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印度應注意而非害怕中國的科學

SciDev
・2012/04/02 ・1607字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

作者/Ved P. Kharbanda(印度國立科學、技術與發展研究所的資深科學家,從 1980 年起即開始從事印度及中國科學技術與社會政策研究 )

圖片來源:instablogs(http://0rz.tw/7bPAa)

Ved P. Kharbanda 說,印度不應陷入「中國併發症」(China Syndrome)的陷阱,而應建立並實行自己的科學技術優先事項。

當印度總理曼莫漢.辛格在 2012 年 1 月舉行的印度科學大會上,警告中國已在研發方面超過印度時,實際上是在回應其科學顧問 C. N. R. Rao 已經說了很多年的話。

印度必須在其科學開支和政策倡議上更加主動,而非陷入對中國的「恐懼精神疾病」之中。

中國飛奔 印度走路

中國龍正在迅速強化其創新能力,把研發開支從 1985 年的 26.5 億美元,提高至 2000 年的 107 億美元,更在 2010 年時達到 1044.8 億美元。這相當於國內生產總值從 1985 年的 0.71%、2000 年的 1.01%,提高至 2010 年的 1.76%。它的科學技術人力,也從 2001 年的 3380 萬人,增加至 2008 年的 4960 萬人。

相較之下,笨重的印度象正在努力達到研發開支的門檻水準,這個水準從 1985 年的 13.8 億美元,增至 2000 年的 36.8 億美元和 2007 年的 94.5 億美元。它的科學技術人力,則從 2001 年的 2140 萬人,增至 2007 年的 3140 萬人。

此外,當中國的科學論文從 1990 年的 6509 篇,增至 2007 年的 94800 篇,為原來的 15 倍時,印度的論文產出,卻只是從 1990 年的 10103 篇,增至 2007 年的 30000 篇。印度所獲得的專利數,也遠遠落後於中國。中國獲得的專利數從 2000 年的 12683 項,增至 2008 年的 93706 項,而印度則是從 2000 年的 1318 項,增至 2006 年的 7539 項。

長處和弱點

然而,就本土技術能力獲得的考量而言,這些數據並不反映了這兩國的長處和弱點。

Science Watch 的一份報告顯示,中國科研發表的品質有所不足。該報告指出,在所有領域中最常被引用論文的前百分之一,中國只佔了 0.5%。[4] 相較之下,美國的數字是 1.87%,英國是 1.53%,而德國是 1.27%。全球創新指數報告(The Global Innovation Index)把中國排在第 43 位——遠遠落後於第 11 名的美國和第 14 名的英國。[5]

印度在科學論文的品質方面領先中國,這是根據每篇論文的引用數量所決定的。在過去 5 年中,印度科學家的論文引用數量從 2 增加到了 2.7,相比之下中國科學家的引用數量是 2.2 [3]

由於 1985 年的科學技術改革,中國在核能、空間、電腦硬體、微電子、電信、儀器、重工業、機械工具、新材料、石油化工和生物基礎領域具有優勢。但是,中國缺乏受過高等教育的科學技術人力。中國如今正在從海外招募科學家和技術專家,並且透過吸引年輕科學家領導國內特定計畫/實驗室及研究機構的方式,逆轉人才流失的問題。

印度的優勢在於其基礎研究和科學技術人力具有強大的基礎,特別是在生物技術、化學、製藥、民用核能、資訊技術和商業管理等領域。它的弱項則主要是將科研成果轉化成創新及加值產品——中國也有這個問題。印度科學與工業研究理事會和印度理工學院正進行著很好的研究,但就是缺乏推力。

不同的政治體系

印度和中國是兩個不同的政治體系。中國由中央管控的政治體系,在計畫實行方面不容許爭議,而印度的情況,正如馬來西亞前總理馬哈蒂爾在 2011 年 12 月訪問印度時所觀察到的,則是因為「太多的民主」而出現了問題。這阻礙了決策制定的速度,特別是在很可能有爭議的領域。例如,中國的基因改造棉花種植面積從 1997 年的 3.4 萬公頃,增至 2004 年的 370 萬公頃 [2],印度則從 2002 年的 3.8 萬公頃,勉強增至 2005 年的 126 萬公頃。

投入更多  但須明智

研發預算、科學論文發表或專利數量,是衡量一個國家科學進步的重要指標,但它們不是唯一重要的東西,也不是在了解一個國家的創新進展時,足以令人滿意的指標。這端看資金利用的效率和需要投入的方向。

印度必須發展(編按:與國內發展更為相關的)技術,例如,提供乾淨用水和空氣的技術,以及教育、就業和基礎設施發展、農業、鄉村非農部門成長、鄉村地區小規模企業技術創新推廣等方面。印度的 11 億人口中,有 72% 生活在農村。科學政策決策者必須看到全景。

參考文獻

[1] Kharbanda V.P.: Academician to Entrepreneur: Impact of Globalization on Science and Technology Policies in India and China. Journal of Science and Technology Policy in China, 2011, 2 (1) 7 – 26
[2] Huang, Jikun; Hu, Ruifa; Pray, Carl E. and Rozelle, Scott: Genetically Modified Crops in China: A review of Agricultural Biotechnology, In: Agriculture: Tradition, Modern Technology and Globalization in India and China, edited by V.P.Kharbanda and Pei Guo. New Delhi; NISTADS, 2009, p79 – 108.
[3] India ahead of China in quality of scientific papers. 6 January 2012. The Hindu. (0nline) http://www.thehindu.com/news/national/article2778366.ece
[4] Which Countries Publish the Most, (2007), Science Watch (May/June)
[5] CII-INSEAD Innovation Index 2009-10, (2010), The Economic Times, 24 June, p6.

本文原發表於 SciDev [2012-02-23]

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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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