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執行太空任務囉!那是種怎樣的生活呢?——《俯視藍色星球》上

PanSci_96
・2019/07/15 ・3383字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

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那純白的銀色世界啊

白雪覆蓋的科德角和麻州東部。圖/大石出版提供

現在我想到地球的時候,想的都是顏色。

這種看東西的方式和我們一般在地球上很不一樣。2010 年 2 月,我的第一次太空飛行因為軌道路線的關係,整個任務期間我們都是白天飛在歐洲和亞洲上空,晚上在北美洲上空。

在第一次視野清晰的白天飛越(daylight pass)期間,我只見到一種顏色徹底凌駕所有顏色之上:白色。歐洲、俄羅斯、西伯利亞──都蓋上了一層白,尤其是冬天的時候。

這樣的白不是只出現在歐亞大陸的某一個角落,或是某個特定區域,而是從一邊的地平線開始,連綿不絕地一直延續下去,彷彿包住了半個地球。

從太空中看到的加拿大,儘管已入春許久,從東岸到西岸都還是白茫茫的一片,但從上方看到的結冰形態十分迷人,往往和雲難以區分。圖/大石出版提供

從西邊的歐洲平原到東邊的堪察加半島,這是多麼大的一片土地啊,上面居然可以有這麼多的雪,連續幾千公里都是白的。我透過奮進號的窗戶,望著浩瀚無邊的色彩,才意識到在太空中我可以從一個多麼不同的角度來看國家。地球上的雪當然並不是都下在俄羅斯。2014 年 11 月,進入太空的幾天後,我們在一次白天飛越中剛好通過加拿大正上方,當時已經是一片白茫茫。

從那天第一次看見加拿大起,一直到後續幾天的觀察,有一件事是非常清楚的:加拿大從太平洋岸到大西洋岸這幾千公里都蓋滿了白雪,這個景象會一直持續到入春以後。除了雪原之外,還有令人驚豔的冰紋。

我看到加拿大東部和哈德遜灣時,根本無法分辨哪裡是陸地,哪裡是結冰的水域。聖勞倫斯河看起來很奇怪,它的冰紋像雲一樣呈漩渦狀,也像一幅現代油畫作品。加拿大的雪原一直往南延伸到我的家鄉美國。

迷人的冰雪景觀

2015 年住在美國東岸的人都知道,那年冬天下了非常多的雪。不過美國和加拿大或俄羅斯這些非常寒冷的地區不一樣,美國的雪似乎總是有邊界的──你一定可以找到雪在哪裡結束,不是在亞利桑納州或新墨西哥州的沙漠(這裡是洛磯山脈的終點),就是在美國南方,紐約州和賓州的雪到了馬里蘭州和維吉尼亞州就會消失,變成較溫暖的森林。

不過最迷人而壯麗的冰雪景觀之一,是南美洲巴塔哥尼亞的冰川。這些深藍色高山湖被冰原圍繞,四周盡是雪與冰川形成的驚人紋路。在我想要造訪的新景點口袋名單中,巴塔哥尼亞冰原是第一名!

那些在太空中度過的節慶

我在太空中慶祝過幾乎每一個節日:感恩節、耶誕節、新年、復活節,當然還有棒球的開幕式,以及美式足球超級盃。每個組員也都有生日會,我們還會慶祝國際婦女節(3月8日)和國際勞動節(5月1日)。在太空中多的是舉行派對的理由。

2014 年耶誕節,我戴著耶誕帽、拿著家人的照片留影。在第 42/43 號遠征期間,我們在太空中幾乎慶祝過每一個節日。圖/大石出版提供

2014 年秋天,我在感恩節前幾天抵達太空,這裡的節日氣氛當然和地球上很不一樣。作為一名軍方飛行員,我曾經派駐過世界各地,在韓國,中東和德國都曾經度過耶誕節和感恩節,所以不在家過節早就不是第一次了。但對我來說,確保在太空中也能慶祝這些特別的日子是很重要的。

我只有三天的準備時間,而且還在適應無重力狀態,所以準備工作得盡量簡單。我去食物儲藏室找關鍵食材,先抓了幾包火雞肉,然後去找配菜。到了感恩節那一天,我已經備妥了一整個夾鍊袋的傳統感恩節食物要和組員分享,尤其是我們的俄羅斯太空人,因為他們不熟悉美國人過節會吃什麼東西。

我們有輻射照射火雞肉、復水玉米麵包餡、玉米、糖漬山藥、馬鈴薯泥、各式各樣的茶和咖啡、還有藍莓櫻桃水果派。雖然我們沒有一整天都聞到火雞的香味,沒有每年都在感恩節舉行的達拉斯牛仔隊對決底特律雄獅隊的美式足球賽可以看,也沒有可以留到下個星期的剩菜,但我們能吃到這頓大餐確實要感謝很多人哪!

