孫維新談天（2020新版）

第一章　真正的「魔戒」（節錄）
前一陣子全世界掀起一陣奇幻旋風，不管是小說、電影，《哈利波特》和《魔戒》的魅力幾乎所向披靡。《魔戒》這本書的英文是The Lord of Rings（戒指之王），表示這只戒指是所有戒指中最具魔力的。很有趣的，前不久美國航空暨太空總署（ＮＡＳＡ，National Aeronautics and Space Administration）網站所發布的新聞稿，標題正是「真正的魔戒」（The Real Lord of the Rings），我想他們的重點是放在lord這個字上，指的是「真正最大的環」，乃土星環也。在天文學中，我們常稱土星為「環星」（Ring Planet），因為土星的形狀就像我們小時候玩的一種玩具，叫做「樂樂球」，在土星球體的外面有一圈光環圍繞著。
ＮＡＳＡ的新聞稿標題實在聳動，但卻是在探討那令人目眩神迷的土星環是怎麼來的。這原本是一個非常基本的問題，像是小孩子第一眼看見土星照片時會舉手發問的問題，而大人通常提出的疑問比較深入，就好比研究生會探討的題目是「土星環的組成物質」或「土星環裡物質的波動與密度變化」等。但「土星環怎麼來的」這個問題卻是ＮＡＳＡ在舊金山的ＡＭＥＳ中心的一個科學家庫齊（Jeff Cuzzi）所提出的，他甚至宣稱：土星環才剛形成不久，未來存在的時日也不長！若ＮＡＳＡ這位科學家所說屬實，那我要鼓勵大家趁早觀看土星環，因為機會不多了！
美得太假了！
我在中央大學和台灣大學都有天文學的通識課程，有時我會利用戶外教學的機會，帶同學去台北天文館實際觀測，尤其是中央的課開在晚上，只要一聲吆喝，同學們就會跟著我到草地上，在夜空下看星星。若適逢土星出現在天際，手邊又有望遠鏡的話，土星往往會成為我們觀測的第一個目標，因為我總認為太陽系九大行星中，除了我們安身立命的地球，土星是最令人驚訝、讚嘆的天體。不就是衝著它那金黃色的本體，和一圈奇妙可愛的光環嗎？幾乎我所遇到的每一個人（到目前為止幾乎沒有例外）初次透過望遠鏡親見土星時，第一眼的反應必定是：簡直不敢相信它是真的！因為，它看起來實在太假了！
記得我第一次透過望遠鏡看到土星，是在加州大學念碩士班時，我們這一夥研究生正在準備每星期三晚上例行的天文台開放參觀活動（Open House），讓附近社區民眾用天文望遠鏡看天體，或是替民眾講解天文台等，這是研究生的任務之一。那是我第一次使用大型天文望遠鏡，恰巧那幾天土星會出現在夜空中。當學長把望遠鏡調好、對準方位，我把眼睛貼近目鏡，發現鏡頭裡出現一顆金黃色的小球，旁邊有一圈薄薄的東西，當時我還以為有誰在跟我開玩笑，在鏡頭前吊了一條線什麼的，後來才恍然大悟，那原來是我們太陽系的土星！真是太奇妙了，我的第一個感覺是難以置信，怎麼會有如此精緻得像假的一般的天體！
長了兩個耳朵的行星
在我們開始探討ＮＡＳＡ這位研究員提出的疑問之前，我先談談一些發現土星的天文歷史。第一位發明望遠鏡的人是荷蘭人李柏謝（Hans Lippershey, 1570-1619），他在一六○八年發明了折射式望遠鏡。而第一次對土星環仔細觀測、研究的人是加利略，他在近四百年前的一六一○年，用自己動手製作的小望遠鏡，向無垠天際的各個方位觀看時發現的。加利略的觀測結果史無前例，他看到了木星的四個大衛星——木衛一到木衛四，這便是為什麼我們今天稱這些衛星為加利略衛星，它們體積很大，用小型望遠鏡就可觀測到。此外，加利略還觀測到太陽黑子橫越太陽表面，這使他了解到兩個現象，第一，太陽是會旋轉的；第二，太陽並不完美。不過，加利略晚年幾乎全盲，傳說這是他直接觀測太陽的後遺症，因此我們在觀測太陽表面活動時，絕不能以肉眼或未裝上窄波段濾鏡的望遠鏡來觀測。除了太陽之外，他還觀測到月球表面的隕石坑。但最令加利略感到驚訝的，便是一六一○年觀測到的土星了。
