- 【科科愛看書】在浩瀚無垠的宇宙中，誰願意寂寞寂寞就好？自古以來，每當人們仰望星空，都希望找到其他生命的痕跡，即便旅途漫長艱辛，我們也從未停止腳步。讓我們跟著《五十億年的孤寂：繁星間尋找生命》了解人類探詢外星生命的故事，或許有生之年，你我便能在光年以外，找到外星好厝邊。
劃時代望遠鏡，揭開宇宙面紗
當哈伯望遠鏡在二十一世紀頭十年或二十年達到使用年限後，它就會脫離軌道墜入太平洋，一台更具革命性的全新自動軌道天文台，將會取代它的位置。1996 年，發布了哈伯望遠鏡的後繼者──「新一代太空望遠鏡」（Next Generation Space Telescope）；2002 年，為了向在阿波羅計畫光榮時代帶領 NASA 團隊的局長致敬，而改名為「詹姆士．韋伯太空望遠鏡」（James Webb Space Telescope，JWST）。
這台望遠鏡的任務是全面揭開宇宙最初星系的面紗，這個星系在哈伯望遠鏡的最深空影像中，只顯現為一個小紅點。詹姆士．韋伯太空望遠鏡將只是個開頭，因為美國天文學社群很快就會擬定計畫，設計出更多又大又有野心的太空望遠鏡；就像一名貪得無厭的饕客，在菜單上選了好幾道足以撐破肚皮的前菜一樣。
正當 NASA 持續加碼在詹姆士．韋伯太空望遠鏡上的時候，系外行星學也開始快速興起。天文學家第一次能理性地討論找到另一個類地行星的可能，並得到可觀的公眾利益和人們的讚揚。
這些行星獵人計算出來，若是隔著星際距離觀看我們的行星，在一張哈伯深空的影像中，地球會比一個典型的星系還要稍微黯淡一些。理論上來說，那是詹姆士．韋伯太空望遠鏡可以偵測到的東西，且該望遠鏡確實在「讓和恆星有段距離的年輕氣體巨行星呈現在影像中」這點上表現傑出。
但實際上，可居住行星太靠近比它們亮太多的母星，這會導致計畫中的望遠鏡，無法獲取能滿足行星獵人或其大眾粉絲所需的高動態影像。舉例來說，在可見光的範圍內，我們的地球就比太陽暗了大約一百億倍，這個數字代表著，地球每反射一個光子到太空，太陽就會噴出超過一百億個。在紅外線中，其對比則會稍微好一些—在這個波段中，太陽只比地球亮大約一千萬倍。
天文學家喜歡把「拍下繞著似日恆星的另一個地球」和「從幾千英哩外，拍攝一隻螢火蟲在一個明亮光點附近飛舞」做類比，但簡單的事實更有力：要拍下一顆環繞恆星的岩石行星，就有如捕捉一粒靠在熱核能火球邊緣的灰暗砂粒，或是像拍攝一根緊貼著點燃氫彈但自己沒有點燃的火柴一般。要做到這點，你得先要有辦法擋住上百萬或十億個熱核光子，才能讓行星的光子被看見。對幾乎所有的恆星來說，地球大氣的模糊干擾，排除了從地面做出準確測量的可能性—只有太空中的軌道天文台，才能傳收任何環繞其他恆星的可能可居住行星光芒。
想找外星生命？重重考驗等著你
在 1996 年初美國天文學會於德州聖安東尼奧（San Antonio）舉行的一場會議上，就在傑佛瑞．馬西揭露其研究團隊首度發現熱木星後不久，日後將成為 NASA 局長的丹．高丁（Dan Goldin）登台報告了關於「NASA 在後詹姆士．韋伯太空望遠鏡時代可以立刻做些什麼，來支援搜索其他可居住行星」的誘人前景。
高丁企圖重塑 NASA 與天體生物學相關的整體科學計畫，並由新的生命搜索太空望遠鏡擔任主打明星。他解釋，「大約從現在開始的十年後，」NASA 將準備好發射「行星發現者」這種軌道天文台，它不但可以定位可能可居住的行星，還能透過多種星光阻擋技術，拍攝該行星的低解析影像。這個軌道天文台將在每一小團行星碎點的光譜中，尋找大氣中的生物標識。
這是 NASA 第一次向公眾提及日後所謂的「類地行星發現者」任務概念，高丁對入迷的觀眾說，如果「類地行星發現者」在鄰近恆星發現了有機會的行星，那麼「或許在二十五年內」就會打造企圖心更大的望遠鏡，以「能看見海洋、雲朵、大陸和山脈的解析度」，來拍攝那些行星。高丁為一個並不遙遠的未來做出排程，在那之中，多虧美國的財富智慧，外星地表地圖可讓全球各地學校教室的牆壁增色。他接著又說，在二十一世紀的某一刻，那些顯現為可居住的行星，會成為自動星際探測機的首要目標。
在高丁的如意算盤中，「類地行星發現者」可能會在 2006 年升空，未來則由一座 2020 年代前半登場的太空望遠鏡接班；屆時那台新望遠鏡將開始在任一鄰近的系外類地行星上，實施蘭德麥奈利（Rand McNally）地圖繪製。
