太空之書 (電子書)

簡介╱關於太空之書
致謝
條目
宇宙的誕生
約西元前一百三十七億年╱大霹靂、約西元前一百三十七億年╱復合紀元、約西元前一百三十五億年╱第一代恆星、約西元前一百三十三億年╱銀河、約西元前五十億年╱太陽星雲、約西元前四十六億年╱暴烈原太陽、約西元前四十六億年╱太陽的誕生、約西元前四十五億年╱水星、約西元前四十五億年╱金星、約西元前四十五億年╱地球、約西元前四十五億年╱火星、約西元前四十五億年╱主小行星帶、約西元前四十五億年╱木星、約西元前四十五億年╱土星、約西元前四十五億年╱天王星、約西元前四十五億年╱海王星、約西元前四十五億年╱冥王星和古柏帶、約西元前四十五億年╱月球的誕生、約西元前四十一億年╱後重轟炸期、約西元前三十八億年╱地球上的生命、西元前五億五千萬年╱寒武紀大爆發、西元前六千五百萬年╱恐龍滅絕撞擊、西元前二十萬年╱智人、約西元前五萬年╱亞利桑那撞擊

觀天
約西元前5000年╱宇宙學的誕生、約西元前3000年╱古老天文台、約西元前2500年╱埃及天文學、約西元前2100年╱中國天文學、約西元前500年╱地球是圓的！、約西元前400年╱希臘地心說、約西元前400年╱西方占星術、約西元前280年╱太陽為中心的宇宙、約西元前250年╱埃拉托斯特尼測量地球、約西元前150年╱星等、約西元前100年╱第一台計算器、西元前45年╱儒略曆、約西元150年╱托勒密的《天文學大成》、西元185年╱中國人觀測「客星」、約西元500年╱《阿里亞哈塔曆書》、約西元700年╱找尋復活節、約西元825年╱早期阿拉伯天文學、約西元964年╱目睹仙女座、約西元1000年╱實驗天文物理學、約西元1000年╱馬雅天文學、西元1054年╱看到「白晝星」……等250項條目。

作者序

　　簡介

　　基本上是不可能僅用250件劃時代事件來總結天文學和太空探索的整部歷史，但我並不因此而不做這樣的嘗試，我所研究的領域擁有豐富和令人振奮的歷史，為這樣的歷史編年卻是一件令人氣餒的任務，但從一位有幸從事太空科學的熱愛者的觀點，它是如此豐富！單單在過去的五十年間，我們已經見證人類探索歷史中最深遠且重要的一次大爆發──太空時代。人類已經可以離開地球（有些人現在正住在地球以外的地方），有十二人曾在月球上漫步。使用機械代理和巨型望遠鏡（有些是放置在太空中），我們已經能夠遠觀、近看所有典型已知行星的外星地貌，造訪小行星和彗星，以及檢視所有壯觀燦爛的宇宙。

　　站在巨人的肩膀上

　　以上所有成就全因為我們如牛頓（Isaac Newton）爵士所述，是「站在巨人的肩膀上」。如果沒有我們的祖先建立起近代科學和實驗的深沉思想，對於近代天文學和太空探索驚嘆發現的正確評價，是難以完成的。許多人在大量的個人或專業努力上，獲得自己的成就，有許多人則是在數十年，甚至數個世紀之後才被認可。有些地方是不切實際地認可特定個人的貢獻，我加入一些項目，最起碼認知到關鍵的一群人的重要性，他們在為未來的成就上設立舞台的重要性。這樣的例子包括仍保存在一些早期人類洞穴內的星圖；蘇美人對五千到七千年前宇宙學誕生的貢獻；建造類似巨石陣的古代天空觀測站的謎樣石器時代文明；來自中國夏、商、周朝（西元前2100年～西元前256年）天空事件的細心編年史家；以及來自早期埃及，印度、阿拉伯、波斯和馬雅社會的各種數學和天文學派，都已經對近代天文學、天文物理學和宇宙學做出深遠的影響。


