顯示具有 屋頂上的圖書館 標籤的文章。 顯示所有文章
顯示具有 屋頂上的圖書館 標籤的文章。 顯示所有文章

尼爾.德葛拉司.泰森《宇宙教我們的人生課》

尼爾.德葛拉司.泰森(Neil deGrasse Tyson)是一位知名的天文學博士,也是海頓天文館館長。最近三采文化出版泰森的一本書《宇宙教我們的人生課》,這本書跟他之前寫的天文科普書不一樣,這本書希望用天文學家或科學家的觀點來看我們的人生和世界。


泰森一直以來都以卡爾.薩根(Carl Sagan)的傳人自居,薩根是一位全球著名的天文學家,他曾經建議距離地球60億公里外的航海家1號太空船拍攝地球照片,照片中地球非常小,只有一個畫素,如果沒有指出地球所在的位置,大部分的人都不知道地球在哪裡,這個蒼藍小點是地球上世世代代生命生存的所在。泰森希望透過這樣的視角來看我們生活的世界。


你有看見航海家1號拍攝的地球嗎?地球就在中間偏右的地方,這個蒼藍小點就是我們的家。


曾經有人問我,天文學家研究、關心的尺度非常大,心胸一定也很大,對吧?


其實天文學家也是人,跟每個人一樣有七情六慾,心胸不一定比較開闊。不過有時候天文學家會用一些不同的觀點看世界,這點確實是值得參考的。


泰森寫作的方式相當平易近人,善於舉例,沒有教條式,讓讀的人很容易接受。這本書中提到膚色與種族的歧視,泰森是一位非裔人士,對這個議題一定感受很多。我在美國工作時,大部分的美國人都相當友善,不過也遇到過歧視的狀況,一車的白人從我旁邊呼嘯而過,大聲吼叫難聽的話。


最近一些高中生和大學生的歧視言論在輿論上鬧得沸沸揚揚,種族、膚色、宗教、性別、年齡各種歧視是造成對立、仇恨甚至引發戰爭的原因。泰森在書中提到,如果外星人到地球,他們眼中的地球人看起來沒有什麼不同,就像我們看一群金魚一樣,為什麼要對特定的族群歧視呢?這個議題現在讀起來特別有感觸,建議大家讀讀這本《宇宙教我們的人生課》,從中感受天文學家看世界的方式。


屋頂上的天文學家專訪李昫岱老師

屋頂上的天文學家(以下簡稱屋):很高興李昫岱老師接受屋頂上的天文學家專訪,今年(2022年)三月中有本新書出版《噢!原來如此 有趣的天文學》,可以談談這本新書嗎?


李昫岱(以下簡稱李):謝謝屋頂上的天文學家的邀約,很高興能談談這本新書。這本書的內容是太陽系,從我們的太陽開始,近一步介紹行星、矮行星、衛星、小行星、彗星等天體。乍看之下有點像是一般的教科書,不過內容上特別著重趣味。例如講到太陽黑子時,提到太陽黑子差點引發第三次世界大戰,另外內容也包括一些相關的神話故事,讓閱讀更有趣。


屋:李老師2021年8月出版一本書《天文很有事》,這兩本書有什麼不一樣?


李:兩本書都是以天文為主題,不過內容卻非常不同。《天文很有事》內容很生活化,雖然天上的天體距離地球很遠,不過天文其實離我們很近,日出月落、一個月、一年,甚至星期的由來都跟天文息息相關。書裡的照片也是我自己拍的,希望拉近大家與天文的距離。


《噢!原來如此 有趣的天文學》則比較偏重科學,以趣味的方式介紹太陽系。太陽系裡的天體,除了可以用望遠鏡觀察,也可以發射太空船探索各個天體,甚至登陸、採樣。太陽系是我們最熟悉的家,研究宇宙就要從太陽系開始。


屋:這兩本書出版的時間相差7個月,老師只花7個月的時間就完成一本書嗎?


李:哈,當然不可能。這兩本書簽約的時間差不多,都是2018年下半年。當時希望是一年中寫完兩本書,不過計畫趕不上變化,隔年家裡多了小嬰兒。從原本悠閒打稿的作家,變成餵奶、換尿布的超忙奶爸(哈哈哈),出書的時程也往後延三、四年。


屋:《噢!原來如此 有趣的天文學》這本書的特色是什麼?


李:這是一本可以輕鬆閱讀的天文書,書中的插畫特別請畫家Jozy繪製,每頁幾乎都有兩幅插圖。插圖以詼諧的方式呈現,讀者可以從圖文中同時獲得樂趣和知識。



太陽:「我臉上的黑斑,都比你們這些小蘿蔔頭還大」(書中插圖)


屋:現代人習慣從手機取得影片和訊息,閱讀書籍的時間變少,寫書是一件費時費力但報酬低的工作,為什麼還要出書呢?


