NASA 9大太空任務：一窺宇宙最真實探索實錄

名人推薦：探宇宙奧祕，開人類眼界。

──林俊良，國研院國家太空中心主任

讓讀者看見人類探索星空與太陽系的夢想成真之最新發現。

──傅學海，台北市天文協會理事長

唯有不斷探索宇宙，才能滿足人類的好奇心，這就是本書的目的。

──曾耀寰，中央研究院天文及天文物理研究所研究副技師

精彩啊，這麼好的讀物──新視野號章節讓我熱淚盈眶。

──艾倫‧斯特恩，新視野號冥王星─古柏帶任務首席研究員

……最令人驚嘆的故事，是關於地球上的人們，如何派遣這些機器人大使到太空出任務。作者藉由各項科學發現把他們的故事編結在一起...

第一章　破解冥王星之祕：新視野號

聽說這是辦不到的事

秉持艾倫‧斯特恩（Alan Stern）的典型風格，他在兩場會議之間，在駕車路途上，騰出時間打了通電話，還回家逗留了一會兒。由於藍牙連線藝術家概念圖像，描繪出新視野號以及它和冥王星與其所屬衛星冥衛一（Charon，音譯「凱倫」）接觸時的景象。

微弱，斯特恩的聲音在背景雜音和交通喧鬧聲下，只勉強可聞，接著是車門和房門砰的關閉聲，手提箱和抽屜開闔聲。在此同時，他仍不斷談論他的太空船如何前往太陽系偏遠角落，研究遙遠的冥王星和所屬衛星群，又如何在2015年7月，完成那趟不可置信，簡直無從想像的成功任務。

「我們辦到了，」斯特恩乾淨俐落，毫不囉唆地述說他現在是如何回應那些表示新視野號（New Horizons）太空船絕對無法趕上時限，質疑他能在預算範圍內完成使命的人士。「其他我們完全不必多說。」

斯特恩是新視野號任務的首席研究員──也是主要的倡言創始人──他從1980 年代晚期開始，就不斷宣揚推動一趟冥王星太空任務。

「頭十年，我們根本毫無進展，」他說明。其他冥王星任務企劃逐一提出，然而要嘛都被取消了，不然就是沒有受到認真考量。挫敗之餘，斯特恩開始遊說其他科學家，甚至找上了國會議員，最後冥王星太空任務終於被列入美國國家科學院（National Academy of Sciences）2000年代頭十年期間的最優先要務。

新視野號的冥王星太空任務初步在2001年獲准核可，然而到了2002年，航太總署基於預算理由，似乎打算把那項任務打入冷宮。所幸「行星學會」（The Planetary Society）等太空倡言團體紛紛向國會遊說，還發動兒童寫信請願，呼籲讓該任務存續。看來小孩子總是對冠上卡通角色名稱的行星迷戀不已，然而冥王星的英文名Pluto（布魯托，狗名），其實是引自羅馬神祇陰間主宰的名字。

計策生效，冥王星太空任務重新啟動。不過依然有人繼續唱反調。

「當新視野號在2001年獲選，有人告訴我們：『你贏了，不過你也輸了。』」斯特恩回顧表示。「他們說，沒有人能以這個價格打造一項任務，成本才相當於1970年代航海家號任務的五分之一。沒有人曾經在這樣的時間範圍內打造出一項外行星任務，才短短4年。然後那還是一趟為期10年的冥王星飛行任務，而你又只有一艘太空船，所以失敗機率相當高。這實在是沒有辦法可靠完成的使命。」

不過斯特恩辯稱，新視野號團隊下定決心，實現目標。「他們成功完成沒幾個人賞識認可的事情。這歸功於全國各地2,500人致力奉獻，全天候努力工作，加上夜晚和週末不眠不休，接連持續十五年，才讓這個夢想成真。這是可以寫進歷史的故事。」

