寧要粒子,不要銀紙:

借鏡帕洛瑪與JPL

余創豪


逆境創業的帕洛瑪天文台

聯合國科文教組織將今年定為「國際天文年」,一些天文學家推舉了天文學發展史上最具突破性的十大天文望遠鏡,當中包括了位於美國加州的威爾遜山(Mt. Wilson)天文台與帕洛瑪(Palomar)天文台的望遠鏡。筆者在去年已經遊覽過威爾遜山,前幾天終於完成了心願,有機會一睹帕洛瑪的風采。

帕洛瑪曾經擁有全世界最大的天文望遠鏡,其鏡片直徑寬達二百英寸,當然,現在其紀錄已被打破,但無論如何,近代許多天文學新發現都是在這婼洏耵滿A帕洛瑪名列十大,可謂當之無愧。例如類星體(quasar)、超新星(supernova)、矮行星(dwarf planet)的發現,都要歸功於帕洛瑪,此外,一九九三年天文地質學家蘇梅克(Gene Shoemaker)便是採用帕洛瑪的儀器,發現了一顆撞向木星的彗星,一年之後,蘇梅克使用二百英寸望遠鏡觀察了整個撞擊過程,之後,科學家開始意識到隕石和彗星對地球的威脅。

不過,從前帕洛瑪大有可能不存在,此話從何說起呢?帕洛瑪計劃源自加州理工學院天文學家喬治哈爾(George Hale),一九二八年哈爾獲得洛克菲勒基金會的六百萬美元捐款,於是乎籌劃建造全球最大的天文望遠鏡。請注意這個年份,眾所周知,一年之後華爾街股市大崩潰,美國陷入長達十年的經濟衰退。常言道:「一闊三大。」要建造如此龐大的望遠鏡,便需要許多配套,當時人們大有理由去砍掉這不切實際的玩意。然而,哈爾堅持繼續推行帕洛瑪計劃,雖然在二次大戰期間其進程受到阻滯,但無論如何,一九四八年這二百英寸望遠鏡終於完成裝置而正式啟用,以後為天文學屢建奇功。

帕洛瑪的二百英寸直徑天文望遠鏡

自殺敢死隊創辦的噴射推進實驗室

前面提過哈爾是加州理工的天文學家,加州理工對天文學貢獻良多,也是位於加州的噴射推進實驗室(Jet Propulsion Lab,簡稱 JPL)之前身,是由加州理工一群學生於一九三零年代創辦,那時候美國正陷於經濟大蕭條,不消說,這好像是一個「錯誤」的時間。當時那群研究火箭的學生被稱為「自殺敢死隊」,因為火箭燃料非常不穩定,隨時會爆炸。經過了幾年的艱苦經營,一九三六年加州理工終於成功地試射了火箭,幾年之後,這科研成果得到回報,二次大戰爆發之後,美國軍方以一些太平洋小島作為空軍基地,但這些小島的機場跑道太短,飛機難以起飛,解決的方法就是在起飛時借助火箭推進。二戰結束之後,太空總署與加州理工共同管理JPL JPL 成功地研發出無數探險外太空的太空船、探測機械人,例如在二零零四年降落在火星的「精神號」和「機會號」,便是 JPL 的精心傑作。

火星探險機械人的模型

除了帕洛瑪,在這次行程中筆者還參觀了 JPL,我有幸見到正在裝嵌過程中的下一代火星探測機械人,想起眼前的機械人於幾年之後,便會在九千九百萬公里外的火星進行探測,這實在令人興奮。但這機械人所費不菲,,「精神號」和「機會號」倚賴太陽能操作,在晚上便需要「沉睡」,新一代機械人則採用核能,所以可以廿四小時當值,舊機械人必須要繞過石頭,新機械人卻好像運動休閒車一般,能夠逢石過石。參觀時我忍不住問 JPL 的工作人員:「現在美國面臨金融風暴,這會影響 JPL 的運作嗎?」他笑著回答:「一般人以為太空總署花很多錢,其實太空總署的預算只有一百八十億美元。」我心想:這只足夠美軍在伊拉克花費不到兩個月。

建造新一代火星探測機械人的工場

慘遭砍掉的粒子加速器

不過,在美國歷史中曾經發生過因著經濟問題而刪掉科研計劃。曾幾何時,位於芝加哥的費米實驗室(Fermi Lab)擁有全世界最大的「粒子加速器」,簡單地說,所謂「粒子加速器」,是一組高速地撞擊微小物質的儀器,物理學家藉此而拆解宇宙萬事萬物是怎樣構成的真相。一九八零年代末期,美國原本打算在德克薩斯州建造同樣的科學儀器,名為「超導超大型加速器」(Superconducting Super Collider,簡稱為 SSC),若果計劃實現,這將會比費米實驗室的更大。SSC的造價為一百二十億美元,一九九三年美國國會鑑於成本問題,決定終止這項工程。克林頓要求國會繼續支持 SSC,否則這將會「損害美國在基礎科學的領導地位」,但國會仍然堅持要取消。

同一時期,歐洲核子研究組織 Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire,簡稱 CERN)商議在瑞士日內瓦建造類似的儀器,名叫做「大型強子對撞機」(Large Hadron Collider,簡稱 LHC),CERN 拍板推行計劃,去年終於完成了這個全球最大的粒子加速器。克林頓的預測不幸而言中。

美國國會固然是短視,但那時候國會議員的想法是人之常情。當印度和巴基斯坦發展核子武器時,人們譏諷這些國家「寧要核子,不要褲子。」因為印度和巴基斯坦有許多光著屁股的窮人。一九九二年,美國的經濟停滯不前,克林頓挑戰試圖連任的老布殊總統,他所打著的口號就是:「這是經濟問題,笨蛋!」(That’s the economy, stupid!)克林頓扳下了老布殊之後,他所宣布的首要目標便是要振興經濟,國會議員順應這種思維,便不可以「寧要粒子,不要銀紙。」

結語

帕洛瑪與 JPL能夠在二十世紀三零年代,頂著經濟大蕭條的洪流而誕生和發展,筆者實在感到慶幸。可能讀者會說:「取消昂貴的科研計劃也不打緊,美國失去在基礎科學的領導地位又怎麼樣?沒有了美國的 SSC,不是有歐洲的 LHC嗎?縱使歐洲人不發展基礎物理學,難道日本人、中國人不會人棄我取嗎?」值得留意的是,緊隨著經濟大蕭條的是二次世界大戰,二戰結束之後,歐洲、日本、中國都變成廢墟,歐洲和日本都需要美國援助才能夠維持基本生活,更遑論建造成本高昂的科學儀器。若果帕洛瑪與 JPL沒有出現的話,二戰之後人類的科學發展步伐必定比現在緩慢。

今天全世界面臨著類似二十世紀三零年代的困難抉擇,但筆者卻認為:「寧要粒子,不要銀紙」的想法是正確的。

JPL 的宇航控制中心

這是一九八九年升空的太空船「伽利略號」攜帶的磁帶記錄儀,其儲存量是 109M,我現在隨身攜帶的 Flash drive 比它還要大。

2009/8/26

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