李:嗯⋯⋯(思考停頓中),維持世界正常的運作,需要所有人的付出。但是你知道世界為什麼「美好」嗎?那是因為有一群傻瓜無私的付出自己的專業(苦笑),朋友說我像在做功德(大笑)。


屋:這本書在寫作時,最難的部分是什麼?


李:需要一邊寫作,一邊吼小孩(笑)。天文是一門進步非常快的科學,當初在學校裡學的知識很多已經不適用了,以前的九大行星已經變八大行星,而且每發射一艘探測太空船,可能就改寫我們對某天體的認識,例如卡西尼號、新視野號、探索火星的漫遊車都讓我們大開眼界。所以需要不斷地跟上探索的腳步,不然寫的東西就過時了,這應該是最困難的部分。


屋:老師的科普寫作風格非常精準,很少廢話,重視邏輯,請問老師是如何練就這樣的寫作方式的。


李:其實從小我的作文就不好,國中、高中的國文老師都認為我不會寫作文(苦笑),如果他們知道我寫了兩本書應該會非常驚訝。作文不好的主要原因是我不會寫空洞的東西,一句話可以講完的事,卻要用一整段來鋪成描述,對我來說很困難。科普寫作反而讓我如魚得水,因為科普就是要用準確的文字敘述重點,如果過多的文字,反而模糊焦點。


屋:這本新書的素材主要來自老師在中正大學的通識課:漫遊宇宙101個天體,請老師談談這門課。


李:這門課分成三個單元,太陽系、恆星、星系和宇宙。這門課很受學生歡迎,很多學生都跟我抱怨選修不到這門課。


天文是一門科學,也是一種興趣,跟生活、科學、歷史、文化、藝術都有關,既理性又感性,每個人都可以找到喜歡的地方。我期望在學生的心裡種下種子,希望未來這顆天文的種子能發芽,多年後學生可能會想起大學時,曾經有個老師講過一些有趣的天文,願意自己去找相關的資料,讓天文四處開花結果。


屋:老師的心機好深(笑)。不對,應該說是用心良苦(哈)。


太陽系裡的行星大小差很多,木星是最重的一顆,它的質量是其他七顆行星總質量的2.5 倍!(書中插圖)


李:其實我常覺得很多人在讀書時被教科書「嚇壞」了,離開學校後變得不想碰書。我希望大家可以在沒有壓力、輕鬆的情況下看這本書,然後覺得原來天文這麼有趣!進而喜歡上天文。


屋:李老師有繼續出書的計畫嗎?


李:寫書的題材還很多,光是通識課的教材就可以再寫好幾本。不過戲台上的演員,賣力演出,如果台下沒人看,台上演員也會覺得孤獨。


屋:了解。希望大家多多支持這本書,讓老師有動力寫下一本書,也預祝老師的書大賣!謝謝老師的訪談!


李:謝謝,希望大家支持這本書!


天文很有事

天文是最古老的科學之一,當人類順應四時、觀察自然,天文就出現在我們的生活中。


舉凡我們生活中的年、月、日,都跟天文有關,「年」是地球繞太陽一圈的時間。「月」則是月亮的盈虧變化週期。而「日」則是地球自轉一圈的時間。這些跟天文相關的元素都已經完全融入我們的生活裡。


這本書中各個主題的順序大致上是以春夏秋冬為先後,配合日月星辰主題的順序,每個單元彼此有關聯,也各自獨立。建議你按照書的順序讀,不過也可以挑有趣的單元看。這本書希望傳遞的是天文離我們一點都不遠,很容易親近,翻開這本書就可以進入奧妙、有趣的天文世界!


《天文很有事》的內容主要來自我在中正大學開的一門通識課:星空探索,課程內容是設計給非理工背景的學生,用文化、知識、歷史、神話和藝術等元素介紹天文。


常常覺得台灣的學生從小就從考試的壓力下長大,因為壓力,原本有興趣的課變得不再喜歡。例如音樂課的艱深樂理可能讓學生逃避,反而忘了聆聽音樂的感動。星空探索這門課就是要喚起學生對天文的感動,讓學生了解天文的美好。


「屋頂上的天文學家」是我經營的臉書專頁和部落格,分享ㄧ些天文文章和照片,透過粉絲的回饋和互動,知道大家喜歡的內容,這些都成為這本書撰寫時考量的重點。部落格中的「當月星空預報」是預報每個月的重要天象,讓你在繁忙的工作中,也能夠抽空看看美麗的日月星辰。


祝 觀星愉快!


