如果蘇聯贏得登月競賽,人類可能早就登陸火星了!

今年是登月50週年紀念,除了回顧這段精彩的歷史,也可以來想想兩個有趣的問題:1.如果太空競賽一開始是美國領先;2.如果蘇聯先登上月球,歷史接下來會怎麼發展呢?


美國人在登月競賽中獲得勝利,假如先登上月球的是蘇聯人,接下來歷史會如何發展呢?圖片來源:NASA


太空競賽
太空競賽是美國和蘇聯在冷戰時期的一場競爭,一開始美國人處於落後的狀態。1957年10月蘇聯發射第一枚衛星,接下來第一隻動物上太空,然後1961年4月第一個人類上地球軌道,蘇聯的太空發展進度飛快,讓美國人措手不及,美國人的自尊深受打擊。


美國人要如何回應呢?美國總統甘迺迪在1961年5月在美國國會演說,宣示要在1960年代結束前讓人類登陸月球,並安全返航。美國人當時連把太空人送上地球軌道的火箭都沒有,居然承諾要在短短不到十年內登陸月球,可以想見是美國人被蘇聯人逼急了,只好設定一個更大的目標去完成。所以登月的初衷,其實是充滿政治考量。


美國總統甘迺迪在國會中宣示登月任務。圖片來源:Wikimedia Commons


假設美國人一開始就領先
太空競賽初期,美國雖然落後蘇聯,不過進度也只有幾年的時間,差異其實沒有很大。美國總統的宣示讓美國人有具體目標,讓美國人的危機感轉為強大的動能,最後讓美國人完成不可能的任務。


假設美國人比蘇聯人還早登上太空,太空競賽中一開始就領先蘇聯。美國總統很可能就不會慷慨激昂的宣布登月計畫,宣示要在這麼短的時間內完成登月,人類登陸月球或許就不會這麼快達成。


假設蘇聯人先登陸月球
蘇聯在1957年發射第一枚人造衛星,之後一直領先美國,一直到1965年美國才超越蘇聯,4年之後美國人就登陸月球。這段歷史中,蘇聯領先了大半的時間。


美國人雖然在登月競賽獲得最後的勝利,不過蘇聯其實也毫不遜色。當時蘇聯也在發展自己的登月任務,由首席火箭設計師謝爾蓋·科羅廖夫(Sergei Korolev)主導,打造巨大的N1火箭。N1火箭只比神農5號火箭稍小,預計搭載2名太空人。


美國的神農5號火箭(左)和蘇聯的N1火箭(右)。圖片來源:Wikimedia Commons


可惜的是科羅廖夫在1966年一場手術中意外身亡,之後N1火箭的發展就不順利。蘇聯嘗試4次N1火箭發射,不過都以失敗收場,最後只好放棄登陸月球的計畫。


假設科羅廖夫沒有早逝,帶領蘇聯成功發射N1火箭,領先美國登陸月球,美國將會如何回應呢?


美國很可能會繼續加碼,以登陸火星為目標,不贏過蘇聯不罷休,阿波羅計畫之後還會有登陸火星計畫!


如果蘇聯領先登月,我們現在可能在進行登陸火星的紀念活動!

《登月先鋒》:人類的一大步

《登月先鋒》(First Man)是根據尼爾·阿姆斯壯(Neil Armstrong)傳記拍攝的電影,阿姆斯壯是登上月球的第一人。


《登月先鋒》是一部關於美國太空人阿姆斯壯的傳記電影。圖片取自IMDb


《登月先鋒》的海報,把月球和太空衣的頭盔結合,相當有巧思。圖片取自IMDb



《登月先鋒》主要是描述1961年到1969年阿姆斯壯的生平事蹟,1960年代正好是美國和蘇聯之間太空競賽的高峰,美國從一路落後,迎頭趕上,最後贏得勝利。


太空競賽
冷戰時期,兩個超級強國美國和蘇聯在進行一場太空競賽,蘇聯在1957年10月4日率先成功發射史波尼克1號(Sputnik 1)人造衛星。史波尼克飛過美國上空時,造成極大的恐慌,美國人懷疑蘇聯正在進行偵查,更害怕史波尼克會丟下核彈。


