零距離科學:回顧與前瞻——太空篇

零距離科學:回顧與前瞻——太空篇
在太空船上俯視地球,將會是一個難忘的體驗,現在已有私營航天科技公司接受預約,讓非航天相關人士也可一圓心願。

我們想讓你知道的是

今集《零距離科學》,會帶大家參觀各個正在進行的登月、登火計劃,還有各個用於觀察遙遠行星系統望遠鏡,不要錯過!

文:馬學綸(香港中文大學微生物學系博士)
圖:香港電台

以科學之力追尋遙遠的「他」

人類自古就追求個體的長生不死,到人類社會越趨全球化,就生成了永續人類文明的想法。隨著科技進步,以科學之力達成願望的「方式」也不斷改變,每個步驟也越來越清晰。

遙遠的「磒石」——大型磒石引發大滅絕的危機

現代科學家相信,地球上所有生物都由一個共同祖先演化而來,由約38億年前以自行複製分子(self-replicating molecule)的形式在地球上出現,再演化成各種各樣的生物。然而,地球上的生物的生活並不是一帆風順,至少經歷過5次大滅絕,每次全球都有8至9成的生物消失。

其中一次最為大眾認識的相信就是在約6600萬年前,白堊紀末發生的大滅絕事件。當時一顆隕石撞落現今墨西哥灣的位置,引起的一連串生態事件帶來了眾多生物,包括非鳥類恐龍(non-avian dinosaur)的滅絕,只有少部份生物,如小型哺乳類(我們的祖先)和鳥類能存活下來。

其實,這種大型隕石撞地球的事件並不罕見,每天有多顆大大小小的隕石跟地球「擦身而過」,甚至會有隕石在比月環繞地球的軌道更近的距離掠過,當中不乏若撞落地球會形成第六次滅絕的大小。如果撞擊角度適合,一顆直徑10公里的隕石就足夠了對人類文明產生毀滅性的傷害。所以,要讓地球上的人類文明繼續下去,不得不面對大型隕石撞地球的威脅。

其中一個解除威脅的方法,是在發現將會撞落地球的隕石後,盡快派太空船接近,引發爆炸或衝擊,把隕石「推離」原定軌道,同時亦要考慮爆炸產生的隕石碎片會否撞擊地球的問題。

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科學家已派出儀器,將於2022年抵達一個由兩顆小行星組成的系統,撞擊較小的小行星,觀察它本來環繞著較大的小行星運行的軌道的變化。

約翰·霍普金斯大學(John Hopkins University)和美國太空總署正在進行一項試驗計劃,選擇了一個由兩顆小行星組成的天體系統來測試改變小行星軌道的計劃,其中體積較小的小行星(Dimorphos),圍繞著另一顆較大的小行星(65803 Didymos)運行。

科學家預備在2021年7月發射太空船,在2022年9月以撞擊表面的方式「降落」較小的小行星。歐洲太空總署發射的衛星將會在2026年到達,更精確地觀察兩顆小行星的運行軌道的改變,得到的數據有助了解小行星的結構、成份、爆炸產生的衝擊和運行軌道的關係。

遙遠的「他鄉」——在月球和火星表面建立基地

自1972年的太陽神17號登月任務後,就沒有人類再登上過月球,近年越來越多國家和私人企業加入太空科技競賽,亦有不少人再提登月的事,但這種討論已滲入了不少經濟和政治色彩。以實用角度來說,再次登陸月球表面只是一個「重啟」的象徵,在月球或是火星上,建立永久性基地自給自足,甚至是開採地球上稀少或不存在的資源才是中長期目標。

要在地球以外的天體建立基地,在要考慮的各個問題中,最重要的還是距離,因為技術限制,長距離也代表需要長時間跨越。以由地球飛到火星為例,不是全年都適合起程的,由於地球和火星都照著自己的軌道圍著太陽公轉,兩者時近時遠,所以每年中只有約一半的時間飛行距離較短,但單程仍要約6個月,來回就是13個月了。

為了減輕每次發射和運輸物資的成本,有商家研發了可重用的火箭,甚至是讓火箭機身直接成為基地。在月球表面建立基地,可以先在地球上製造部件再送上去,但更可持續發展的方式,是以月球上的資源作原材材料,在月球上製造部件。在火星上興建基地也可用同一方法,以減輕需要長途運輸的重量和節省燃燒。

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圖中的太空艙計劃在2021年升空,將可搭載6名乘客,屬於太空旅遊計劃,運送太空艙的火箭將可循環再用,以減輕成本。

不過,距離的問題不只影響硬件,而是對人類本身也會有很大的影響。因受現有的太空船科技所限,即使是航行太陽系內的距離,也要讓同一隊人在密封而窄小的空間共處以月甚至年計的時間。到達月球或火星後,更是要與同一組人解決各種人類未面臨過的問題,除了如何運用手上有限的工具達成目標,如何維持隊員的心理質素和如何解決隊員間發生的問題亦非常重要。

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科學家正在測試以火星上能找到的原料,混合塑膠纖維,製成比石屎堅硬,又能阻擋由太空而來的輻射的物料,配合3D打印技術,將能在火星上以低成本快速興建基地。

遙遠的「生命」——尋找地外行星上的生命

然而,人類探索宇宙,除了尋找其他家園,讓地球不再適合生存時搬家,更重要的是尋找我們的根源,「我們從哪裡來,又將往何處去?」,其中一個接近答案的方法,就是尋找地球以外的生命。試想想,如果能在太陽系內的其他天體上找到地球上沒有的生物,不論是簡單還是複雜,也會改寫我們所知的生命起源論。

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各種火星探測車將會抵達火星進行探索和實驗,圖中的是由美國太空總署設計的毅力號(Perseverance),將會在2021年到達火星,尋找火星上生命存在過的證據。

不同機構的科學家已把各種各樣的衛星、探測車等送上月球和火星,甚至是更遙遠的木星、土星的衛星,希望收集到更多這些可能有生物存在的天體的各種資訊。

隨著科技發展,科學家也把眼光放得更遙遠,到了各顆恆星可能擁有的行星系統,稱為地外行星系統。只要角度適合,以望遠鏡觀察,這些行星有可能會經過恆星前面,遮住了一點恆星的光,就憑著「一點」,科學家就能計算出行星的大小、質量、跟恆星的距離等資訊,讓它們成為進一步探索的對象。

科學家已找到一系列位於自己的恆星的適居帶(水能以液存在)的地外行星,當中不少和地球大小與密度相約,有可能有生物存在,甚至成為人類的下一個家園。

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圖中的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),將於2021年被置於太空軌道,主力探測位於適居帶的地外行星的大氣中,有沒有和生命形成有關的分子。

今集《零距離科學》,會帶大家參觀各個正在進行的登月、登火計劃,還有各個用於觀察遙遠行星系統望遠鏡,不要錯過!

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31播映。本集於1月8日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

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責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex


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