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月球屬於誰?

科學松鼠會_96
・2014/04/09 ・6741字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

文/

嫦娥三號探測器預計將於2013年12月14日21時40分軟著陸,隨後將釋放著陸器,讓玉兔號探月車開始探月之旅。

從歷史說起

1969年7月,當太空人阿姆斯特朗把美國國旗插上月球表面時,他宣佈:「我是為全人類的和平而來。」這絕不是一句空話。佔領月球已經被1967年簽署的聯合國《外層空間條約》(Outer Space Treaty)所禁止。該條約規定:

第一:「外層空間,包括月球和其他天體,在平等和與國際法一致的基礎上應無區別地為各國自由探測並利用,各國可以自由到達任何區域和天體。各國可以自由在包括月球和其他天體在內的外層空間進行科學考察活動,各國應推動並鼓勵此類考察的國際合作。」

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第二:「外層空間,包括月球和其他天體在內,不能作為主權國家聲明佔有,或出於利用及其他目的佔有。」

探索未知之地、做出新的發現是人類好奇心的崇高體現。無論是填補地圖上的空白還是填補元素週期表上的空缺,其精神實質是相似的。都是好奇心與發現優 先權的較量。於是我們看到地圖上(乃至月球圖上)到處寫滿了發現者(或者是贊助人)的名字,較為靠後的元素符號也用科學家的姓氏來彰顯學術界公認的功績。

早在1959年9月14日,蘇聯發射的「月球」2號探測器任務取得成功,它成為第一個擊中月球的人造物體,除了傳回有關月球磁場和輻射帶的數據外, 它還把象徵主權的蘇聯國徽留在月球表面。這可以說是對兩年前美國一個設想的回應:1957年,全世界籠罩在都在核戰爭的恐怖陰云下,想像力豐富的美國人想出把美國國旗以「火箭飛鏢」的方式插入月球土地的辦法。他們還煞有介事地畫了示意圖發表在公開出版的雜誌上。

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1957年,美國人想出把國旗以「火箭飛鏢」的方式插入月球的辦法

彰顯所有權是發現者的特權和本能反應。在更早的15世紀80年代,海上探險家迪奧戈·康抵達剛果河口時,就躊躇滿志地在那裡豎起了帶有十字架的石柱作為「到此一遊」的標記。這不但標誌著基督教世界的最遠疆界,也宣稱了屬於發現者本人的特權。後來邁向未知領域的探險者大多要在新疆域裡留下點什麼。

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比迪 奧戈•康晚一個世紀的吳承恩在創作《西遊記》時,讓孫悟空在其自以為的擎天柱下留下了生物學印記;1921年1月曆盡千辛萬苦掙扎到南極腹地的英國人斯科特失望地發現,原來阿蒙森已經搶先把挪威國旗插上了南極點的冰雪中,這表示他只能在歷史性的極地競賽中屈居第二……總而言之,如果有做出發現的實力,任何人都也可以做類似的事情,公開宣揚自己的發現和成就,並接受歷史的評判。

相關國家宣佈的南極領地
相關國家宣佈的南極領地

當然,插旗是一件事,宣示主權又是另外一件事了。由於政治力量的變幻,地球上曾先有新阿姆斯特丹的地名,後來又變成了紐約;月球上會不會也城頭變幻大王旗,哪天冒出一個叫「新新德里」的地方呢?這可不好說。因為一直有人試圖成為「月球地主」,宣稱自己擁有月球的主權。

月球的「地主」們

在威爾斯《月球上最早的人類》這部小說中,主角掌握了飛向月球的技術後,首先想到的就是獲得對月球乃至所有星球的「優先購買權」,「類似西班牙對於美洲黃金的壟斷權利」,進而建立人類殖民地。

「月球地主」並不只存在於科幻小說中。2005年10月,北京曾冒出了一家「大中華區月球大使館」,經營太空旅遊和月球開發,並全權負責在大中華地 區出售月球土地。當年12月21日,北京市工商局對其下達處罰決定書。隨後「月球使館」CEO對北京市工商局進行起訴。2007年3月,北京市第一中級人民法院終審認定銷售月球土地行為屬於投機暴利,而且強調中國於1983年加入的《外空條約》規定,特定國家管轄範圍內的公民和組織無權主張月球所有權。

