《冥王星任務》書評:太空探險不是純科學問題,而是涉及資源分配的政治問題

《冥王星任務》書評:太空探險不是純科學問題,而是涉及資源分配的政治問題
Photo Credit: AP/達志影像
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新視野號的團隊僅僅花了四億美元,就完成了一個不可能的任務。覺得四億美元(折合台幣約120億元)很多,對不對?抱歉,在美國小布希政府出兵伊拉克的那幾年,一天的軍費平均七億美元(折合台幣約210億元),冥王星任務簡直就是便宜到起笑。

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文:黃貞祥(國立清華大學分子與細胞生物研究所、生命科學系專任助理教授)

每當有太空飛船飛掠或登陸一個行星,我的臉書動態就會被各大媒體的新聞洗版。

地球上除了深海,已經沒有多少人煙罕至的地方了,連聖母峰都能組團前往了。對於人類來說,最大的未知,應該是來自夜晚時舉頭望見的星空。

每當我如果能到一個沒有光害的地方,見到星斗滿夜空,就感到人類實在太渺小了,和宇宙的大歷史相比,地球上的紛紛擾擾算什麼呢?所以儘管媽祖一再託夢,要我出來選總統,我還是一直不為所動……

2015年7月14日,美國國家航空暨太空總署(NASA)探索矮行星冥王星和古柏帶的行星際機器人太空飛行器——新視野號(New Horizons),在旅程中最接近冥王星並且成功傳送訊號回地球時,我的臉書就被洗了一次版,看來我們與冥王星的距離其實不遠。

過去,在我們的自然教育中,冥王星是九大行星之一。然而在2006年8月,國際天文聯合會(International Astronomical Union,IAU)把冥王星降級成所謂的「矮行星」,因為冥王星的公轉軌道會遇到海王星,冥王星又位處古柏帶(Kuiper Belt)和不少小型星體共用軌道,不符合行星要大到能清除公轉軌道的「鄰居」,讓自己成為軌道上最大的重力來源之定義。

在經過在發射地點的幾個延誤後,新視野號於2006年1月19日在美國佛羅里達州卡納維爾角(Cape Canaveral)發射時,冥王星仍然被認為是一顆行星,只是當年八月IAU「政變」式地把冥王星降了級。對此,冥王星任務的團隊是五味雜陳。

作為以最快速度離開地球的人造物體,以最高時速每秒16.26公里一飛沖天後,新視野號先朝著木星飛去,先傳回關於木星的大氣層、衛星和磁層的資料,也順便測試新視野號上的諸多探測器的能耐。木星提供了新視野號重力輔助後,加速前往離地球48億公里遠的冥王星。在旅程的大部分時間,新視野號上的儀器都處於休眠狀態,以保護系統。

為了打造一個能耐受木星強大磁層裡的帶電粒子以及抵擋撞擊,並且運作十幾年的太空飛行器,還有應付政府科研預算的縮減,新視野號的團隊僅僅花了四億美元,就完成了一個不可能的任務。覺得四億美元(折合台幣約120億元)很多,對不對?抱歉,在美國小布希政府出兵伊拉克的那幾年,一天的軍費平均七億美元(折合台幣約210億元),冥王星任務簡直就是便宜到起笑。

打那場爛仗不僅啥都沒得到,還造成了中東的政局動盪,那筆總軍費絕對夠飛出太陽系超過百次,太陽系裡的大小行星都能被探測過一次。軍火商都徵召去打造太空飛船,不僅賺到荷包飽飽,他們也都能到外星去開採稀有礦產而促進地球經濟發展了吧?

當然,歷史是沒有如果的,我們就只有一次冥王星任務。來讀讀計畫主持人艾倫・史登(Alan Stern)與行星科學家大衛・葛林史彭(David Grinspoon)在《冥王星任務:NASA新視野號與太陽系盡頭之旅》(Chasing New Horizons: Inside the Epic First Mission to Pluto)中爆的料吧。

從《冥王星任務》這本書中,我們可以見識到,偉大的科學家是如何不屈不撓地實現夢想的。在大型科學研究中,了不起的科學家已經不僅是在學術專業上要超群絕倫,還要能夠一再說服政府機關等等願意拿出微薄的經費(相對軍費支出),以及領導上千人的團隊朝著共同的目標努力邁進。在過程中,還得一再經受拒絕和政策改弦易轍的打擊,以及團隊內外的勾心鬥角,以及應付種種突發的意外狀況和危機。就因如此,《冥王星任務》是本精彩可期的科普書,並不僅僅有維基百科就能查到的相關知識而已。

NASA早在上世紀七十年代就送出了兩次航海家號(Voyager)和兩次先鋒號(Pioneer),把八大行星都探測過了一遍。可是後來因為政策及意識形態的改變,就甚少有類似的太空飛行器任務了。後來美國政府猶䂊是要進一步探測已知的火星,或是奔向未知冥王星的計畫中兩擇一,冥王星有幸被選中。

《冥王星任務》主要作者艾倫在科羅拉多大學取得博士學位,在業界混了幾年後重返學術界,當時航海家二號已飛奔向天王星和海王星,讓他感嘆是否錯過了行星科學的黃金時代,所以他選擇了尚未探索過的冥王星。艾倫累計參與超過24次的科學太空任務,於2016年榮獲美國太空學會(American Astronautical Society)授予卡爾・薩根紀念獎(Carl Sagan Memorial Award)。

在頂尖科學家眼中,尚未被探索過,還不足以成為被巨額經費資助研究的充分理由,因為未知的新邊疆實在多如牛毛,科學家還需要非常努力地說服學術界,該探索在科學上的意義和重要性究竟是啥?該研究如何推動科學的整體進步?