屋頂上的天文學家

李昫岱

2021年6月於台南


博客來上的購書連結


《尋找太陽系外的行星:天文學家莎拉.西格的愛與探索》讀後分享

《尋找太陽系外的行星:天文學家莎拉.西格的愛與探索》是天文學家莎拉.西格(Sara Seager)的自傳,書中描述她的人生和天文研究。這本書撰寫的方式非常「特別」,應該說很少有人這樣赤裸的方式寫下自傳,書中有些段落描寫作者心裡巨大的起伏和崩潰的過程,比較像是翻開莎拉.西格的私人日記,或讀一本以天文學家為主角的「小說」。



為什麼她會以這樣的方式來寫自己的人生呢?書中有明確的交代,這裡就不暴雷,讓讀者自己去挖掘。


天文學家都這樣嗎?

從事天文研究的過程中會碰到非常多的問題,時間永遠得不夠用,碰到的難關一重接一重,有時候還有人會扯後腿,加上生活中的不順利,讓人懷疑人生,想要放棄。


不過美麗的星空就像巨大的黑洞,有著巨大的吸引力,讓你情不自禁,無法自拔!


莎拉.西格也不例外,這本書可以讓你更貼近天文學家的生活,讓你看見天文學家藏在心底、不公諸於世的感受。


星蔽板計畫

仰望星空看見無數繁星,你是否想過,外星生命也抬頭看著我們?


近年來尋找太陽系外行星(系外行星)是很熱門的研究主題,1995年發現第一顆太陽系外繞著恆星運行的行星後,這個領域就呈現爆炸性的發展。最早發現系外行星的兩位瑞士天文學家在2019年獲得諾貝爾物理獎,表彰他們的貢獻。


莎拉.西格以系外行星為研究主題,這個新興領域競爭激烈,尤其是一位「女性」天文學家,她必需比男性更厲害、更努力才能出頭天。


系外行星繞著它的母行星運行,跟它的母恆星比起來,系外行星非常暗,要看見系外行星就像要看見巨大探照燈旁的螢火蟲,想要看見系外行星就要把母恆星遮蔽。


星蔽板(左)和太空望遠鏡(右)協同合作觀測系外行星。圖片來源:NASA


美國航太總署計畫用太空中的蔽星板把母恆星遮住,看見太陽系外地球般大小的行星。莎拉.西格擔任美國航太總署蔽星板(starshade)的主席,領導團隊研究這個計畫的可行性。


未來我們可能透過莎拉.西格領導的團隊,看見另一顆地球般大小的系外行星,甚至研究那裡有沒有生命跡象!很期待未來蔽星板的概念可以實際用在系外行星的研究。


關於蔽星板的更多訊息,可以看這一段TED演講

https://www.youtube.com/watch?v=XYNUpQrZISc


《如何量測宇宙膨脹的速度》導讀

我像是在海邊玩耍的小孩,對偶然發現的美麗石頭或貝殼感到滿心歡喜,卻忘了宇宙中的未知就像眼前大海般遼闊----牛頓


還記得小時候對世界充滿好奇,可以在沙灘上玩好久,急切的想知道沙灘上的砂粒有幾顆?為什麼海浪一直拍打著沙灘?海看不到邊,它到底有多大?海水為什麼是鹹的?海的那一邊是哪裡?每一件事都好有趣,好多的問題都想知道答案。


長大後知道的事愈來愈多,漸漸的每件事都變得習以為常,不再新鮮有趣。忙碌的生活和工作的壓力,讓人漸漸失去好奇心。


《如何量測宇宙膨脹的速度》描述天文學家探索宇宙的歷程,仔細看一下他們問的問題,你小時候可能也問過,宇宙有多大?宇宙怎麼來的?天文學家的心裡好像都住著一個長不大的小孩,這些小孩沒有隨著年齡長大,旺盛的好奇心永遠都想知道為什麼。


《如何量測宇宙膨脹的速度》是一本描述人類探索宇宙歷程的書

托勒密認為地球是宇宙的中心,日月行星繞著地球運行。哥白尼提出太陽才是宇宙的中心,行星以圓形軌道繞太陽。伽利略從望遠鏡看到金星出現月亮般的盈虧現象,證實金星繞著太陽運行而不是地球,證明哥白尼的想法是對的。克卜勒則用第谷的觀測資料,推導出行星以橢圓軌道繞太陽運行,讓哥白尼的日心說更加正確。


牛頓匯集前人的想法,加上自己獨特的見解,提出萬有引力理論,從此日月星辰的運行,都可以用牛頓力學來解釋。但是還是有一些牛頓力學無法解釋的少數例外,例如水星繞太陽公轉的軌道,與牛頓力學預測有些微的差異,後來愛因斯坦的相對論解決了這些問題。