儘管十七世紀初的望遠鏡品質極為粗糙，加利略還是發現，這顆行星和其他行星是完全不同的；在他看起來，這顆星像是一個大亮點，旁邊附帶兩個小亮點。加利略之所以會有如此感覺，是因為土星正面的環，被土星球體本身的光「吃掉」的緣故，而旁邊薄薄的環還是可見的，所以加利略曾形容土星是個「長了兩個耳朵的行星」！當時加利略心裡很矛盾，他一方面希望別人能知曉自己的發現，一方面卻又想要保守祕密，獨自繼續研究這個有趣的行星，因此，他這樣用拉丁文寫出對土星的觀察：「我看到了最高層次的行星三位一體！」
由此可知，即使是加利略都對土星如此著迷。現在，任何一個人只要口袋裡有一點閒錢，就可以到百貨公司裡買一個小望遠鏡，一具直徑約六公分口徑的望遠鏡，都比加利略當年的望遠鏡棒多了，足以觀看到土星環。記得有一年去大陸參訪，回程時順道參觀一間南京的天文儀器廠，我買了一具人民幣五百元的簡單望遠鏡，在當時只要台幣一千五百元，但同樣類型、等級的望遠鏡，在台灣卻叫價八、九千元！同樣的成品渡海來台後，只是換了塊牌子，聲稱是美國製造、德國製造，其實骨子裡都是Made in China！
土星環從哪兒來？
太陽約是在五十億年前形成的，而地球也有約四十六億年的歲數，土星則是在四十八億年前形成。從前有很多人都認為土星環是和土星同時形成的，若此說法正確，那麼，土星環便是在約四十八億年前，與太陽、地球等行星一前一後相偕形成。但是先前提到的那位ＮＡＳＡ科學家庫齊卻認為，土星環可能一點都不老，它的年齡只有幾億歲而已，很可能是在三疊紀到侏羅紀、恐龍剛出現在地球上到處亂跑時，慢慢形成的。然而在太陽系都形成幾十億年之後，太陽系照理說應該很「乾淨」才對，土星環的材料是從何而來呢？
行星的「長大」，靠的是它不斷走來走去以及它的重力；重力會吸引行星附近的灰塵與粒子，使體積逐漸增長。若土星環是與其他行星一同在太陽雲氣裡各自形成的話，土星環的組成物質尚不虞缺乏，但是，當行星發展了幾十億年，連恐龍都已經出現，甚至都經歷了漫長的演化發展過程後，此時的太陽系環境相對來說應該比較乾淨了，灰塵和碎片大多都被清理得差不多，怎麼還有材料供應土星環？這些土星環的組成物質從何而來？又是如何形成呢？
根據這位ＮＡＳＡ科學家的研究，土星環的形成是出自一樁天外飛來的莫名事件。他認為可能有一個月亮般大小的天體，從太陽系外飛進來，在接近土星時，被土星強大的潮汐力扯碎了；另一個可能是，有一個比較大的小行星，把土星原來的衛星撞碎了。像第二個假設那樣的天體撞擊，是偶爾會發生的，並非不可能，只是機率很低，一旦衛星被撞碎了，而土星的潮汐力又繼續撕裂已破碎的衛星碎片，便會使碎片愈來愈碎，最後分布四散形成土星環。庫齊認為，不論是網羅來自太陽系外的天體，或是原本的土星衛星，都可能是土星環的最初材料，只不過後來被潮汐力撕裂又撕裂，形成了薄薄的土星環。
土星環的組成物質，其實只是灰塵、石塊碎片和冰塊，其體積有大有小，小的可以像微觀灰塵般小，大的有到房子那樣大的石塊，這些碎片分布在非常非常薄的範圍裡，而薄的程度叫人吃驚。土星環的直徑約二十五萬公里，而地球的直徑不過才一萬兩千八百公里，所以你可以想像，把將近二十個地球排在一起就是土星環的直徑了。相較於這麼寬、這麼大的環，它的厚度卻薄得令人難以置信，竟然只有幾十公尺，打個比方，就好像大台北地區這麼大的面積，厚度竟只有紙一般薄！土星之所以迷人，不但是因為它絢麗奪目，那又寬又薄的土星環更是引人注目啊。
土星環環保運動
許多科幻小說裡，都有提到類似的情節：一批外星人來到太陽系探險時，見到土星特殊的形狀、壯麗的外貌，都不禁感嘆太陽系裡竟有如此的天體，好像在他們自己的家鄉都沒見過這樣有環的行星。但實際上，太陽系裡不只土星得天獨厚，木星、天王星、海王星也都有環，只是它們的顏色比較黯淡，不像土星環般明亮耀眼罷了。若土星環的未來真如ＮＡＳＡ所預言，會慢慢由外往內消失的話，一旦缺少了這份光彩，我們的太陽系會不會變得無味、缺少生氣？但或許，幾億年之後，人類會在銀河裡探索到更多類似土星環的星體結構（如果到時人類還存在的話），美得更令人驚嘆，到時大家可能早不在乎我們獨一無二的土星環所正面臨的生死危機了。
話說回來，倘若幾億年後的人們在浩大的銀河裡，並沒有發現比土星環更絢麗的結構時，或許地球上的「新興環保人士」會極力鼓吹，設法讓社會或科學界想出什麼法子，來保護宇宙中絕無僅有的土星環吧！