時間似乎過得和我們的飛行速度一樣快,轉眼就到了和第 42 號遠征的隊友一起在軌道上慶祝耶誕節的時候了,雖然我們的家人都在地球上。任務控制中心特別在耶誕節前夕為我們安排了自由時間,也給我們準備了一些特別的驚喜。

中國新疆是個多山、多沙漠的偏遠地區。從太空往下看,幾乎每一個大陸都有類似這樣的山脈。圖/大石出版提供

我們在日本任務控制中心「太空站綜合推廣中心」(SSIPC)註1 的同事,為我們製作了一部短片,大約 25 名飛行控制員穿著耶誕帽、貼上耶誕老人的鬍鬚,用日語一邊跳舞一邊唱〈鈴兒響叮噹〉。組員都愛死了!不過我生日那天獲得的特別待遇幾乎和這個一樣棒,當時任務已經進行了一個星期,我們超酷的座艙通訊員(CAPCOM)註2雷斯利.林果(Leslie Ringo)特別找人裝扮成瑪麗蓮.夢露,在任務控制中心唱她那首著名的〈生日快樂,總統先生〉給我聽。

說驚喜實在不足以形容我當時的心情。而且那一整天所有控制中心(休士頓、莫斯科、日本、慕尼黑、亨茨維爾)都叫我「總統先生」,感覺很爽。可惜第二天我就被降回到「飛行工程師」的頭銜,讓我稍微體會到即將卸任的總統在接班人就職典禮上的心情。不過生日那天實在很有趣,更何況要在太空中待 200 天,有好玩的當然要儘量把握了!

太空中,食物成為任務的亮點

感恩節大餐之後,我理解到食物對我每天的飛行有多重要,不只在節日的時候。休士頓的詹森太空中心的食品實驗室要面對的挑戰,就是如何讓太空人健康快樂。我們所有的食物都要在好幾個月前就製作包裝完成,所以能帶上太空的食物種類非常有限。例如我們不吃麵包,因為保存期限不夠久,而是用墨西哥玉米餅代替麵包──有的太空人每一餐都配玉米餅吃。

我們還有幾種不同類型的食物,有「包裝食品」,如袋裝鮪魚、牛肉乾,或是 M&M 巧克力;也有脫水食品,很多人認為的太空食品就是這一類,這是把肉類或蔬菜經過加工除去所有水分,然後真空密封在塑膠袋中。要吃的時候把這些袋子放進一臺機器,機器會把冷水或熱水灌進去,把它壓一壓搖一搖,等個十分鐘,一頓塑膠袋餐就完成了!我們還有用綠色金屬袋裝的即食菜,類似軍隊吃的口糧。

俄羅斯太空人伊蓮娜.瑟若瓦(戴鹿角者)與安東.謝克佩雷洛夫。俄國東正教的耶誕節是在12月25日之後的幾個星期,我們透過影片觀賞一群東正教神父在莫斯科太空控制中心唱耶誕歌曲,幫我們過節。圖/大石出版提供

各式各樣的肉類、蔬菜和甜點都是這種形式的包裝,用食物加熱器──和公事包差不多大的加熱板──加熱一下就行了,非常適合我這種人。我不想讓太空愛好者失望,不過我們的食物裡面沒有「太空人冰淇淋」這種東西,就是在世界各地博物館都可以找到的冷凍乾燥拿破崙派。我自己是很喜歡,但是我從來沒有在國際太空站上看到過。

在太空中,異國食物是我們的救星。上太空半年後,再美味的食物也會讓人吃膩,這時食物的變化就是提升士氣最重要的助力之一。我選了歐洲和俄羅斯風味的食物作為獎勵食品,這對於我在整個任務期間的幹勁有很大的幫助。

我最喜歡的歐洲食物是魚,我們的美國貨櫃裡沒有這玩意兒;他們還有一種很有趣的提拉米蘇。俄羅斯的食物很讚,特別是他們的馬鈴薯泥和魚,當然還有我最喜歡的湯,羅宋湯。在太空中「吃」這件事變成我任務中的亮點,我在太空絕對吃得比我在地球上自己做飯的時候好。

比食物本身更重要的是大家一起吃飯那段時間。我們的主餐桌位於太空站的俄羅斯艙段,我發現來到這裡,花點時間和大夥兒聊聊今天過得怎麼樣,想想回到地球時打算做些什麼事,是讓我們日子過得下去的關鍵,也讓太空任務成為這麼美好的經驗。

註解:

  1. SSIPC
    日本任務控制中心位於筑波市,在東京北方約一個半小時車程。我去過那邊幾趟接受飛行前的訓練,在實驗進行期間,或在太空站的日本區域做維修工作時,每天都會和他們通話。
  2. CAPCOM
    任務控制中心裡代表飛行主任和組員溝通的人。飛行主任負責指揮飛行控制小組,對任務的執行下達關鍵決定。