牛頓和愛因斯坦兩位偉大的科學家都認為宇宙是靜止的,不膨脹也不收縮。1922年,蘇聯科學家弗里德曼從相對論中發現宇宙膨脹的可能性,他是最早提出宇宙不是靜止的科學家。1929年,美國天文學家哈伯透過望遠鏡發現整個宇宙正在膨脹,這個觀測上的證據顛覆了眾人的想法。後來的科學家根據這些宇宙膨脹的證據建立了大霹靂模型。


仔細看這些科學家,每個人在探索未知的歷程上都像是摸著石頭過河,他們改進前人的想法,接受其他人的檢驗,解決問題後,後人接棒後繼續前進,這正是科學可貴的地方。


科學家探索宇宙的腳步從不停歇。1998年,科學家意外發現宇宙不僅僅在膨脹,而且是加速膨脹!科學家認為宇宙加速膨脹來自於一股看不見、未知的能量,所以稱它為暗能量。另外,宇宙中除了我們熟悉的一般物質,還有所謂的暗物質,暗物質跟暗能量一樣都看不見,暗物質的量是一般物質的5倍!


什麼是暗物質?為什麼比物質多卻看不見?暗能量又是什麼?這些宇宙的未解之謎,等待新一代科學家加入探索的行列,提出新的想法和思維,繼續探索宇宙的奧秘!

《月の名字》導讀

詩人李把月亮稱為「白玉盤」,蘇東坡稱呼她為「嬋娟」,中國古代的文學家對月亮有許多想像,所以對月亮有不同的稱呼。


日本人對月亮可能更加癡迷,《月の名字》是作者高橋順子蒐集傳統日本對月亮的名稱,書中蒐集了四百個月亮的名字。這些名字包羅萬象,有些和時令季節有關(例如,寒月、朧月),有些和月亮的陰晴圓缺有關(例如,初月、豆名月、十三月),有些則跟日本文化有關(例如,櫻月、紅葉月)。相當佩服作者花了許多心血把月亮的名字整理出來,而且對月亮的各個名稱做解釋,讓人認識日本文化中細膩、精緻的一面。


《月の名字》的封面可以看見濃濃的日本風


另外,書中還加上攝影師佐藤秀明拍攝的月亮,照片配合月亮和風景,增添閱讀樂趣,讓人等不及晚上賞月去!


月亮的陰晴圓缺
月亮的週期習慣上從新月開始,這時月亮在天空中的位置最靠近太陽,新月時是看不見月亮的。接下來月亮每天在天空中的位置會離太陽愈來愈遠,幾天後會出現細細彎彎的眉月,然後是上弦月、盈凸月。月亮在天空中的位置,離太陽愈遠愈亮,上弦月離太陽90度,地球上只能看見半個月亮,滿月時離太陽最遠,相距180度,我們可以看見整個月亮,亮度達到最亮。


月滿則虧,滿月後,月亮漸漸往太陽靠近,慢慢由亮轉暗,從虧凸月變成下弦月、殘月,再回到新月。這樣的月相變化,週而復始,整個週期是29.5天。平均來說,月亮每天大約晚50分鐘升起,29.5天後再回到原來的位置。


中秋滿月後的月名
日本中秋節(農曆八月十五)後的月亮有特別的名稱,這些名稱相當有趣,可能是愛月成痴的人想出來的。


日本中秋節賞月的習俗是從中國傳過去的,可能是天氣秋高氣爽,中秋明月月亮看起來特別清澈迷人,看完十五的月亮後,還依依不捨,接下來幾個晚上繼續追月。


滿月時月亮在日落後就會升起,接下來月亮每天都會比前一天晚升起。為了看月亮,站著等月亮,農曆八月十七的月亮稱為「立待月」。農曆八月十八時等待的時間久了些,所以坐下來等,是「居(坐)待月」。為了等十九日的月亮,等著等著就躺下來,是「臥待月」。廿十日的月亮則是要等更晚,所以是「更待月」。


如果月亮每天都晚50分鐘升起,那要等到更待月要等多久?假設農曆十六是滿月,月亮18:00升起,立待月月亮升起的時間是18:50,居待月是19:40,臥待月是20:30,更待月是21:20。為了看月亮癡癡地等到21:20,會不會太癡心了?而且為什麼這幾個月亮名稱只適用在農曆八月呢?其他的月份不適合嗎?


