To boldly go where no man has gone before. – Star Trek 地球時間2017年4月26號，環繞土星運行的卡西尼太空深測器，勇敢到達前人未境之地，穿越了土星與土星環之間。 這次俯衝，展開了卡西尼號最後任務的序幕。接下來幾個月，卡西尼號每6日都會俯衝土星與土星環之間一次。2017年9月15號，卡西尼號就會直接衝進土星大氣層，完成長達20年的任務。卡西尼號將會沿途收集土星數據，即時傳送回地球，直至土星大氣將卡西尼號壓碎一刻。 1997年10月15號升空的卡西尼號曾兩度探訪金星，借助金星重力使出天體力學絕技「重力助推」，金星重力就好像彈弓把卡西尼號彈射飛向外太陽系。然後它又掠過月球和地球、小行星2685以及木星，然後於2004年7月1號進入環繞土星軌道。 卡西尼號並非隻身探險，它身上帶著另一個探測器惠更斯號。2004年12月25號，惠更斯號與卡西尼號分離，並於2005年1月14號成功降落土衛六泰坦。惠更斯號把泰坦上拍攝的影像和所有科學數據傳送上卡西尼號，然後由卡西尼號傳回地球。這是史上首次降落於外太陽系天體的任務。 公元1655年，荷蘭天文學家克里斯蒂安・惠更斯（Christiaan Huygens, 1629-1695）提出，伽利略在1610年觀察到的土星「耳朵」其實是個環。惠更斯使用自製的折射望遠鏡發現了泰坦，繼伽利略發現木星衛星後首次觀察到其他行星的衛星。 1671年，法國天文學家喬凡尼・卡西尼（Giovanni Domenico Cassini, 1625-1712）發現了土衛三、土衛四、土衛五和土衛八。卡西尼也發現了土星環的一條主要縫隙，現在我們稱之為卡西尼環縫。因為卡西尼和惠更斯對土星的觀察和研究貢獻，他們成為了土星天文研究的代名詞。 過去20年，卡西尼號收集了非常豐富的科學數據，使愚蠢的人類眼界大開。透過卡西尼號的眼睛，我們發現了土星7個新的衛星，更親眼目睹一個新衛星正在土星環之中形成；我們看見了泰坦上的液態烷河流；我們看見了30年一次的土星巨型風暴「大白班」狂暴地釋放輻射；我們看見土星極地的六邊型旋渦；我們發現土衛二南極地底可能有液態水海洋存在。還有更多、更多。 人類從12億公里外看見了地球，看見了我們自己。看見了人類在廣闊宇宙裡如何渺小、探索宇宙的夢想又如何偉大。 謝謝大家／那麼守時／來到這兒 我在土星的演唱會／現在開始 只要讓我在／土星環的基地 看你／看你／看到你 ——《土星環》 謝謝您們，卡西尼號、惠更斯號，再見了。 延伸閱讀： NASA卡西尼號最後任務網頁 封面圖片：卡西尼號拍攝的土星 (NASA)
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宇宙
0 秒，這是開始。一切奇妙事件的開端。大爆炸。到處充斥著極多的能量。時空自此開始。 0.0000000000000000000000000000000000000000001 秒，即 10-43 秒，重力從弱核力、電磁力、強核力分離開來，形成太初重力波。 0.000000000000000000000000000000001 秒，宇宙暴脹結束，弱電力與強核力分離。在暴脹的這 10-32 秒之內，宇宙的體積至少大了 1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 倍，即 1078 倍。 0.000001 秒，質子形成。 3 分鐘，太初核熔合結束。 38 萬年，由於溫度隨著時間下降，電子與原子核形成原子。沒有自由電子散射光線的宇宙因此變得透明。此時看見的宇宙，就是宇宙背景微波輻射。 5 億 6 百萬年，氫、氦及少量其他元素被萬有引力聚集在一起，形成一個個氣體團。氣體不斷向中央墜落，因此越接近中央地方的密度及溫度就越高。最後，在宇宙某處的某個氣體團的中央溫度達到氫核熔合成氦核的臨界溫度，第一顆恆星誕生。之後，宇宙各處相繼點燃了這種燭光，星星開始照亮宇宙。星系亦續漸開始形成。 92 億年，在今天人類稱為銀河系的其中一條漩臂之上的其中一個氣體團開始了它的熱核熔合反應。這顆恆星有一個名字，叫做太陽。這個平凡恆星的誕生同時創造了眾多行星。其中八顆避過了互相撞擊毀滅的命運，各以不同的軌道穩定地環繞太陽公轉。人類居住的太陽系就此誕生。 100 億年，太陽系第三號行星地球上出現了最早期形式的生命。以後，生命就在這個星球上繁衍不斷、生生不息。 137 億年，地球上有一些叫做人類的動物，回想當時的情境，使用電腦模擬宇宙誕生的歷史。 封面圖片：Hubble eXtreme Deep Field/NASA
