事實還是虛構?星球大戰的科學

掌橋科研 發佈 2019-12-19T14:31:12+00:00

(圖片來源:歐洲南方天文台(ESO)/ Wikimedia Commons)系外行星Corot-7b非常接近其類似太陽的主恆星,因此必須經歷極端條件。「白天」的大概溫度在2000度以上,但在夜間的負200度。理論模型表明,該行星表面可能有熔岩或沸騰的海洋。難道星球大戰真的會發生?

系外行星Corot-7b非常接近其類似太陽的主恆星,因此必須經歷極端條件。「白天」的大概溫度在2000度以上,但在夜間的負200度。理論模型表明,該行星表面可能有熔岩或沸騰的海洋。


難道星球大戰真的會發生?有關行星形成,過程和可居住性的專家討論了傳奇背後的科學。

太空發現幾乎每周都會在新聞中報導-但它們可能不會像《星球大戰》的傳說那樣給人留下深刻的印象。12月20日是Skywalker傳奇的最後一部分的發行,即Skywalker 的崛起。這部電影引起了人們對那個遙遠星系居民命運的質疑。除了情節,我們還可以問很多有關科學的問題:這些行星是如何形成的?它們可以存在於我們的宇宙中嗎?有可能嗎?

在史丹福大學地球,能源與環境科學學院,研究人員使用地質和地球物理技術研究地球並探索其他行星體:

地球物理學助理教授達斯汀·施洛德(Dustin Schroeder)致力於利用穿透冰的雷達觀測和了解太陽系中冰與水的相互作用。

地質科學助理教授Laura Schaefer研究行星大氣及其形成。

地質科學助理教授MathieuLapôtre致力於形成行星表面的沉積和地貌過程背後的物理學。

地球物理學助理教授Sonia Tikoo-Schantz使用古磁學和基本岩石磁學作為研究行星科學問題的工具。

在這裡,四位專家回答有關《星球大戰》合理性的問題:

Q

在火山星球Mustafar上,阿納金與絕地大師奧比·旺·克諾比決鬥,最終幾乎淹沒在熔岩中,必須變成機器人才能生存。什麼樣的力會導致行星像這樣形成?我們要生存需要什麼?

A

蒂科·尚茨(Tikoo-Schantz):潮汐加熱可能會產生這樣的火山星球。一個可比的世界將是木星的衛星Io,它在木星和其他木星衛星的引力作用下向內彎曲。由此產生的壓力釋放了大量的熱量。但是,在這樣的火山世界中,大氣中的氣體會產生有害影響,地表溫度可能太熱而無法生存,更不用說戰鬥了。

舍費爾:我們還發現了一些系外行星,它們的恆星繞得如此緊密,以至於它們擁有永久的日間岩漿海洋。但正如索尼亞(Sonia)所說,溫度如此之高,以至於在您進行絕地對決之前,您會被燒成酥脆的。

Q

冰冷的星球霍斯(Hoth)擁有一個臨時的叛軍基地,在這裡英雄們必須擊敗帝國步行者才能逃脫。您將如何探索冰雪覆蓋的球體?哪些地下過程形成了岩石與冰冷的星球?

A

Schroeder:穿透冰的雷達將是探索霍斯的理想地球物理技術。這將使反叛聯盟的科學家和工程師能夠確定Hothian冰雪的厚度和性質。這對於創建可避免或利用裂縫的防禦工事和冰原之類的冰冷基礎設施以及調查地球本身的氣候和歷史將非常有用。

就平台而言,如果您有足夠的功率(對於具有接近光速功率的太空飛行器來說可能不是問題),則可以從太空進行全局調查,除非霍斯上的積雪過程會為雷達造成問題性的雜波反射。叛軍飛船的行進速度太快,無法成為穿透冰的雷達的理想機載平台,因此您可能會進入軌道進行大規模勘測,然後將拉長拉雪橇的軌道用於本地的精細研究。

Lapôtre:由於冰雪世界的形成與溫度較低的寄主恆星相距甚遠,因此冰的行為本質上類似於岩石。在深處,粘性冰可能像地球的地幔一樣對流,導致某種構造,甚至形成「岩漿」的儲層,當岩漿找到到達地面的方式時,這些儲層就會形成火山。在沒有巨大大氣層的行星表面,冰真的很冷,其行為就像地球上的花崗岩。例如,在土衛六上,甲烷河和乙烷河侵蝕了水冰岩石的外殼。