收穫月與中秋月
這跟西方的收穫月有些關聯,收穫月是指秋分最靠近秋分的滿月,每年這時候的月亮會提早升起,以日本東京為例,滿月之後,月亮只比前一天晚約30分鐘東升,而不是平均的50分鐘,這也是一年中兩次月升時間間隔最短的時候。秋分時,正是農夫收成的季節,提早升起的月亮照亮田野,提供農夫夜晚收割時額外的照明,這正是收穫月名稱的由來。


西方收穫月正好是農曆八月的滿月,所以立待月月亮升起的時間是18:30,居待月是19:00,臥待月是19:30,更待月是20:00。為了看月亮等到晚上8點,這樣感覺就合理多了。


台灣中秋節有烤肉的習俗,中秋的夜晚少了分幽靜,卻多了闔家團圓的熱鬧氣氛。如果你看見月亮提早升起,那可能是因為嫦娥想跟你一起烤肉吧!

《黑洞藍調》讀後分享

愛因斯坦的廣義相對論預測重力波的存在,可是重力波太微弱了,非常難偵測。《黑洞藍調》是一本記錄一群研究重力波的科學家,他們建造雷射干涉重力波天文台(LIGO)的過程。


《黑洞藍調》中沒有描述艱澀難懂的物理,反而是著墨在參與建造重力波天文台的科學家。要讓這些有個性的科學家一起工作,本身就是一件困難的事,衝突和磨合一再出現,這樣龐大的科學計畫跟企業組織一樣,都需要優秀的領導來管理,否則只是事倍功半,徒勞無功。看看這些科學家們投入研究的歷程,精彩程度一點都不輸科學研究的成果。

在付出無比的心血和努力後,重力波天文台終於在2015年9月14日首次偵測到重力波,可喜的是2017年的諾貝爾獎頒給參與LIGO重力波研究的三位科學家。

故事結束了嗎?目前LIGO正在進行儀器調教升級,預計2019年年初重新開始觀測,到時LIGO的靈敏度會再提升,偵測到更微弱的重力波。印度、日本和歐洲也在發展重力波天文台,未來重力波的研究充滿挑戰,也充滿驚奇,讓我們拭目以待!

《小行星獵人》讀後分享

一般人對小行星多多少少有一些誤解,例如,認為位在火星和木星之間的小行星數量非常多,太空船通過這裡時要左閃右躲,避免撞到小行星;或如果預知小行星要撞上地球,要用核彈把小行星炸掉。這些誤解在《小行星獵人》這本書中都有介紹,讓你對小行星多一份了解。



書中提到有些小行星還是具有潛在的危險,不過巨大的小行星都在科學家的監控中,造成人類或生物大量死亡的事件不太可能會發生。但是太陽系裡還是有一些較小的隕石,在科學家發現之前撞上地球,雖然墜落的隕石造成人類受傷,幸運的是近代歷史上並沒有發生死亡的事件。

科學家除了用地面和太空的望遠鏡研究小行星之外,還利用太空船研究小行星。今年將有兩艘太空船日本的隼鳥2號(Hayabusa2)和美國的歐西里斯(OSIRIS-REx)近距離探索小行星,這兩艘太空船都將採集小行星上的物質,而且將採集的物質帶回地球,讓科學家可以直接研究小行星的成分,這讓我們對太陽系的起源有進一步的了解。

《小行星獵人》這本書以通俗簡單的方式介紹小行星,即使是沒有天文背景的人也能輕鬆閱讀。書中介紹許多有趣的故事,不知不覺中就把這本書讀完,非常適合悠閒、無所事事的週末閱讀。

原來中國古天文也可以這麼容易:《星空帝國》

喜歡星空的朋友,對天上的星座大概不會陌生,甚至還能如數家珍的說說這些星座背後的希臘神話故事。這些星座中亮星的中文名字並不陌生,但是一談到中國古天文,往往就讓人說不清楚。


為什麼差異如此的大?追根究底,現在我們最常接觸的天文學來自西方,這一套西方天文學歷經古希臘、巴比倫等文化的濤洗,發展相當完整。雖然中國的古天文也曾經有過很高的成就,但是長久以來,有系統介紹中國古代天文的書相當的少,即使有興趣了解中國古天文,也不容易獲得這些知識。


《星空帝國:中國古代星宿揭祕》是一本入門中國古天文的好書,作者是徐剛和王燕平,他們有系統的介紹中國古天文,而且書中圖文並茂容易閱讀。書的內容深入淺出,還有中國古天文相關的詩詞介紹,讀起來一點都不會艱澀難懂。以前曾經為了對中國古天文有些瞭解,花了不少心思在網路上找尋相關資料,非常耗費時間,現在有《星空帝國:中國古代星宿揭祕》這本書,對中國古天文的入門會容易許多。


