0

1
0

文字

分享

0
1
0

第四種元素:銀 —《改變世界的七種元素》

PanSci_96
・2014/07/08 ・5283字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

一位法國的戲院設計師正在實驗銀的感光性,他使用塗了銀的銅板和碘。在 1835 年春天,達格赫把一片曝光過但失敗的銅板扔進櫥櫃,打算磨亮後再次使用。幾天後他回來看,發現影像奇蹟似的顯現了。 Public domain
利用鍍有薄銀的銅板和水銀進行顯影的技術稱為銀板照相法。 Public domain

感光的銀鹽,永恆的影像

在 1973 年紐約嚴熱的夏天裡,我花了好幾個週末的下午,在華盛頓廣場公園拍照。公園中央有一排西洋棋桌,那裡總是擠滿了老人,聚精會神盯著擺滿黑白棋子的棋盤看。我按下快門,光由這個城市的街景反射回來,射入打開的光圈,打在底片的鹵化銀上。光子打到的地方,形成純的銀原子,記錄下歷史的影像。

 把影像永久固定下來的想法,最早是由湯馬士.威基伍德(Thomas Wedgwood)在十八世紀末想出來的,他是英國有名的陶藝家約西亞.威基伍德(Josiah Wedgwood)的兒子。約西亞.威基伍德曾經使用暗箱把周遭的影像投射到屏幕上,好讓他快速又準確的把影像畫在陶器上。湯馬士.威基伍德思考如何永久保存這些影像,於是以硝酸銀進行實驗,因為 1725 年一位德國大學教授無意中發現硝酸銀具有感光性質。當初舒爾茲(Johann Schulze)教授在靠近紐倫堡的阿道夫大學(University of Altdorf)研究硝酸與白堊溶液(剛好含有一些銀)的性質。他在窗邊進行研究,那天是大晴天,光線射入他放溶液的透明瓶中。他突然注意到,面對窗戶那邊的混合物變成紫色,然而面對室內這邊仍然是白色。他想,也許是太陽的熱使溶液發生了化學反應。他又再試了一次實驗,只是這次把瓶子放在黑暗中。什麼也沒有發生。舒爾茲瞭解,一定是陽光的作用使混合物發生了變化,進一步研究之後,他發現銀是這個反應的重要元素。

湯馬士.威基伍德利用了這項發現。他在紙張上塗抹硝酸銀水溶液,然後把物體放在上面。接著把紙張放在陽光下曝曬,製造出物體的輪廓圖,但是陽光會逐漸把其餘部分的硝酸銀也變黑,最後影像就消失了。湯馬士.威基伍德遭受挫折,加上健康不佳,於是終止了實驗。還要再等上三十年,製造永久影像的攝影術才會發明出來。

1833 年 10 月,英國人泰爾包特(William Henry Fox Talbot)正在科莫湖(Lake Como)畔度蜜月。他嘗試用攝影描繪器把風景描繪下來,那是製圖者的一種輔助工具,利用稜鏡把風景的影像疊在紙上。他運氣不好。當他把眼睛由稜鏡移開時,發現「可惡的鉛筆只在紙上留下幾乎看不見的淡淡筆跡。泰爾包特想要找出比較好的科技,但是他顯然不知道湯馬士.威基伍德的實驗,所以回到家後,他開始使用塗了硝酸銀的紙製造葉子、花邊及其他平面物體的輪廓圖。

但是和威基伍德發現的一樣,他無法阻止影像消失。有一天,他注意到紙的邊緣往往感光性較強,通常他只用一點點鹽水(為塗抹硝酸銀水溶液打底)處理那個地方。他發現,如果使用濃一點的鹽水,可以使紙的感光性變弱。而且他也體會到,如果把曝曬過的紙浸在濃鹽水裡,影像就可以固定在紙上。雖然有了重要進展,但仍然不算成功。由暗箱製造出來的影像太淡,無法深刻顯影。他又設計實驗,要改進紙的感光性,經由使用透鏡,把光線聚焦到較小的面積上,他可以製造出郵票大小的影像。這些影像「可以想像成是小人國畫家的作品」,泰爾包特寫道。他的發現比舒爾茲和湯馬士.威基伍德深入,但也和他們一樣,沒有理解到這項發現的意義;他把這發現放一邊,又去追求其他興趣了。

同一時間,在英吉利海峽的另一邊,一位法國的戲院設計師正在實驗銀的感光性,他使用塗了銀的銅板和碘。在 1835 年春天,達格赫(Louis-Jacques-Mandé Daguerre)把一片曝光過但失敗的銅板扔進櫥櫃,打算磨亮後再次使用。幾天後他回來看,發現影像奇蹟似的顯現了。原來是櫥櫃裡一個瓶子逸出的汞蒸氣使「潛在」的影像顯影了。當初這塊銅板曝光時,銀原子已經形成隱藏的影像,但是原子的數目太少,肉眼無法看見。汞蒸氣與潛影中的銀原子形成汞齊,就使影像看得見了。利用這個方法,達格赫能夠把曝光時間縮短到 20 分鐘,短到可以捕捉到靜止物體的清晰影像。1839 年 8 月 19 日,位於巴黎的法國科學院宣布這項發明的名稱為達格赫照相法(又稱銀版照相法)。好勝心很強的泰爾包特聽到這個消息後,很快就用一種新型的紙,發明了自己的潛影產生法,曝光時間只要 1 分鐘左右。他把這種新方法稱為碘化銀照相法。