本文接續下一篇:從太空往下看!我們生活的地球究竟長怎樣呢?——《俯視藍色星球》中

——本文摘自《俯視藍色星球:一位 NASA 太空人的 400 公里高空攝影紀實》,2019 年 4 月,大石國際文化出版

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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【水獺媽媽專欄:從日常學永續】食物浪費了怎麼辦?沒煮完的食物又要壞掉了!
PanSci_96
・2022/09/10 ・747字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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爸爸媽媽總是常常告訴我們:「不要浪費食物」、「吃不完倒掉很可惜」,但是你可知道,售出的食物最浪費的地方在哪裡?餐廳?商店?家庭?

根據聯合國糧食及農業組織(簡稱 FAO)統計,2019 年賣給消費者的食物中,有 11% 的浪費在家庭,佔最大比例,其次是餐廳的 5%,最後是商店的 2%。

沒猜到吧?食物浪費最常發生的地方竟然在家裡!

在所有被浪費的食物中,家庭是最大宗的來源。圖/水獺媽媽提供

但明明餐桌上的食物都有吃完,到底「浪費」在哪裡呢?

回想一下自己有沒有過這樣的經驗,興致勃勃採購了新鮮食材放進到冰箱,結果它們的存在就默默被遺忘,直到過了保存期限才再度出現……。或是看到買二送一、第二件五折、大分量包裝的即食品或零食,然後就買了超出實際需要的食物,是不是很多人發生過這些事情呢?

食物買太多、煮太多、放太久,都有可能造成食物浪費。圖/水獺媽媽提供

不管是買太多、煮太多還是放太久,都形成了剩食,而剩食的下場,常常是被直接丟棄,我們當然不是故意買食物來扔掉,但是全球每天被丟棄的食物卻是非常可觀。

餐廳和商店則大都會量入為出,精準控制食材供需量,以避免成本浪費。相對的,我們也應該對家裡的吃有所規劃,才不會造成無謂的浪費。

減少剩食,從我們自身做起,除了儘量吃完食物,還要一起多留意烹煮的份量,幫忙檢查食物存量、適量地採購,這些都是我們日常中就可以做出的愛地球表現!

適量採買食物、定期整理冰箱,都可以有效減少剩食。圖/水獺媽媽提供
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哈伯也懂漂移?3D-DASH:哈伯太空望遠鏡最大的近紅外巡天計畫
Tiger Hsiao_96
・2022/07/10 ・2933字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 文/蕭予揚 清大天文所碩士生,將於約翰・霍普金斯大學攻讀天文博士
      林彥興 清大天文所碩士生,EASY 天文地科團隊總編

若問當前軌道上最強的可見光太空望遠鏡是誰,那當然非哈伯太空望遠鏡莫屬。身處太空的它有著直徑 2.4 公尺的主鏡,可以在不受大氣層干擾的情況下,清晰地拍攝遙遠且黯淡的天體。然而,哈伯望遠鏡並非全能,雖然它在解析度(angular resolution)和靈敏度(sensitivity)上都無人能及,但也有不擅長的領域 ── 它的視野相當小。

哈伯太空望遠鏡。圖/NASA

即使是哈伯裝備的所有相機中視野最大的「先進巡天相機(ACS)」,其視野也只有 202 角秒 x 202 角秒而已,相當於滿月的 1.5%,或是一個十元硬幣在約 25 公尺外的大小。可以想見,想要用這麼小的視野拍攝廣大的區域,是相當緩慢而沒有效率的事。

直到最近幾年,天文學家發明了稱作「Drift And SHift (DASH)」的新型觀測模式,可以在不改變哈伯硬體設備的前提下,大大增加哈伯在近紅外線波段的拍攝效率。利用這項技術,來自多倫多大學的團隊展開名為 3D-DASH 的大型紅外線巡天計畫,其拍攝的天空範圍,是前一個紀錄保持人「CANDELS」的七倍之多。

不斷選擇「引導星」的傳統觀測模式

想了解為什麼 DASH 技術可以大大提升哈伯的觀測效率,就要先從哈伯原本是怎麼觀測的開始談起。

不知道大家有沒有在黑夜中拍照的經驗呢?在低亮度的環境中,相機總需要比較長的時間進行曝光,才能拍出清楚的照片。而如果你在曝光的過程中不小心移動了相機,那拍出來的照片就會糊成一團。同理,由於天文學家想要拍攝的目標,大多是極其遙遠且黯淡的天體,所以天文觀測時單張照片的曝光時間,往往動輒數百秒以上。因此,專業天文望遠鏡常會配備「導星(Guiding)」系統,以確保望遠鏡能在數百秒的時間內,都精準的指向同一個位置。

