最成功的失敗任務
阿波羅13號服務艙的指揮艙的氧氣槽爆炸，預估兩小時內燃料電池就會停止作用，登月任務勢必得放棄了，更重要的是，他們是否能活著回去？
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「我們為全人類和平而來」
格林威治時間1969年7月20日20時17分，阿波羅11號的登月小艇成功降落月球，完成史上前所未有的壯舉。不過比起這個歷史時刻，6個多小時後，阿姆斯壯於7月21日02時56分踏上月球表面，更讓大家印象深刻。尤其他當下說出的：「這是個人的一小步，卻是人類的一大步」更是傳頌至今。 （實際上他說的是：“That’s one small step for (a) man, one giant leap for mankind.”，漏說了”a man”的”a”。） 阿姆斯壯日後回憶說這句話是他在降落後自己想到的，像是下意識地或是在背景中就這麼冒出來。（” I thought about it after landing,……, just something that was kind of passing around subliminally or in the background.”） 嗯，通常所謂下意識或潛意識並不會無中生有。我個人猜測，這或許是登月小艇上的一片金屬牌匾埋下的種子。 如照片所示，登月小艇下降段的梯子上有塊約23公分長、19 公分高的不銹鋼牌子，上面雋刻了東、西兩半球的世界地圖，以及這幾句話： 「西元1969年7月，來自地球的人首次踏上月球。我們為全人類和平而來。」 “HERE MEN…
當太空從美蘇爭霸轉為群雄並起
今年的台北國際電腦展（COMPUTEX 2024）眾星雲集，NVIDIA、AMD、Intel、Qualcomm等世界級晶片廠商的執行長都親自來台，堪稱台灣近年來最受矚目的科技盛會，尤其黃仁勳更是颳起搖滾巨星般的旋風，每天佔據了媒體版面。其實就在這一週，太空探索也是熱鬧非凡，而且頗具意義，值得國人關注。 首先是中國繼2019年的嫦娥四號後，今年6月2日嫦娥六號再度登陸月球背面。嫦娥六號的著陸器完成土壤採樣後，於6月4日從月球表面起飛，兩天後成功與軌道器會合並轉移樣本。一旦順利返抵地球，將是人類首度取得來自月球背面的樣本，有助於了解月球的形成與演化。 接著是波音公司的星際航線太空船（Starliner）。2012年，波音和SpaceX同時贏得NASA的載人計畫，但SpaceX早在2020年就載送太空人往返國際太空站與地球，波音的Starliner卻因各種故障而不斷延誤。今年6月5日，Starliner終於成功發射升空，將兩名太空人送到國際太空站，讓NASA之後的計畫更無後顧之憂，也等於正式宣告商業太空飛行又多了一個玩家。 緊接著，SpaceX於6月6日進行星艦（Starship）的第四次飛行試驗。星艦是可重複使用的重型運載火箭，包含超級重型推進器與載人飛船兩部分；NASA預計用於重返月球的「阿緹米斯計畫」（Artemis program），馬斯克更寄望用它來進行火星移民計畫。 第四次飛行試驗中，推進器的33個發動機在升空時有一具故障；降落時需用到13個發動機，又有一具未能點火，但仍飛到預定高度並順利降落海面。而脫離推進器的飛船在重返大氣層時，雖然有些隔熱瓦脫落，前襟翼也因過熱而部分結構受損，但仍成功轉身，完整地濺落於海上，達成回收目標。這次試驗為人類再度登月以及星際飛行又邁出重要的一步。 兩天之後，維珍銀河（Virgin Galactic）在6月8日進行第七次的商業太空飛行，四名私人乘客搭乘維珍銀河兩位太空人所駕駛的團結號太空船（VSS Unity），抵達次軌道體驗失重狀態後平安返回。雖然這是團結號最後一次飛行，但維珍銀河將打造下一代太空船，不會在商業太空旅行中缺席。 **** 6/2到6/8這短短的一週內，來自不同機構的四艘太空船陸續完成具有相當意義的飛行任務，令人目不暇給之餘，似乎也極具代表性地象徵著：太空已從美蘇兩個強權爭霸，邁向群雄並起的時代（別忘了印度的「月船3號」(Chandrayaan-3) 也在去年7月成功登陸月球南極，而且只花了7,500萬美元）。 我不禁想起今年三月到佛羅里達參觀甘迺迪太空中心的遊客園區，看到「火箭花園」豎立著從1958年發射美國的第一顆衛星，一直到2000年發射火星探測車，等等功成身退的火箭。這固然是緬懷過去榮光的紀念，但從另個角度看，卻也是美蘇太空爭霸時代的悼念墓園。 （火箭花園中陳列的火箭如下： Juno I：1958年發射美國的第一顆衛星；Juno II：1959年發射美國第一個脫離地球軌道的探測器先鋒四號掠過月球；Delta：1960年將表層鍍鋁的巨型氣球送上一千公里處的地球軌道，完成首度的越洋電視轉播；Mercury-Redstone：1961年將美國第一位太空人薛帕德送上180公里高的次軌道；Mercury-Atlas：1962年將約翰·葛倫送上250公里的地球軌道，成為美國第一位在太空環繞地球的人；Atlas-Agena：1961年至1965年多次發射月球探測器遊騎兵號，拍攝月表照片為登月做準備；Gemini-Titan II：原本為洲際飛彈而設計，1965、66年發射雙子星號太空船，完成對接任務；Saturn 1B：在阿波羅計畫中一直用到1968年發射首度載人的阿波羅七號，1970年代又用於載送太空人到太空站；Delta II：1989年開始進行一百五十多次任務，包括發射GPS衛星，及2000年代發射火星探測車精神號與機會號。） 當然，更多國家與民間機構加入太空探索，絕對是件好事。事實上，除了這些檯面上的大咖，還有許多較小公司也競相投入低軌衛星這類較不需要龐大資源的太空產業。天下文化在今年二月出版，由《鋼鐵人馬斯克》作者范思（Ashlee Vance）所寫的《太空商業時代》便介紹了其中四家先驅，有興趣的讀者可以買來看看。 從這些已在太空產業取得相當進展的公司身上，或許可以省思在群雄並起的太空商業時代，我國應有怎樣的定位與策略。
變形金剛登陸月球？
日本時間1月20日零點20分（台灣時間1月19日23:20），日本的智慧型月球探測器SLIM (Smart Lander for Investigating Moon) 成功在月表軟著陸，成為繼蘇聯、美國、中國大陸和印度之後，第五個登陸月球的國家。（不過SLIM登陸後，卻發現太陽能板未能產生電力，目前問題尚未解決。） 去年四月，日本一家民間企業ispace曾委託SpaceX發射探測器到月球表面，雖然成功進入月球軌道，但在著陸時失敗墜毀。這次的SLIM則是日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的太空任務，搭乘由三菱重工建造的H-IIA火箭，於2023年9月7日發射升空，在月球軌道繞行25天後，降落於月球赤道南邊的「酒海」(Mare Nectaris，月球上的海是指比較低窪的平原)。 SLIM還攜帶了兩個可行走的小型探測器，一個是以跳躍方式前進的LEV-1 (Lunar Excursion Vehicle 1)，除了裝有廣角相機，還有天線可與直接與地球通訊。另一個是比棒球略大，直徑8公分，重僅250克的球形探測器LEV-2 (Lunar Excursion Vehicle 2)，別名SORA-Q。 SORA-Q是JAXA與Sony、同志社大學（位於日本京都），以及玩具製造商多美共同開發設計的。玩具製造商？是的，多美最著名的產品就是變形金剛，JAXA希望在不犧牲功能性與可靠性的前提下，盡可能減少探測器的體積與零件，因此特地借助多美過去設計變形金剛的多年經驗。 SORA-Q的確像個簡單的變形金剛，它原本是以球體狀收納在SLIM裡面，到了月球表面後，合成球體的兩個半圓就會彈開變為輪子；像是尾巴的穩定器向後延伸用來保持平衡；配有前後鏡頭的小型攝影機從內部升起，所拍攝的影像經由LEV-1傳送回地球。 根據2022年3月發表會的說明，SORA是「宙」的日語讀音，而Q則有Question、Quest之意，另外SORA-Q的側面身影也像個Q，因此SORA-Q既有探索宇宙之意，也象徵它前往宇宙。 事實上，這是第二次試圖將SORA-Q送上月球，上一次就是去年四月那次登月失敗。這次SORA-Q終於成功登陸月表，只是它的壽命卻也相當短暫，因為電池只夠運行兩個小時，電力用完後，它就會完全停擺，永遠滯留在月球上。 不過SORA-Q除了探測月球的任務，還有特殊的意義，那就是點燃孩童對太空和科學的好奇心與熱情；就像JAXA創新中心的副高級研究員Daichi Hirano所說的：「對比童年時期玩著日本玩具的經驗，或許出自玩具製造商的漫遊車能激勵下一代渴望前往星際。」真的，變形金剛在月球——多麼具有想像空間啊！ 參考資料：
2023年十大科學新聞