與我們太陽系的冰冷世界相反,霍斯從技術上講不是冰冷的星球,而是一個被雪和冰覆蓋的岩石星球。從這個意義上講,它更類似於雪球地球,那時我們自己的星球被完全凍結了。這在地球歷史上曾發生過幾次,這是一個失控的過程,不斷增加的積雪導致越來越多的陽光反射回太空,從而進一步冷卻。人們認為最後一場雪球地球事件發生在海洋生物爆炸性多樣化之前。

Q

在逃離霍斯之後,漢索羅(Han Solo)試圖在環繞行星的小行星場上航行,最終降落在一塊岩石上,他們發現這塊岩石是一個巨大的太空團的所在地。這是小行星場真正的樣子嗎?當他們撞到霍斯的表面時會發生什麼?小行星可以維持生命嗎?

A

Tikoo-Schantz:這個場景是完全不現實的。小行星彼此之間的距離還不夠遙遠,以至於像「千年獵鷹」這樣的太空飛行器都不得不躲避它們。我們的小行星帶中兩個小行星之間的平均距離為600,000英里!如果您隨機飛過小行星帶,幾乎可以肯定不會撞到任何東西。

我查閱了這個小行星場的「佳能」描述,並說它是由兩個岩石行星碰撞形成的。實際上,這些類型的行星碰撞主要發生在太陽系壽命開始之初,所產生的碎片要麼聚在一起就構成了一個新的行星,要麼會受到重力的干擾而噴向太陽系的其他部分。

我們的小行星帶由許多行星狀小行星組成,這些行星狀小行星在萬有引力作用下「固定」在了當前位置上-主要是由於像木星這樣的巨型行星的引力所致-且與單個行星體的破裂無關。但是,如果「星球大戰」小行星場是真實的,撞擊霍斯的物體會在撞擊時蒸發。如果這些影響足夠大或足夠頻繁地發生,它們可能會對居住在霍斯的生命形式構成嚴重威脅。

舍費爾:小行星將是不可能找到生命的地方,尤其是巨大的太空彈。我們自己的小行星帶(穀神星,現在被歸類為矮行星)中最大的物體只有地球的7%,大約是德克薩斯的大小。它的重力太低,無法保持在大氣中,這對於使液態水在表面保持穩定至關重要。

微小的細菌可能會在穀神星的地下鹽水中生存(如果它們以某種方式控制了到達那裡的太空旅程),但是它們不可能so壯成長為大型生物,因為環境是如此的荒涼和能量有限。

地球上的微觀節肢動物(也稱為水生動物)可能是唯一能夠在這種條件下生存的多細胞動物(同樣,如果它們以某種方式到達那裡),但是它們將處於休眠的休眠狀態,並且也不太可能進化為休眠狀態。巨大的太空

Q

星球大戰(Star Wars)中的英雄們執行了許多向其他星球的單獨任務,並進行了大規模努力,將整個叛軍艦隊轉移到新的行動基地。從地球進入太空任務有什麼?您如何參與其中?

A

施洛德:我們從地球組織的太空任務包括數百人。他們扮演著從科學和工程到管理和領導的廣泛角色。行星任務需要數年至數十年的時間才能發展和運行。作為NASA即將到來的歐羅巴飛剪機任務的REASON儀器(歐羅巴評估和測深雷達:從海洋到近地表)的科學團隊成員,我有機會為該儀器的要求,設計和科學規劃提供了幫助。任務到達歐羅巴後,我們將使用雷達數據調查月球冰殼的地球物理過程和潛在的可居住性。

Lapôtre:我是好奇號流浪者的科學團隊成員,該流浪者目前正在研究火星上的古老湖泊環境。我與數百名其他科學家和工程師一起參加了日常運營,並有機會領導了漫遊者對現代沙丘領域的調查。每天,我們都會召開電話會議,討論發送回地球的最新數據,並在工程師實施我們的計劃並向火星發送指令之前決定下一步要去哪裡。團隊中有如此多的科學家,要使流動站去您想要的地方可能非常困難-您必須提出一個非常有說服力的理由,才能說服其他人您的想法比他們的想法更有價值!