導星的原理很簡單,就是在望遠鏡和相機觀測的同時,同時用另一套相機監測視野中星星的位置。一旦發現畫面中恆星的位置有任何小小的移動,導星系統就會命令望遠鏡調整指向(pointing),即時把誤差修正回來。在哈伯望遠鏡上,這個負責導星的相機叫作「精細導星感測器(FGS)」。而這個用來幫望遠鏡「導航」的星星,就被稱為「引導星(guide star)」。

哈伯在進行拍攝時,需要找一顆導星來隨時校正方向。圖/GIPHY

一般來說,在哈伯望遠鏡每指向一個新的目標,都需要先花費一段約十分鐘的時間選擇引導星,然後才能進行科學拍攝。然而,由於哈伯的軌道週期僅有 97 分鐘左右,因此在一次軌道中,哈伯基本上只能拍攝一或兩個固定的天區,不然就會有大量的觀測時間被浪費在尋找引導星的過程中。如此一來,天文學家若想透過哈伯來拍攝 800 個不同指向,就需要花費 800 次的軌道繞行時間才能結束這項任務。

花費很多時間有什麼問題呢?哈伯望遠鏡的觀測,是由美國「太空望遠鏡科學研究所(STScI)」向全世界天文學家公開徵求觀測企劃之後,再從中挑選出最具科學效益的企劃後實施。一個耗時 800 個軌道週期的觀測,很難在競爭激烈的觀測計劃書中脫穎而出。

但如果,天文學家真的很需要用哈伯進行大面積的巡天,該怎麼辦呢?

提升效率的新方法

如前述,一般來說哈伯每指向一個新目標,都需要花費十分鐘來進行捕捉引導星。但換個角度想,如果把導星功能關掉,不就可以省下這些時間了嗎?

計画通り!圖/GIPHY

還真是沒錯,哈伯的設計的確是可以關掉導星系統,利用其中的陀螺儀來進行控制。但陀螺儀的能提供的穩定性終究不如導星系統,一旦曝光時間過長,望遠鏡的微小移動還是會造成最後曝光出來的星星像塗抹花生醬一樣糊成一片,這樣的影像是很難用於科學分析的。

開導星耗時間,不開導星又沒辦法長曝,該怎麼辦呢?

這時就輪到「Drift And SHift(DASH)」技術出場了!DASH 的核心概念很簡單:

  • 為了省時,我們就關掉導星。
  • 關導星不能長曝,那我們就拍很多短曝光時間的照片,降低每張照片的模糊程度,再把它們對齊之後疊起來。

以 3D-DASH 計劃來說,關掉導星會讓哈伯的指向以每秒 0.001 至 0.002 角秒的速度緩緩飄移。因此天文學家將每張照片的曝光時間壓縮到 25 秒以下,讓星點在畫面中的移動不超過一個像素(WFC-3 的像素大小為 0.129 角秒)。利用這樣的技術,天文學家就能在哈伯的一次軌道週期中,拍攝八個不同的指向,把觀測效率提升了八倍!

3D-DASH 的觀測天區和其他觀測計畫天區大小、深度(最暗可拍到的天體星等)的比對圖。圖/arxiv

拍這些照片有什麼用?3D-DASH 的科學意義

3D-DASH 計畫的觀測資料最近已於網路上公開,不過這龐大的資料量,觀測團隊以及其他科學家們還需要更多時間進行分析。不過,在公布這個計劃的論文中,團隊已經提出了一些值得分析的科學問題。

舉例來說,天文學家認為如今多數的橢圓星系(elliptical galaxy)們,都是由較小的星系合併而來。因此尋找合併中的星系,並測量它們的各項物理性質,是研究星系演化歷史的重要方法。但很多時候,地面望遠鏡可以大略看到一個光點可能是兩或多個相鄰的天體組成,卻沒有足夠的解析度可以研究它們的細節。但有了 3D-DASH 的資料,天文學家就可以清楚的看到星系們合併的細節,並研究其中細微的結構以及測量更多複雜的物理量。

合併中的星系們。圖/NASA

不過這種大範圍的巡天計畫也不是完美的。為了拍攝廣大的天區,每個天區分配到的平均觀測時間就會比較少,因此比起 CANDELS 等前輩們,3D-DASH 只能看到相對亮的星系們。雖然如此,3D-DASH 這種相對廣而淺的觀測,不僅可以提供更大量的星系樣本,幫助天文學家使用強大的統計方法進行分析;也可以讓天文學家先大概了解這片天區裡有些什麼,如果發現了有趣的目標,就可以使用哈伯或韋伯等其它強大的望遠鏡們進行更深入的觀測!

3D-DASH 的所涵蓋的天區,以及其超高的解析度。圖/arxiv

參考資料

延伸閱讀

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