然而不幸地，詹姆士．韋伯太空望遠鏡的發展，最終比計畫要困難許多。為了要拍攝最早的恆星和星系，這台望遠鏡需要比哈伯大上很多的主鏡，並且需要為拍攝分子雲、巨行星和最早星系最明亮放射的紅外線而特別進行優化。它也得要進行低溫冷卻，好讓其內在熱度不會洗去宇宙曙光期的微弱光線。最後，它不能在近地軌道上運作，因為我們地球有如電燈泡一樣的紅外線光芒，會污染精細的觀測結果。
經過許多年的眾多開發週期，設計終於拍板定案：詹姆士．韋伯太空望遠鏡將配備 6.5 公尺的主鏡，其集光區域將近哈伯的七倍，並安置於地球與太陽連線上的一個穩定點，離地球有一百萬英哩，約比地球跟月球的距離遠四倍。
這望遠鏡的每一個方面，都需要大規模的新技術。一面有波音七三七那麼長、那麼寬的多層「太陽罩」，保護著望遠鏡以及整套特製最先進的儀器和偵測器。這整套組合無法讓任何現有火箭裝載，因此為了要發射出去，整個軌道天文台要像摺紙一樣折疊起來；在它於太空深處張開之前，就像蛹中的蝴蝶一樣。為了要能摺疊，詹姆士．韋伯太空望遠鏡的主鏡會分成十八片可調整角度的鍍金六角形，每一片都以極輕且高毒性的鈹金屬雕製而成。
多個國際夥伴簽約打造這個儀器或是提供發射載具，但 NASA 將負擔主要成本，初估大約是十五億美元。發射時間則預定在 2010 年前後。隨著該計畫真正的複雜度和實際規模逐漸明朗，成本預估不斷持續上修，但該增加的資助卻越來越不見蹤影，以至於詹姆士．韋伯太空望遠鏡所需的費用，得從 NASA 其他太空科學計畫挪來使用。到最後，光是技術開發就要花上二十億美元。
詹姆士．韋伯太空望遠鏡的進度表開始失控，計畫總成本不斷膨脹，只好將越來越多的主要支出向後挪移。到了 2012 年，詹姆士．韋伯太空望遠鏡的建造、測試、發射，以及頭五年的運作費用，總共估計將近九十億美元，而發射日期不會早於 2018 年。
被金融海嘯沖垮的太空計畫
詹姆士．韋伯太空望遠鏡的「分娩痛」，又因為反覆的國家與全球經濟災難加劇，並在 2008 年開始的經濟大衰退達到頂點。在大衰退中，美國政府花了上兆美元，來防止主要銀行和其他金融機構全面崩盤。一度預期會穩定成長的 NASA 預算，此刻還幸運地維持平盤，但即便如此仍無法趕上通貨膨脹的速度。1990 年代由總統柯林頓所儲存建立的上兆元聯邦剩餘資產，在 2000 年代因減稅和繼任總統小布希的失控開支，轉為數兆美元的虧損。
在哥倫比亞號太空梭事故之後，小布希委任一項大膽的新任務給 NASA，讓這單位又回到 NASA 原本的後阿波羅時代計畫：打造新的重型運載火箭，然後用它們回到月球，並把人送往火星。這任務日後被稱做「星座計畫」（Constellation program）。
但小布希其實並沒有提供足夠的資助，也沒有來自美國國會的大力支持，更沒有在他首度發表後再度提起這計畫。就跟小布希任內開始的眾多政府計畫一樣，星座計畫看起來唯一的長處，就是把幾十億美元的公共資金與聯邦資金，轉移到與此脈脈相連的私人承包商金庫裡，而那些單位總是只回報一丁點結果而已。
2006 年，NASA 選擇從它的科學預算中挪用數十億美元，支撐小布希這個失敗的計畫，而讓詹姆士．韋伯太空望遠鏡的開發陷入混亂之中，並讓一個即刻的 TPF 開發與發射計畫正式宣告「無限期延遲」，而沒了指望。並不是每個人都為這損失哀悼—許多不是研究系外行星的天文學家已經開始覺得，「類地行星發現者」的狹隘目標和預計成本，對於他們同樣需要太空望遠鏡但乏人關照的子領域來說，幾乎是種生存威脅。確實，有些人甚至主動透過具影響力的研究團體和計畫委員會，以遊說方式阻止它的進行。
經過多年不上不下的結果和超過一百億的支出後，星座計畫在 2010 年由總統歐巴馬中止，但這已經對 NASA 科學計畫造成損害。為了資助詹姆士．韋伯太空望遠鏡，整個單位被迫縮編，延後或取消幾乎所有下一代天文物理學及行星科學的主要任務。這個軌道天文台若想成功，只有在有效排除 NASA 絕大多數太空科學代表作的龐大花費下，才有可能辦到。隨著前一代老化的太空望遠鏡一台接一台地破損故障，不論詹姆士．韋伯太空望遠鏡最終何時升空，屆時天上都可能只剩下這台望遠鏡，獨自在一個突然沒有其他大型軌道天文台的天空中，望向宇宙的邊緣以及時間的起點。