美國人的恐懼還沒消退,蘇聯在史波尼克1號升空一個月後,又發射史波尼克2號(1957年11月3日),這次的太空船裡還搭載了一隻小狗,讓蘇聯成了第一個把動物送上太空的國家。


早期美國的太空計畫由軍方主導,陸海空三軍各自發展自己的火箭。為了趕上蘇聯,搭載美國第一枚衛星的海軍先鋒火箭(Vanguard),在壓力下倉促發射。1957年12月6日,美國人在全國電視轉播中,看見先鋒火箭升空,不過只上升1.2公尺就墜毀爆炸。太空競賽初期,美國遭受巨大挫敗。


由美國陸軍主導的探險家1號(Explorer 1)計畫,終於在1958年1月31日發射成功,讓美國也進入太空時代。


探險家1號發射成功後,參與的三位主要成員把探險家1號的模型高舉起來。影像來源:NASA


1958年10月1日,美國航太總署(NASA)正式運作。美國航太總署的前身是美國國家航空諮詢委員會(NACA),美國航太總署成立後,吸收了美國軍方太空計畫的資源,整合後的美國航太總署為美國的太空計畫吹起反攻的號角!


同場加映《十月的天空


水星計畫
水星計畫的主要目的是要比蘇聯人更早上太空,以及研究太空對人類的影響。為了這個目的,美國航太總署招募了美國第一代的7位太空人,他們被稱為水星7傑。


1961年4月12日,蘇聯的尤里·加蓋林(Yuri Gagarin)首先搭乘東方1號升空,繞行地球一圈後返回地球,讓蘇聯成為第一個將太空人送上太空的國家。


不到一個月後,美國也做出回應。1961年5月5日,艾倫·雪帕德(Alan Shepard)搭乘自由7號太空船升空,當他抵達太空的高度後就返回地球,並沒有繞地球飛行。一直到1962年2月20日,駕駛友誼7號的約翰·葛倫(John Glenn)才繞地球航行了三圈。


約翰·葛倫和友誼7號。影像來源:NASA


1961年5月25日,美國總統甘迺迪(John Kennedy)在國會發表演說,宣示要在1960年代結束前,把太空人送到月球,並讓太空人安全返航,這訂定了美國人太空計畫的明確目標。


1963年5月,最後一次水星載人計畫升空時,太空人在太空中待的時間超過一天。不過在此之前,蘇聯已經完成將近4天的太空之旅。雖然美國拼命追趕,不過蘇聯還是保持一步領先


同場加映《關鍵少數


雙子星計畫
前往月球比繞地球飛行困難許多,需要發展出新的技術。美國航太總署的登月計劃是讓登月小艇和指揮/服務艙一起抵達月球,不過只讓登月小艇登陸,指揮/服務艙繞月球運行。登月結束後,登月小艇從月球表面升空,抵達月球軌道與指揮/服務艙結合一起返回地球。


要完成登月計畫,其中最關鍵的技術就是讓兩艘太空船在太空中對接,這也是雙子星計畫最重要的目的。


為了讓美國太空人登陸月球,還需要更多太空人參與太空計畫。美國太空總署需要招募新的太空人。其中阿姆斯壯是第二代太空人,而與阿姆斯壯一起前往月球的伯茲·艾德林和麥可·柯林斯則是第三代太空人。


雙子星太空船比水星太空船大,可以搭載兩名太空人。1965年6月升空的雙子星4號,進行美國太空人首次的太空漫步,太空人愛德華·懷特(Edward Higgins White)在太空艙外待了22分鐘。


尼爾·阿姆斯壯和大衛·史考特(David Randolph Scott)是雙子星8號上的兩名太空人,他們主要的任務就是要和另一艘無人太空船做史上第一次的對接。1966年3月16日雙子星8號發射升空,一開始進行的很順利,雙子星8號成功地與無人太空船對接。對接後不久,太空人感覺到太空船左右搖晃,研判可能是無人太空船造成的,所以決定讓雙子星8號脫離無人太空船。


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史考特(左)與阿姆斯壯(右),他們前方的是雙子星太空船的模型,圖片來源NASA


