「欲上青天攬明月」
         ─太空天文學的起源和發展（下集）
                                                          85.9.10
    （上片頭六十秒）

    由探空火箭、氣球KAO飛 │旁：在上集裡，我們由五０年代開始，介紹
    機等資料畫面，接上集最│了天文觀測一步一步地由地面往太空的發展
    後3D動畫(7)，哈柏望遠 │。到了九０年代初期，天文學家企盼已久的
    鏡在地球軌道上入鏡畫面│大型太空天文台終於出現了，這就是哈柏太
    。                    │空望遠鏡。
                          │
    主鏡圖片或影片，製造過│旁：這個望遠鏡的主鏡直徑只有 2.4公尺，
    程資料帶。            │這種大小，在地面上，只能算是中型的望遠
                          │鏡，但是到了太空裡，沒有了大氣的限制，
                          │它的觀測威力，就遠超過地面上的大型望遠
                          │鏡了。
                          │
    製造過程資料帶，工廠中│旁：這個龐然大物，有三層樓高，重達11.5
    望遠鏡全景。          │噸，任何重型的運載火箭，都沒有辦法把這
                          │麼重的物體，送上環繞地球的軌道，只有太
                          │空梭能作的到。
                          │
    主持人Standup。       │主：但是太空梭自己也不輕，帶著哈柏太空
                          │望遠鏡，只能飛到離地面 570公里的地方。
                          │然而在這個高度，仍然有些殘餘的大氣分子
                          │，在望遠鏡繞地運行的時候，和望遠鏡發生
                          │碰撞。
                          │
    3D動畫(1)，地球軌道中 │旁：大氣分子看來微不足道，但是日積月累
    的望遠鏡與大氣分子相撞│的結果，仍然會使得太空望遠鏡速度減慢，
    ，愈來愈接近地球表面，│軌道降低，如果不想法子修正軌道，不出三
    終至衝入大氣層燒毀。  │五年，太空望遠鏡就會落入大氣層裡燒毀。
                          │
    主持人Standup。       │主：這個花了十五年，用了十五億美元，還
                          │包含了許多科學家和工程師長年心血結晶的
                          │任務，當然不能任由它自甘墮落。事實上，
                          │當初設計這個天文台的時候，就希望它在軌
                          │道上至少可以運行十五年。
                          │
    3D動畫(2)，太空梭飛至 │主(O.S):而維持它於不墜的方法，就是每三

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    望遠鏡旁邊，打開艙門，│年左右，送上去一艘太空梭，到它當時的軌
    伸出遙臂，抓入望遠鏡，│道高度，打開酬載艙門，用遙臂把望遠鏡抓
    關門，飛高，再打開門，│入酬載艙，關上艙門，飛高一點，再打開艙
    遙臂伸出，抓著望遠鏡，│門，把它放出去。
    放在軌道上，關門，太空│
    梭加速跑掉。用卡通諧趣│
    方法表現，配音效。    │
                          │
    主持人Standup。       │主：這個法子看起來雖然不太聰明，但卻是
                          │最有效的延長太空望遠鏡壽命的方式。
                          │
    3D動畫(3)，太空望遠鏡 │主(O.S):每三年一次太空梭的到府服務，不
    的全景，PAN 至後部儀器│僅是提昇軌道，更重要的，是抽出舊的儀器
    處，舊儀器拉出，放入新│，換上新的儀器。太空望遠鏡所攜帶的觀測
    儀器。                │儀器，像是光譜儀、攝影機等等，都作成了
                          │便於抽換的卡式組成。
                          │
    主持人Standup。       │主：為什麼這麼做呢？這牽涉到太空科技很
                          │重要的一個特質，就是「落伍」！各位一定
                          │會覺得奇怪，太空科技不是最尖端的學問嗎
                          │？為什麼它的特色之一反而是「落伍」呢？
                          │這就要從衛星的設計和製造說起了。
                          │
    製造衛星的資料帶。    │旁：一個大型的太空任務，從構想開始，經
                          │過設計、製造、測試，到發射升空，通常都
                          │要十年八年的時間，「哈柏太空望遠鏡」的
                          │製造時程更長達十五年。
                          │
    同上。可借用太空計劃室│旁：製造的時程雖長，使用的元件規格卻需
    衛星製造過程資料帶。  │要及早確定。因為一個衛星系統是由許多次
                          │系統組成，這些次系統包括了提供電力的太
                          │陽板，儲存能源的電池，支撐重量的結構，
                          │發號施令的電腦，以及進行觀測實驗的酬載
                          │等等。
                          │
    主持人Standup。       │主：每一個次系統的設計都與其他的次系統
                          │息息相關，如果在設計的過程中更改一個零
                          │件，那其他的次系統也要跟著重改。即使只
                          │換一個螺絲或者電阻，因為重量不一樣了，

