新發現南極冰層下有巨大河流

雷達掃描發現隱藏在南極冰層下的河流。©Dow et al., Nature Geoscience, 2022

科學家以可穿透冰層的機載雷達，加上水流模型，在南極冰原的冰層下發現了一條長約460公里的巨大河流，流入威德爾海（Weddell Sea）。這條冰下河流及其支流可能強烈影響上方冰河的流動和融化方式，而整個流域內的冰足以使全球海平面上升4.3米。

在北極與格陵蘭，地熱與摩擦融化冰川下的冰層，水經由冰川裂隙流到冰層下方（左）。而南極冰川下則有長達數百公里的河流（右）ⒸDow et al., Nature Geoscience 2022

像這樣深入冰原內陸數百公里的河流，使得冰原、海洋和淡水的關係變得密切而複雜。如果南極冰原融化速率繼續增加，而且夏季夠溫暖，將讓地表融化產生泥沙，並對冰下河流產生重大影響，可能會使南極冰原更具季節性變化，就像北極附近的格陵蘭一樣。而這些因素都可能導致反饋循環：深層水流的水量增加，水流速度增快，驅動上層的冰也移動得更快，在產生更多摩擦下又導致冰層融化更快。

幾十年前，當南極冰下湖泊第一次被發現時，科學家認為它們是各自獨立的，但現在瞭解原來它們藉由冰層下的河流網絡相互連接，構成巨大的系統。

Nature Geoscience

23噸重的火箭殘骸又將從天而降

Image©Kohei Hara/Getty Images

中國在10月31日成功發射了天宮太空站的第三個，也是最後一個艙組，科學實驗艙「夢天」，並於11月1日凌晨4時27分成功對接於天和核心艙，整個太空站組合體呈T字型，在近地軌道上飛行。但載送夢天艙升空，重達23噸的長征5B火箭將在週末落至地球某個角落，沒有人知道會掉在哪裡，也沒有人控制它。

長征火箭箭體約有10層樓長，在重返大氣層時大部分會燒燬，但不是全部。依過去的經驗來看，大約有20%~40%的質量會落至地面。

圖中黃色為箭體預測的進入窗口中間位置。©The Aerospace Corporation

根據估算，碎片可能落下的區域，覆蓋了大約88%人口居住地，但大部份都是海洋或無人居住的陸地，擊中人的機率微乎其微。不過全球主要太空國家還是對中國火箭以不受控方式重返大氣層的做法表示抗議，因為其安全性存在巨大風險。

這已是中國長征五號火箭殘餘體第四次對人類產生威脅。在2020年、2021年和2022年7月都有大塊的火箭殘骸落至地球。其中2020年5月的碎片落在象牙海岸的兩個村莊附近，2021年是落在馬爾地夫附近的印度洋上。今年7月初，火箭的部份助推器則墜落在婆羅洲的馬來西亞和印尼，菲律賓附近的海中也發現了幾塊可能的碎片。

Image©Guo Cheng/Xinhua via Getty Images

大多數火箭的標準程序是在將酬載送入軌道後，便會重新點燃引擎，將本身推送到遠離人口密集區的太平洋墜落，但長征五號火箭沒有設計火箭助推器來控制重返大氣層的路徑。

7月發表在《自然》期刊的一項研究預測，不斷發射與墜回的火箭垃圾，很可能在十年內就會造成死亡事件。其實平均每週都有一個重量超過一噸的人造物體重返大氣層，其中長征5B火箭正是其中最大的物體之一。