自從威基伍德第一次企圖利用銀的感光性捕捉影像以來,已經大約過了四十年。現在有兩種成功而且相互競爭的商業產品;泰爾包特與達格赫很快就各自努力,要社會大眾相信,自己獨特的攝影方法有其優點。一開始泰爾包特在說服社會大眾時,遭遇到一點困難。它沒有辦法產生像銀版照相法那麼精細的影像,但是能在同一張負片上產生許多影像,這一點是銀版照相法辦不到的,銀版照相法只能拍攝昂貴的單一物件,例如為有錢人拍肖像。最後泰爾包特的發明勝出,也為流行達兩百年,以銀為基本材料的攝影術打下基礎。

柯達布朗尼相機使用了塗了溴化銀的明膠底片 CC by Cargado por Lefrancq
柯達布朗尼相機使用了塗了溴化銀的明膠底片
CC by Cargado por Lefrancq

因銀而起的柯達王國

我在新加坡拍下我的第一張照片時,只有四歲。當天是伊莉莎白二世的加冕典禮,曾經是大英帝國殖民地的新加坡,以今天稱為街頭派對的方式來進行慶祝。我拿著我的柯達布朗尼(Kodak Brownie)相機,拍家人、朋友的照片,只要拿到未曝光的底片,我就拿來照下看到的任何東西。我的布朗尼相機最後由更好的機型取代了,接著又換了一系列的相機,直到今天,我有一整套很棒的萊卡相機當攝影工具。這些機器持續幫我記錄行動的時刻以及值得回憶的場景,偶爾也會有佳作。

柯達公司在 1900 年推出第一部布朗尼相機,名稱取自一組廣受歡迎的卡通人物,相機的簡單硬紙板外殼裡裝有一捲底片,方便攜帶,也容易使用,立刻獲得成功,尤其受到兒童歡迎。價格是五先令(大約是平均週薪的四分之一),幾乎人人都負擔得起。因為發明了塗布溴化銀的明膠底片,才有可能做出這種相機。明膠底片可以先曝光,且存放一段時間後才在工作室裡進行顯影,因此稱為「乾」片。「濕」的膠棉片,塗布、曝光與顯影必須在很短的時間內一口氣完成,因此攝影師無論走到哪裡,都必須攜帶笨重的工作設備。

柯達的創立者伊士曼(George Eastman),在 1877 年上了第一堂濕片法的課,很快就發現這方法不實用。「我的道具只含有一些必需品而已,裡面有肥皂箱那麼大的相機;一個三腳架,它既堅固又笨重,足以支撐一座小屋;一個大的底片盒、一頂黑色帳篷、一缸硝酸鹽,以及一個裝水的容器」。他讀到乾片發明的消息後,決定自己進行實驗。

到了 1879 年,他已經製造出自己的底片,這底片在沖洗前可存放的時間比市面上任何產品都久。但伊士曼還是不滿意,他的玻璃底片又重又脆又昂貴。伊士曼想把攝影術交到廣大群眾的手中,就像後來福特發明的 T 型車那樣。他想要「讓相機變得像鉛筆一樣方便」,但是要做到這一點,他必須發明一種更便宜、更簡單的攝影方法。結果他發明了「伊士曼負紙」—不使用玻璃,而使用紙卷捕捉影像。伊士曼底片可以裝入小小的黑盒子裡,他還設計了包住底片盒並只放基本零件的相機:透鏡固定在相機上,以拉動繩子的方式啟動快門。

柯達相機在 1888 年首度販售,價格為 25 美元(相當於今天的 600 美元)。產品大受歡迎,讓伊士曼能大規模生產相機,並因此把單價降下來。在 1896 年,柯達製造出第十萬部相機;那時候,每一部相機的價格只要 5 美元(相當於今天的 120 美元)。因為柯達相機簡單,又以人人能負擔的價格出售,所以它訴求的市場相當龐大。

伊士曼做的,正是所有傑出的消費產品發明家做的。他讓使用者(攝影者)專心在他的目的(拍照)上,而把技術功能(顯影與沖印)變得不可察覺。伊士曼相機在賣出時,已經裝好一捲可拍一百張照片的底片,等拍攝完畢,使用者可以把底片繳回工廠。幾天後,處理好的負片會沖出照片,裝入相片簿送至消費者手裡。就像柯達的口號說的:「您只要按快門,其餘的交給我們。」到了第二年的年底,他的工廠每天要處理大約七百卷底片。現在,人人都可以成為攝影師了。