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                          │結構就需要重新計算；電流不一樣了，提供
                          │動力的電池和負責散熱的熱控制次系統就需
                          │要重新設計，真的是牽一髮而動全身。
                          │
    製造衛星資料帶。      │主(O.S):因此要是不斷更新設計，衛星永遠
                          │也作不出來。但是規格及早確定的結果，就
                          │是在衛星最終發射的時候，衛星上所用的一
                          │切元件，都已經落後當時市面上的科技十年
                          │八年了。
                          │
    製造哈柏的資料帶，此段│旁：「哈柏太空望遠鏡」也是如此，它的設
    段尾接凝重音樂。      │計製造時程更長達十五年，因此望遠鏡本身
                          │雖然威力無窮，但是它所攜帶的分析儀器在
                          │發射的時候已經落伍，所以科學家計劃在每
                          │三年一次的軌道提昇的時候，順便抽出舊儀
                          │器，換上新儀器。不過一開始科學家倒沒有
                          │想到，這樣的設計甚至救了「哈柏」一命，
                          │因為哈柏太空望遠鏡一發射升空，就發現出
                          │了大紕漏了。
                          │
    資料帶畫面，太空梭在軌│旁：1990年 4月24日，太空梭「發現號」的
    道中，遙臂緩緩把望遠鏡│遙臂緩緩把哈柏太空望遠鏡舉出酬載艙，置
    舉出酬載艙，置入軌道。│入軌道，正式展開了它探索宇宙奧秘的生涯
                          │。
                          │
    望遠鏡在軌道中運行畫面│旁：然而壞消息接二連三的傳來，先是控制
    ，接太空中心人員工作畫│望遠鏡指向的陀羅儀出了問題；再來是望遠
    面。                  │鏡在進出地球陰影的時候會因為溫差而產生
                          │劇烈震動，推測可能是太陽板有了損傷；最
                          │糟糕的，是望遠鏡的主鏡有「球面像差」，
                          │根本就不能聚焦！
                          │
    主持人Standup。       │主：正常的反射式望遠鏡，星星的光線經過
                          │主鏡反射，會聚集在主焦點上。
                          │
    2D動畫(1)，平行光線自 │主(O.S):但如果鏡片的曲率製作錯誤，就會
    右方射入，由左方弧面反│產生「球面像差」，反射的光線無法聚集在
    射，聚焦良好，再接光線│焦點上。這是各種光學誤差裡最基本的一項
    入射，較曲的弧面反射，│，再簡單的光學望遠鏡都不應該有這種錯誤