Business Insider

未來的世界，彩虹將更常見

 Image©Yulia Gadalina/Unsplash

科學家預測極端氣候將改變未來世界的面貌，其中大多是災難性的，但有一項聽起來還不錯，那就是到了2100年時，彩虹出現的機會將增加5%！

科學家們根據社群媒體上的彩虹照片、全球氣候數據和電腦模型，發現大約21%～34%的陸地地區，看到彩虹的日數將減少，而66%～79%的地區將增加。

紐約大學大地系統科學家 Kimberly Carlson，對於生活在夏威夷日常可見彩虹感到慶幸，萌生想知道氣候變化會如何影響出現彩虹的念頭。他以Flickr社群上公開的數萬張彩虹照片和拍攝位置，參照降水、雲層和太陽角度等，建立電腦模型來預測未來全球氣候變化下的彩虹出現頻率。結果發現人口較少、海拔較高、的高緯度地區，如青藏高原，出現彩虹天數增加最多。而未來看見彩虹的最佳位置是島嶼，像夏威夷（臺灣？）這樣的島嶼，由於地形的緣故，將成為出現彩虹的熱點。夏威夷大學大氣科學家 Steven Businger 表示，這是因為島嶼地形的海風易提升空氣產生區域性的陣雨，而周圍是晴朗天空，有利於彩虹出現。而人口稠密和有煙霧的地區，降雨日數和總量都將更更少，彩虹出現的日子也將減少。

彩虹是自古以來人類文化中一個重要的角色，雖然它無助於未來災難性的氣候變化，但科學家們希望透過像彩虹、海市蜃樓和極光等自然現象，來強調大自然可能發生多大的變化，並喚起人類對自然環境的關切，進而願意保護環境，解決氣候危機的挑戰。

Global Environment Change

光是偏轉小行星還不夠，我們得先知道它們在哪裡

9月26日 NASA 的 DART 在距離地球1,100萬公里處成功撞擊 Dimorphos，以測試是否能透過這個方法來改變小行星軌道，化解未來可能發生的小行星撞擊事件。

雖然星體撞擊造成大規模死亡的機率很小，但不是零！科學家估計，較大的太空岩石每隔幾個世紀到幾千年就會撞擊一次，我們必須認真看待這些具風險性的事件，畢竟恐龍就是在6,600萬年前一顆小行星撞擊中滅絕了。

DART 團隊在確認成功撞擊 Dimorphos 後歡呼©NASA/David C. Bowman

1994年美國國會指示 NASA 找出所有直徑一公里以上，有潛在撞擊威脅的小行星，NASA 在 2010 年完成了這項任務，現在則繼續尋找更小，直徑 140 米以上的目標（Dimorphos 約 170米），這樣大小的小行星仍具危險性，可能造成區域性的破壞。到目前為止已經發現近 30,000 顆，但以現有的資源和儀器，需要 30 年才能完成這項工作，對於隨時可能出現的危險天體，可說是緩不濟急，NASA 必須採取積極的措施來發展搜尋近地天體的巡天太空望遠鏡（NEO Surveyor），但這項工作的進度緩慢，部分原因是經費不足。NASA 在 2019 年開始著手進行 NEO Surveyor 計畫前挹注了少量經費，但今年稍早，正當科學家們準備確定任務設計時，NASA 準備將其年度預算從原先的 1.7億美元削減到 4,000 萬美元，這將使望遠鏡的發射時間從 2026 年延後到 2028 年或更晚。雖然國會同意恢復部份被刪減的預算，但 NEO Surveyor 只會得到約 8,000 萬或 9,000 萬美元，仍不足以有效推動這項計畫，而望遠鏡建造的時間越長，最終成本也將越高。

上個月，NEO Surveyor 通過了初步設計審查，這是確認該任務可行性重要的一步。年底前 NASA 必須決定是否發射該望遠鏡。今年4 月，一個關於美國行星科學優先事項的專家小組建議，應全面推動 NEO Surveyor 計畫，因為其他國家不太可能一起承擔這個計畫，而地球需要這個計畫。

Nature 610, 7-8 (2022)

