誰去過月球？

• 撰文／陳子翔、林彥興

全新的太空時代已經揭開序幕，不同於上一次太空競賽時期，如今的太空發展不再是大國政府限定專利，隨者商業潛力的成長近年民間太空產業蓬勃發展，成為吸引創新思維和專業技能的重要領域。在太空產業充滿機會的新時代，RunSpace 太空創新無限挑戰也在去年正式開辦，為台灣太空新創注入能量！

RunSpace 是經濟部產業發展署太空計畫的一環，是一項沒有參賽資格限制，不限專業領域背景，不論是學生還是社會人士都可以報名參加的太空提案競賽。參加者除了提案參與競賽之外，也會在主辦單位舉辦的 Space Bootcamp 訓練營中提升實力，並與其他團隊互相交流。

邁入第二屆的 RunSpace，這次收到了比去年更多優秀且富有創意的提案。最終，三支團隊從決賽脫穎而出，冠軍與亞軍分別由「3Q」與「太空藥局」團隊奪得，而「Project Subsidium」則同時獲得季軍與企業最愛獎。

冠軍隊伍「3Q」提出以電子膠帶實現智慧溫控，降低衛星開發成本

電子紙是一種耗電極低且不需背光的顯示器技術，常見的應用包括電子書閱讀器、公車站牌到站資訊等等。但你有想過，這樣的技術居然也可以應用在太空中嗎？本次冠軍團隊「3Q」，提出名為「ASTRID」的可變色電子膠帶。利用電子墨水技術，它能像是烏賊的身體一樣根據環境改變顏色，調整衛星表面的吸熱放熱效率，從而實現衛星的智慧溫控。

團隊負責人蘇惟思指出，衛星在太空中運行時，其中一面會受到高溫陽光照射，另一面又面向寒冷太空，同時內部的儀器自身也會產熱，因此唯有做好熱控系統，才能維持衛星運作，而散熱器（Radiator）正是衛星熱控系統中重要的一環。傳統上，衛星製造商往往要根據每個衛星的大小、運行軌道與內部儀器的需求，去設計出不一樣的散射器以滿足溫控需求。但若使用 ASTRID 電子膠帶，即可不用針對每個任務重新設計散熱器的形狀、大小與位置，而是透過改變散熱器表面的顏色，去滿足不同熱控需求，如此一來就能大幅降低衛星開發的時間與金錢成本。

蘇惟思表示，ASTRID 技術的構想與測在他大學就讀太空工程系時就已經開始，今年初他以這項技術在美國成立新創公司 SQUID3 Space，目前也正積極的進行募資與尋找潛在客戶，這次參與 RunSpace 競賽獲獎，也對投資者來說有一些加分效果。

最後，蘇惟思分享了寶貴經驗，為未來有志投身太空創新創的人提供建議。首先，他強調不要害怕在競賽中失利，或是被投資者、客戶回絕。去年他也有參與第一屆 RunSpace，而當時連前三名都沒有拿到，但不放棄繼續嘗試才有機會有好的成果。他還分享了曾有人告訴他：「如果創業期間，一週內沒有被客戶或投資者拒絕超過一次，就代表你不夠努力。」

他也提到在創業過程中，許多工程師容易犯一個錯誤，即先開發產品，然後再尋找客戶。在做專題或研究時，開發自己想做的產品，解決自己有興趣的問題是可行的方向，但是在​​創業上不要只埋頭於自己的專案，而沒有先暸解市場的需求。

冠軍得主3Q團隊，在展覽攤位上以遠距視訊的方式與參展者互動，介紹 ASTRID 的相關資訊。

亞軍團隊「太空藥局」提出太空方舟製藥，期望開拓太空市場新藍海

RunSpace 是太空主題的競賽，但這並不意味只有航太與工程背景的團隊才能參加。亞軍團隊「太空藥局」就是來自生技產業，他們提出名為「太空方舟」概念，希望未來只要攜帶簡易的裝置和材料，就能在太空中生產人類生存所需營養素與藥品，滿足長時間太空旅行的需求。

團隊說明，太空方舟的構想是將人體所需的營養或藥物基因保存在經設計過的細胞中，並在需要時使用這些細胞來生產這些營養素與藥物。這樣一來，在資源與空間有限的太空旅行中，可以用很小的空間與循環資源實現永續生產，太空旅行所需的營養素將不再需要全都從地球發射升空，而是在太空船上實現自給自足。

