韋伯開啟天文學新紀元
人們對太空的印象,源自於哈伯太空望遠鏡 30 多年來的成果。 它的繼任者韋伯太空望遠鏡所拍攝的影像, 如今正在翻新人們對宇宙的認識。
撰文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
翻譯/李沃龍
閉上眼睛想像一下「太空」,在腦海中很可能會浮 現哈伯太空望遠鏡所拍攝的影像。隨著這些影像大量出現在 1990 年代的電視、雜誌、報紙和電影中,這具太空望遠鏡已 經是家喻戶曉。幾十年來,它為大眾創造出一套關於外太空視覺的共通語彙,並以發光的星雲、令人神往的行星和遙遠的星系為好幾個世代人們的想像力播下種子。哈伯太空望遠鏡在發射 30 多年後,依然良好運作,但繼任者「韋伯太空望遠鏡」(James Webb Space Telescope, JWST)有望超越它。
JWST 於去年 7 月12 日向全球發佈了令人震驚的第一批影像,其清晰度和精細度前所未見。看到這具望遠鏡所眺望的一些熟悉天體,例如經常拍攝的船底座星雲或海王星, 感覺就像戴上了度數更高的新眼鏡。雖然截至目前為止, JWST 只發佈了一批影像,但每一幅都引起轟動,這代表在未來幾年,這具望遠鏡的影像將像哈伯太空望遠鏡一樣,深深烙印在大眾的腦海中。
考慮到科學家迄今為 JWST 所付出的心力,這一豐碩成果尤其令人欣喜。科學家在 30 多年前就開始規劃這具太空望遠鏡,但建造進度始終大幅落後,經費還遠遠超出預算,甚至有許多人擔心根本無法完成。當這具造價將近 100 億美元 的太空望遠鏡在 2021 年12 月 25 日發射升空時,天文學家稍感安慰。在接下來六個月裡,JWST 證實比原先規劃的還要實用,天文學家才真正開始樂在其中。
現在,科學家欣喜若狂。在 JWST 發佈初步結果後的三 個月內,科學家已向預印本服務網站 arXiv 提交大約 200 篇論文解釋這些結果。由於這具望遠鏡的初始觀測時間已分配給一些幸運的研究人員,他們的提案在競爭激烈的同儕審查過程中勝出,後續勢將出現一波論文發表潮。
不久之後,當我們想像太空時,腦海中的第一幅畫面很 可能來自 JWST。雖然這具望遠鏡將運作多久,以及最重要 的貢獻會是什麼,都還在未定之天,但 JWST 已經有一個璀璨的開始。
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各界推薦
特別收錄 / 編輯的話:
傳承與創新——從哈伯望遠鏡的坎坷歷程談起
堅持初心,以「科學驅動」(science - driven)為圭臬,是以能成其大。在《科學人》脫胎換骨的過程中,自然也要有「傳承」與「創新」。
文 / 孫維新
三十年為一世,哈伯望遠鏡孤懸天外,歷經一世之久,終於看到韋伯望遠鏡冉冉升空。
兩個望遠鏡都是「伯」字輩,但實質上大不相同,有傳承,也有創新。傳承的是觀念,都是「天文觀測上太空」,創新的是設計,一個近在咫尺,一個遠在天邊,一個觀測的是可見光,一個接收的是紅外線。相同的是,一路走來的坎坷命運。
「只看到強盜吃肉,沒看到強盜殺頭」,大多數人歡慶的是這兩個望遠鏡的高光時刻,我卻想說一下它們曾經走過的死蔭幽谷。
1968 年美國航太總署(NASA)就通過了在太空中設置3 米望遠鏡的計畫,預計1979年升空,在那個年代,3 米口徑的望遠鏡著實不小,所以一開始就被命名為「大型太空望遠鏡」(Large Space Telescope, LST;還好後來的韋伯望遠鏡沒有被叫做VLST!這是一個笑話,如果您了解天文學家如何為望遠鏡命名的話)。
1970 年NASA 為LST 設置了兩個委員會,一個規劃科學,一個推進工程,但在1974年為了要縮減政府開支,福特總統把LST 的所有預算全部刪除,計畫竟成泡影!天文學家這下坐不住了,密集地拜訪參議員和眾議員(為何是由政治人物來決定科學家該做什麼和能做什麼?),後來計畫復活,但經費只剩一半,所以望遠鏡口徑縮小到2.4 米,不再自稱「大」,改稱「哈伯」。此時才真正開始十年的建造過程,接下來這段過程只有兩句話可以形容:「進度不斷落後,預算持續膨脹」。最終哈伯望遠鏡建造完成,預定1986年10月由太太空梭升空不久之後就爆炸,這是太空梭機隊成軍以來最慘烈的挫敗,所有太空梭的任務即刻暫停,哈伯望遠鏡也只能分項拆解,儲藏在無塵室中。一直到四年之後的 1990 年才發射升空,升空之後,又出了大問題,我們另文再表。
這個計畫最初的預算是4 億美元,發射時已經花了 15 億美元,到 2022 年底包含運營維修總花費是160 億美元。大科學一直是有錢人的遊戲。
韋伯望遠鏡呢?對「後哈伯」的討論始於1990年代,基本上哈伯一升空,天文學家就開始問「誰是下一個?」。韋伯原計畫在 2007 年升空,預計耗費10 億美元,但是「進度不斷落後,預算持續膨脹」(聽起來很熟悉?),中間一度推遲到2013 年升空,NASA 就規劃在2012 年要安排哈伯「受控重返大氣層」(controlled re-entry),也就是帶入大氣層中燒毀,因為經費不夠同時支持哈伯和韋伯的運作。天文學家聽了死活不肯,因為NASA 的任務絕大多數沒有按時發射,還好NASA沒真這樣幹,因為韋伯到了2021 年底才升空,發射時已經用了100 億美元!