在缺乏金錢和強大機構支援的情況下，「類地行星發現者」就跟那些遙遠的恆星一樣，如此地遙不可及。因為計畫持續延遲超支，美國國會也反覆威脅要把支助詹姆士．韋伯太空望遠鏡的資金抽掉，哈伯望遠鏡的接班計畫也就可能無法達成。就算達成，望遠鏡的可用年限也只有十年，因為屆時其燃料儲存將會用盡，設備也會退化。天文學家私下議論，由哈伯開啟的黃金時代恐怕就要結束了。
哈伯大夫：我們並不孤單
這個想法讓約翰．格朗菲德（John Grunsfeld）的心情格外沉重。這位留著大八字鬍的天文物理學家，也是歷經五次太空梭任務的 NASA 太空人。他的五次任務中，其中三次就是造訪哈伯望遠鏡。哈伯望遠鏡能夠成功，有不少部分得歸功於格朗菲德在三次哈伯維修任務中，在創紀錄的五十八小時半太空漫步時，套著太空裝展現了精湛的修復工夫。媒體盛讚格朗菲德是個英雄，稱他為「哈伯大夫」。透過將太空梭駛入軌道，維修史上最具生產力的太空望遠鏡，再以同一台望遠鏡研究脈衝雙星以及其他異常迷人的天文現象，格朗菲德經歷到 NASA 載人太空計畫與科學太空計畫的強大協同利益。
他針對花在國際太空站與太空梭上的上億美元，以及維持太空望遠鏡黃金時代所需的資助深思。並思考 NASA 生氣蓬勃的載人探索計畫，該怎麼像太空梭和大型軌道天文台計畫一樣，再一次與這機構純然的科學研究一同打造強大的合作關係，好讓雙方都大幅獲益。2003 和 2004 年間，他擔任 NASA 的首席科學家，協助開發小布希星座計畫的科學應用；結果發現，巨大火箭拿來發射特大號天文望遠鏡，跟把太空人送往月球一樣管用。舉例來說，這樣的火箭可以在不耗費大量成本且把主鏡切片折疊的艱難條件下，就把詹姆士．韋伯太空望遠鏡發射出去。它也能讓更大的 TPF 式軌道天文台變得更便宜。然而，當這計畫的科學預算蒙上一層飢餓的陰影時，事情變得事與願違。
在完成最後一次哈伯維修任務後，2010 年年初，格朗菲德離開 NASA，前往馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所擔任副所長。在差不多兩年的任期內，他與研究所所長—天文學家麥特．曼騰（Matt Mountain）緊密合作，替該研究所某天可能也會著手的 TPF 式望遠鏡打下基礎。他們把自家設計很巧妙地縮寫為 ATLAST（總算），全名為技術進階大口徑太空望遠鏡（Advanced Technology Large- Aperture Space Telescope），讓它成為一台除了其他功能外，還能傳送可能可居住的系外行星影像的重負荷天文學儀器。哈伯大夫就此成為了「類地行星發現者大夫」，或是「總算大夫」。
格朗菲德擺脫了備受矚目的 NASA 公僕角色之後，在新職位任職的他講起話來變得熱心而詳盡，甚至會主動提及打造新軌道天文台，來尋找其他行星及生命的重要性和價值。然而，2011 年下半年，格朗菲德的電話響起，那通電話來自一個 NASA 工作的朋友。NASA 希望他回來擔任科學任務部的副行政官—這職位將會讓格朗菲德執掌全球最大一筆純科學預算，儘管這筆預算過去未曾達成 NASA 的無數任務。
他接受了，並在回歸 NASA 後，馬上收斂起自己過去對打造「生命搜索用太空望遠鏡」暢所欲言的擁護，取而代之的是一種強調 NASA 所有科學計畫都要保持平衡的謹慎公眾人格。雖然在外星地球搜尋方面沒有給予大膽的新資助，但格朗菲德的好友和舊交都沒忘記他以前的熱情。在我花了將近一年與 NASA 媒體團隊進行徒勞的 e-mail 往來，期盼能採訪到格朗菲德副行政官後，我對先前訪談中格朗菲德副所長的暢所欲言，充滿了欣慰與確幸之情。
「哈伯和韋伯太空望遠鏡，可能會讓宇宙中是否有其他生命的問題懸而未決，」他說。「在下一世代的大型太空望遠鏡中，我們需要的能力，是觀察最靠近我們的一千顆恆星周圍，每顆可能可居住行星的大氣層和其表面特色。」
我們終將發現自己並不孤單，我們終將發現其他可居住行星，原則上每一顆人類都能造訪，這就是未來的大局面。
「而我想說服公眾、美國國會以及未來的政府當局，這樣的下一步是值得投資的。」很明顯地，格朗菲德讀過齊奧爾科夫斯基。
本文摘自《五十億年的孤寂：繁星間尋找生命》，八旗文化出版。
拉格朗日點