恆星的死亡筆記
每當我們仰望天際，除了高樓大廈和比 IFC 更高的樓價外 (例如把 1000 萬港幣全部換成 10 蚊銀，疊起來有 7 座 IFC 那麼高)，我們看到天空。 天空中、雲層外，人類只古以來，每天都會看到一個發光的球體。這個球體每天環繞地球轉一個圈，照亮我們的大地，為地球上所有的生命提供能量。 這個發光的球體，就是太陽。 自我們在森林中生活的祖先以來，這個太陽日復一復、年復一年，從未間斷地照耀著。我們很自然會好奇：「太陽是否永恆不變？」 太陽是一顆星。星的英文 star，中文正式名稱叫「恆星」。用上永恆的恆，因為恆星的壽命與人類或其他所有動植物比起來，就如永恆一樣的長。可是，就連宇宙的壽命也不是無限永恆的，恆星也有其壽終正寢的一天。 我們的太陽現在大約有 50 億歲，天文學家估計它仍可繼續發光另一個 50 億年。為什麼太陽的壽命可以有 100 億年那麼長呢？而其他恆星的壽命又會否不同？ 在晴朗的夜空，我們可以看到很多星星。這些星星其實就是別的太陽。如果我們細心看，可以觀察到不同的星星有不同的顏色。我們的太陽當然是橙色的了，而有一些星星是藍色的，另外一些看上去則比太陽更偏紅。 為什麼恆星會有不同的顏色？顏色與溫度有直接關係：藍光的能量比紅光高，所以如果大家有入過廚房，就會發現越熱的火越偏藍色。同樣，恆星的顏色也代表了他們的表面溫度 (注意只是「表面」的溫度，因為我們只能看到恆星的表面發出來的光)。所以當我們看到一顆藍色的星星，就可以知道這是一顆比太陽溫度高的恆星；相反，當我們看到一顆比太陽更偏紅的星星，就知道它比太陽溫度低了。 說到這裡，究竟我們的太陽有多熱？其實太陽的表面溫度並沒有你想像的那麼熱，只有約 6000 度。在恆星的家族之中，太陽是一顆中等偏低質量的恆星。而一些藍色的星星，其表面溫度可達幾萬度，這些恆星的質量比太陽的高很多 (大約 10 – 100 倍)，天文學家叫它們做「巨星」或「超巨星」。而比太陽輕的恆星，就是那些偏紅的星星，表面溫度只有大約幾千度，質量可低至約 0.08 倍太陽質量，天文學家叫它們做「矮星」。 但究竟溫度與恆星的壽命有什麼關係啊？天文學家又是如何知道恆星的壽命有多長？地球的壽命比太陽短 (這是當然的，因為太陽比地球早形成)，生存在地球上的我們當然不可能有足夠長的壽命去觀察太陽的一生。天文學家不能與星星鬥長命，但我們發現到一個事實：原來恆星在其一生的不同時間，外觀都是不同的，就像人類會經歷生老病死一般。所以，計算恆星的壽命、恆星如何演化等等，就有如做人口普查！ 試想像：我們是外星人，坐飛船來到地球。我們看到一種叫「人類」的動物，牠們有很多不同「形態」：有些看上去很壯碩、有些滿頭白髮、有些體型細小、有些卻很高大。我們如何知道牠們究竟是如一個物種在其生命週期的不同階段，還是根本是不同的物種呢？ 如果我們把地球上不同地方的「人類」做統計，例如把每 100 萬人分開來，看看他們的身高、外觀等等參數的分布。地球上有大約 70 億人，所以我們可以做 700 次這樣的統計。結果我們會發現，這 700 次裡面的大部分，都包含著上述不同的「形態」，而且不同「形態」之間的比例有不同地方會有差別。這就告訴了我們一個非常明顯的事實：極有可能「人類」是同一個物種，而不同「形態」之間的不同比例代表了該區域的人口老化程度！ 其實，天文學家就好像這些外星統計學者。天文學家就是透過觀察不同恆星的集合，看看他們的光度和溫度之間的關係。事實上，很多恆星都不像我們的太陽這麼孤單，很多恆星都是屬於雙星、三星、甚至多星系統之中。一個介乎幾個至幾十萬個恆星的多星系統，我們叫叫「星團」。很多很多個星團聚集在一起，就形成了宇宙間一個一個星系了。 如果我們觀察這些星團、星系，數數看他們每一個裡面的恆星成員，看看它們的光度和溫度，就會發現不同的星團、星系會有不同的比例，就好像人口普查的結果。所以，天文學家就知道恆星會演化了。 當我們知道恆星會演化，下一步就是要知道它們如何演化。天體物理學家使用我們已知的物理定律，建構出各種不同的恆星模型。在愛因斯坦的時代，人類還不清楚究竟太陽是如何發光的，他們不明白為何太陽能夠持續並非常穩定地釋放出這麼巨大的能量！ 那時候，物理學家還未知道有核能這種能源。有一些科學家說太陽的能量來自化學能、另一些則說太陽能源是因為向太陽落下的隕石所釋放出來的重力勢能…… 可是全部這些能量都不足以維持 50 億年：只需要簡單地計算一下，莫說是地球生命起源的大概 40…… Continue reading 恆星的死亡筆記