柯達相機讓每個人可以為個人歷史留下紀錄,也為他們最珍惜的時刻保存回憶。現在處處可以見到照片。照片不但變成普遍且可任意使用的物品,而且也是記錄世界大事的文件,並產生能塑造未來風貌的影像。

保存了決定性時刻

有些影像讓我們見識到殘酷、暴虐,令人難以忍受的畫面。有一幅越共戰俘的影像,記錄在處決前一刻,有一把槍頂住他的太陽穴,對我來說,這張照片就是越戰的同義詞。一群百姓在雜亂無章的盧安達難民營裡等待食物的影像,會永遠讓我想起那裡發生的種族屠殺。而虛弱的囚徒擁擠站在奧斯威辛(Auschwitz)集中營的有刺鐵絲網前的影像,描述著我們家族中許多成員在猶太大屠殺中遭遇的命運。

然而,還有其他影像顯示比較快樂的時光。我從窗戶俯瞰大運河時所拍的照片,企圖捕捉季節變換時威尼斯的色調。我的書桌前放著一張我拍的照片,拍攝對象是在佛羅倫斯的新聖母大殿的信徒。他們正在觀賞壁畫,那幅畫展現了透視圖法,是馬薩其奧(Masaccio)的作品。攝影大師塞西爾.畢頓(Cecil Beaton)有一幅如詩如畫的作品,是新加冕的女王伊莉莎白二世的照片,以西敏寺的雕梁畫棟為背景,目的是想為剛脫離二次大戰的大英帝國帶來一點歡樂。我們藉由照片,得知並記住世界上的重大事件。圖像創造共同的經驗;圖像為不同的世代之間畫下界線。

到了第二次大戰爆發時,底片的感光性更加良好,也有更多可裝底片的攜帶式相機,攝影師因此可以跟隨士兵進入戰場,相對來說,較早期的戰地攝影師,如布雷迪(Mathew Brady)和芬頓(Roger Fenton),他們在十九世紀的設備,受拍攝的對象必須靜止不動才照得起來。1944 年盟軍進攻諾曼第時,戰地攝影師卡帕(Robert Capa),隨第二波部隊登陸。英吉利海峽水深及腰,機關槍的子彈在他周圍濺起水花,卡帕拍下了數張登陸日的關鍵性影像。「如果你拍的照片不夠好,表示你靠得不夠近,」卡帕說。

相片可以捕捉世界上瞬間即逝的影像,如果沒有銀,你只能留下模糊的回憶。「當你拍照時,那是創造性的一剎那,」多產又技術高超的攝影師布雷松在 1957 年解釋:「生活本身會提供給你一幅構圖或一個表情,你必須靠著直覺判斷,什麼時候該按下相機按鈕。」

在正確的時候按下快門,創造出的影像揭露了平民百姓如何被捲入越戰。敵人不再是沒有面目的怪獸,而是受苦受難的人類,說不定與觀看照片的人有所關聯。經由揭露世界另一端的普遍人性,攝影術喚醒了全球的社會良心。艾迪.亞當斯(Eddie Adams)在 1968 年拍的照片「西貢槍決」,揭露了上文所說的情形,激起抗議怒潮反對畫面中呈現的情況:越南將軍不加思索的謀殺了一名無辜的百姓。這張照片也展示了攝影術扭曲事實真相的威力。艾迪.亞當斯解釋:「將軍殺了越共;我用相機殺了將軍。靜止的照片是世界上威力最強大的武器。人們相信照片;但是照片會說謊,甚至連造假都不必。照片只說出一半的事實⋯⋯照片沒說出來的是,『如果你是將軍,在那種時空情境下,在那樣炎熱的天氣中,在那個所謂的壞蛋剛剛轟掉一個、兩個或三個美國人之後,你正好抓到他,你會怎麼做?』」

雖然照片已經非常忠實的呈現事實,但是它並不真的是可靠的資料來源。影像可能會,也確實會騙人。大家都知道,史達林以修改照片做為排除黨內政敵的手段;當某些部長被選定為應該排除的對象時,就會從照片中消失。中國共產黨也同樣大量使用暗房技巧扭曲事實。

然而,可靠的資料來源會提供吸引人的真實影像。1994 年,攝影記者薩爾加多(Sebastião Salgado)在盧安達西南方的基貝霍(Kibeho)難民營待了三天。每天有數百名難民為逃避強暴與謀殺,從軍閥手裡逃到此處。薩爾加多所看到的景象,令他大為震撼:「恐怖事件的規模好像已經讓人們對死亡麻木了。我看到一個人手臂裡抱著一綑東西,一邊走一邊和其他人聊天。當走到萬人塚時,他把自己小孩的屍體扔進屍堆,然後掉頭就走,繼續聊天。」身為經濟學碩士,薩爾加多想用影像描述世界上窮人的生活,呈現統計數字背後的真相。影像展示比訴說更有力:人類受苦的生動影像,比寥寥幾字的政治宣言更能打動人心,喚起令人感傷、感動的私密細節。因此,照片會驅使觀看者採取行動。