這次 RunSpace 的提案中，太空藥局以蝦紅素為例，團隊指出蝦紅素是天然超級抗氧化劑，對於太空中長時間逗留的太空人有助於抵抗輻射、保護皮膚、減緩老化和降低罹癌風險。目前傳統蝦紅素的取得方式主要仰賴捕撈磷蝦，或是透過大量土地面積養殖藻類取得，但這兩種方式都需要使用地球上的資源，無法在太空生產，而且也容易對生態造成破壞。

因此，太空方舟成了理想的解決方案，既實現太空環境下永續生產，也提供一個耗費資源更少、更環保的生產方式。同時太空方舟的技術還可以用於保存重要的營養與藥物生產基因迴路，提供資源安全性的策略，應對氣候變遷和戰爭等風險。

同時隊長也分享了團隊進入太空產業的想法，他指出太空旅行需在有限的空間與資源下，循環生產足夠人類長時間生存的物資，而台灣的環境其實也與太空旅行有相似之處。台灣沒有廣大的土地與豐富的天然資源，也因此太空方舟不僅是針對太空旅行的藥品、營養品的生產方案，也是未來台灣可以採用的永續生產方式。

此外，團隊認為生物科技本來就是台灣的強項，非常有潛力可以應用在太空需求，且在太空產業中，生醫領域相對於火箭或是衛星領域還是個藍海，有很多商業與技術發展潛力，值得台灣投入。

季軍隊伍「Project Subsidium」提出太空無人機 EVAid，打造太空漫步萬能助手

本屆季軍得主則是 Project Subsidium，團隊的兩位成員皆是台科大在學學生，並分別來自電機系與建築系。他們提出了名為 EVAid 的小型太空無人機，旨在成為太空漫步的萬能助手，協助太空人太空漫步的工作進行與活動紀錄拍攝。除了奪下季軍之外，這項提案也獲得了本屆中華電信企業最愛獎的肯定。

Project Subsidium 團隊表示，這個特殊的團隊名稱取名靈感來自 NASA 的太空探索任務，因 NASA 多採用與任務內容或精神有關的一個英文單字為太空任務取名。團隊也笑著說，在斟酌要使用哪個英文單字後，他們覺得使用拉丁文感覺更酷更有趣一些，而＂subsidium＂則是拉丁文協助的意思，呼應 EVAid 太空無人機能提供太空漫步協助的目標。

EVAid 外觀呈現四面體，每個端點裝有離子引擎，並在表面設有太陽能板。EVAid 的一大特色是模組化的設計，讓它可根據不同的需求，去設計不同模組安裝在擴充接點上。比如裝設攝影機、燈光、工具架甚至是機械手臂，滿足太空人艙外活動時拍攝、照明、放置工具的需求。由於其自帶推進器，因此 EVAid 也可以成為太空人的移動工具，或是接上太空站的艙體協助移動太空站組件。

即便成員都不是航太背景，Project Subsidium 團隊認為，太空產業要深入可以非常專業，但在網路資源豐富的現代，一些涉及範圍比較廣的題目，只要有心其實也是每個人也都可以嘗試，也會有自己的專業派上用場的地方。例如在控制系統和無人機相關知識，就與電機系所學相關，而建築系的專長則在設計圖繪製會模型製作上派上了用場。

團隊也分享了以學生身份參加 RunSpace 過程中遇到的一些小挑戰，像是在參賽過程中還是要顧及學校課程與考試，成果發表與頒獎的時間也很不巧的正好是期中考週。另外他們也提到，暑期團隊成員分隔兩地，也有遠距工作與溝通的問題需要克服。

最後，Project Subsidium 團隊分享了這兩年參與 RunSpace 學到的寶貴經驗，他們表示不需要一次就試圖做規模龐大，想要＂Do Everythig＂的專案，而是要考量商業可行性。在類似 RunSpace 的競賽中，明確的目標和可行性分析至關重要。

季軍得主 Project Subsidium 的作品 EVAid 模型展示，端點為離子引擎的噴嘴，中間的圓形處則是與其他模組相接的接點。

2023 RunSpace 太空創新無限挑戰圓滿落幕，而下一屆的 RunSpace 預計將邀請更多國際上的太空科研單位與業界團隊加入策略夥伴，同時讓更多國際上的團隊報名參賽，共同推動太空創新，也讓 RunSpace 成為更加國際化，主題多元的太空盛事！

你準備好要當月球移民了嗎？

人類再次展開登月競賽，準備重返月球。

今年八月二十三日，在全世界的矚目下，印度登月艇「月船三號 Chandrayaan-3」成功著陸於月球南極附近，展開為期半個月的科學探測任務，也成為人類史上第四個成功軟著陸於月球表面的國家！這更是 21 世紀以來除了中國嫦娥系列之外唯一的成功登月任務。