天人合一
西方和中國古代的天文是兩種不同文化的產物,西方天文學中的星座是與古希臘神話相結合,現代國際天文聯合會認可的星座一共有88個,北半球的星座大部分都源自於古希臘的神話故事。


中國古代把可以看見的天空分為三垣四象,其中三垣是指紫微垣、太微垣和天市垣。紫微垣位在天球北極附近,象徵皇帝居住的地方,太微垣是最高行政機關所在地,天市垣是天上的市場,也是皇帝接見各方諸侯的地方。


紫微垣相當於天上的紫禁城,是皇帝居住的地方,圖片取自《星空帝國》。

四象(或四獸)則是東方蒼龍、北方玄武、西方白虎和南方朱雀,每個象又有7個宿,所以四象一共有二十八宿。二十八宿分布在天球赤道及太陽和月亮運行的軌道附近,前面提到的三垣位在二十八宿的北側,靠近北極的地方。


四象(或四獸)分布在黃道和赤道附近,三垣則位在四象的內側,圖片取自《星空帝國》。




相對於西方的星座,中國古天文用的是星官,星官通常比西方的星座範圍小。三垣有76個星官,四象則有207個星官,一共283星官。


中國古天文則講究天人合一,地上有的人事物,天上一應俱全。這283個星官中有帝王將相、後宮賓妃、士農工商、飛禽走獸、五穀雜糧、生活用品,應有盡有,甚至連陵墓和屎廁也找得到,簡單的說中國古天文就是把地面上的東西都複製到天上。天人合一的想法認為天上發生的事會影響地上的人,所以古代中國的皇帝,會有專門的天文官,為皇帝觀天象,解釋天象的吉凶。


左青龍,右白虎
常常聽說「左青龍,右白虎」,這樣的風水最好,其實這也跟中國古天文有關。中國北方的房子以坐北朝南為佳,房子背對北方,擋住寒冷的北風,大門朝著南方,可以讓溫暖的陽光照進來。


四象與方位的關係。

每年春分時,太陽西下後,東方蒼龍正從東方升起,西方白虎正要從西方落下,正南方可以看見南方朱雀,此時北方玄武位在北方的地平線下。這時如果坐北朝南的話,左邊正是蒼龍,右邊則是白虎!蒼龍和白虎的頭都朝向南方,像是守衛著風水寶地的兩隻神獸。


中國古天文原本是皇帝專屬,用來占卜吉凶,老百姓是沒有機會學習的。藉著《星空帝國:中國古代星宿揭祕》這本書的出版,讓我們平民百姓也能夠一窺中國古天文的究竟!

《冥王星任務》告訴我們的事: 什麼樣的科學技術讓新視野號探索冥王星?

冥王星距離我們非常的遙遠,平均距離大約是地球到太陽距離的40倍,要探索這麼遠的天體需要相當尖端的科學技術,美國航太總署(NASA)掌握哪些先進的技術讓新視野號達成探索冥王星的任務呢?


新視野號拍攝的冥王星影像。影像來源NASA


與冥王星失之交臂
航海家任務(Voyager program)是美國航太總署相當成功的外太陽系探索計畫,這項任務由兩艘相同的航海家太空船組成。航海家2號於1977年8月20日發射,16天後(1977年9月5日),航海家1號也從佛羅里達州的卡納維爾角出發。為什麼先發射的航海家太空船是2號,而不是1號呢?這是因為航海家1號雖然較晚發射,但是後發先至,航海家1號比2號先抵達木星和土星,所以後發射的稱為航海家1號。


航海家2號飛掠木星、土星、天王星和海王星,是唯一一艘探險過天王星和海王星的太空船,我們現在對這兩顆行星的認識,很大一部分都是從航海家2號飛掠獲得的。


航海家1號的旅程原本可以在經過木星和土星後直達冥王星,但是後來決定轉向探索土星的衛星泰坦。泰坦是一顆擁有濃厚大氣的巨大衛星,科學家推測那裡可能有生命存在,所以泰坦成了航海家1號的探索對象。轉向泰坦後,航海家1號就無法探訪冥王星,要拜訪冥王星就只有等下一艘太空船,不過這一等就是幾十年。


尋找外援:俄羅斯的質子火箭
因為某些因素,美國航太總署的高層並不重視冥王星的計畫,甚至百般阻撓。雖然美國航太總署願意出資冥王星計畫,但是提供的經費只夠建造太空船,沒有錢支付升空的火箭費用。空有太空船,沒有火箭飛離地球也沒用,這讓冥王星任務計畫主持人艾倫.史登(Alan Stern)相當頭痛。