太空探險不是純科學問題而已,而是涉及資源分配的政治問題。像冥王星任務這樣的大型計畫,需要上千名科學家和工程師的參與,是一項極為複雜的工作,之中除了很多繁複的科學工作,還有很大量的行政工作來群策群力地處理策略的擬定、事務的計劃、太空船的建造。《冥王星任務》就是要清楚交待太空任務從發想、核可、撥款、建造、發射的過程中,歷經多次的快意恩仇和峰迴路轉,這中間也多次要克服人謀不臧或時運不濟的危脅,才能順利完成任務。

艾倫憑著滿腔熱血,逐步說服頂尖人才加入,組織了「地下活動」。後來探索冥王星的重要性被認可後,領導了一群科學家和工程師,不畏笑話和風雨,提出了有限預算內可行的計畫,在各方人馬明爭暗鬥下,領導西南研究院與約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)和科羅拉多大學、加州大學、噴射推進實驗室(JPL)、洛克希德・馬丁等組成的另一個強大團隊競爭,2001年底爭取到了NASA支持這個冥王星任務的執行,迄今耗時近三十年在這個大型計畫上。

新視野號的冥王星任務要和時間賽跑,非常刺激。他們必須要趕在2006年發射新視野號,否則一旦錯過,就要等上十年也就罷了,屆時因為離太陽太遠,冥王星的大氣層就會凍彊了,就失去研究大氣層氣體的機會,而且還雪上加霜地拍不到地表的照片;另外,因地面強風和APL的控制中心突然停電的原因,兩度推遲昇空,也超刺激的。一旦錯過了2006年1月11日至2月14日之間這段「發射窗口」,那麼就無法得到木星的重力輔助,或者等到2007年2月2日至15日發射,就會晚個三四年才能飛掠冥王星;2015年美國國慶日,艾倫接到電話告知新視野號失聯的消息而要召回團隊通宵加班處理,以免幾千人長達十幾年的心血結晶付諸流水。

新視野號在2007年2月28日最接近木星時得到木星的重力助推,並且順便對木星及其衛星作了大量觀測。新視野號於2015年7月14日從不到一萬公里的距離飛越冥王星,成為首個成功飛掠冥王星系統的人造飛行物。任務中,新視野號向地球發送了大量的冥王星及其矮行星系統的照片。

新視野號不僅拍攝到清晰的影像,新視野號的測量結果,冥王星的直徑比太陽系中另一顆矮行星鬩神星(Eris)要大,所以確認了冥王星到目前為止,仍是海王星以外的已知天體中最大的天體。

新視野號還發現冥王星具有活躍地質活動,冥王星地表覆蓋冰凍住的氮冰甲烷和一氧化碳,而且可能存在著地下海洋。冥王星表面的氮氣和甲烷等氣體,在紫外線的作用下,分解成乙烯、乙炔等碳氫化合物和碳氫安化合物,這些化合物降落在冰冷的大氣層中,凝結成冰顆粒,會形成了輕煙裊裊的薄霧層。

在《冥王星任務》原文版於2018年5月出版後,新視野號並未退休,仍然在古柏帶執行各種任務。古柏帶裡面有許多彗星、小行星、矮行星以及冰凍物質。今(2019)年元旦,新視野號飛越了一個暱稱為「終極遠境」(Ultima Thule)的太陽系邊緣天體。「終極遠境」位於太陽系邊緣,距離地球65億公里。「終極遠境」寬約三十公里,新視野號在其表面3500公里的高度飛掠過。這是迄今為止人類對太陽系天體探測距離最遠的一次,無線訊號需要6小時8分鐘才能傳回地球。

在《冥王星任務》中,我們可以見識到不屈不撓地實現夢想的力量有多了不起。身為科學工作者,小弟雖然只能算初出茅廬,就見識過很多很多對科學家熱情的打擊,包括被質疑沒應用價值、被吐槽大眾無法理解、被朝令夕改的政策惡搞等等,有時候也很難不自我懷疑一下,做科學教育是不是害人不淺的黑心事業,要不是有像《冥王星任務》這類作品時刻提醒我們,天亮前的黎明是最黑暗的,山窮水盡疑無路、柳暗花明又一村,只有刻苦鍥而不捨的人才能笑到最後。

《冥王星任務》本身提供的科學知識就是道盛宴,扣人心弦的故事也令人欲罷不能。對大型科學研究感興趣並且夢想投身其中的朋友,《冥王星任務》肯定是本必讀科普書;對懷著夢想在前進的道路中感到挫折和迷惘的朋友,《冥王星任務》也會是一帖充滿正能量的良藥!

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責任編輯:羅元祺
核稿編輯:翁世航