這次的登陸地點選在月球南極附近。除了月船三號，未來印度與日本合作的月船四號，以及中國的嫦娥七號、嫦娥八號任務，甚至是 NASA 阿提米斯計畫的首次載人登陸，地點也選在月球南極。

問題來了，月球南極到底有什麼樣的魔力，能讓世界各國如此趨之若鶩？是有挖不完的石油？數不清的黃金？還是外星人留下的秘密裝備？

月球南極有什麼？

從人類的生存、家禽動物的飼養、到植物的灌溉，都脫離不了「水」這個在地球上再常見不過的物質。不僅如此，水電解之後得到的氧氣可以用於呼吸，氫氣則可以做為火箭引擎的燃料使用。想要讓人類走出地球，成為跨行星物種，確保充足的水源供給絕對是最核心的要務之一。

然而，雖然地球上的液態水很多，但正由於我們對水的需求如此龐大，如果要把所有需要的水都從地面用火箭發射進太空，需要的成本將非常驚人。

因此直接開採並使用本來就在太空中的水資源，才是合理且經濟的做法。沒錯，各國在將人類送上登月前，先將目光鎖定在了月球南極，關鍵就是要尋找「水」。

如果月球上有水，不僅能幫助人類在月球建立起永久基地。月球，更將成為人類航向廣袤星海的第一片綠洲。

可是，缺乏大氣保護、日夜溫差超過兩百度的月球表面，真的會有水存在嗎？

由於缺乏大氣層，液態水在月球上要嘛會因為蒸發而散逸，要嘛會因為低溫結成水冰，很難以液態穩定存在。而即使是固態的水冰，也會在炙烈的陽光下昇華，因此月球表面的大部分地方是幾乎沒有水的。

但大家可以想像一下，月球的公轉軌道與地球繞太陽公轉的黃道面幾乎平行，夾角只有 5.145°。也就是說，月球不論在哪個位置，陽光總是直射在月球赤道附近。如果此時月球的南極點剛好有個向下凹陷，而且足夠大、足夠深的隕石坑，那麼在隕石坑之中的陰影區，就永遠不會照射到陽光。

這些地方被稱為「永久陰影區 Permanently Shadowed Areas」。由於不會受到陽光照射，因此永久陰影區附近的水冰，能夠持續存在數十億年的時間。

但是，雖然有「保存」水冰的條件，關鍵是永久陰影區中真的有水冰存在嗎？如果有，含量又有多少呢？這時，各國的探月任務就接手上場了。

月球南極真的有水嗎？

這些探月任務可不是一時興起，因為過去「月球上沒有水」的印象可是深植人心。直到 1990 年代開始，科學家才陸陸續續從越來越多月球探測器的資料中，發現水可能存在的蛛絲馬跡。

其中一次重大的進展發生在 2009 年。當時，NASA 使用擎天神五號火箭，同時發射了「月球勘測軌道飛行器 LRO」以及「月球坑觀測和感測衛星 LCROSS」兩個探測器。前者是一顆繞月衛星，後者則是一個撞擊用探測器。

在發射升空之後，NASA 首先讓 LRO 與火箭分離，並進入月球軌道。接著，還連在火箭第二節上的 LCROSS，則跟著第二節火箭一起朝著月球南極的永久陰影區之一——卡比厄斯環形山飛去。在撞擊前數小時，LCROSS 與第二節分離，並讓第二節火箭以每秒 2.5 公里的高速，直直撞入永久陰影區，激起大量的月表物質。LCROSS 則直直飛入其中，檢測其中的物質成分。並在六分鐘後，同樣撞擊於月球表面。但就在這短短的六分鐘的犧牲打中，LCROSS 收集到的資料向科學家展示了，月球南極的永久陰影區中不僅確定有水冰的存在，更有汞、鎂、鈣、銀、鈉等其他諸多有用的物質資源。

有了 LCROSS 的資料，再加上其他月球探測器，像是克萊門汀號、月船一號、LRO 等等，提供各種遙測資料，人類終於能掌握月球表面有水存在的證據。

時間回到現在，月球表面－尤其是月球極區的永久陰影區中，有水冰的存在已經是科學家的共識。但是這些水冰具體有多少，能否支撐人類在月球極區建立太空基地呢？這就只能實際派出登陸艇前往一探究竟了。

到月球南極尋找水冰吧！

可惜的是，8 月 23 日成功在月球上著陸的月船 3 號和攜帶的月球車 Pragyan，在 9 月 2 號和 4 號就入休眠，推測可能是因為無法承受極低溫環境，至今還未能重新喚醒。