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    光線無法聚於一點，上字│
    幕「球面像差」。      │
                          │
    記者會資料帶畫面。    │旁：美國太空總署在發射後兩個月的六月下
                          │旬，召開了記者會，宣佈了這個令人難堪的
                          │重大錯誤，並立刻組成了六人小組，詳細調
                          │查過去每一個製造過程。
                          │
    製造望遠鏡過程資料畫面│旁：不到兩個月，調查結果出爐，是製造主
    。                    │鏡的光學公司使用的校正儀器本身有誤差，
                          │根據錯誤的校正儀器打造出來的「完美」的
                          │主鏡自然也就繼承了這個誤差。
                          │
    主持人Standup。       │主：實際上主鏡的誤差在一般人的眼中實在
                          │是微不足道，由鏡面中心到邊緣，弧度不過
                          │偏差了兩微米，大約是一根頭髮的五十分之
                          │一。
                          │
    PAN 主鏡畫面，接3D動畫│主(O.S):但是對如此精密的光學儀器而言，
    (4)，原先聚焦良好，光 │差之毫釐的結果就是謬以千里，原先的設計
    線經主鏡次鏡兩次反射，│可以讓百分之七十的入射光聚焦在 0.1個角
    進入儀器光圈，然後失焦│秒的範圍之內，但現在只剩百分之十五的光
    光線未能進入後級儀器的│線在這個範圍內，其餘散佈在四周，甚至連
    光圈。                │分析儀器的光圈都進不去。這個嚴重的後果
                          │使得許多原先可以解答宇宙奧秘的觀測計劃
                          │都無法進行。
                          │
    科學家工作的畫面，接「│旁：正當美國太空部門的行政官員忙著研究
    COSTAR」畫面。        │責任歸屬的問題，科學家也沒有閒著，他們
                          │一方面使用複雜的影像重組技術，減低球面
                          │像差的影響，使得部份觀測仍然可以進行，
                          │另一方面為哈柏望遠鏡作了一個功用有如「
                          │近視眼鏡」的儀器，叫做「COSTAR」，可以
                          │大幅度改進球面像差的問題。
                          │
    「COSTAR」資料畫面，接│旁：COSTAR這個儀器，在放入了太空望遠鏡
    3D動畫（資料帶）光線經│的儀器艙之後，將會伸出四個支臂，上面各
    小透鏡聚焦，進入旁邊儀│有一個小小的聚焦透鏡。這四個透鏡將會使
    器的光線入口。        │得原本失焦的光線重新聚焦，進入三個主要

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                          │觀測儀器的光圈裡，讓哈柏重新拾回觀測暗
                          │天體的能力。
                          │
    夜間太空梭升空資料帶。│旁：1993年12月 3日，也就是哈柏望遠鏡發
                          │射的三年又八個月之後，「奮進號」太空梭
                          │兩側的固體燃料推進火箭噴出橙黃色的火焰
                          │，太空梭冉冉升空，向地球軌道中的哈柏太
                          │空望遠鏡奔去，又一次帶上去科學家和一般
                          │大眾的希望。
                          │
    修復太空望遠鏡的資料帶│旁：接下來的是太空梭裡的太空人和地面上
    。COSTAR的裝入，WFPC2 │的科學家跟時間的一場競賽，在短短的十天
    的裝入，及替換新的太陽│之內，太空人進行了五次太空漫步，安裝了
    板。                  │COSTAR，更新了廣角攝影機，汰換了嚴重受
                          │損的太陽板，進行了大大小小多達數十項的
                          │修理工作。
                          │
    資料畫面，太陽板無法收│旁：受損的太陽板因為無法捲回，只好在地
    回，棄置於太空，逐漸遠│面的控制下，由太空梭上唯一的女太空人凱
    去。望遠鏡重新置入軌道│薩琳. 索頓，把它棄入太空，不出數十分鐘
    ，接太空梭著陸鏡頭。  │，這片受損的太陽板就會墜入大氣層中燒毀
                          │。金色的太陽板逐漸翻滾遠去，修復完畢的
                          │太空望遠鏡重新置入軌道，似乎象徵著哈柏
                          │太空望遠鏡自此遠離了錯誤和缺失，但這一
                          │點，在12月13日黎明前的黑暗中，返航的「
                          │奮進號」著地的那一剎那，仍然不知是否真
                          │的作到了。
                          │
    M100星系由全景Zoom in │旁：不過不到一個月的時間，世界各大報紙
    接核心照片，前後對照圖│的首頁，就出現了哈柏太空望遠鏡修復以後
    片，清楚與模糊dissolve│的第一張照片，這是一個遙遠星系M100核心
    ，接太空望遠鏡軌道運行│的影像，其中的星星、雲氣、塵雲、漩臂歷
    畫面。                │歷可見，清晰的程度遠超過修復前模糊不清
                          │的圖像，甚至比預期的還要好，哈柏太空望
                          │遠鏡終於恢復了視力！天文學家也終於恢復
                          │了自信，重新在探索宇宙奧秘的道路上前進
                          │。
                          │
    主持人Standup。接太空 │主：我們看到了哈柏太空望遠鏡這個艱鉅的