值得慶幸的是,到目前為止,除了偶爾需要轉臉避開高速襲來的「微流星體」,韋伯的健康良好,所得的影像也讓世人驚豔!中央大學天文所陳文屏教授受邀在本期撰寫〈從太空凝視星空——韋伯望遠鏡〉,內容豐富詳盡,深入淺出,介紹了韋伯的工程架構和科學任務,也提到他和太空望遠鏡們的三十年之緣,推薦陳教授的好文和讀者共享!
大型的科學計畫幾乎都走過風雨飄搖朝不保夕的道路,但主事者多能堅持初心,以「科學驅動」(science- driven)為圭臬,是以能成其大。《科學人》雜誌一路走來也是如此,我參與過數次金鼎獎評審工作,多年來在教育類和科普類雜誌一項毫無懸念,必然是《科學人》奪冠。但近年來多元媒體的激烈競爭和學習方法的大幅改變,讓紙本《科學人》的經營日漸艱辛。我很感動於王榮文董事長堅持服務社會的初衷長期經營《科學人》,也很感動於林詠翔董事長的適時投入,為《科學人》打造一個兼具科普教育和企業經營的新面貌!
在《科學人》脫胎換骨的過程中,自然也要有「傳承」與「創新」,因為《科學人》長期讀者的不捨,所以紙本形式能持續「傳承」,但為因應社會變革,經營團隊由年輕一代接手,「創新」雜誌業態和學習模式,希望讓更多的年輕人發現《科學人》對自己的價值!
感謝林董事長和郭純妏夫人的邀約,找我擔任總編輯,在李家維教授和林一平教授兩位前總編輯奠定的良好基礎上穩步前行,我也希望能在科普志業上發揮餘熱,持續做些貢獻。有趣的是,李家維教授當年擔任國立自然科學博物館館長,我後來也擔任館長,李教授當年擔任《科學人》總編輯,我現在也擔任總編輯,所以我現在常常觀察李教授在做些什麼⋯⋯。
一如既往,本期內容精采紛呈,有許多好文章,期待您的閱讀指教,也希望您能幫忙推介,讓更多人認識並喜愛《科學人》,感謝!
特別收錄 / 編輯的話:傳承與創新——從哈伯望遠鏡的坎坷歷程談起
堅持初心,以「科學驅動」(science - driven)為圭臬,是以能成其大。在《科學人》脫胎換骨的過程中,自然也要有「傳承」與「創新」。
文 / 孫維新
三十年為一世,哈伯望遠鏡孤懸天外,歷經一世之久,終於看到韋伯望遠鏡冉冉升空。
兩個望遠鏡都是「伯」字輩,但實質上大不相同,有傳承,也有創新。傳承的是觀念,都是「天文觀測上太空」,創新的是設計,一個近在咫尺,一個遠在天邊,一個觀測的是可見光,一個接收的是紅外線。相同的是,一路走來的坎坷命運...