第一章　真正的「魔戒」（節錄）
前一陣子全世界掀起一陣奇幻旋風，不管是小說、電影，《哈利波特》和《魔戒》的魅力幾乎所向披靡。《魔戒》這本書的英文是The Lord of Rings（戒指之王），表示這只戒指是所有戒指中最具魔力的。很有趣的，前不久美國航空暨太空總署（ＮＡＳＡ，National Aeronautics and Space Administration）網站所發布的新聞稿，標題正是「真正的魔戒」（The Real Lord of the Rings），我想他們的重點是放在lord這個字上，指的是「真正最大的環」，乃土星環也。在天文學中，我們常稱土星為「環星」（Ring Planet），...

從on-air到《談天》
「科學，會創造幸福，還是帶來毀滅？」這是天下文化「93巷．人文空間」在二○○○年十二月舉辦「科學尚未終結」一書相關演講時，我所採用的題目。也就因為那次演講，《談天》這本書的出現才成為事實。演講中，我第一次見到了天下文化的林榮崧主編和王季蘭小姐，季蘭隨後和我聯絡，談到寫書的可能。二十年的天文生涯，的確累積了不少觀察和想法，一吐或許能快，但教研工作諸事蕪雜，要想好好兒坐下來，寫出一本書，那是難如登天，我花了一年的時間才了解這個事實，所以只能在現成就有的材料上打主意。

巧合的是，從二○○○年初開始，我在「漢聲電台」梅少文小姐的安排下，每週三早上有一個小時的時間，和梅小姐對談。梅小姐每天早上的節目系列總稱為「生活掃瞄」，而每週三的天文單元則稱為「讓我們看星去」。在這一個小時裡，我試著用淺近的語言，把國際上太空和天文領域每週的最新發展介紹給「漢聲」的聽友們。錄製節目的時候，我多半會請錄音師順便側錄一卷錄音帶讓我留做參考，兩年累積下來的數量也頗為可觀，此時剛好派上用場。季蘭聽了一卷，謄出稿子，交予榮崧看過，覺得是有可讀性，《談天》這本書的編纂於焉開始。

