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為何太陽系水星是顆「硬橘子」,而不是「軟桃子」?

我們太陽系最內側的行星———水星,

其內部結構類似橘子,龐大的鐵核如同橘子果肉般佔據了絕大部分體積,而地函和地殼僅如橘子皮般薄薄的一層。這個現象讓天文學家疑惑了數十年,因為根據傳統的行星形成理論,水星不太可能會產生比例這麼大的核心。相較之下,地球和其他類地行星的內部結構如桃子一般,因而讓平均密度低了一些。

天文學家推測,水星之所以會是橘子狀結構,可能是因為曾遭受巨大撞擊而使得硅酸鹽地函被剝離,也或許是因為它的外層一直遭受太陽強烈炙烤而蒸發消失。但過去幾年「信使」號的探測結果發現,水星地殼含有像鉀這樣的揮發性元素,如果它曾被劇烈撞擊或因太陽炙烤而蒸發,那麼根據行星形成理論來說,不太可能存在這些揮發性元素。

其實不只水星,天文學家近來觀測系外行星的結果顯示,水星這種橘子結構並非獨一無二,還有兩顆已知密度的小型系外行星———開普勒-10b

和柯羅特-7b,其密度都比預期大很多,顯示它們應該和水星一樣有個超大金屬核心,而且也和水星一樣很靠近它們的母恆星。現在,有個新理論可以一次滿足所有條件,解釋這些異狀。兇手,就是陽光或星光帶來的熱。

當氣體分子碰撞到一顆高溫塵粒時,會將塵粒的熱帶走一部分,並以比碰撞前還快的速度離開。德國杜伊斯堡艾森大學的傑拉德·伍恩等人,正在計算這個所謂的「光致漂移力」會如何影響圍繞恆星運動的塵粒。

伍恩等人計算髮現,由於金屬塵粒能傳導熱能,使得整個塵粒的溫度保持一致,在受到來自各個方向的推擠之後,並不會被推到遠離恆星的地方。但是那些密度小一些的硅酸鹽塵粒因其隔熱,面對太陽或恆星的那一面會被加熱而另一面的溫度卻沒有提升,使得受到氣體分子的推擠時,熱的那一面會被推得比冷的那一面多,長期下來將使原始太陽系中的塵粒被分類,金屬塵粒留在靠近恆星的地方,密度較小的塵粒則被推到較遠處。從這些塵粒中誕生的行星的組成成分和結構因而有所差異。

光致漂移並不是多新的觀點。在約1世紀以前,利用真空室進行研究的物理學家,就在不停擔心光致漂移可能產生的影響,因為當時抽真空的效果不佳,而光致漂移力又只會出現在僅殘存非常少氣體的不完美真空狀態下。

華盛頓卡內基研究所的拉里指出,他很欣賞用光致漂移來解釋水星謎題的這個觀點,但伍恩等人的理論並不具決定性,沒辦法完全剔除地函剝離的解釋方式。拉里建議將太陽系形成過程帶入光致漂移效應,

伍恩等人則計劃來場天然模擬。他希望能在柏林一座110米高的高樓頂端扔下一個內含金屬和灰塵的密封容器,以模擬太空無重力狀態;然後用紅外激光掃射這個容器,最後檢視容器中的塵埃和金屬是否如預期般分離。如果為真,那麼到時就能大聲說:橘子對桃子,1比0!

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