6,600 萬年前小行星撞擊引發全球海嘯，中心初始浪高達 4,500公尺！

Images©Mark Garlick

在6,600萬年前導致恐龍滅絕的小行星撞擊地球事件中，於撞擊點的墨西哥灣為中心，引發了一場環繞全球的巨型海嘯。密歇根大學地球與環境科學系的 Molly Range 與研究團隊，建立了小行星撞擊墨西哥猶加敦半島後的巨浪數位模型，並與全球120處的海洋沉積岩芯資料比對後，顯示與模型預測相符，因此確認大海嘯確實發生，並且橫掃了全球一半的海盆。

Range 根據過去對小行星估計數值，直徑14公里、密度2,650 kg/m³，時速43,500公里（音速35倍）為基礎進行模擬，計算結果顯示，撞擊後產生了一個100公里寬的撞擊坑，2.5分鐘後，噴出的物質將海水急速向外推出，形成一道4,500 公尺高的海嘯水牆。10分鐘後，海嘯波已經到達距離撞擊點約220公里處，一小時後，海嘯越過墨西哥灣衝進北大西洋。四小時後，海嘯通過了中美洲航道進入太平洋。一天後，海嘯穿越太平洋和大西洋大部份地區，在印度洋兩側會合。48小時內全球大部份海岸線都被殃及。不過只有當水流超過時速 0.6公里，才足以侵蝕海底沉積，但南大西洋、北太平洋、印度洋和現在的地中海水速低於前述閾值，影響較小。

小行星撞擊後，全球引發熊熊大火，富含硫磺塵埃和煙雲帶來致命的酸雨和長期降溫，即核子冬天效應，導致約四分之三的植物和動物物種被消滅，非鳥類恐龍完全滅絕，白堊紀也隨之結束。

撞擊後四小時模擬的海嘯海面高度擾動（單位：米）©Range et al. in AGU Advances, 2022

撞擊後24小時模擬的海嘯海面高度擾動（單位：米）©Range et al. in AGU Advances, 2022

撞擊後的最大海嘯波幅（單位：釐米）©Range et al. in AGU Advances, 2022

研究小組甚至在距離撞擊點12,000公里外，紐西蘭東部的南北兩島發現了撞擊事件的露頭，也就是暴露的岩石沉積物。最初科學家認為這些露頭是地質活動形成，但從其年齡和在海嘯模擬路線上的位置研判，其應為小行星巨浪所造成。

模型並沒有評估全球各沿海地區的洪水，但有證據顯示，海嘯接近墨西哥灣沿岸時浪高超過100米，在北大西洋沿海地區和南美洲太平洋海岸部份地區時，浪高超過10米，而且隨著海岸附近變淺，海浪高度會急劇升高。根據海岸的形狀和海嘯方向，大多數沿海地區都將被淹沒並受到相當程度的侵蝕。這樣的海嘯在地球歷史上空前絕後，其他海嘯相形見絀，其初始能量比2004年12月印度洋地震，造成23萬多人死亡的海嘯所釋放能量大3萬倍。

doi.org/10.1029/2021AV000627

接觸或發現外星文明時，各國政府該如何應對？

Image©NASA/ESA/HST

與外星文明接觸的討論，正從科幻小說逐漸移轉到嚴肅的學術領域。

由賓夕法尼亞州立大學 Jason T. Wright 為主，包括來自 NASA、哈佛大學法學院、Spring Hill 大學哲學系等單位的學者共同撰寫了一篇論文 “Geopolitical Implications of a Successful SETI Program”（一個成功地外文明搜尋計畫對地緣政治的影響），討論了人類與外星文明接觸的種種問題，並對2020年由德州大學奧斯汀分校 Kenneth W.Wisiana、John W.Traphagan 所出版的另一篇相關論文 “The Search for Extraterrestrial Intelligence: A Realpolitik Consideration”（地外文明搜尋的現實政治考量）的討論作了進一步的探討。

英國天文物理學家史蒂芬·霍金曾在2010年提出，若技術先進、來勢洶洶的外星文明，以征服和殖民為目標而來到地球，將是一件值得擔憂的事情，因此他建議別以雷射、電波或任何技術向外星文明宣傳我們的存在。但如果只是被動地搜尋外星文明訊號會不會有風險呢？答案是：仍然會！但這個風險不在外星文明，而是我們自己。