　　當然，在一般科學思想、或特別是物理學和天文學發展上，找到並認知出扮演關鍵角色的特定個人，這是有可能的。若不考慮科學史，則根基於上的近代天文學將不完備，比方說不提及古代哲學家、數學家和天文學家的持續性貢獻，如畢達哥拉斯（Pythagoras）、柏拉圖（Plato）、亞里斯多德（Aristotle）、阿里斯塔克斯（Aristarchus）、埃拉托斯特尼（Eratosthenes）、依巴谷（Hipparchus）和托勒密（Ptolemy），更近一點時期的科學家，例如哥白尼（Nicolaus Copernicus）、伽利略（Galileo Galilei）、克卜勒（Johannes Kepler）、牛頓、愛因斯坦（Albert Einstein）、哈柏（Edwin Hubble）、霍金（Stephen W. Hawking）和薩根（Carl Sagan）已經成為家譽戶曉的名字，在近代物理學、天文學以及太空科學的驚人進展上都非常有名，這些巨人都是本書許多詞條的顯著特色。

　　但有許多可能僅在教科書上出名的其他人，也對重要進展或發現以及他們關鍵里程碑的工作做出貢獻，這些卓越的科學家包括發現土星薄平環及其大衛星泰坦的惠更斯（Christiaan Huygens）；發現木星大紅斑、土衛八以及土星環本質的卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）；每76年回歸內太陽系的周期性彗星，並以他為名的哈雷（Edmond Halley）；最後一位望遠鏡之前的天文學巨人，擁有的資料促使克卜勒發現行星運動定律的第谷（Tycho Brahe）；第一位將天空中超過100顆著名星雲列表的多產彗星搜捕者梅西耳（Charles Messier）；預測太空中特殊的萬有引力平衡點，現今以他命名的數學家拉格朗日（Joseph-Louis Lagrange）；發現天王星及其衛星的赫歇爾（William Herschel）；光譜學的先驅們夫朗和斐（Joseph von Fraunhofe）、都卜勒（Chiristian Doppler）和斐索（Armand Hippolyte Fizeau），他們為天文學家提供了測量天體成分和速度的基礎；發現放射性的居禮夫婦（Pierre & Marie Curie）及其同事貝克勒（Henri Becquere）；被忽略的量子力學之父卜朗克（Max Planck）；第一位真正認知到銀河系驚人尺寸的天文學家沙普利（Harlow Shapley）；液態燃料火箭先驅戈達（Robert Goddard）；天文物理學家和宇宙網共同發現者蓋勒（Margaret Geller）；協助重新認知我們行星和其他行星上受撞擊的重要性的行星科學家舒梅克（Eugene Shoemaker）。因此我嘗試紀錄這些對天文學、天文物理學、行星科學和太空探索進展有重要貢獻的人，儘管他們可能尚未達到一般大眾所認知的頂尖科學名聲。

　　被遺忘的巨人

　　然而也有一群被遺忘，或者最少是不恰當地被忽略的男性和女性，他們已經有了新發現、發展出新理論、做出典範轉移的實驗、或是像是大海撈針式地埋頭努力一些關鍵性科學發現，但不管什麼樣的原因，這些人尚未獲得公眾目光或適合他們貢獻的科學讚譽。這些更加無名的天才包括六世紀的印度數學家和天文學家阿里亞哈塔(Aryabhata）；令人尊敬的八世紀曆法專家賈羅的比德（Bede of Jarrow）；十世紀阿拉伯繪製星圖的蘇菲（‘Abd al-Rahman al-Sufi）；因為堅持其他可居住世界的存在，於1600年在火刑柱上焚燒的異教徒布魯諾（Giordano Bruno）；十七世紀做出第一次光速準確測量的丹麥天文學家羅默（Ole Roemer）；預測1639年金星凌日的天文學家霍羅克斯（Jeremiah Horrocks）；1794年正確推論出隕石地外起源的德國物理學家克拉德尼（Ernst Chladni）；第一位理解恆星內部的英國天文物理學家愛丁頓（Arthur Eddington）；還有美國電波工程師顏斯基（Karl Guthe Jansky），在1931年因為一項實驗而有了一個想法，進而導引出電波天文學的創立。

　　類似的埋沒也包含一些極具影響力的女性天文學家，她們經常比男性同儕更加努力，以克服男性主導領域的偏見和歧視。這些值得重視的女性包括卡洛琳．赫歇爾（Caroline Herschel），她是威廉．赫歇爾的妹妹，一位富有成就的十八世紀末英國彗星搜捕者和星圖繪製者；全世界第一位女性天文學教授米切爾（Maria Mitchell）；二十世紀初在哈佛的女性「計算員」團隊，包括坎農（Annie Jump Cannon）、勒維特（Henrietta Swan Leavitt），發展至今仍廣泛使用的恆星分類方法，以及發現所謂的標準燭光恆星，可作為估計宇宙中的距離。在整本書中，我嘗試提及許多其他重要、但經常被忽略的天文學家、物理學家、哲學家和工程師，但我唯恐仍沒有給予他們應有的功勞。作為一位專業天文學家和行星科學家，我得承認即便是在寫這本書所作的研究之前，仍有一些了不起的科學家是我未曾聽聞的。