對我來說,除了攝影之外,銀還有其他能力可以保存珍貴的回憶。在我書房的茶几上有三個波斯銀盒,那是我父母在 1960年代離開伊朗時收到的臨別饋贈。它們設計精美,由錘版塑成,這種技術是靠著敲打金屬的背面,造成淺淺的浮雕效果。它們為我在伊朗生活的那幾年帶來生動的回憶:燃燒天然氣造成的焰火和噪音、油田在夜晚發出的火光,當然還有我們去拜訪銀匠的回憶,那人在一間小屋裡,盤著腿熟練的工作著。無論是做成裝飾品、勳章或珠寶,銀總是能保存回憶。但是它也一直是保值的工具。1970 年代,當銀攝影術正在流行時,有兩兄弟為了幫他們驚人的財富找到安全的避風港,結果造成銀的價格飆漲到空前未有的水準。

本文摘自《改變世界的七種元素》,由天下文化出版

文章難易度
PanSci_96
1006 篇文章 ・ 972 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
抓住光的男人:達蓋爾與他的攝影術——《資訊大歷史》
azothbooks_96
・2022/07/03 ・3530字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

路易.雅克.馬克.達蓋爾

路易.雅克.馬克.達蓋爾(Louis-Jacques-Mandé Daguerre),1787 年 11 月 18 日−1851 年 7 月 1 日。

記錄下真實的影像,將彼時的美好場景長久留存——攝影技術,載著人類幾千年來如夢幻般的希冀越走越遠,一步步幫我們達成所願。

    

達蓋爾出生於法國,學過建築、戲劇設計和全景繪畫,在舞台幻境製作領域聲譽卓著。 1839 年,他宣布達蓋爾攝影法獲得了圓滿成功,從此,作為攝影術的最後一個發明人,他便以銀版攝影法發明者的身份為後人所知。

「我抓住了光,我捕捉到了它的飛行」

一九四五年八月十四日傍晚,日本無條件投降的消息傳到美國,整個美國都沸騰了,紐約的人們紛紛湧向時代廣場慶賀戰爭的結束。一位海軍士兵難以抑制自己喜悅的心情,摟住路過的一位護士小姐就親吻起來。

這個場景被當時在場的兩位記者捕捉到了,他們用手邊的徠卡相機記錄下這一令人難忘的歷史性時刻。一張照片的表達力勝過千言萬語。在人類付出了近一億人的生命代價之後,和平終於再次回到了這個世界上,這種發自內心的喜悅是難以用文字形容的。

時過境遷,今天我們大多數人雖然沒有經歷過那場戰爭,但依然能從這些精彩的照片中深刻地體會到當時人們狂喜的心情。

世界上的任何事情,只要發生過,就會留下或多或少的痕跡。對於這些痕跡的記錄,以前只有筆。雖然也有繪畫,但是繪畫無法在瞬間完成,因此很多描繪歷史性大事件的名畫,都是畫家後來參考文字記載,然後憑藉著想像而創作的。那些畫作再現了當時人們所能夠看到的一些視覺資訊,畫家也難免會按照自我意願對資訊內容進行添加或者刪改。

比如,反映美國獨立戰爭最著名的油畫《華盛頓橫渡特拉華河》,就有多處和歷史事實不一致。比如,華盛頓身邊的門羅(美國第五任總統)當時根本就不在船上,甚至畫作中還出現了當時並不存在的星條旗。這些都是畫家在半個多世紀後憑自己的想像加進去的,這種人為因素,讓繪畫很難做到真實地記錄歷史事實。

延伸閱讀:從此有了攝影:達蓋爾誕辰|科學史上的今天:11/18

《華盛頓橫渡特拉華河》由德國畫家埃瑪紐埃爾·洛伊茨(Emanuel Leutze)於1851年所創作,描繪了美國獨立戰爭。圖/Wikipedia

要做到對真實畫面的記錄,就需要發明一種儀器來自動進行記錄,而不是人們主觀地進行繪製,這種儀器就是我們今天所說的照相機。當然,要想得到照片,光有照相機是遠遠不夠的,還需要一整套工藝將照片處理沖洗出來。這一整套的工藝流程,被稱為攝影術(照相術)。

今天,法國科學院確認的攝影術發明人是法國藝術家路易.雅克.馬克.達蓋爾(Louis-Jacques-Mandé Daguerre)。和很多重大發明的榮譽給予了最後一個發明人一樣,達蓋爾是攝影術的最後一個發明人,而非第一個。在他之前另一名法國人涅普斯(Joseph Nicéphore Nièpce)已經在一八二六年拍攝出一張永久性的照片,但是涅普斯使用的裝置與後續處理技術和後來大家普遍使用的攝影術,沒有什麼關係。