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    望遠鏡製造過程的畫面。│任務，從規畫到執行的過程中，出了許多問
                          │題，這在大型太空任務裡幾乎是免不了的。
                          │有人說：「作錯一件事的方法有一百萬種，
                          │但是作對它的方法只有一種。」的確如此。
                          │在這整個過程中，我們可以學習的，是怎麼
                          │樣誠實的面對問題，嚴格的分析問題，最後
                          │找出正確方法的科學過程。
                          │
    PAN自然景色，主持人入 │主：談完了地球軌道中的天文台，我們要邁
    鏡，Standup。         │向下一個太空天文發展的新領域，那就是行
                          │星探測的任務。
                          │
    主持人JPL Standup，美 │主：在所有太空任務中，最引人入勝的，要
    國第4卷（共有6個takes │算是行星探索任務了。想想看，一個小小的
    ）                    │太空船，在太陽系廣漠無邊的黑暗裡航行，
                          │依次去拜訪行星，去看火星上的冰帽、木星
                          │上的大紅斑、土星的環、天王星、海王星，
                          │不斷的把資料傳回來，也不斷的帶給人們驚
                          │喜和發現，當我們一點一滴的累積起來，我
                          │們對太陽系其他行星的知識的時候，我們發
                          │覺，別的地方的環境和我們自己的世界是如
                          │此的不同，我們也愈能欣賞大自然的造物之
                          │美。
                          │
    JPL實拍飛行控制中心的 │旁：從六０年代開始，美國和蘇俄就競相展
    畫面（第4卷），接金星 │開了對太陽系各行星的探索。在七０年代，
    及火星的影像。        │這些探索活動達到了顛峰，二十年之間，共
                          │有十九艘無人太空船探訪過金星，十一艘太
                          │空船去過火星，讓我們對這兩個離地球最近
                          │的鄰居，有了更進一步的了解。
                          │
    3D動畫(5)，太空船繞行 │旁：有些太空船繞著行星拍照，有些太空船
    星運行，再接降下子船進│甚至放下子船，降到行星表面，實地觀察行
    入行星大氣著陸。      │星地表的情形。
                          │
    Venera太空船圖片，金星│旁：1967年到1983年之間的17年裡，蘇俄共
    圖片。                │發射了13艘Venera系列的太空船前往金星，
                          │其中八艘放下子船，登陸金星，讓我們知道
                          │了金星表面溫度高達攝氏六百多度，這是由