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月球駐北京大使館雖然關閉了,但它絕不是第一個聲稱對月球擁有所有權的組織,也不會是最後一個。早在1952年2月,一個位於美國伯克利市的科幻迷俱樂部就曾致信聯合國和美國總統,宣稱在月球寧靜海的一塊三角洲歸他們所有。這個俱樂部這樣做,不過是為了博取名聲,還沒有想到營利,算是純粹的科幻行為藝術。

到了1953年,智利一名律師維拉為了競選某俱樂部主席一職,需要巨額財富證明,就在一本雜誌上宣佈,整個月球都歸他所有。智利稅務局得知此事,要求他繳納財產稅。維拉律師並沒有拒絕交稅,但表示稅務局應該先派人到月球實地查看他的財產,進行估價後才能確定納稅額。至今智利稅務局也沒能派人上去查看,律師果然不是好惹的。

1955年,曾經在紐約天文館工作過的一個名叫羅伯特•庫爾茲的美國人首次嘗試出售月球不動產,每英畝售價才1美元,只是沒有人 買他的帳。1969年,阿波羅11號發射後不久,一個巴西人因以25美元一塊出售月球土地而被巴西警察逮捕。在加拿大和荷蘭,也有人因出售月球土地涉嫌詐欺而被捕受審。

唯一靠賣月球地皮賺錢的人非美國人丹尼斯·霍普莫屬。1980年,這位前口技演員在失業和離婚的壓力下鋌而走險,宣稱月球的土地為他所有,並在美國舊金山的土地登記局登記,然後又給美國和蘇聯政府以及聯合國寫信,重申這一主張,表示如果有異議,可以與他交涉,否則他的主張生效。美蘇政府和聯合國自然不會理他,於是他在內華達州開了一家名為「月球大使館」的公司,批發兼零售月球土地。迄今他已經售出了625萬美元的「土地」,每英畝月球土地價格幾十美元不等。那家「大中華區月球大使館」就是該公司在中國的總代理。但是花錢購買月球土地的人不會當真以為自己擁有了一塊月亮,他們只是花些小錢買了一本印刷精美的月球土地證而已。就像2012年人們在網上買「諾亞方舟船票」一樣。

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《钢铁苍穹》中的纳粹月球基地
《鋼鐵蒼穹》中的納粹月球基地

不僅是月球,其他天體也曾被人主張過所有權。1997年,三個葉門人在葉門法院狀告美國太空總署,指控美國沒有先通知他們和取得他們的同意,就發射 「火星拓荒者號」太空船。他們聲稱在三千年前,其祖先就取得了火星的所有權,他們從祖先那裡繼承了對火星的所有權。對這三個人,大家只是一笑置之。

2003 年,美國人內米茲向內華達州地區法院起訴,聲稱美國太空總署對小行星愛神星(Eros)的探測侵犯了他的私有財產權,導致了500萬美元的損失,要求賠償。美國法院一審二審均駁回了他的訴訟。法院認為在美國現有的法律裡沒有規定個人可以取得對月球和其他天體的財產權,而且美國簽署的《外空條約》沒有規定對小行星的私有財產權。美國如此,中國也不含糊,倒賣月球土地被取締自不必言,就連月球上的地名,也不是一般人能夠瞎叫的。

2010年8月18日,中國民政部發佈第182號公告,公佈了第一批月球地名標準漢字譯名共468條,目的是「規範當前月球地名使用中的混亂現象,實現月球地名標準化,滿足月球探測、科學研究和社會應用的需要」。早在一年前的2009年7月,民政部地名研究所曾就月球地名面向社會徵求意見。根據民政部網站公布的訊息,該部下屬的區劃地名司主要職能包括:「國際公有領域和天體地理實體的地名命名、更名以及邊境地名的審核報批。」那些妄圖成為太空地主的人該清醒了,月球和其他天體絕對不是私人可以覬覦的,就連名字也不行。