再往前,針孔成像的原理在中國古代的《墨子》中就有了相關記載,但是我們顯然無法把發明攝影術的功勞給予墨子。達蓋爾和前人不同的是,他不是設法得到一張照片,而是發明了一整套設備和一系列工藝流程,這就使得我們能夠通過攝影術記錄下真實的場景資訊,並且能夠以照片的形式完美地呈現出來。

世界上第一張照片《在萊斯格拉的窗外景色》,由涅普斯拍攝。圖/Wikipedia

達蓋爾發明攝影術,並不僅僅為了記錄資訊,而是為了能夠取代當時十分流行的肖像油畫。達蓋爾本人是一位非常著名的建築設計師和全景畫家,他發明了建築繪圖的全景透視法,也就是從兩個(或多個)視角來觀察一個三維的物件(比如一棟大樓),然後將它畫在同一個畫面中。

這和布魯內萊斯基所發明的單點透視法不同。當時畫一幅油畫要花很長時間,如果要在戶外繪畫,更是一件十分困難和艱苦的事情,因為人們還沒有發明出牙膏管裝的油畫顏料,一罐罐的顏料既不好攜帶,也不便於保存。

因此,達蓋爾想,如果能夠發明一種方法自動將所看到的圖像「畫」下來,這樣可以省去一筆一筆畫油畫的麻煩。

當得知涅普斯用很複雜的方法得到了一張可以永久保存的照片後,達蓋爾就找到他決定一起合作研製攝影術。涅普斯則看中了達蓋爾在繪畫界的巨大影響力,作為出版商的他希望能夠借此賣出更多的畫冊,於是十分爽快地答應了。雖然一開始兩個人是各取所需,目的不同,但是因為目標一致,合作也算順暢。

然而不幸的是,當時已經六十四歲高齡的涅普斯沒幾年就去世了,而他們在攝影術方面的研究才剛剛開始。接下來,達蓋爾只好自己一個人繼續摸索研究。

涅普斯最早是用瀝青作為感光材料。因為瀝青在強光的照耀下會逐漸變硬,這樣就能夠把攝影物件的輪廓迅速地描下來,但這樣照相至少要在陽光下曝光幾個小時甚至長達幾天。

一個偶然的機會,達蓋爾瞭解到一百多年前化學家所發現的銀鹽具有感光的特點,將銀鍍在銅版上,然後在碘蒸氣中形成一層碘化銀,碘化銀在感光後就會在銅版上留下影像。這和後來膠捲上塗溴化銀的原理是一樣的。達蓋爾用這種方法將原來涅普斯需要幾個小時才能完成的曝光過程縮短到了幾十分鐘,後來又縮短到幾分鐘。

一八三八年末(或者一八三九年初),達蓋爾將他的照相機擺在自己家的視窗,拍了一張街景照片——《坦普爾大街街景》。

《坦普爾大街街景》。圖/漫遊者文化提供

這張照片拍攝得非常清晰。達蓋爾在處理完照片後,極其興奮地對人們說:「我抓住了光,我捕捉到了它的飛行!」他的這個說法非常形象化,這是人類第一次發明實用的、以圖片方式記錄現實景象的技術。

在這張照片中,這條大道顯得非常寂靜,實際上達蓋爾拍照時,大道上車水馬龍,人來人往,熙熙攘攘,非常繁華。照片之所以沒有能夠記錄下這些人和車輛是因為曝光的時間長達十分鐘之久,移動的人和車輛只能留下淡淡的陰影。當時摩斯看到照片中的巴黎街頭居然沒有人,感到非常吃驚。

今天的攝影家依然採用這種長時間曝光的手法來濾除鬧市中過多的閒人。不過如果你仔細觀察這張照片,就會在左下角發現一個擦皮鞋的人,由於他一直站在那裡不動,因此被拍了進去。這個人成為被攝影術記錄下來的第一個人。

從一七一七年德國人舒爾策(Johann Heinrich Schulze)發現銀鹽的感光效果,到達蓋爾用這種原理記錄下影像,中間經過了一個多世紀的時間。為什麼在這麼長的時間裡沒有人想到用銀鹽感光的性質來記錄影像?