雙子星8號脫離後,反而以每秒一圈的高速旋轉,他們試著要讓太空船停止旋轉,但是太空船完全不受控制。如果太空船持續高速旋轉下去,兩名太空人會失去意識,永遠漂浮在太空中。阿姆斯壯研判可能是控制太空船軌道方向的系統出問題,所以把這個系統關閉,開啟太空船上用來返回地球的小型火箭來控制雙子星8號,阿姆斯壯正確的判斷讓太空船停止旋轉!為了避免夜長夢多,太空總署決定讓他們提早返航,雙子星8號安全成功地降落在西太平洋。


阿姆斯壯在太空船高速旋轉,可能暈眩失去意識的情況下,還能沉著地做出正確判斷,找出問題並解除危機,臨危不亂讓阿姆斯壯成為首次登月任務指揮官的最佳人選!


人類的一大步
1968年12月21日,阿波羅8號發射升空,進入月球軌道,雖然只有在軌道上繞月球運行,卻是人類首次飛抵月球。三位太空人在月球軌道上度過聖誕夜,在聖誕節當天返回地球完成任務。


接下來的幾次任務,讓美國太空人對登陸月球做好準備。終於1969年7月20日,阿波羅11號的太空人阿姆斯壯登陸月球,艾德林隨後也踏上月球表面。阿波羅11號的太空人在7月24日安全成功降落在北太平洋。


艾德林在月球上留下的腳印。影像來源:NASA


甘迺迪總統在1961年的太空政策宣示,真的讓太空人在1960年代結束前成功的登上月球,阿波羅11號的成就也讓美國在太空探險保持數十年的領先地位!

如果天空少了月亮?

如果天空少了月亮?文學家應該會很難過,音樂家會少了創作的題材,沒有中秋節就少了月餅,也沒有烤肉。不過夜晚少了一個大光害,天文學家絕對會很高興!


如果沒有月亮,阿姆斯壯和另外11名阿波羅太空人也就無法登陸月球。人類少了探索月球的寶貴經驗,要直接踏上其他行星表面(例如火星),難度會高許多,甚至變得不可能!

潮汐變小、一天變短
地球上的潮起潮落主要是月球繞地球運行造成的,一般的情況下,各地的兩次潮汐週期會等於兩次月球東昇的時間間隔。


太陽也會影響地球的潮汐,不過對地球的潮汐力只有月球的46%。如果沒有月球的話,造成地球潮起潮落就只剩下太陽,滿潮和乾潮的幅度就會變小。


月球對地球產生的潮汐,會讓地球愈轉愈慢。數十億年前,地球剛形成時,地球自轉的速度比現在快許多。因為月球的潮汐力,讓地球自轉的速度,漸漸變慢,慢到現在的一天24小時。如果沒有月球,地球的一天(自轉一天的時間)可能不到十小時!

月全食神助攻哥倫布
月食則是月球進入地球影子的現象,如果少了月球,月食自然不會發生。月全食發生時,月亮會變成紅色,血紅色的月全食看起來相當怪異,不知所以的人會心生恐懼,以為發生不好的事。


月全食發生時,月亮會變成紅色,圖左邊的是火星。攝影:李昫岱

哥倫布一生中從歐洲航行到美洲四次,最後一次差點回不了歐洲,還好哥倫布的天文知識,讓他們順利回到歐洲。


1503年6月30日哥倫布抵達牙買加,牙買加的原住民一開始很歡迎歐洲來的客人。不過六個月後,哥倫布的水手跟原住民之間出現衝突,原住民不再提供食物給哥倫布一行人。少了食物的補給,哥倫布和他的水手可能會被困在牙買加,無法順利返回歐洲。


哥倫布從天文日曆上知道當地在1504年2月29日會發生月全食,所以他在月全食發生前就警告原住民,如果原住民再不提供食物,天上的神會生氣,把月亮變成紅色。


一開始半信半疑的原住民,看到天上的月亮變成紅色後,嚇得趕緊請哥倫布轉告天神,他們會再提供食物。哥倫布一行人就在月亮的神助攻下,解除危機。

左搖右晃的地球
月球就像是走鋼索的人手上握的平衡桿,讓地球自轉軸保持穩定。如果少了月球這個平衡桿,地球自轉軸左搖右晃的幅度就會變大!


