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上了太空還是要挑嘴!太空人與他們的食物 ——《重返阿波羅》

PanSci_96
・2019/08/18 ・2069字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 424 ・四年級

太空人吃的食物其實很豐富

月球上的第一餐有培根條、桃子、甜餅乾、咖啡,和一種鳳梨葡萄柚飲料。尼爾・阿姆斯壯和巴茲・艾德林在月球表面著陸之後、開始第一次月球漫步之前,就在吃東西。艾德林也利用任務程序之間的短暫休息,進行他的聖餐禮。

技術人員為任務的登月部分準備了四份餐。第二餐比較豐盛,內容有燉牛肉、奶油雞湯、椰棗果乾蛋糕、葡萄潘趣飲料,以及柳橙汁。

時間:1969 年 製造者:惠而浦公司(Whirlpool Corporation)維生部門(Life Support Division) 來源:美國密西根州聖約瑟(St. Joseph) 材料:塑膠、魔鬼氈、紙、保藏食品 尺寸:乾燥包裝:10 × 8.9 × 19 公分; 濕包裝:15 × 16.5 × 3.2 公分;飲料: 38 × 8.9 × 1.3 公分

在美國太空飛行的最初幾年,連人類是否可以在太空中飲食都沒有人敢確定。約翰・葛倫在友誼 7 號飛行中的餐點包括蘋果醬包、麥芽乳錠, 以及牛肉蔬菜泥。這不是為了他肚子餓時準備的,而是要了解人體在微重力環境下能不能吞嚥和吸收食物。

幸好沒有問題。葛倫開玩笑說,只要漂浮的麵包屑不至於無法控制,或許帶個火腿三明治還比較實際。

可以控制的食物都沒問題。圖/Giphy

幾年後,當約翰・楊和高斯・格里森在雙子星 3 號(Gemini 3)任務中偷偷帶著醃牛肉三明治時,媒體和美國國會要求 NASA 得更注意太空人在口袋裡攜帶什麼東西。雙子星計畫的正規餐點是要實驗食物的保存和還原, 而且要足夠可口,不至於讓太空人難以下嚥。但這種食物的設計要提供足夠的營養,且要能避免食物碎屑在太空艙中亂飄這類危險。

和水星計畫、雙子星計畫比起來,「咖啡很難喝,但至少是溫熱的,又是熟悉的味道,讓我隱約想起地球上的早晨。」麥可・柯林斯,阿波羅11號指揮艙駕駛

圖/NASA JSC Features

阿波羅任務的食物計畫帶來很大的進步和多樣性。最重要的進展,或許是能夠在太空船中使用熱水。太空人可以用一種水槍,讓密封塑膠包裝中的乾燥食物復水,再以湯匙或包裝上附的吸管來食用。這種新方法的確比較接近地球上的進食方式。

太空人的客製化菜單

飛行菜單的規劃都曾仔細徵詢太空人的意見。每位太空人要對菜單進行評估,從 NASA 的營養指南中挑選菜色。典型的每日餐飲包含 2500 到 2800 大卡的熱量、1 公克鈣、半公克磷,以及約 100 公克蛋白質。

約翰・楊在阿波羅16號任務中進行月球漫步時戴在袖口的檢核表。一名工程師在上面畫了太空人對太空裝內的食物條的反應, 那是給太空人在月球漫步時當零食吃的長條狀高密度食物。

為了在任務期間保有一些變化,餐點內容以四天為一個循環。餐點包裝上標示著 A、B、C,分別代表早餐、午餐和晚餐。上面也有不同顏色的魔鬼氈,用來標示哪一份餐屬於哪一名太空人:紅色是指揮官,白色是指揮艙駕駛,藍色是登月艙駕駛。

食品技師為阿波羅 11 號任務的菜單增加了幾樣東西:糖果棒和果凍; 火腿罐頭、雞肉罐頭和鮪魚沙拉;切達起司抹醬;法蘭克福香腸。他們也引入一種「配膳系統」,讓太空人依據喜好和胃口選擇自己的食物,例如甜點可以選擇香蕉布丁、白脫糖布丁或蘋果醬,還有多種口味的糖果。還有飲料、早餐食品,以及燉雞肉和慢烤牛肉等主菜。

圖/Wiki

太空人即將飛行之前,在前往發射臺的路上,每個人會把三明治、培根肉塊和一個可復水飲料放入太空衣的一個口袋中,預防他們在任務的最初八小時中肚子餓。

在太空中,食物不自覺會吃的少

許多太空食物沒被吃掉,而在任務之後回到地球,加入史密森尼學會將近 500 件太空食品的收藏中,告訴我們太空人在任務期間的餐飲偏好。escortcity.ch geneve escorte annonces

「剩下的很多是速食早餐。」史密森尼學會的策展人珍妮佛・萊維塞爾(Jennifer Levasseur) 評估這些收藏時,提出她的觀察,「我覺得這些太空人可能是那種一早起來只喝咖啡的人。」收藏中數量較少的食品,或許也是比較可能被吃掉的食品, 代表太空人最喜歡吃的東西:熱狗、義大利麵和肉丸,以及開胃鮮蝦。

阿波羅17號任務中,尤金・塞爾南(Eugene Cernan) 在微重力環境中吃甜點。濕軟有黏性的食品用湯匙吃起來並不困難。

一般而言,太空人在太空中傾向吃得比在家裡少。阿波羅 12 號和 13 號任務的太空人在任務期間只吃掉分配食物的 30% 到 40%,但並不是因為他們失去胃口。

無重力環境導致身體裡的液體循環比較平均,這讓太空人的味覺變得較遲鈍,也因而口味較重的食物比較受到歡迎。再者,糞便存放設備使用起來並不方便,如果能減少使用需求,也不是壞事。

所以,雖然從阿波羅太空船看到的景色或許既壯麗又特殊,但根據太空人的看法,上面的咖啡並沒有特別好喝。

本文摘自 大石國際文化重返阿波羅

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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

CASE PRESS_96
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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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