在未來兩年的月球極區無人探測任務中，NASA 的 VIPER 任務可以說是最值得期待的另一項任務。VIPER 全名為月極揮發物調查漫遊車，是 NASA 有史以來第一台「無人月球車」，同時也是 NASA「商業月球載酬服務 CLPS」系列任務的一員。CLPS 和過去的太空任務不同，是由 NASA 提供科研載酬，由商業公司提供載酬的發射、巡航、著陸等服務。本次 VIPER 任務選定的商業夥伴是美國的 Astrobotic Technology 公司，VIPER 探測車將會乘坐該公司的 GRIFFIN 登陸器降落在月球南極，透過各種儀器勘查月球極區揮發份的組成與分布。

這台重 430 公斤，體積與高爾夫球車相當的 VIPER ，身上塞有四個主要儀器。

首先是中子光譜儀，它會藉由量測月球表面中子輻射的能量分布，了解地底下氫原子的分布狀況，從而推測水冰的含量。

第二，近紅外光揮發份光譜儀，它會以近紅外光燈照射月表，並從揮發份的光譜分析它的化學組成，同時也能判斷水是以結晶、非晶質的冰，或是氫氧根離子的形式存在。

第三，質譜儀，能藉由電場分離不同荷質比的物質。除了能知道月表有哪些元素以外，還能分辨氘與氫、氧-18 與氧-16 等不同同位素的含量，對分析水的來源至關重要。

第四個儀器名為 TRIDENT（The Regolith and Ice Drill for Exploring New Terrain），縮寫很酷，名字很長，但簡單來說就是一個裝有溫度計的鑽頭。可以從月面下一公尺處鑽取一段十公分長的岩芯，為前面幾個儀器提供樣品。

除了這些科研儀器以外，VIPER 上還有一對立體視覺攝影機，能夠拍攝具有距離感的照片，為探測車的導航提供參考。

有了 VIPER，NASA 還必須想好要把珍貴的探測車派到何處進行調查，才能盡可能發揮他的潛能。除了理所當然地要放在可能有水的地方之外，地表的起伏與材質也有要求，比如太陡峭的山壁顯然就不是個好選擇。同時探測的地點，還必須可以和地球建立通訊。

更重要的是，由於 VIPER 是太陽能驅動的探測車，探測地點不可以長時間缺乏日光，否則探測車會不僅會因為缺乏電力，還會因為長時間處於酷寒環境中而壞掉。進入休眠的月船三號，就是因為設計上就沒有為度過月球寒夜做準備，因此任務的極限時間一開始就限制在兩週左右。綜合以上條件，科學家選定了月球南極 Nobile 隕石坑西方的高地作為 VIPER 任務的地點。這裡雖然不是嚴格意義上的永久陰影區，但是滿足有日照，且時間足夠短到允許地底下有水冰的存在。

為了有充分的時間進行探索，VIPER 設計時就有考慮探測器的電力與保溫，可以透過三個休眠時期度過月球的夜晚，執行至少一百天的任務。在這一百天中，VIPER 將會調查隕石坑周圍，了解到底有多少水冰和二氧化碳、二氧化硫等揮發物，為將來的登月計畫鋪路！

要前往其他星球甚至離開太陽系，比起地球，擁有較低重力的月球，一直被認為是人類出發太空的前線基地。人類想要成為跨行星物種，水則是絕對不可或缺的關鍵資源。而經過數十年的研究，科學家終於在月球發現可能蘊藏大量水冰資源的地方。我們離移民月球或其他行星，又更靠近了一步。

就讓我們一起期待這些探測器們，幫助我們揭開月球南極的神秘面紗吧。

跟大家說個小趣聞，月船三號著陸之後，印度為了慶祝任務成功而將月船三號的登陸點命名為「濕婆神之力 Shiv Shakti」。那如果今天是你的探測器成功登月了，你會想幫登陸地點取什麼名字呢？留言與大家分享吧！

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識！

參考資料

• https://www.isro.gov.in/Chandrayaan3….
• https://www.technologyreview.com/2020…
• https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-st…https://svs.gsfc.nasa.gov/5074/
• https://svs.gsfc.nasa.gov/4043/#media…
•    • NASA | LRO Observes the LCROSS Impact  
•    • NASA | Water on the Moon  
• https://science.nasa.gov/mission/vipe…
• https://images.nasa.gov/details/ARC-2…
• https://www.cna.com.tw/news/ait/20230…

