果沒有將這些狀況計入的話,那麼用這些不正確的外氣層組成資料建構的模型當然也就不正確了。

質子是太陽風中含量最豐富的粒子,所以一般會想當然爾地,岩石受到最大的影響就是來自這些質子。但其實氦離子才是破壞王,因為和質子不一樣,氦離子帶有的電荷數能是質子的2倍,其他重元素離子的電荷數可以更多,所以就更不能忽略它們的存在了。所以,太陽風裡大BOSS級殺手,其實就是這些多價帶電粒子。

結合數個研究團隊的努力才獲得以上的成果。而這些研究成果也將應用在未來ESA的太空任務中,以確認太陽風粒子可能對太空船的損傷程度。

資料來源:https://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/125997/, 2018.06.12, KLC

本文授權轉載自網路天文館

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