既然是《談天》，內容自然廣泛，季蘭整理出十餘篇較有系統的錄音稿，包含了幾項主題：（一）天文觀測的新發現：像是〈火星水世界？〉、〈掀起火星蓋頭來〉、〈真正的「魔戒」〉和〈搜尋外星生命〉等；（二）尖端太空天文衛星任務：像是美國一系列的〈發現計畫〉、〈哈柏太空望遠鏡〉，談到歐洲「羅瑟塔」任務的〈彗星，受人敬畏有若雷電〉，以及大陸急起直追的〈神州啊，神舟！〉等；（三）由太空天文尖端科技延伸出來的新技術在生物和醫學上的應用：如〈生化電子眼〉和〈聯合縮小軍〉等；以及（四）國外太空和天文計畫在科學教育及推廣上的投注：像是〈太陽系大使〉和〈從astrology到astronomy〉等是。

科學的喜悅與悲哀
這本書乍看之下，像是孔老夫子「述而不作」的典型範本，介紹的是別人的豐功偉業，和「本土」無甚相關，而這些別人的尖端任務或是重要發現，多半都曾經在報章雜誌的科學版面上占據過一席之地，有識者早應讀過。那麼，出這本書的目的何在？簡言之，這本書不僅只是尖端知識的彙整而已，我希望讀者能透過書中對各項太空任務的介紹，了解科學研究的態度和科學發展的過程。「科學」，在現代社會裡到底扮演著什麼樣的角色？在對科學的本質不熟悉的人眼中，愛之者膜拜賓服一如皈依新宗教，畏之者則視之如新世紀的洪水猛獸，想著「科學，科學，多少罪惡假汝之名以行！」

對我而言，「科學」既不偉大，也非罪惡；「科學」，不過就是一種使用「邏輯思辯」的方法來「追根究柢」的生活態度而已。這種「邏輯思辯」的方法可以用來解決生活中出現的實際問題，也可以用來發展腦海裡偶一浮現的玄想。而習於「追根究柢」的科學工作者，其好奇心一旦點燃則不可或止，上窮碧落下黃泉，也要找到一個滿意的答案。

不過話說回來，科學探索的過程並不會帶給我們最終極的「答案」，它只是不斷地讓我們知道如何去「問更好的問題」。換言之，科學並不是用來追求真理的，科學只在於研究事實，這是科學探索過程中喜悅的來源，卻也同時是科學研究過程中最深沈的悲哀！

喜悅的來源，在於科學工作者的知識與觀念與時俱進，在不斷迎接挑戰並設法解決問題的過程中，知識日漸提升，觀念不時更新；而之所以悲哀，在於科學的領域中，沒有永恆的權威，也沒有顛撲不破的真理。今天我們可能為自己提出的新理論或實驗所獲得的新結果，沾沾自喜，但明朝一覺醒來，別人的理論或更新的實驗結果，可能就已經取代了自己原先的想法，成了更為周延、正確的新發現。這種認錯的過程和恆久的追尋，永無止境。

因此，在過去兩年「讓我們看星去」的節目中，我希望藉著各科學任務的規劃、設計、實行、到獲得成果，再根據成果來規劃下一個任務的過程，描繪出科學發展中「與時俱進」和「永恆追尋」的本質。我對由廣播節目綜整而成的《談天》這本書，也有這樣深一層的期許，希望它不只是彙整過去兩年來報紙科學版面的一本「天文新知一百問」，而可以在琳瑯滿目的太空任務的表象下，陪同讀者探觸科學研究的本質。當然，是否達到了這個目標，仍有待讀者的心證。

新知與舊聞之外
有一位廣播人曾說：「我喜歡做廣播節目，有兩個原因：一、我喜歡講話；二、我講話時不喜歡別人插嘴。」廣播的特性由此可見一斑。梅小姐相當尊重主講人，常常讓我自由發揮，我也就天馬行空，思想跳躍，想到哪兒說到哪兒，常被自己的思緒牽著走（get carried away）。這不像下筆為文，常能三思而後行，較有組織而少廢話。幸有季蘭辛苦整理，重加潤飾，再配上彩圖、小注、和參考資料，大大提高了這本書的可讀性和參考性，委實功不可沒。