如果整個地球都由質子構成，而整個月球都由電子構成，那會怎樣？
——諾亞．威廉斯（Noah Williams）

質子地球，電子月球

這可能是我寫過最具破壞性的假設情境。

你可能會想像電子月球繞著質子地球運行，有點像是巨大的氫原子。某方面來說，這還有點道理；畢竟，電子繞著質子運行，而衛星繞著行星運行。事實上，原子的行星模型曾流行一時（不過，拿來解釋原子竟然不太管用）。

如果你把兩個電子放在一起，它們會想要分開。電子帶負電，而來自電荷的排斥力比將它們拉在一起的重力強了大約 20 個數量級。

如果你把 10⁵² 個電子放在一起（構成月球），它們會劇烈的互相排斥，以致每個電子會被大到不可思議的能量推開。

事實證明，對諾亞假設的「質子地球和電子月球」情境來說，行星模型更是大錯特錯。月球不會繞著地球運行，因為它們根本沒有機會影響彼此；使兩者各自分別炸開的力量，會遠大於兩者之間的任何吸引力。

如果暫時忽略廣義相對論（等一下會回來談），我們可以算出，來自這些電子相互排斥的能量，足以使它們向外加速到接近光速。將粒子加速到那樣的速率並不少見；桌上型粒子加速器（例如映像管螢幕）可以將電子加速到光速的相當比例。

但是，諾亞月球的電子所攜帶的能量，會遠遠大於普通加速器中的電子所攜帶的能量。它們的能量會超過普朗克能量的數量級，普朗克能量本身則是比最大的加速器中，所能達到的能量又大了很多數量級。換句話說，諾亞的問題遠遠超出普通物理學的程度，帶我們進入到量子重力與弦理論之類的高等理論領域。

所以我聯繫了尼爾斯．波耳研究所（Niels Bohr Institute）的弦理論科學家基勒博士（Dr. Cindy Keeler），請教她關於諾亞的假設情境。

基勒博士同意，我們不應該信賴任何涉及「在每個電子中放這麼多能量」的計算，因為這遠遠超出加速器測試的能力範圍。「我不相信粒子能量超過普朗克尺度的任何事情，」她說。「我們實際觀測到的最大能量存在於宇宙射線中；我認為比大型強子對撞機大了差不多 10⁶，但還是離普朗克能量很遠。身為弦理論科學家，我很想說會發生什麼關於弦理論的事情——但說老實話，我們也不知道。」

幸好，故事還沒結束。還記得我們先前決定忽略廣義相對論嗎？嗯，這是「帶入廣義相對論反而使問題更容易解決」的罕見情況之一。

在這種情境下，存在巨大的位能——使所有這些電子遠離彼此的能量。這樣的能量會扭曲空間和時間，和質量一樣。結果證明，電子月球中的能量大約等於整個可見宇宙的質量與能量總和。

相當於整個宇宙的質能集中在（相對較小的）月球的空間裡，會使時空強烈扭曲，甚至會比那 10⁵² 個電子的排斥力還要強。

基勒博士斷言：「沒錯，黑洞。」但這可不是普通的黑洞，而是帶有大量電荷的黑洞。為此，你需要一組不同的方程式——不是標準的史瓦西（Schwarzschild）方程式，而是萊斯納—諾德斯特洛姆（Reissner-Nordström）方程式。

萊斯納—諾德斯特洛姆方程式比較了向外的電荷作用力和向內的重力之間的平衡。如果來自電荷的向外推力夠大，黑洞周圍的事件視界可能會完全消失。那樣會留下密度無限大的物體，光可以從中逸出——這就是所謂的裸奇點（naked singularity）。

一旦有了裸奇點，物理學就會開始分崩離析。

量子力學和廣義相對論給出荒謬的答案，甚至是不同的荒謬答案。有人認為，物理定律根本不容許出現這種情況。正如基勒博士所言，「沒有人喜歡裸奇點。」

以電子月球的例子來說，來自所有這些電子互相排斥的能量會非常大，以致重力會獲勝，而奇點會形成正常的黑洞。至少，某方面來說是「正常的」；它會是和可觀測宇宙一樣大的黑洞。這個黑洞會導致宇宙塌縮嗎？很難說。答案取決於暗能量是怎麼回事，沒有人知道暗能量是怎麼回事。

但就目前而言，至少附近的星系是安全的。由於黑洞的重力影響只能以光速向外擴展，因此我們周圍的大部分宇宙仍會天下太平，對我們荒謬的電子實驗毫不知情。

——本文摘自《如果這樣，會怎樣？2：千奇百怪的問題　嚴肅精確的回答》，2023 年 3 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。