2022與2020兩派學者對「現實政治」在外星文明事件所扮演的角色及影響程度，有相當不同的看法。

「現實政治」基本理念是：當政者應以國家利益做為從事內政外交的最高考量，而不應該受到當政者的感情、道德倫理觀、理想、甚至意識形態的左右，所有的一切都應為國家利益服務。現實政治在歷史上有很多例子，譬如在第二次世界大戰中，美國總統羅斯福、英國首相丘吉爾將俄國的史達林視為盟友，美國甚至向俄國源源不斷地運送物資，好讓他們能戰勝德國，但現實政治的另一面卻是丘吉爾和羅斯福需要史達林來幫助他們削弱希特勒以贏得戰爭，史達林也知道這一點，並承諾戰後要讓波蘭進行民主選舉，因為他也需要英美等盟國幫助他來擊敗德國。結果戰爭一結束，他就佔領了波蘭和其他國家，俄國和西方馬上從盟友成為公開的敵人。這就是現實政治。

但現實政治，尤其這些很久以前的戰爭，與現在所討論的外星文明有甚麼關係呢？因為人類的本性從來沒有改變。

一旦偵測到外星文明訊號，宗教人士可能會有麻煩，他們的世界觀與教義將會受到嚴重衝擊，宗教國家更可能出現重大動盪，甚至極端主義暴力。也許經過一段時間後，人們能夠回到正常的日常生活，但國家政治領導人對外星文明對會如何反應呢？

只要外星文明不是惡意的，任何外星技術都可能為接觸的國家帶來巨大的技術優勢與機會，如果接觸外星文明的國家可能會想壟斷外星通訊管道而獨佔優勢。不過這將與其他國家發生衝突，因為不論中國、俄羅斯、美國或北韓、伊朗...，大部分國家一定都希望也能獲得外星文明帶來來的利益。

學者在2020年的論文中建議，在發現地外文明時必須考慮現實政治因素，高度加強研究機構周邊和訊息安全，電波望遠鏡之類的觀測設施應採取類似核電廠的安全措施。但2022年論文的學者們並不贊同以上這些觀點，他們認為過度的安全顧慮，包括強化設施和封鎖訊息，等於昭告世界正在發生一些嚴重且可能改變世界的活動，反而會導致原先盡力避免的間諜活動和衝突，甚至引發對立國家的擔憂和恐懼，爆發先發制人的打擊。

Wright 等學者也不認為任何國家能夠以某種方式來壟斷與外星文明的接觸。他們認同接觸外星文明會產生現實政治效應，但一個國家極不可能成功壟斷與外星文明的通訊，因為科學界的整合度很高，世界上最強大的觀測站和科學計畫都是由多國或多機構合作，所以壟斷訊息不太可能，科學界的運作立基於開放主義，而非資訊保護主義。

在2022年的論文中，學者主張即使在外星文明看來微不足道的技術，對人類可能也具有高度價值，但一個國家不太可能藉著壟斷這些技術來坐大，因為科學是累積性的，一個新的技術或知識要發揮作用，首先必須有適當的科學背景來理解它。舉例來說，即使把核子武器設計藍圖交到中世紀學者們的手上，他們還是造不出核子武器。同樣地，現代人對來自先進的外星文明技術也是如此。想藉外星科技優勢消滅其他國家更是沒有必要，因為即使沒有外星科技，許多國家的核子和生化武器便已足以摧毀整個人類文明。

但兩方在一些問題點上也有共識，例如光是信息壟斷就足以產生危險的衝突。另一點則是對外星文明接觸的科學家的安全問題，這些科學家很有可能成為騷擾甚至攻擊的目標，尤其現在許多反科學思想的勢力與行動正在逐漸升高。以COVID-19期間，美國國家過敏和傳染病研究所（NIAID）所長、白宮冠狀病毒工作組成員及總統首席醫療顧問 Anthony Fauci 博士，就遭到了大量批評、騷擾和威脅，與外星文明接觸的科學家可能會受到更強烈的反對。

當面對善意的外星文明接觸時，資訊透明、數據共享，在國際上產生合作凝聚力或許是最好的途徑，但如何避免人與人的猜忌、國與國之間的現實政治惡夢？或許比外星文明本身更棘手。

How Should the World’s Governments Respond if We Detect an Alien Civilization?