在科學的領域中，「新知」轉瞬間就成了「舊聞」，不斷地被更新的發現所取代，然而，在這個新舊更替的過程中唯一不變的，就是孜孜矻矻堅持到底的科學態度。這也就是我希望在廣播節目甚至於這本書中，帶給廣大閱聽朋友們的一點個人淺見，僅此而已。

二○○二年七月三日「拓荒者號」登陸火星五週年前夕
于中央大學 天文研究所

從on-air到《談天》
「科學，會創造幸福，還是帶來毀滅？」這是天下文化「93巷．人文空間」在二○○○年十二月舉辦「科學尚未終結」一書相關演講時，我所採用的題目。也就因為那次演講，《談天》這本書的出現才成為事實。演講中，我第一次見到了天下文化的林榮崧主編和王季蘭小姐，季蘭隨後和我聯絡，談到寫書的可能。二十年的天文生涯，的確累積了不少觀察和想法，一吐或許能快，但教研工作諸事蕪雜，要想好好兒坐下來，寫出一本書，那是難如登天，我花了一年的時間才了解這個事實，所以只能在現成就有的材料上打主意。

巧合的是，從...

序言　從on-air到《談天》　孫維新
第一章　真正的「魔戒」
美得太假了！
長了兩個耳朵的行星
土星環從哪兒來？
牧羊犬衛星
等待二○○四年
土星環環保運動
第二章　從astrology到stronomy
從「敬天」到「順天」
占星術的盲點
謎樣的冥王星
心理因素作祟
披著科學外衣虛張聲勢
今日的科學，明日的迷信
第三章　太陽系大使
門外漢變小老師
與社區、民眾結合
星輝三號計畫
迪斯可球
低成本、大宣傳
第四章　發現計畫
快、好、省
首窺彗星內部
未來的任務
天文上的數量級計算
第五章　哈柏太空望遠鏡
差之毫釐、失之千里
第二、第三次到府服務
相對運動
古典力學實驗
捲軸式太陽能板
太空垃圾任重道遠
第六章　神州啊，神舟！
航天育種
紛紛自立門戶
迎向百家爭鳴的局面
互相較勁
自創新名詞
第七章　彗星，受人敬畏有若雷電
哈雷彗星
首次出擊
原來是顆「髒雪球」
伯利恆之星
「羅瑟塔」任務
彗星撞木星
彗星引發大滅絕？
第八章　火星水世界？
看見冰山的一角
氫原子存在的間接證據
未解的疑問
報導科學新聞的態度
第九章　掀起火星蓋頭來
火星人的運河？
高潮迭起
「猿面山」現形記
火星任務露出曙光
洪水爆發之謎
朝聞道，夕死可以
聖經裡的約櫃
第十章　搜尋外星生命
ＳＥＴＩ計畫
鎖定一千顆恆星
超巨型大耳朵
山谷中的天線
搬上大螢幕
星海茫茫
搜尋外星人的預研究
出於好奇而已
第十一章　生化電子眼
把光累積起來！
人工視網膜
專業分工與整合
第十二章　聯合縮小軍
外太空的危機
脆弱的血肉之軀
缺少大氣與磁場的防護
奈米科技
未來新視界
附錄

序言　從on-air到《談天》　孫維新
第一章　真正的「魔戒」
美得太假了！
長了兩個耳朵的行星
土星環從哪兒來？
牧羊犬衛星
等待二○○四年
土星環環保運動
第二章　從astrology到stronomy
從「敬天」到「順天」
占星術的盲點
謎樣的冥王星
心理因素作祟
披著科學外衣虛張聲勢
今日的科學，明日的迷信
第三章　太陽系大使
門外漢變小老師
與社區、民眾結合
星輝三號計畫
迪斯可球
低成本、大宣傳
第四章　發現計畫
快、好、省
首窺彗星內部
未來的任務
天文上的數量級計算
第五章　哈柏太空望遠鏡
差之毫釐、...