目前地球自轉軸相對於公轉平面的傾斜角是23.4度,這個傾角的變化幅度不大,大約在22.1度和24.5度之間。這樣傾角讓太陽直射地球的位置在北回歸線和南回歸線間移動,讓地球出現四季變化。


如果沒有月球,地球的自轉軸變動的幅度就會變大,自轉軸的變動會對我們有什麼樣的影響?假設兩個極端的例子,地球的自轉軸傾角是0度和90度。


如果地球傾角是0度,太陽永遠直射赤道,地球上不會有北回和南回歸線,地球不再有四季變化。


如果地球傾角是90度,太陽直射的區域會從北極到南極,也就是北回歸線位在北緯90度(也就是北極點),而南回歸線在南緯90度(南極點)。這種情況下,地球四季變化會非常劇烈,北半球夏天時,北極不會結冰,溫度比現在還高,南半球冰凍的區域比現在還大,這種極端氣候絕對不利現在地球上生物的生存。


月球替地球擋子彈
月球是地球的衛星,一直以來它都保護著我們的地球。用望遠鏡看月球,會發現月球上有許多坑洞,這些坑洞幾乎都是隕石撞擊後形成的隕石坑,表示月球在早期受到許多的撞擊。如果少了月球擋下這些隕石,這些隕石可能就會撞上地球。


月球上的坑洞幾乎都是隕石撞擊後的隕石坑。影像來源:NASA
隕石撞擊對地球的影響很大。6600萬年前,一顆10公里左右的隕石撞擊地球,造成恐龍滅絕。恐龍滅絕後,哺乳類才能興起,人類才有機會出現在地球上。


那些沒有被月球擋下的隕石,如果撞上地球,可能會改變地球物種的演化,人類說不定就不會出現在地球!

最後,沒有月亮最大的好處,可能是不再有星期一!英文字Monday這個字是從月亮Moon來的,沒有月亮Moon就不會有Monday。沒有Monday,就不再有憂鬱星期一(Monday blue)了(鴕鳥心態無誤)。

登月不只是登月:阿波羅計畫的科學貢獻

2019年7月20日是人類登陸月球50週年,大部分的眼光都集中在人類在另一個星球留下腳印這件事,不過阿波羅計畫其實包括了許多科學實驗,讓我們對地球最近的鄰居,有更清楚、正確的認識。


阿波羅太空人在月球上不只是留下腳印而已,他們還對月球研究做了重要貢獻。影像來源NASA

月球哪裡來的?
數千年來,月亮一直是墨人騷客創作的題材,不過我們對月球起源的了解卻是最近一、兩百年的事。


1898年喬治·達爾文(George Darwin)提說「分裂說」,他認為月球是地球愈轉愈快,地球受離心力的作用下分裂、甩出來的。分裂說提出後廣受歡迎,甚至被編入美國中學教科書裡。但是分裂說有一個缺點,它無法解釋為何地球會愈轉愈快,而且快到把一部分的物質甩出來。一般的情況下,天體的自轉速度不會有太大的變化,除非受到外力的影響。


1950年代時另一個月球起源的學說「撞擊說」被提出,這個理論認為地球早期受一顆火星般大的天體劇烈撞擊,撞擊後的物質從地球表面飛濺到地球軌道,這些地球軌道上的物質在重力作用下凝聚形成月球。


阿波羅太空人採集月球土壤和岩石,帶回地球後,科學家分析月球氧同位素比例,發現月球氧同位素比例和地球表面上的非常接近。這項證據支持撞擊說,因為劇烈撞擊會把撞擊天體和地球表面物質混合,這會讓月球和地球氧的同位素比例非常接近。撞擊說是目前最被科學家接受的月球形成學說。


我們與月的距離
月球是離我們最近的天體,即使如此,我們也不能用尺來量測月球與地球的距離。最精準的量測方法是用雷射,從地球上打一道雷射光到月球,雷射光被月球反射後再回到地球的接收站,只要量測雷射光從發射、反射到接受的時間,把這個時間的一半乘上光速,就可以得到準確的地月距離。