因為這項技術雖然原理並不複雜,但是要變成一個可以記錄影像的工藝過程卻不是那麼簡單。銀鹽感光背後的原因是它們在光照下會分解,其中的銀會以細微的粉末狀出現,這就是人們在感光銅版上看到的黑色部分。但是這些銀粉一碰就掉,不可能形成一張能永久保存的照片。而且由於被感光部分是黑色的,未被感光的部分是白色的,和我們眼睛所看到的景物亮度正好相反(它們也被稱為負片),所以我們難以直接欣賞,還需要想辦法把它還原成我們肉眼所習慣看到的照片。

這個記錄和還原圖像的過程有很多環節而且非常複雜。

達蓋爾最為了不起的地方,就在於他不只簡單發現了一種記錄圖像的現象,或者一個照相機,而是發明了一整套記錄圖像資訊的工藝過程。特別是在成像之後需要用水銀和食鹽在銅版底片上進行顯影和定影。這個過程有很多複雜的技術難題,都被達蓋爾成功地解決了。

今天「銀版攝影術」(又稱為達蓋爾銀版法)一詞,就是以他的名字命名的。

延伸閱讀:第四種元素:銀 —《改變世界的七種元素》

——本文摘自《資訊大歷史:人類如何消除對未知的不確定》,2022 年 6 月,漫遊者文化,未經同意請勿轉載。

azothbooks_96
38 篇文章 ・ 12 位粉絲
漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。

0

3
2

文字

分享

0
3
2
黑洞攝影怎麼拍?七個問答來解謎——《黑洞捕手》
天下文化_96
・2020/04/22 ・2225字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 作者/陳明堂

在加入《黑洞捕手》這場宇宙大冒險之前,你可能會對黑洞攝影這個主題有許多疑問。這個篇章,可以滿足你的好奇。

Q1. 為什麼這次黑洞照片曝光,各界這麼轟動?黑洞不是早就被證實了嗎?我還看過很多照片呢!

很多人模擬出黑洞的照片和動畫,讓許多人認為「黑洞的存在不是理所當然嗎?」。

「星際效應」電影中對黑洞的模擬圖像。圖/Paramount Pictures。

然而,雖然有許多間接證據(比如重力波)讓科學家普遍認為黑洞存在,但直到 2019 年的 4 月 10 日,才出現了第一個證實黑洞存在的視覺證據。

Q2. 如果說,黑洞會把光吸進去,那黑洞照片中怎麼會有光環?

黑洞照片中的一圈光環,並不是黑洞,而是黑洞周遭物質發出的電波。

M87 黑洞影像。 Photo credit: EHT Collaboration

黑洞是質量極大的天體,光線靠近黑洞就會被吸進去,也因此黑洞本身不發出任何的光線。不過,我們觀測的是黑洞鄰近的區域,四周的氣體因為受黑洞吸引,繞著黑洞打轉;氣體愈靠近黑洞,運動速度加快。氣體之間互相撞擊、摩擦,會產生高熱放出能量。

這些釋放出來的能量,一部分會被黑洞吸收,但也有一部分得以逃脫黑洞的引力。跑出來的能量中包含有電波的成分,天文學家可以觀測到逃逸出來的電波,得知黑洞的形狀結構。

Q3. 這麼多黑洞,要選哪一個來觀察?

宇宙裡到處都有黑洞。但是那些從地球上看到的黑洞目標,必須夠大,而且不能離我們太遠。南天的人馬座 A*,以及北天的 M87* 是現在可觀察的兩個目標。

Q4. 為什麼新聞都說,你們建造了「地球一樣大」的望遠鏡?

如果要觀察愈遠的事物,就需要愈大孔徑的望遠鏡。我們這次拍攝到的黑洞 M87,距離地球 5,500 萬光年,根據推算,需要直徑 8,000 公里的望遠鏡,才能看清楚這個黑洞的模樣。

口徑 8,000 公里的望遠鏡!怎麼可能建造呢!

格陵蘭望遠鏡。圖/wikimedia

其實,不用真的蓋這麼大的望遠鏡。科學家使用「特長基線干涉技術」,讓世界各地的望遠鏡同時觀測黑洞,並把各自觀測的數據加以整理,就可以達到跟建造「地球一樣大」的望遠鏡相同效果了。

Q5. 為什麼望遠鏡可以看到很遠的東西?

人眼想要看清楚一樣事物,有兩個必要條件:光要夠強、光進入眼睛的角度要大。

比方說,你眼前有一個甜甜圈,就很容易看清楚甜甜圈的模樣。如果把燈關了,就會看不到。這就是光的必要。再來,把甜甜圈移得離你愈來愈遠,你會發現它愈來愈小,小到變成一個點,再也無法辨識中間的洞洞了。

甜甜圈兩端反射出來的光進入眼睛時,彼此的夾角稱為「視角」。當某個事物太遠,就會導致視角太小,人眼就無法辨識該物體。望遠鏡靠著凹凸透鏡的組合,達到放大、聚光功能,來加強上述兩個條件,讓人眼可以辨識遠方的物體。

Q6. 為什麼需要這麼多種望遠鏡來觀察宇宙?