公地悲劇

《月球協定》所規定:月球及其自然資源是全人類的共同財產。但這種天體的集體所有制有一個麻煩,就是「人人都有,人人又未必真的擁有」。用經濟學術語來說,就是「公地悲劇」問題。它講的是有一種不能排除其他人使用的公共資源(如海洋、極地、大氣),由於其資源總量有限,一部分人或全體人的濫用將導致其他人或全體人的使用受到損失。

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以南極洲為例,這是一塊礦產豐富、擁有整個地表淡水儲量72%的無主之地。英國、澳大利亞、法國、新西蘭、挪威等7個國家曾先後對它提出主權要求。 1940年,這7個國家依據各自所提出的所謂「發現論」、「佔有論」、「扇面論」自行決定對83%的南極大陸實施瓜分。要不是二戰爆發、南極洲已經是另一個樣子了。1959年12月,阿根廷、智利、英國等12國簽訂了《南極條約》,規定南極洲僅能用於和平目的。

不過,《南極條約》只暫時凍結了各國的領土主權要求,附屬於領土的諸如大陸架等方面的權利則沒有界定。至於中國為何要去萬里之遙的南極進行科考,國家海洋局極地考察辦公室副主任魏文良在接受媒體採訪時說得實在:南極地區蘊藏著地球神秘的訊息、豐富的資源礦藏,對於每一個國家都具有重要的科學和政治經濟意義。從科學考察和極地活動話語權的角度看,南極地區有4個必爭之點:極點、冰點、磁點和最高點。前三個點已分別由美國、法國和前蘇聯佔據,中國將佔據第四個點——最高點。DOME-A正是最高點,這個地區擁有地球上其他任何科學觀測站無法替代的獨特自然條件。

顯然,月球也是類似南極這樣的「公地」。而《月球協定》就是規範這塊公地使用的法律。但作為國際法文本,只能規定一些大原則,不可能事無鉅細。例如裡面提到「所有締約各國都享有不受任何種類的歧視,在平等基礎上,並按照國際法的規定在月球上從事科學研究的自由」。但是提取1克氦3(3He)進行科學研究,與採集 1噸氦3進行可控核聚變「研究」大不同。再如,「各締約國可在月球上建立配置人員及不配置人員的站所」。顯然,那些地勢優良,接受日照充分,自然資源(尤其是水冰)富集,又便於飛船降落和起飛的地點在月球上是有限的。在那裡建設月球考察站和月球基地自然是最划算的。誰有權先到先佔呢?還是靠實力來說 話。

使用太阳能的月球基地
使用太陽能的月球基地

在探索和利用太空以及制定外層空間法律規則的歷史過程中,國際間充滿了矛盾和衝突,已開發國家和發展中國家,特別是蘇美兩個超級大國與第三世界國家之間存在著難以調和的矛盾。在發射衛星、利用地球同步靜止軌道間題上,蘇美依仗航太技術優勢,搶佔有利地位,刁難他國,引起了普遍的不滿和反對。1976 年,哥倫比亞、剛果、厄瓜多爾、印度尼西亞、肯尼亞、烏干達和扎伊爾等國在波哥大簽署了關於地球同步靜止衛星軌道的宣言,宣佈對同它們領土上方相應的軌道段擁有主權。赤道國家的這一立場自然遭到蘇美等國的強烈反對。在制定《月球協定》的過程中,蘇美與第三世界國家也存在尖銳對立。第三世界國家堅持月球及其自然資源是全人類的共同財產,而蘇美則拒絕這一主張。聯合國經過七年的談判,終於在1979年第三十四屆聯大通過了《月球協定》,宣佈月球是全人類的共同財產,各國不得以任何方式據為己有。

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只要《外層空間條約》和《月球協定》仍有國際法的約束力,加入這兩個國際條約的國家就不能宣佈月球為自己的領土,但這並不妨礙各國太空人在愛國心的驅使下將祖國的國旗放在月球上。