　　從天文巨人到「大科學計畫」團隊

　　在這研究過程中，我注意到可以挑出來讚揚的個人數量隨著時間減少，尤其是在1950年代以後的詞條，也就是太空時代的開始。我認為這反應出在天文學和太空探索的一項最新趨勢，或許也是所有科學領域的趨勢。科學和探索曾是相當個人化的事業，經常是富人獨自從事、有君主或某種形式的贊助者，並且通常是和其他富有的紳士科學家激烈競爭。當然也確實存有例外：著名的合作（例如第谷和克卜勒之間的合作、或居禮夫婦和貝克勒之間）和研究團隊（例如圖西在伊朗馬拉給天文台的十三世紀研究團隊，或者十六世紀印度的喀拉拉邦數學學院）。但整體來說，第二次世界大戰以前，在我的領域中，大多數的科學進展主要是由個人所完成的。

　　相反地，二十世紀後半葉的技術進展，更多在物理、天文和太空探索的進展開始落到許多現今稱做大科學（Big Science）的範圍。大科學是一群或團體公司，在計畫中特定區塊的個別科學家擁有特定的專門知識，但這個計畫包括了很大範圍的學科，沒有一個小組成員是所有學科的專家，一個在物理學中的早期相關例證，是1940年代美國陸軍的「曼哈頓計畫」，它著重在發展第一個原子武器，所需要的專家有工程、材料、和航空專業技術，並且陸軍也需要一些了解在極高溫度和壓力下的核反應的科學家。當然，許多這樣的科學家是天文學家，這些天文學家在數年以前就已經發展出這些技巧，了解恆星是如何發光。其他早期的大科學計畫則是仰賴擁有天文物理或太空探索專長的個人團隊，這些專長包括軍方雷達系統和火箭的發展，像是次軌道飛行以及軍用和民用地球軌道衛星所使用的洲際彈道飛彈。

　　天文相關的大科學民用歷史，主要是由1957年設立的美國航空暨太空總署（NASA）的成就所主導，本書充滿了NASA在人類和自動太空科學和探索的劃時代成就，以及少數直接與個人相關的成就。的確如此，我個人對NASA自動的天文學和行星科學任務的經驗，了解到大部分的尖端近代天文學和太空探索的工作需要大型團隊來完成，我的經驗包括使用哈柏太空望遠鏡或繞行月球、火星、和小行星的軌道者，以及火星漫遊者精神號、機會號、好奇號上的儀器。所需要的專長領域令人印象深刻，例如一項火星漫遊者任務需要行星科學家（包括物理學家、化學家、數學家、地質學家、天文學家、氣象學家、甚至生物學家）、電腦科學家、程式設計師、各種不同的工程師（包括專長於軟體、材料、推進、動力、熱學、通訊、電子、系統以及其他）、以及管理、財務以及行政支援職員。需要類似的專長領域以建造、發射和操作太空望遠鏡、太空梭、大型粒子偵測器和撞擊器、以及國際太空站（一般估計，這是人類嘗試過最昂貴以及最複雜的計畫）。此外，這類大科學計畫的每一個計畫在整個執行期間花費數億到數百億美金，或者更多。當這類計畫成功或失敗時，通常都不會挑出當中的個人，因為這個團隊的整體努力就是要求讓工作完成。蘇聯在1960年代和1970年代太空探索計畫的成功是類似團隊導向方案的結果（雖然更像是軍方執行），最近十九個國家的歐洲太空組織以及加拿大、日本、巴西、南韓、印度和中國等國家，已經在國際性天文學導向的大科學計畫、甚或它們各自的小型天文學和太空探索計畫，成為最大的玩家。