這個原理簡單的方法實際上並不簡單,因為月球表面的反射率不高,無法把地球發射的雷射光有效地反射回地球,這個方法要等到阿波羅太空人把反射鏡送上月球表面後才能真正運作。科學家長期量測地球與月球距離後,發現月球以每年3.8公分的速度遠離地球,這是地球和月球之間潮汐力相互作用的結果。


阿波羅太空人在月球上留下反射雷射光的儀器。影像來源:NASA

月球上也有地震!?
阿波羅太空人攜帶一些科學儀器到月球,其中比較比較著名的是月震儀。月震儀和地球上的地震儀相似,只是月震儀用來量測月球上的地震。


月震儀除了量測月球的地震外,還可以用月震來研究月球內部的構造。科學家透過月震儀發現月球有一個核心,地殼和核心之間有地函。


太空人艾德林在月球上放置月震儀。影像來源:NASA

最近(2019年5月)科學家用舊有的阿波羅月震儀資料做新的分析,他們發現有一些月震發生在斷層附近,這個斷層可能是月球冷卻收縮的結果,這項結果顯示月球目前依舊有地殼活動的現象!

東風被孔明借走了,勞倫斯只好借⋯月全食!

月全食是月亮就入地球影子的天文現象,這時月亮會從銀白色變成血紅色!血紅色的月亮看起來相當詭異,不知道的人可能會以為發生不好的事而心生恐懼。


湯瑪斯·愛德華·勞倫斯(Thomas Edward Lawrence, 1888/8-1935/5)是第一次世界大戰中英國的軍官,他被稱為阿拉伯的勞倫斯。他曾經領導阿拉伯人,對抗當時佔領阿拉伯的土耳其人。

阿拉伯的勞倫斯曾經用月全食攻下一處敵軍的要塞。圖片來源:維基百科

1917年7月4日,勞倫斯要攻打土耳其人的一處高聳的要塞,當天晚上是滿月,對進攻者是不利的,因為他們會暴露在月光下,讓土耳其守軍清楚的看見他們。


不過勞倫斯知道當天晚上即將發生月全食,所以反而利用月亮變暗的時機發動攻擊。土耳其守軍看到月亮變血紅色時非常驚慌,迷信的土耳其人用步槍對著天空發射子彈,敲打鍋子,要解救變紅、變暗的月亮。勞倫斯等人趁著土耳其人慌亂時爬上要塞,一舉攻下這個易守難攻的軍事基地!

勞倫斯以極少的人力,利用難得的天時,克服敵軍的地利,戲劇化的以寡擊眾,讓他成為一次大戰中的傳奇人物。

2019年7月星空預報

最近太陽西下後,東南方可以看見可以看見一顆非常亮的「星」,其實它不是恆星,而是木星,它現在位在蛇夫座。


土星則比木星晚一點升起,目前位在人馬座。木星和土星相距約30度,它們會愈來愈近。2020年12月下旬時,兩顆行星在天空的位置會近到只有6角分!


7月10日(農曆初八),土星衝
土星衝是最適合看土星的時間,這時土星幾乎距離地球最近,而且整晚可見!


哈伯望遠鏡拍攝的土星。影像來源:NASA


7月17日(農曆十五),月偏食
今年唯一一次台灣可以看見的月食,時間是7月17日清晨。這次的月食是月偏食,食甚發生的時間是5:31。可惜的是當天月落時間是5:15,所以食甚發生前,月亮就西落了。


【7月17日清晨的月偏食,各個階段時刻為台灣時間。影像來源:NASA】


台灣要看見月全食,必須等到2021年5月26日。


祝 觀星愉快!

不停移動的北回歸線

「夏至」,太陽直射「北回歸線」,也就是中午時在北回歸線上,可以立竿不見影。

不過北回歸線並不是固定不動的,它會在北緯22.1度到24.5度之間緩慢移動,移動的週期大約是4萬1千年,目前每年以15公尺的速度往南移。

北回歸線最南可以移動到屏東,到屏東後會再往北移,最北可以到苗栗和宜蘭一帶。

所以除非住在苗栗和宜蘭以北的地區,否則北回歸線遲早會通過你住的地方!

嘉義的北回歸線碑,不過北回歸線已經沒有經過這裡了。