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                          │濃厚大氣層所產生的強烈溫室效應所造成的
                          │，不但不適合人居住，更讓科學家擔心，和
                          │金星同樣大小的地球，往後會不會步上金星
                          │的後塵？
                          │
    火星圖片，海盜號拍攝的│旁：1975年，美國的兩艘海盜號太空船一前
    火星表面影像。        │一後，放下子船，登陸火星，在火星表面上
                          │工作了長達六年的時間，仔細的分析了火星
                          │的地表土壤以及大氣的成份，並且對周遭荒
                          │涼的環境拍攝了許多影像傳回地球，讓我們
                          │進一步的認識了這個紅色行星。但在這些觀
                          │測活動中，科學家沒有找到任何生命跡象，
                          │這雖然是在科學家的預料之中，但仍然讓人
                          │們對火星人的遐想受到了不小的挫折。
                          │
    主持人Standup。Insert │主：七０年代晚期，科學家把眼光轉向外太
    航海家太空船，JPL實拍 │陽系，美國一前一後發射了兩艘航海家太空
    模型（5卷23:18）      │船，分別去探索木星、土星、天王星和海王
                          │星，使得這些遙遠行星不再是「只可遠觀，
                          │不可褻玩」的美麗天體，長達十幾年的旅程
                          │，提供了我們這四個外行星豐富的資料，也
                          │使得這兩艘行星探測太空船成為有史以來最
                          │成功的太空任務。
                          │
    3D動畫(6)，太空船接近 │旁：以「航海家二號」為例，1977年發射，
    木星，自旁邊擦過，鏡頭│1979年飛越木星，1981年抵達土星，1986年
    提高俯視，看到四大行星│掠過天王星，1989年造訪海王星。整個旅程
    及軌道，太空船繞過木星│長達十二年，加上製作過程的「落伍因素」
    、奔向土星，然後至天王│，在1989年航海家二號抵達海王星的時候，
    、海王星，鏡頭運動，增│太空船上的儀器零件，已經落後地球上的科
    加動感，並上「木星」、│技水準將近二十年，但太空船依然健康如昔
    「土星」等字幕。      │，傳回來的資料讓我們大開眼界。
                          │
    主持人Standup。（5卷  │主：那我們是怎麼樣把命令送給這些無人太
    5:03-5:49）Insert DSN │空船呢？同時接收從它們那邊來的資料和照
    資料帶，及管制中心實拍│片呢？環繞著整個地球，有12個天線，分別
    畫面。                │屬於 3個地面接收站，一個在美國，一個在
                          │西班牙，一個在澳洲，這 3個接收站組成了
                          │所謂的「深太空接收網路」，叫做「Deep

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                          │Space Network」。 遙遠的太空船，把獲得
                          │的資料傳回到地面上，這些天線接收了資料
                          │以後，經過中繼衛星，再送回到噴射推進實
                          │驗室的太空飛行管制中心來。
                          │
    主持人Standup。（5卷  │主：從遙遠的行星探測太空船上傳回來的資
    16:44-17:19）Insert   │料，經過了地面的無線電天線接收了以後呢
    JPL影像處理中心實拍畫 │，送到噴射推進實驗室的影像處理室來。在
    面及行星圖像。        │這個地方，經過高速電腦跟工作站的幫助，
                          │我們才能把一堆沒有人看得懂的無線電訊號
                          │，轉換成有意義的資料跟圖片，我們就可以
                          │真正看得到這些行星以及它們的衛星色彩絢
                          │爛的一面。
                          │
    2D動畫(2)，木星全景， │旁：航海家二號讓人們第一次能從這麼近的
    Zoom in 木星大紅斑影像│距離研究木星的大紅斑，仔細的觀察這個已
    ，疊加三個橫排的地球。│經吹襲了木星三百多年，可以擺得下三個地
    接「埃歐」的火山爆發圖│球的巨大風暴；我們也觀察到了木星衛星「
    片。（5卷18:19大紅斑，│埃歐」上的火山爆發，這是除了地球之外，
    19:19埃歐火山近拍）   │我們在太陽系的另一個地方親眼看到火山活
                          │動，這對研究行星地質的科學家而言，意義
                          │特別重大。
                          │
    土星環的資料照片，木星│旁：航海家太空船的另一個重大發現，是這
    的圖像，PAN環，天王星 │些巨大行星的環。以前我們只知道，土星有
    、海王星的破碎的環幻燈│著美麗的環，可是有些天文學家從間接的證
    片。（5卷21:55土星環）│據猜測其他行星也應該有環，但是苦無直接
                          │觀測，直到航海家太空船依次拜訪過這些巨
                          │大行星之後，我們才親眼看到木星、天王星
                          │、海王星的確都有環，不過較為稀薄就是了
                          │。
                          │
    3D動畫(7)，天王星原來 │旁：其他許許多多的有趣發現不可勝數，像
    直立的轉，然後緩緩倒在│是天王星不是站著自轉，而是躺在黃道面上
    黃道面上。海王星的大暗│自轉；海王星上有個大暗斑，與木星的大紅
    斑圖片，Zoom out，見木│斑相映成趣；這些新的發現在航海家太空船
    星在旁邊，體積大許多，│發射之前，都是我們無法想像的。
    有大斑。              │