為了解決火箭的問題,艾倫.史登想到俄羅斯的質子火箭,如果俄羅斯願意提供火箭就可以解決這個問題。艾倫.史登親自飛到莫斯科,俄羅斯的答覆是可以,不過太空船上要攜帶一項俄羅斯的儀器,這個條件聽起來很合理,讓美俄攜手探索冥王星成為可能。


眼看問題就要解決,不過這樁美俄合作的好事,卻因為電池的問題無法繼續。


什麼樣的電池用了十年還有電?
太空船離太陽愈遠,能夠接受到的太陽光就愈少,如果要靠太陽能板獲得電力就愈困難。目前距離太陽最遠,還使用太陽能板的太空船是朱諾號。朱諾號目前繞木星運行,它能接收到的太陽光不到地球的三分之一,朱諾號必需靠三面巨大的太陽能板,才能夠讓它在木星軌道上持續運轉。


到了土星太陽光大約只剩地球的百分之一,冥王星接收到的太陽光更是不到地球的千分之一,太陽光已經無法提供太空船需要的電力。航海家和新視野號等探索外太陽系的太空船用的是電池,不過不是普通的電池,那是特製的核能電池。


新視野號,圖中右上方黑色圓筒撞的就是放射性同位素熱電機。圖片來源:NASA


這種電池稱為「放射性同位素熱電機」,它利用放射性元素鈽產生熱,再由熱產生電力。新視野號的核能電池只能產生兩百多瓦的電力,這樣的電力相當弱,連家裡吹風機的耗電都比它多。還好工程師設計的儀器耗電量都不大,省吃儉用還能讓新視野號上的各個儀器運作順暢。


太空船要搭載危險的放射性元素,要通過美國各個單位層層的審查,必須要在安全上萬無一失。想要讓俄羅斯的火箭發射這樣高危險的物品,基本上美國國防部應該是不會批准的,所以政治上的因素,讓俄羅斯發射太空船這件事就此打住。


冥王星,過站不停
在各方的努力之下,新視野號好不容易有了美國自己的火箭可以發射,不過光靠火箭的推力要到冥王星的時間還是太久。最快省時的方法是算準時機飛過木星,讓木星的重力助推一下,這可以讓原本十幾年的旅程縮短到不到10年。


新視野號以研究冥王星為主,在它之前的伽利略號則以木星為主要目標,當伽利略號抵達木星後,它會減速進入木星軌道繞木星運行,這樣伽利略號就可以長時間研究木星。


不過新視野號則不一樣,它以飛快的速度靠近冥王星,完全沒有減速,也沒有進入冥王星的軌道。新視野號就像過站不停的高速火車,呼嘯通過冥王星!新視野號為什麼不停下來好好的研究冥王星呢?


科學家在設計新視野號時,把它的重量減到最低,這是為了讓它容易加速,早日抵達冥王星。這樣的設計當然沒有攜帶減速用的火箭燃料,所以新視野號當然慢不下來。這表示新視野號只能在飛掠冥王星的前後短暫時間可以研究冥王星。這段短暫時間是新視野號飛行9年多後才獲得,也是新視野號團隊耗費無數心血後最企盼的寶貴時間。


意外中的意外
2015年7月4日,也就是新視野號預計飛掠冥王星的前十天,新視野號突然出現失聯的狀態!也就是地球上的新視野團隊聯絡不上太空船,這簡直是最可怕的噩夢。


不久之前,由民間出資的以色列月球探測器,原本雄心壯志的要登陸在月球表面,成為美國、蘇聯和中國之後,第四個登陸月球的國家。可惜在登陸月球前,突然出現故障,雖然地面人員緊急重開機,可惜無法挽回探測器墜毀月球的命運。


如果無法即時修復,新視野號這9年多的飛行和研究人員多年的心血就白費了。這一段在《冥王星任務》中有精采的描述,在這裡只能暴雷的說任務圓滿達成,至於細節就等你翻開書體會那驚心動魄、手心冒汗的過程了⋯⋯

《冥王星任務》告訴我們的事: 可以只要學術,不要政治嗎?

幾年前從網路上知道出版了一本新書CHASING NEW HORIZONS,主要的內容是描述新視野號(NEW HORIZONS)太空船探訪冥王星的故事,這本書比較特別的是其中一位作者是新視野號的計畫主持人艾倫.史登(Alan Stern)。我當時的想法是哪天一定要把這本書拿來讀一讀,除了冥王星本身故事充滿爭議,由計畫主持人來親自描述新視野號的來龍去脈一定很有趣。不過,後來事情一忙就把這件事忘了,幸運的是時報出版出版了這本書的中文翻譯《冥王星任務》!二話不說趕快來拜讀這本好書。