擦邊球:對月球主權的宣示

月球是夜空中最明亮的星體,月亮在各國文化中都具有獨特地位。對月球的探測既有科學意義,也有文化乃至政治意義,象徵著對科學知識乃至對月球本身的 佔有。因為冷戰時期意識形態對抗的需要,探月活動從一開始便與政治掛鉤了。當年「月球2號」發現了月球沒有磁場,但媒體大肆宣揚的卻是最具噱頭的撞擊月球,並把這看作蘇聯技術超越美國的象徵。與「月球2號」一同上了月球的還有兩枚鑲有蘇聯國徽的標誌物。撞月第二天即9月15日,赫魯曉夫毫不掩飾得意洋 的笑容,把這樣一個帶有蘇聯國徽的標誌物複製品送給了美國總統艾森豪威爾。後來,印度的尼赫魯、法國的戴高樂、印尼的蘇加諾都收到了類似的蘇聯禮物。

美國做得更霸氣。在「阿波羅」11號軟著陸月球後,宇航員在宣稱「月球屬於全人類」的同時卻在月面上插了面星條旗。人家乾脆不展示聯合國旗,「朕即天下」的自負可見一斑。尼克森政府還把美國宇航員在月球上收集的近270塊岩石送給了世界上130多個國家。阿波羅11號收集的被當做禮物贈送給其他國家的每塊岩石樣本重量約有0.05克,僅比米粒大一些。阿波羅17號收集的被當做國禮的岩石樣本每塊重約1.1克。它們都被封閉在塑料球體內,這樣既起到 了保護作用,又便於觀看。考慮到曾動用了有史以來最大的火箭,花費了幾百億美元,只有382千克月球物質被帶回到地球上,這種餽贈行為可謂花費不菲,但極有面子。其寓意再明顯不過——只有敝國做到了「摘星攬月」,天底下還有敝國擺不平的事嗎?

阿波罗-17号月球车仍停留在月亮上
阿波羅 17號月球車仍停留在月亮上

2008年10月22日,印度成功發射該國首顆探月衛星「月船1號」,尾隨俄、美、日、中四國躋身「探月精英俱樂部」行列。他們把一面印度國旗留在 了月球表面。《印度快報》以「三色旗(印度國旗)登上月球」為題,稱印度已經繼蘇聯、美國和歐盟後,成為第四個有能力把物體送上月球的國家。當然,把國徽、國旗送到月球上並不代表擁有了對月球的主權。但是能把主權象徵物送往月球,卻顯露了佔有並開發月球的潛在實力。

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《月球協定》第八條第3款規定「締約各國在月球的表面或表面之下的任何地點進行其探索和利用的活動,不應妨礙其他締約國在月球上的活動。」既然兩個物體不能同時出現在一個空間內,那麼為了避免「妨礙」,對月球的探測與利用只能遵循「先來後到」原則。越早在月球上安營紮寨的國家,實際控制地盤越多,優勢越大。

中國的航太專家在接受媒體採訪時也說:「維護我國月球權益需要探月工程」-維護中國月球的權益,必須進行月球探測工程。儘管《月球協定》規定,月球及其自然資源是人類共同財產,但是隨著當前主要航太國家和組織正加緊實施月球探測計劃,如何維護各國的空間利益已成為亟待關注的問題。只有開展月球探測並取得一定成果,才具有分享開發月球權益的潛在實力。

誰是「全人類」?

針對「月球和其他天體屬於全人類」這一外層空間法的基本原則,我們可以做科幻的延伸,看看它在未來還是否成立:

隨著航太技術的進步與普及,天體的所有權會有一番新局面。試想,私營企業的小行星礦工在小行星上結婚生子,孩子在小行星上成長,一代代地開發小行星。直到有一天,覺悟了的小行星原住民宣稱自己對生他、養他、他也參與建設了的小行星具有所有權,並拒絕向地球提供廉價礦物,地球人該怎麼辦?於情於理,這都令人想到美國獨立戰爭中的雙方——殖民地兒女和宗主國。海因萊因的《月亮是個嚴厲的女人》就講了這樣一個故事,把月球當做家的人類再也不願意對地球俯首稱臣了。

