光致漂移让水星是颗硬橘子　而不是软桃子

国际中心／综合报导

太阳系最内侧的行星「水星」内部结构类似橘子，庞大的铁核如同橘子果肉部分占了橘子的绝大部分体积，而地函和地壳仅如橘子皮般薄薄一层。这个现象让天文学家疑惑了数十年，根据传统行星形成理论，水星不太可能会产生比例这么大的核心。相较之下，地球和其他类地行星的内部结构，如一颗桃子般，让平均密度因而低了一些。

天文学家推测水星之所以会是橘子状结构，可能是因为曾遭受巨大撞击而使得矽酸盐地函被剥离，也或许是因为它的外层因遭受太阳强烈炙烤而被蒸发消失。但过去几年的信使号太空船（Messenger）探测结果发现水星地壳含有像钾这样的挥发性元素；如果它曾被剧烈撞击或被太阳炙烤而蒸发，那么根据行星形成理论来说，不太可能存有这些挥发性元素。

◄水星是颗硬橘子，不是软桃子。(图／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)

其实不只水星，天文学家近来观测系外行星的结果显示水星这种橘子结构并非独一无二，另有两颗已知密度的小型系外行星—Kepler-10b和Corot-7b，其密度都比预期的还大很多，显示它们应该和水星一样属于有个超大金属核心的橘子状结构，而且也和水星一样很靠近它们的母恒星。现在，有个新理论可以一次满足所有条件，解释这些怪咖的异状。凶手，就是阳光或星光带来的热。

当气体分子碰撞到一颗高温尘粒时，会将尘粒的热带走一部份，并以比碰撞前还快的速度离开。这个过程让尘粒被推动了一下。德国杜伊斯堡艾深大学（University of Duisburg-Essen）Gerard Wurm等人计算这个所谓的「光致漂移力（photophoretic force，或称光泳力）」会如何影响旋绕恒星运动的尘粒。

►水星上出现米老鼠？(图／取自NASA)

Wurm等人根据计算结果发现：金属尘粒由于会传导热能，让整个尘粒的温度保持一致，受到来自各个方向的推挤之后，并不会被推到远离恒星的地方。但是那些密度小一些的矽酸盐尘粒因会隔热，面对太阳或恒星的那面会被加热而另一面的温度却没提升，使得受到气体分子推挤时，热的那一面会被推得比冷的那一面多，长期下来将使得原始太阳系中的尘粒被分类，金属尘粒留在靠近恒星或太阳的地方，密度较小的尘粒则被推到较远之处。

从这些尘粒中诞生的行星的组成成分和结构因而有所差异。如此一来，便可解释为何像水星、Kepler-10b和Corot-7b的内行星密度会如此之大，离中央恒星愈远的行星，金属比例就会愈少。

光致漂移（photophoresis）并不是多新的点子。在约一世纪以前，利用真空室（vacuum chamber）进行研究的物理学家就不停地担心光致漂移可能产生的影响，因为当时抽真空的帮浦效力不佳，而光致漂移力又只会出现在仅残存非常少气体的不完美真空状态下。后来帮浦设计渐趋改善，物理学家终于能将光致漂移力这回事通通抛开，不必再考虑要将之计算到实验结果中。光致漂移这个概念消失了约100年之久。

►水星表面发现奇怪的洼地构造。(图／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)

华盛顿卡内基研究所Larry Nittler指出：他很欣赏用光致漂移来解释水星谜题的这个点子，但Wurm等人的理论并不具决定性，没办法完全剔除地函剥离的解释方式。Nittler建议Wurm等人还得再接再厉，将太阳系形成过程带入光致漂移效应，并将模拟所预测的组成成分，和信使号实际测量结果加以比较。

Wurm等人则计划来场天然的模拟，不是透过电脑，而是在真实世界进行。他希望能在德国柏林一座110公尺高的高楼顶端扔下一个内含金属和灰尘的密封容器，以模拟太空无重力状态；然后用红外雷射扫射这个向下掉落的容器，最后再检视容器中的尘埃和金属是否有如预期般的分离。如果为真，那么到时就能大声说：喔～耶！橘子对桃子，1比0！(文／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)