　　挑選歷史的關鍵事件

　　就像找出關鍵個人，在天文學和太空探索的歷史中找出關鍵事件也一樣極具挑戰性。有一些是非常容易的，例如地球和行星的形成、或第一批進入太空的人類、或第一批登陸月球的人類；但大部分事件是一連串重要性的集合，從一個人變化到下一個人，對一些這樣的事件確定出真正發生的時間，以及將這些事件放在簡單的編年表內也是相當困難的，不僅因為它們只是史前事件最好的推測（例如地球何時出現生命），或因為它們是被預測發生在未知的未來時刻，例如宇宙的終結！為了避免關鍵事件的編年時刻表是不確定或廣泛的，或兩者皆是，我在列出來的時間前面加了「約」（circa的拉丁字縮寫，表示大約的意思）這個字眼表示不確定性。

　　歷史上的，以及特別是近代事件的定年通常都比較清楚了解，但要從似乎永無止境的科學發現、理論和發明，以及過去數個世紀，尤其是在最近五十年的天文學和太空探索任務中，確認特定事件放入這樣的手冊中，仍是相當富挑戰性的。因此這或許是無可避免的，在任何嘗試聚焦在這些驚人成就的一小部分時，應該會不知不覺中產生偏見，我將是第一位承認這樣的偏見存在於我們自己編排的里程碑中：我是一位崇尚太陽系的人。我在工作上的熱誠是研究行星、衛星、小行星和彗星；對許多別的天文學家來說，這些實際上只是四十五億到五十億年前，無法掉入新生太陽的少量殘留碎片。沒錯，太陽占了太陽系99.86%的質量（木星佔了剩下的大部分），但不可諱言，剩下這0.14%是非常有趣的。部分是因為生命在這碎片的一小角落得以發展和茂盛，並且可能曾存在（或許仍存在）於其他地方。當我的天文物理學或宇宙學朋友，為我必須在這樣無足輕重的鄰近天體專注我的研究而感到惋惜，我很容易會用以下的事實加以反駁，那就是在系外行星研究的最新發現顯示太陽系可能在其他恆星四周也是很常見的。我們的太陽系可能是我們銀河系中數百萬，或可能是數十億中的一個，但我們不知道當中是否有類似我們一樣，適合生命居住的系統，即使我們是非常渺小，這也會讓我們變得非常特別。

　　踏入「宇宙海的岸邊」

　　當你探遊這部天文學和太空探索的歷史，你可能在我所收集的里程碑中感受到這樣的偏見，發現、理論和冒險都與我們太空中最接近的鄰居有關：我們的太陽系。對我來說這是一個好的偏見，部分是因為我們科學上認識最多的就是太陽系天體；部分是因為認識附近鄰居以便了解和領會更大的共同體，這是很重要的。這需要物理、化學、天體力學、地質學、光譜學、工程和其他技巧來探索我們的太陽系，以及望遠鏡、無人太空船、高速電腦模擬、尖端實驗室實驗、或人類探索成員，提供探索我們鄰近恆星、我們銀河、我們鄰近星系、和宇宙現今或遙遠未來的基礎。對我來說，這些重要的時刻，是太空探索中最值得稱做劃時代的事件：當一丁點的光可以被解析出真正獨一無二的世界（我們鄰近區域存有超過五十個相當大，以及數百萬個較小的珍稀世界），或者當我們首次造訪這些世界，可以是虛擬地透過我們無人特使的眼鏡，或者親自造訪。太陽系是某種類似我們的運動場，藉由了解我們周遭的世界，我們正將我們的腳趾踏入薩根著名的用語──「宇宙海的岸邊」，準備未來某一天更進一步涉水深入這個宇宙。

　　最終，必須指出這些天文學和太空探索歷史中的里程碑收集，絕對不是徹底完善的。本書篇幅的實際限制使得這個收集僅有250項條目，僅代表了部分的人、歷史性發現、和典範轉移事件，這些代表了過去這段時間空間歷史中令人激奮的領域。不同的作者無疑會收集不同的里程碑，但所有人都應當面臨相同的困境：如何決定哪些不該列入？當我設定這項計畫的大綱時，我決定嘗試不僅涵蓋許多太空時代的傑出成就，也包括和認知來自跨越美索不達米亞、中國、印度、埃及和美洲古代王朝科學家的許多基礎成就的樣本，我也想要確定能捕捉到來自中世紀、文藝復興，以及最近的歷史，從前工業時期到工業革命的一些主要成就。在嘗試平衡時間序列，我可能少提了許多來自更近代時期的有功之人、發現、或者事件，為此我希望獲得你們的諒解與寬容，就像我一開始所寫的，基本上是不可能僅選擇250件劃世代事件，就能一覽天文學和太空探索的完整歷史，但讓我們不要因此而停止我們的嘗試！