宇宙中物質會放出各式各樣的電磁波,例如可見光(人眼可見的紅橙黃綠藍靛紫)、紫外線、紅外線、X 光……。

各式各樣的望遠鏡。圖/天下文化提供

宇宙中的電磁波很容易被地球的大氣層吸收、散射;再加上人類眼睛非常局限,能看見的只有波段很窄的可見光。所以,人類若是只靠著可見光來判斷宇宙長什麼模樣,就太瞎子摸象了。有兩個做法可以改善上述情況。

  • 第一,不要只靠可見光望遠鏡,多採用不同類型望遠鏡來獲取宇宙各種類型的訊號。
  • 第二,想辦法讓把望遠鏡發射到大氣層之外,避免大氣層干擾,以接收更清楚的訊號。

先來討論第一個方法。除了最常見的可見光望遠鏡之外,還有多種不同波段的望遠鏡可以觀察宇宙(如右圖)。科學家發現,工作波段介於紅外線與微波之間的「次毫米波望遠鏡」,最擅長觀測星際氣體、恆星演化,是黑洞觀測的最佳利器,也是這次黑洞攝影的最大功臣。

只是,毫米波、次毫米波這類的波,很容易被大氣中的水氣吸收,所以這樣的望遠鏡,就必須建造在乾燥與高海拔的地方。像是智利北部的阿爾瑪陣列,就是蓋在海拔 5,000 公尺高的阿塔卡瑪沙漠中。

第二點,就是想辦法發射望遠鏡到外太空,這樣就可以避免大氣層干擾。像是哈伯望遠鏡就是在太空中工作的望遠鏡。

Q7. 事件視界望遠鏡是什麼?

EHT(Event Horizon Telescope) 是「事件視界望遠鏡」,指的是一個國際天文計畫,目的在獲得史上第一張黑洞照片。「事件視界」指的就是黑洞的邊界。

EHT 望遠鏡分布圖。圖/天下文化提供

2012 年,來自世界的天文學家開會並成立「事件視界望遠鏡」計畫,號召全球的電波望遠鏡,連線拍攝黑洞照片。

截至 2020 年 3 月,加入EHT 的望遠鏡共有 11 座。台灣參與其中 4 座的製作、運轉。(圖中有台灣圖示者)但是 2019 年 4 月曝光的黑洞照片, 是根據 2017 年底的觀測數據洗出來的照片。當時,只有 8 座望遠鏡加入 EHT 並參與拍攝。

這些分散在各地的望遠鏡,合作之後就等於超大口徑的望遠鏡。圖中望遠鏡之間的白色弧線,代表的是基線。基線愈多,代表可觀測的資料量就愈大,拍攝出來的照片就會愈清晰。

——本書摘自 2020 年 4 月選書《黑洞捕手:台灣參與史上第一張黑洞照片的故事》,2020 年 3 月,天下文化

天下文化_96
107 篇文章 ・ 592 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
太空旅程進入尾聲!記錄下來的除了美景還有什麼?——《俯視藍色星球》下
PanSci_96
・2019/07/17 ・2611字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 487 ・五年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文接續上一篇: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

漫長而奇妙的旅程

南太平洋通常很平靜,北太平洋則是完全相反。阿留申群島是個超過 1500 公里的島鏈,分屬阿拉斯加和俄羅斯,以惡劣天氣聞名,我從太空看到的景象也確實是如此。

最令我印象深刻的是奇怪的氣旋天氣型態。這些暴風不像典型的颶風那樣充滿了連續雲帶,而是由幾組涵蓋了數百公里的薄螺旋狀雲帶組成。我常在想,這些看起來很像螺旋星系的暴風最後是不是會來到美國西岸。

梅莎颱風在太平洋上空的巨大颱風眼,這是我在太空中看過最叫人震驚的景象。我們所有組員都印象深刻。圖/大石出版提供

在北太平洋也經常可以看到一種不這麼暴烈的雲,只是一整片的小點──那是分散在地表上的蓬鬆積雲。太陽在特定角度照上去時,這些細小的雲層會呈現非常有趣的型態與反光。

沿著太平洋一路往下來到南美洲的尖端,則是地球上十分有趣的一個角落:火地島和麥哲倫海峽。這些地方幾乎總是被雲層覆蓋,我在太空站的 200 天裡,只有真的看到陸地兩三次。頭一次看到這些島嶼時是南半球的夏天,我想到了當時的海象是多麼危險,而費迪南.麥哲倫和法蘭西斯.德雷克爵士等人居然早在 16 世紀就能架著帆船通過這片暴風肆虐的水域。而將近 500 年後,我身為一個人類,竟然可以航行在太空中,俯看這個星球。不知道當年那些探險家可曾想過,人類終有一天會登上太空?