                                  8


    主持人Standup。       │主：不過航海家太空船雖然得到了這麼大的
                          │成就，但同時也是有史以來最具有爭議性的
                          │太空船，這個爭議性大到幾乎使它無法上路
                          │。為什麼呢？我們只要比較一下航海家太空
                          │船和一般衛星的外表，就知道原因了。
                          │
    2D動畫(3)，一般衛星圖 │旁：一般繞地衛星總有兩片狹長的太陽板，
    片，PAN太陽板，接航海 │上面佈滿著太陽電池，提供衛星工作的電力
    家太空船圖片，最後落在│。但是航海家太空船並沒有辦法使用太陽板
    反應爐上。            │，因為它要去的地方，離太陽太遠了。它只
                          │能自己攜帶體積小而又有高效率的能源，以
                          │供漫長的旅途所需。在目前的科技條件下，
                          │航海家太空船能量來源的唯一選擇，就是小
                          │型的核子反應爐。
                          │
    主持人Standup。       │主：這個小型的核子反應爐，使用鈽-239作
                          │為燃料，這也就是作原子彈的主要元素。而
                          │更令人擔心的是，反應爐的容器能夠承受的
                          │壓力是每平方吋兩千磅。
                          │
    挑戰者號升空爆炸的記錄│主(O.S):但是1983年挑戰者號太空梭爆炸失
    。接美國地圖，Zoom in │事的時候產生的壓力，達到了每平方吋4000
    東南區。              │磅。也就是說，如果當初挑戰者號攜帶的是
                          │裝有核子反應爐的太空船，那今天美國東南
                          │半壁都會受到鈽-239的污染，會有很長的一
                          │段時間不適合人類居住，大概三萬年左右。
                          │
    可找美國民眾示威抗議的│旁：也就是因為這麼高的爭議性，即使發射
    資料畫面。接火箭發射升│時火箭爆炸的機率不過千分之一萬分之一，
    空畫面。              │環保人士仍然提出強烈的抗議，要求太空總
                          │署不要進行這樣的任務，但是在美國總統的
                          │特許下，航海家太空船最終還是上路了。
                          │
    主持人Standup。       │主：從這個例子裡，我們看到了一個嚴肅的
                          │問題。一向以來，我們都認為科學的發展是
                          │用來滿足人們的好奇心，同時追求人類更大
                          │的福祉的。但是，如果有一天，開創人類未
                          │來的科學發展和人類眼前的安危起了衝突，
                          │那我們該如何取捨？說的更直接一點，如果

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                          │今天您是美國總統，您會不會讓這艘太空船
                          │發射？
                          │
    主持人Standup。Insert │主：這個問題，沒有一個簡單的答案。然而
    一般人類活動的畫面。  │類似的問題，不僅僅出現在國外，也出現在
                          │台灣。這是一個令人類無法逃避，需要用知
                          │識和智慧去面對的問題。
                          │
    資料帶加宇宙漫遊動畫。│主(O.S):從飛機、氣球、火箭、繞地衛星，
    可用上集3D動畫(5)。   │到行星探測太空船，我們看到了一系列太空
                          │天文發展的過程。不過我們發現，看的愈遠
                          │，雖然解答的宇宙奧秘愈多，但人類自己所
                          │需要面對的問題卻也愈多。
                          │
    主持人Standup。       │主：因此解決人類問題的答案，似乎並不在
                          │宇宙深處，而仍然在人們的內心深處。這大
                          │概是經由太空天文研究，所獲得的一點反思
                          │吧！謝謝您的觀賞，再會。

                          （樂起，上片尾70秒）