Q

在原始《星球大戰》電影中最具標誌性的場景之一中,盧克·天行者(Luke Skywalker)走到他叔叔的防潮農場外,凝視著他家鄉塔圖因行星上的兩個太陽。是什麼讓一顆行星繞兩顆恆星運行?我們對宇宙中的二元系統了解多少?

A

舍弗:像太陽一樣的恆星中,大約有一半實際上是在雙星系統中。我們目前在97個二元系統中發現了143顆行星。在其中的22個系統中,行星都繞著兩個恆星運行,但在其餘系統中,行星僅繞著系統中的一顆恆星運行。在大多數這些雙星系統中,一顆恆星通常比另一顆恆星大得多,因此擁有兩顆大小大致相同的恆星有點不尋常。

這些系統中的大多數似乎也是共面的:行星和恆星都在同一平面上繞行,這表明它們是由同一原行星盤形成的。要製造兩顆恆星,該盤必須比單星系統的原行星盤大得多,但否則,行星形成過程的工作方式與其他系統一樣,只是行星可以太靠近二進位對的數據可能最終會從系統中彈出。距離雙星對足夠遠的行星具有穩定的軌道,並且可能是宜居的。

Q

自您開始研究行星科學以來,您目睹的最激動人心的發現是什麼?

A

Lapôtre:僅舉幾個我的最愛,我想說:(1)冥王星的多樣景觀,山巒,冰川,平原,甚至還有沙丘;(2)67P / Churyumov Gerasimenko彗星表面的漣漪活躍遷移;彗星沒有大氣層,因此,形成漣漪非常令人驚訝和激動,更不用說在短暫任務中檢測到它們的運動了。(3)發現地球上不存在的一種火星漣漪;(4)可能探測到火星極地帽下的冰河湖。

Tikoo-Schantz:讓我真正興奮的是,技術的新發展使我們能夠研究極小的外星物質樣品的物理和化學性質(即使是小於十分之一毫米的物質)並了解早期太陽系中正在進行的大規模過程。例如,我們可以從各個球狀體(微小的球體,是太陽系中的第一批固體材料)中檢索古磁記錄,並了解在行星形成之前繞原恆星旋轉的氣體和塵埃盤中存在的磁場。但是也許最讓我興奮的是我們在其他太陽系中的發現。

Schaefer:在其他恆星周圍發現的各種系外行星繼續令我驚訝。在我們自己的太陽系中,我們沒有最常見的行星類型(超地球和次海王星)的例子,這表明我們的家庭系統是不尋常的-不僅僅是為了容納生命。圍繞其他恆星的原行星盤也有驚人的新發現,顯示出我們認為像木星這樣的大行星正在形成的盤中的間隙:直到最近7-10年,ALMA望遠鏡才了解到這種細節水平並且確實開始改變我們對行星形成的思考方式。

Q

《星球大戰》如何影響您的想法,志向或職業選擇?

A

Tikoo-Schantz:我是畢生的科幻書呆子。小時候,所有的「星星」(星際大戰,星際迷航,星際之門)向我展示了這個充滿無數世界等待探索的宇宙的願景,並感覺到我們並不孤單在太空中的小藍點上。作為一名行星科學家,對我而言,一個偉大的動機是,也許有一天,我能夠對自己通過研究獲得的一些夢幻般的行星進行事實檢查,看看這些世界的各個方面是否可能存在。

施洛德:在學術界,就像在任何職業中一樣,您遇到的人,過程和文化都是出於「憤怒,恐懼或侵略 」(正如尤達所解釋的那樣,屬於力量的「陰暗面」)。《星球大戰》是一個很好的提醒,要盡我們最大的努力使這種事情脫離科學。欣賞而不是拆毀我們同事的工作,是因為內在的興趣而從事項目,而不是擔心別人會先這樣做,並拒絕保留真實的或被認為是學術上的未成年人的記錄的誘惑。《星球大戰》挑戰我們成為科學絕地,而不是科學西斯。

資料來源:史丹福大學


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