加拿大2021年火球分析顯示，奧特雲星體並非全是冰態

2021年2月22日黎明前，一道火光照亮了加拿大阿爾伯塔省的夜空，數以百計的目擊者以及攝影機捕捉到這顆火球，據研判，它是一塊約2公斤重的流星體墜入地球大氣層所形成，一般認為它是來自太陽系邊緣奧特雲中冰狀的星體，但根據其墜落過程的數據顯示，它並不是冰，而是由岩石所構成，其特性比較接近小行星而非彗星。這項發現對奧特雲的傳統認知提出質疑。

奧特雲由荷蘭天文學家 Jan Oort 在1950年首次提出，認為在太陽系成型後，殘餘的碎屑被木星等巨行星的重力拋射到太陽系外圍，形成一層球殼般由冰態彗星體組成的奧特雲，範圍甚至延伸到毗鄰星（離太陽最近的恆星）一半的距離，但即使最大的望遠鏡也無法看到它們。當其中的星體偶爾彼此碰撞，或被從旁路過的大星體引力偏轉其路徑，落至太陽系內部形成離心率很高，週期長達數百甚至數萬年的長周期彗星。

2016年，夏威夷大學天文學家 Karen Meech 的團隊發現了一顆不尋常的長周期彗星 C/2014 S3 (PANSTARRS)，它非常暗，而且沒有汽化的彗尾，而更像一顆小行星，與傳統認知的奧特雲星體非常不同。Meech 將之稱為 Manx，一種無尾貓的品種。天文學家後來又發現幾十顆類似的彗星，但無法明確證明它們是小行星，因為它們太暗又快速移動。

天文學家收集並分析不同的影像，甚至包括軌道為星閃電監視器的影像紀錄，計算出該星體的軌跡，發現它的軌道週期約1,000年，應是來自奧特雲，但它的特徵卻與奧特雲星體大異其趣。大多數彗星火球都很脆弱，在地球大氣層高處碎裂並燃燒，但這個物體以每秒62公里的速度墜落，一直穿透到大氣層深處，顯然是堅硬的岩石而不是冰，而且它還分兩個階段解體，與小行星的狀況相同。

研究人員從數百份歷史紀錄中又發現了一個1979年加拿大流星相機所拍攝的火球，這個估計重約20克的流星體也是來自奧特雲星體，穿過大氣層的方式與艾伯塔省的流星體一樣，屬於岩石而不是冰，軌道為奧特雲星體特有的長周期軌道，它也像岩石一樣穿過大氣層，而不是冰。經過統計後，科學家推算出奧特雲中有1%到20%的星體應為岩石。

不過也有天文學家認為從這麼少的事件中所得的推論有待商榷，而且小行星的岩石物體比彗星堅硬，比較容易被發現，導致高估奧特雲中岩石物體的比例。

亞利桑那州立大學行星天文學家 Alan Jackson 則認為，即使奧特雲中只有 1% 的岩石物體，現有理論也很難解釋它們是如何從小行星帶飛到那裡。他表示這項發現支持了「大遷徙假說」（Grand Tack hypothesis）假說，這個假說認為在太陽系誕生後僅 300 萬年，木星快速移向太陽，幾乎到達地球軌道，然後再向外移動到現在的位置上。而在這個過程中，木星將軌道上許多岩石類物體拋到了奧特雲。

doi: 10.1126/science.adf1871