如果未來太空中出現「尼莫船長」那樣的無國籍乃至無「地球球籍」的人和組織後,他們完全可以根據「誰發現、誰開發、誰擁有」的古老海洋信條,對那些尚不被人知的天體提出所有權主張。如果太空時代的「尼莫船長」也像凡爾納筆下的那位一樣富可敵國、力可敵國的話,更沒有國家或國際組織能對其太空圈地行為提出異議或做出約束。畢竟,出力探測、登陸、開發、維護過一個天體的人,為何要與沒做過這些事的人一道共同享有該天體帶來的收益呢?如果經濟基礎決定上層建築的原則仍然有效,那麼未來太空中的經濟實力也會迫使作為上層建築的法律做出相應改變。

上面說的還都是人類之間的事。如果人類遇到外星人呢?顯然,人類制定的外層空間法對人類之外的物種是沒有約束力的。地球礦業公司在「阿凡達」星球的開採徵得納美人的同意了嗎?銀河系高速公路拓寬要推平太陽系,需要徵得地球人同意嗎?《變形金剛3》和《MIB 3》中外星人在月球上大打出手的行為顯然違背了《月球協定》第三條第2款(在月球上使用武力或以武力相威脅,或從事任何其他敵對行為或以敵對行為相威脅皆在禁止之列),人類又能拿他們怎麼辦?

《月球協定》還規定,「締約各國應將其在外層空間,包括月球在內所發現的可能危及人類生命或健康的任何現象,以及任何有機生命跡象,必須通知聯合國秘書長、公眾、和國際科學界。」但情況很可能如《2001:太空漫遊》中設想的,美國人一開始就把外星人留在月球的「獨石」T.M.A.-1 ,這樣他們就可以進行秘密調查了。事實上,根據續集小說《2010》中的說法,美國總統直接下達了命令,「獨石」存在應絕對保密。

所以,月球以及其他天體的歸屬問題,初看是一個科技問題,仔細分析則是法律與政治問題,本質上又是一個科幻問題。在不同的科技發展水平下,這個問題將有非常不同的答案。

回到現實中,目前全世界200多個國家中,只有澳大利亞、奧地利、智利、墨西哥、摩洛哥、荷蘭、巴基斯坦、菲律賓和烏拉圭這9個沒有航太能力的國家批准了《月球協定》;另有法國、瓜地馬拉、印度、秘魯和羅馬尼亞等5國簽署了協定,但尚未獲得國內立法機構批准。美國和俄羅斯這兩個航太超級大國則明確反對將月球定位為全人類共同財產。

月球到底屬於誰,仍是個未知數。

月球探测器着陆点,先来先到,后来靠边
月球探測器著陸點,先來先到,後來靠邊

原文發表於《科幻世界》2013年第10期

 

轉載自科學松鼠會

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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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印度登陸月球熱門探測點——月球南極!那裡藏著什麼?為什麼各國爭先恐後?
PanSci_96
・2023/11/11 ・4407字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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。

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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」。

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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。

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圖/wikimedia

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。

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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。

2009 年 6 月 18 日至 2009 年 10 月 9 日 LCROSS 軌跡模擬動畫。圖/wikimedia

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。

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Pragyan 登陸月球。圖/wikimedia

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。

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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。

VIPER 原型機。圖/wikimedia

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。

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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!

最後也想問問大家,如果人類真的確保水源,並在月球南極建立起了月球永久基地,你會想移民過去嗎?

  1. 不只想,我還想接著去火星跟太陽系外呢
  2. 去旅遊的話剛剛好,我想去找露西和大衛約會的地方聖地巡禮
  3. 先等等,說不定月球背面,還有外星人在等著我們呢

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如果整個地球由質子構成,月球由電子構成,那會怎樣?——《如果這樣,會怎樣?2》
天下文化_96
・2023/04/26 ・2141字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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。

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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。

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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。

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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。」

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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。

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天下文化_96
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