一、發現「愛因斯坦地磚」 用地磚鋪滿一個平面有各式各樣的拚接方式，最簡單的當然是用正方形、正三角形或正六邊形拼接，但這樣太過單調無趣，因此自古數學家們就嘗試用兩種以上的不同幾何形狀來鋪滿平面，尤其伊斯蘭學者更是在建築中發揮得淋漓盡致。 不過這樣雖然大大增加了美感，卻仍有明顯的規律性，同樣的圖案不斷往四周延伸，也就是所謂的「週期性重複」。那麼是否有「非週期性重複」的拼接方法？ 數學家在1964年找到了這種拼接方法，不過需用到20,426種地磚，後來又簡化到103種形狀。因為對黑洞的研究而獲頒2020年諾貝爾物理獎的潘洛斯（Roger Penrose），於1974年又進一步發現兩種地磚形狀，可以非週期性地鋪滿整個平面。這令人不禁要追問：是否可能減少到只用一種地磚？由於德文的「一塊石頭」(ein stein) 和「愛因斯坦」(Einstein)同音，因此這種假想中的地磚也叫「愛因斯坦地磚」。 大部分的數學家直覺上都認為不可能有愛因斯坦地磚，不過退休的印刷技師史密斯（David Smith）在2022年發現一種13邊形，這種形狀和其鏡像的組合（也就是地磚的正面和反面）似乎可以不重複地完全鋪滿。但他無法加以證明，於是求助於另外三位數學家。2023年3月，他們四人發表論文證明史密斯的確找到了愛因斯坦地磚。 緊接著在5月，他們又發現不需要鏡像就能不重複地鋪滿平面的方法，而且這個13邊形還可以再變形出一系列的愛因斯坦地磚。誰能料到，長久以來普遍認為不可能的數學問題，就這麼解決了，而且破解的還是一位把數學當閒暇興趣的業餘玩家。 二、成功從太空將電力傳回地球 太陽能是取之不竭的乾淨能源，不過由於日夜交替與天候因素，太陽能板所能產生的電力終究有無法突破的上限。布署在太空的太陽能板就一天24小時都會受到日照，如果能將所產生的電力送回地球，不就可以大幅改善能源問題？ 這個科幻作品中早就有的構想如今終於證明是可行的。2023年6月1日，加州理工學院的團隊宣布他們成功從地球軌道上的「太空太陽能演示器一號」(Space Solar Power Demonstrator-1, 簡稱SSPD-1)，將太陽能轉換的電能，透過微波傳送到地面上的指定位置。 雖然這項「微波陣列傳輸電力低軌道實驗」(Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment, 簡稱MAPLE) 還只是概念驗證，要提供足夠電力仍有許多工程問題要克服，但這已為太空太陽發電邁開重要的一步。 三、室溫超導體成真？ 2023年7月27日，韓國科學技術研究院的團隊發表論文，宣稱發現一種以銅摻雜鉛磷灰石的合成材料”LK-99”，在常溫常壓下就有超導現象，也就是零電阻以及完全抗磁性。這則新聞一出立即轟動全球，因為如果屬實，那麼從能源、交通、醫療，乃至各種電子用品及電氣設備，都將產生革命性的躍進，徹底改變人類的科技文明。 世界各地的學術機構立即進行實驗加以驗證，結果發現LK-99並不是超導體，只是具有一定的抗磁性。韓國團隊宣稱的重大突破終究是烏龍一場，室溫超導體這個聖杯還有待科學家們繼續追尋。 四、探測器首度在月球南極成功著陸 2023年8月23日，印度的「月船3號」(Chandrayaan-3) 成功在月球南極軟著陸。由於月球的兩極地區崎嶇不平，又有巨大的隕石坑，較不容易著陸，因此之前美國、蘇聯及中國的登月任務都是選擇較為平坦的中低緯度區域。如今印度不僅成為第四個成功登月的國家，更是史上首度在月球南極登陸。 印度之所以選擇較困難的月球南極，是因為2008年發現那裏的隕石坑底下蘊藏豐富的水冰。水不僅可以供太空人飲用，經電解處理成氧氣和氫氣後，還可分別供太空人呼吸及作為火箭燃料，是建立月球基地的必要資源。而且隕石坑周邊高聳的山峰一直受到陽光照射，宛如永晝，在峰頂上架設太陽能板，便能為月球基地提供源源不絕的電力。 接下來其它國家當然也將陸續進行登陸月球南極的太空任務，尤其這次印度全部才花費7,500萬美元，倘若藉此低廉的成本為其它國家提供登月服務，勢將改變原本由少數強國把持的生態，展開新一輪的太空競賽。 五、人類祖先曾瀕臨滅絕 現在分布全球的人類都是源自五萬年前至二十萬年前，陸續走出非洲的智人；他們取代了更早離開非洲的尼安德塔人，卻也因為混血而把尼安德塔人的部分基因留傳了下來。 若更往前推，智人和尼安德塔人在70萬年前有共同的祖先，當然也算是我們人類的祖先。根據刊登於2023年8月31日出刊的《科學》期刊的一篇論文，人類的祖先在90萬年前曾急遽銳減，僅1.3%倖存下來，繁衍的個體數量最少時只有1,280個，而且接下來 11萬7千年都沒有再擴增。 這個數字實在令人觸目驚心，在那麼長的時間裡，倘若有嚴重一點的危險或災難，人類祖先就從此滅絕了。這也讓人不禁省思，高達98.7%的人類祖先之所以消失，肯定是環境變遷所致，如今人類造成的地球暖化導致氣候變遷的問題日益嚴重，我們豈能不積極挽救，以免重蹈瀕臨滅絕的覆轍。 六、NASA回收探測器採集的小行星樣本 小行星探測器「歐塞瑞斯號」（OSIRIS-REx）於2016年發射升空，2020年10月降落在小行星貝努（Bennu）表面，成功採集了170克的樣本，隨後飛返地球。…