我們都是星塵：卡爾．薩根 (Carl Sagan)
卡爾．薩根 (Carl Sagan, 1934 – 1996) 是著名的天文學家，同時亦是一位出色的教育家，終生致力向社會推廣科學。儘管大家可能從未聽過他的名字，但其實大部分人都會聽過他所說的名句：「我們都是星塵。」(“We are all star stuff.”) 其實他就是當年一部著名天文科學電影《超時空接觸》(Contact) 原著小說的作者。 卡爾．薩根是芝加哥大學天文物理學博士，曾為康乃爾大學天文學與太空科學鄧肯講座教授，並主持行星研究實驗室。他最重要的科學成就包括金星溫室效應、火星沙塵暴、土衛六有機物質研究等等。他也深入探討過核子戰爭會對環境造成的長期影響以及地球生命起源等等一些在科學和社會中都有重要意義的課題。他參與過多項無人行星探測任務，包括水手號、維京人號、旅行者號和伽俐略號等太空計劃。他亦是最早投入外星智慧生物搜尋工作的研究先驅。 卡爾．薩根一生致力於科學普及和教育工作，著有三十多部作品，曾獲頒普立茲獎。其代表作就是第一代《宇宙：個人遊記》(Cosmos: A Personal Voyage) 系列一共十三集電視紀錄片。第二代《宇宙時空之旅》(Cosmos: A Spacetime Odyssey) 於 2014 年播放，由 Neil deGrasse Tyson 主持，他於節目中講述當年卡爾．薩根如何鼓勵他成為科學家，令人感動。 《宇宙：個人遊記》被編成《宇宙．宇宙》(Cosmos) 一書，筆者也就是這樣認識卡爾．薩根這一個科學教育家。書中從星系、星雲、恆星和太陽系等大尺度的結構開始，以探討生命起源、進化的可能性貫通全書；他沒有把概念和資料強行塞給讀者，而是希望讀者由科學角度自行思考生命的起源與意義，思考人類自身的存在意義；在生物學以至社會大眾的角度探索人類及地球上其他生物如何看待地球這個宇宙中唯一的家；以至於與外星文明溝通時所會遇到的問題；也討論了科學與宗教、道德、核戰等等與我們切身相關的問題，可謂一本不可多得的科普讀物。他示範了如何從理性角度去思考複雜的科學、社會問題，卻又不會流於死板；如何從感性角度欣賞這個富生命力的地球，卻不忘警醒我們必須保護家園，這個上億物種共存的唯一的家。事實上，他的思維方式影響筆者甚深，筆者在講講座、寫文章遇到這些科學或哲學問題時，經常會重新閱讀這本書尋找靈感，而每一次閱讀都總令我感動莫明，帶來新的體會。 他的著作《超時空接觸》在 1997 年被導演 Robert Zemeckis 拍成電影，亦是筆者最愛的電影之一。這套電影講述一個女天文學家 Eille (由 Jodie Foster 飾演) 自小受父親薰陶，在第一次見到金星之後就愛上了天文學。她長大後終於成為天文學家，並努力不懈尋找外星生命；然而包括她的上司在內的絕大部分科學家都認為她只是在浪費時間。然後有一天，她終於發現了外星人傳來地球的訊息，但接下來困擾她的除了訊息解碼以外，卻是政治、道德、宗教等社會問題。她在阿雷西博天文台 (Arecibo Observatory) 工作時認識了一班好同事，更認識到後來任白宮神學顧問的神學研究者 Palmer Joss，兩人有過一夜關係。原來外星人 (電影中說訊號來自 Vega，即織女星) 傳來的是一種宇宙交通工具的設計藍圖，在後來爭取成為地球人代表，上太空與織女星人見面的事件中，Joss 也不斷幫助她。筆者就不再劇透了，有興趣就自己找來看看吧。不過現在全香港只餘下英文版 DVD 有售，有興趣的朋友可以私下詢問筆者。可惜的是，卡爾．薩根未能親眼看到他的電影上映，就因肺炎病逝了。 這套電影的主題雖然環繞地球人與外星人的接觸，但其內容卻遠遠不同於一般科學或科幻電影。卡爾．薩根希望告訴大家，一旦真的發現外星智慧時，人類應該怎麼辦、社會又會有甚麼反應。其實，科學也是社會的一部分，科學家也是人，也會有互相爭取利益的時候；而科學發現與政治、道德、宗教之間往往也有著某種關係。現實中科學不能夠從社會中分裂出來，科學發現實在與全人類都有關係。我們應該時常反思，如何把科學及社會的比例恰當地調整。每個人的取向也不會完全相同，因此要作出一個決定時難免會有爭端、甚至衝突發生。片中描述了科學、政治、宗教之間的互不信任，各有自己的見解，最後更不幸地演變成流血衝突。究竟科學與宗教之間的關係，是互斥，還是互補？科學，講的是證據；而宗教，講的則是信心。兩者真的不可能共存嗎？這真的值得我們細細反思。…… Continue reading 我們都是星塵：卡爾．薩根 (Carl Sagan)
余海峯 David | 物理喵 phycat 