探索冥王星的新視野號太空船。影像來源NASA


收到書時,第一眼的感覺是好厚,介紹新視野號太空船和冥王星需要這麼厚的一本書嗎?開始閱讀以後發現,將近一半的篇幅是在描述黑暗的政治干預。


美國人的「行星」:冥王星
人類自古以來就知道天空中有五顆行星:水星、金星、火星、木星和土星。1781年英國的天文學家威廉·赫歇爾(Wilhelm Herschel)用望遠鏡觀測夜空時,意外發現了天王星。這讓人意識到,除了大家熟悉的五顆行星外,太陽系裡可能還有其他的行星存在。


勒維耶(Urbain Le Verrier)是一位法國的天文學家,他根據天王星軌道的偏移,計算出天王星外還有一顆行星存在。因為勒維耶所在的巴黎天文台沒有適當的望遠鏡,所以他把可能行星的位置告訴德國柏林天文台的約翰·格弗里恩·伽勒(Johann Gottfried Galle),請他協助尋找。伽勒在1846年9月23日的早上收到勒維耶的信,當天晚上就在勒維耶給的座標位置附近發現海王星!


海王星外還有未知的行星嗎?天王星和海王星是英國、法國及德國人發現的,美國人當然想發現一顆新的行星。美國波士頓的富豪帕西瓦爾·羅威爾(Percival Lowell),他在美國亞利桑那州建造私人的羅威爾天文台。羅威爾除了觀測最喜歡的火星外,也希望能找第九號行星,不過直到他過世為止,都沒有發現這顆未知的星球。羅威爾的遺孀決定要為丈夫完成心願,這個心願就落在當時20幾歲的克萊德·湯博(Clyde Tombaugh)身上。


湯博與他自製的望遠鏡


湯博是美國堪薩斯州的一位農村青年,因為喜歡天文,所以自己製作天文儀器觀察行星,他把觀測到行星的樣子畫在紙上,寄給羅威爾天文台的科學家,希望他們對他的描繪給些意見。湯博萬萬沒想到,他因此獲得一份在羅威爾天文台的工作。湯博到羅威爾天文台後,就被賦予尋找第九號行星的任務,不過天空這麼大,要如何找這顆未知的天體?


天王星和海王星的發現都是人眼透過望眼鏡發現的,要在海王星外找到更暗的新行星就要靠新技術:照相術。湯博在天空中一個區域拍照,幾天後再次在同一個區域拍照,接下來比對兩張照片,如果兩張照片上出現移動的星點,這個星點有可能就是顆新行星。


湯博除了要觀測拍照,還要沖洗和比對照片。根據湯博自己的描述,這樣的工作比在田裡幹粗活還累。不過辛苦總是有回報的,1930年2月湯博發現一個移動的光點,這個光點就是後來稱為冥王星的天體!


湯博發現冥王星的故事非常「美國夢」,一位名不見經傳的農村青年,努力辛勤工作得到重大的發現,所以美國人對冥王星這顆「行星」充滿感情。


赤裸裸的政治干預
如果不是對冥王星充滿情感,新視野號任務可能就在政治干預下胎死腹中!


艾倫.史登從他還是博士班研究生時就開始計畫探索冥王星。透過各種方式推動冥王星的太空船計畫,目的就是要讓美國航太總署(NASA)接受發射探索冥王星的太空船。


美國航太總署的高層似乎屬意其他任務,讓冥王星任務充滿坎坷。在書中,每每眼看艾倫.史登的團隊就要成功達陣,就會出現美國航太總署的高層要求停止任務或要他們砍掉重練,層層的政治干預讓前往冥王星任務無法起飛。雖然美國航太總署可能有科學上(或政治上)的考量,不過美國的廣大民眾卻不買帳,艾倫.史登也發動群眾的力量捍衛美國人的行星,對抗政治干預。艾倫.史登在書中毫不客氣的指名道姓美國航太總署的高層,誰做什麼決定,誰又做了無理的要求,誰又在阻撓冥王星探索任務。


人生短短幾個秋,艾倫.史登在冥王星任務上耗費許多歲月。團隊的努力一次又一次克服無理的要求,相當佩服艾倫.史登夠強的心臟,能夠承受這樣劇烈的起伏。書中的劇情比電影《不可能的任務》還要寫實、還要刺激。


不過你知道嗎?新視野號雖然在2006年1月發射,任務也執行的很成功,可是新視野號從來沒有探索過第九號行星!因為國際天文聯合會在新視野號發射後幾個月,經過天文學家的表決把冥王星重新分類為「矮行星」,讓原本太陽系裡的九大行星變成八大行星。所以原本要探索最後一顆行星的新視野號,成為探索矮行星的太空船,這對艾倫.史登來說也是一種無奈的政治干預吧!