目錄
關於封面
韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope, JWST)發佈的首批宇宙影像不僅引發大眾熱議,也超出科學家的期望。這些關於星雲、遙遠星系和太陽系行星的初步觀測結果,可望解答天文學的數個謎團,讓我們更加認識宇宙。圖為近紅外相機所拍攝的蜘蛛星雲 (Tarantula Nebula),詳見32~33頁。
特別報導
32 韋伯開啟天文學新紀元
文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
人們對太空的印象,源自於哈伯太空望遠鏡30多年來的成果。它的繼任者韋伯太空望遠鏡所拍攝的影像,如今正在翻新人們對宇宙的認識。
34 新影像顛覆宇宙學
文/歐凱勒根(Jonathan O'Callaghan)
韋伯太空望遠鏡的首批影像包含了異常大且明亮的早期星系,宇宙學標準模型該如何解釋,這些結構為何能迅速形成?
45 空曠宇宙很擁擠
文/帕庫奇(Fabio Pacucci)
深空影像顯現出,廣大的宇宙裡其實星系繁多,遠超乎天文學家的想像。
48 璀璨星河美照幕後 韋伯望遠鏡的成像原理
文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
韋伯太空望遠鏡運用了四種精密儀器來觀測天體,所接收到的數據經過配色,製作成影像。
52 宇宙新映像
文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
韋伯太空望遠鏡的嶄新視野,讓熟悉的星空展現前所未見的細節。
58 從太空凝視星空——韋伯望遠鏡
文/陳文屛
韋伯太空望遠鏡在太空中的絕佳位置繞行太陽,口徑大並且能觀測紅外波段,是新世代的觀天利器。
心理學
66 道德傷害蔓延中
文/史沃波達(Elizabeth Svoboda)
戰爭或疫情期間,前線工作人員不得不違反基本道德原則時,便會產生道德傷害,而危及心理健康。
大氣科學
74 預報大氣長河 災難成資源
文/芮爾夫(F. Martin Ralph)
氣象科技的進步,已逐漸能預測並分級北美洲太平洋沿岸地區大型風暴來襲的時間與強度,妥善運用就能挽救性命財產並且儲存水資源。
公共衛生
82 藥物過量看見不平等
文/紐森(Melba Newsome)
美國類鴉片藥物流行的樣貌已經改變,原本 使用者以白人居多,現在則是黑人與原住民。由於醫療與司法系統的偏見,這些人正在死亡邊緣掙扎。
【下一頁】
總編輯的話
8 傳承與創新——從哈伯望遠鏡的坎坷歷程談起 文/孫維新
科學人觀點
10 挑戰未來:科學向前看 文/曾志朗
我是企業家,也是科學人
12 科學人,也要兼商!——專訪宏碁集團創辦人施振榮 文/林詠翔
科學人新聞
14 微生物群系助保育|追風海鳥|蜜蜂會玩球?| 海陸通行,機器龜變身|貓真的會聽飼主說話| 發光馬達遊走細胞|嗅出帕金森氏症|孢子自備電子鬧鐘| 科學剪影|齲齒上的異形菌|一覽世界科技進展
形上集
26 貝爾傳奇(四) 文/高涌泉
教科書之外
28 盲人摸DNA 圖、文/陳文盛
機器思維
30 威金森的矩陣 文/林一平
專家看新聞
92 應用衛星對抗氣候變遷 文/哈蘭德(Deb Haaland)
科學佐以詩文
94 重量 文/盎格(Barbara Ungar)
健康與科學
96 骨骼保健新概念 文/華立斯(Claudia Wallis)
攸關心智
98 正視跨性別者的語音訓練 文/拉瑞里歐(Z Paige Lerario)
宇宙奧妙
100 夜空裡的γ射線 文/彼萊特(Phil Plait)
科學焦點
102 激勵人心的登山家 文/歐瑞斯克斯(Naomi Oreskes)
科學人書摘
104 長壽基因? 文/摘自《壽命天註定?》
圖表會說話
108 全球冰河之最 文/尼西托普洛斯(Theo Nicitopoulos)、圖表/蒙塔涅斯(Amanda Montañez)
關於封面
韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope, JWST)發佈的首批宇宙影像不僅引發大眾熱議,也超出科學家的期望。這些關於星雲、遙遠星系和太陽系行星的初步觀測結果,可望解答天文學的數個謎團,讓我們更加認識宇宙。圖為近紅外相機所拍攝的蜘蛛星雲 (Tarantula Nebula),詳見32~33頁。
特別報導
32 韋伯開啟天文學新紀元
文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
人們對太空的印象,源自於哈伯太空望遠鏡30多年來的成果。它的繼任者韋伯太空望遠鏡所拍攝的影像,如今正在翻新人們對宇宙的認識。
34 新影像顛覆...
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