再往南則是環繞南極洲的水域:南冰洋。地球上再也沒有比這裡看起來更危險、更詭異的地方了。這片海域在我們繞地軌道的南邊,總是覆蓋在厚厚的雲層底下,我很少看到它露臉,不過偶爾會看到幾座冰山。如果說北太平洋出現螺旋形風暴是不尋常的,那麼南冰洋出現螺旋形風暴可以說是特異現象了。它的螺旋結構看起來比較像一個星系,而不是典型的天氣型態,我從來沒有看過地球上有類似的東西。

震撼人心的風暴

我曾經讀到 1917 年沙克爾頓爵士和堅忍號(Endur-ance)船員冒著這種詭異的風暴,划小船從南極洲逃到南喬治亞島的驚險故事。我現在從外太空這個視野絕佳的位置上看,更能體會當年他們九死一生、奇蹟似生還的境遇。

亞拉拉特山(Mount Ara-rat)是傳說中諾亞方舟停靠的地方,也是土耳其的最高峰。圖/大石出版提供

假如你可以在太空中待上 24 小時,不需要工作,所有時間都在看窗外,你一定會被不斷上演的難忘景象震驚得說不出話來。其中有一種會讓你終生難忘,我保證你不可能在地球上見到類似的東西:那就是夜晚出現的驚人雷暴。我的第一場閃電秀是 STS-130 任務期間在南美洲上方看到的,當時我簡直不敢相信自己的眼睛。

在這麼大片的區域上方,我每秒鐘見到的閃光多到像國慶日的煙火一樣。我 21 歲在美國空軍接受少尉飛行員訓練時,被教導說「承平時期的任務是不會要求你在雷暴中飛行的」。假如飛行員決定要飛,那麼雷暴中的亂流、冰雹、豪雨和閃電一定會讓他很有得受。從太空實際看過雷暴的樣貌後,我只能說「好家在」我們不用在那裡面飛!無論我在太空待多久,雷暴總是讓我著迷不已。

俯瞰智利索馬雷茲島(Isla Saumarez)。圖/大石出版提供

難忘的雨林雷暴與日夜分際的晨昏線

返回地球前一個月,我來到穹頂艙,讓自己自由漂浮,不去碰任何牆壁,在飛過非洲上空時,播放歌手恩雅的〈非洲風暴〉(Storms in Africa),看著底下叢林中難以想像的精采表演。這真是絕頂的體驗。晚上看得到閃電,雲卻是幾乎看不到的。白天則可以看到暴風雲,但看不見一道道的閃電。但有時候各種條件會剛好到位,就有機會看到大自然的完整演出。

在 STS-130 任務的最後,我們得將奮進號從太空梭改裝成飛機,準備返回地球。我和組員史蒂夫.羅賓森(Steve Robinson)正在裝卸區把太空梭機器手臂放回它的載具中。這工作大部分是史蒂夫做的,我都在拍照。我們在黃昏時分飛越南美洲上方,剛剛好趕上亞馬遜盆地每天的雷暴,巨大的雷雨雲中打出一道道強烈的灰藍色閃電,我們完全沒有預料到會看見這樣的景象。

在北太平洋上空旋轉的暴風雲。這樣的漩渦狀紋路在自然界很常見。圖/大石出版提供

對大多數人來說,《魔鬼終結者》(Terminator)是一系列由阿諾.史瓦辛格主演的電影。在太空中,所謂的 terminator 是指地球表面上日夜分際的那條線,稱為晨昏線,從白色過渡成藍色再到黑色。我在傍晚駕駛噴射戰鬥機時看到很多次晨昏線。

這讓我想到小學六年級的一堂天文課,老師拿著手電筒照向在教室另一端的籃球,一條長長的黑暗通道從太陽通過大氣層,延伸到黑暗的空間中,就像白天和黑夜之間的物理界線。從我在太空中的有利位置,可以清楚地看到太陽照亮了一半的地球,另一半則是漆黑一片。我們學過這個概念,卻無法在地球上看到。

我第一次看到晨昏線時不禁倒抽了一口氣。地球鮮明的藍白色在黎明中褪為柔和的色彩,然後變成我所見過最黑暗的夜晚。對我而言,這是令人難忘的太空景象。

用攝影記錄下母星地球

在太空中的任務一天天過去,我對地球也開始有了新的看法。我對攝影愈來愈感興趣,漸漸把注意力放到攝影上,想要用它來和更多人分享我的經歷。在地球上我大多是拍我的小孩,有機會的話也會拍日落、山景或海景。

我們在冬天飛過一片冰雪蒼茫的波士尼亞與赫塞哥維納。圖/大石出版提供

我從小就喜歡拍照,不過老實說,我大部分只是用相機的自動模式,偶爾在拍室內籃球賽時才會調整快門和感光度。不過在太空中我學會了很多新的技巧。在繞地軌道拍照是攝影者的夢想,我很興奮能拿著相機,進行這場畢生難得的冒險。

經過了這一整趟的長期太空任務,我才開始能夠吸納太空飛行的所有景致、聲音和經驗。我是一直到得以連續好幾個月觀察地球,才真正懂得欣賞這些事情。這是眾多意料之外的驚喜之一:親眼看到水這麼大範圍地覆蓋了我們的星球,驅動了幾乎每個層面的事。我很驚訝這個星球上有這麼多地方是白色和藍色的,並且充滿了我無法想像的圖案。那一年冬天,我對我的母星的認知發生了根本上的改變。

──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

PanSci_96
1006 篇文章 ・ 972 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。