夢想是要派一艘太空船前往探測冥王星和它的衛星群。「探測總是能開啟我們的雙眼，」斯特恩在2005年時這樣告訴我，再過短短幾個月，新視野號就要發射升空。「前幾次任務在火星上找到河谷，或者在木衛一（Io，音譯「埃歐」）上找到火山，或者在土衛六（Titan，音譯「泰坦」）上找到湖泊，全都是始料未及。我覺得我們在冥王星和冥衛一上會有什麼發現？我認為我們會發現美妙的事物，而且我們預料會有意外發現。」

斯特恩的預測──還有他的夢想──成真了。

新視野號

新視野號是有史以來最快的太空船，它使用添了額外助推器的加強版擎天神5號運載火箭來發射。

「我們竭盡全力打造出最小堪用太空船，五臟六腑一應俱全：動力、通訊、電腦、科學儀器，以及所有系統的備援，接著把它擺上最大型發射載具，」斯特恩說明。「這個組合讓我們在深太空達到勇猛高速。」

這艘小型平台鋼琴般大小的太空船，從地球以每小時約58,000公里高速遠離，在它飛往冥王星的48億公里航程，平均每天約航行1,609,344公里。不過以那種熾烈速度，要想減速進入軌道繞行冥王星是不可能辦到的。因此，第一次冥王星勘查作業，只能是一趟飛掠任務，大致就彷彿回歸早期太空任務的做法，好比1960、70和80年代最早飛掠火星、木星、土星、天王星和海王星的水手號和航海家號系列任務。

新視野號在2006年1月16日發射，才花9個小時就竄過月球軌道。那同一趟航程，當初阿波羅太空人就花了3天。接著新視野號在短短13個月內，就完成前往木星的8億公里航程──比先前七次木星飛航任務都更快──隨後在2007年2月間，太空船迴轉繞過那顆巨行星，從事科學研究，還有最重要的是取得重力助推，把新視野號加速至每小時83,600公里。

儘管達到這個速度，新視野號依然花了將近9年半，才跨越浩瀚太陽系，來到冥王星附近天域。實際任務預計在抵達號稱「最近會遇點」（closest approach）的位置之前約5個月就開始，於是新視野號靠近、飛掠，接著回頭檢視冥王星系統時，總計會有6個月長的勘查期，最近會遇點則落在2015年7月14日。

由於新視野號的旅程會帶它前往和太陽相隔十分遙遠的地方，太陽能板陣列並不能提供充沛電力。於是它改採一種放射性同位素熱電機（radioisotope thermoelectric generator, RTG），藉非武器級鈽238 自然衰變來產生熱量，用來轉化成電力。所生熱量也能為太空船的電子設備和其他組件保暖，以免在深太空冰冷環境下凍結。

探訪冥王星之後，新視野號繼續前進探勘古柏帶（Kuiper Belt），那是位於海王星軌道外側的一片天域，和太陽約相隔地日距離的30到50倍，或相當於45億到74億公里之外，而那裡也正是冥王星所在位置。這處天體帶和見於火星與木星軌道之間的小行星帶相仿；不過古柏帶部分星體所含冰質往往超過岩質。這裡就是短週期冰凍彗星（如哈雷彗星）的發源地。

太空船搭載了一批功能強大的酬載，包括成像器、光譜儀和其他科學儀器，可用來測繪冥王星和冥衛一的表面地貌，研究它們的組成，並分析兩星體周圍可能存有的大氣。

發射時，新視野號還頂著「前往最後一顆行星的第一趟任務」頭銜。然而短短七個月之後，這個稱號就改變了。

第一章　破解冥王星之祕：新視野號

聽說這是辦不到的事

秉持艾倫‧斯特恩（Alan Stern）的典型風格，他在兩場會議之間，在駕車路途上，騰出時間打了通電話，還回家逗留了一會兒。由於藍牙連線藝術家概念圖像，描繪出新視野號以及它和冥王星與其所屬衛星冥衛一（Charon，音譯「凱倫」）接觸時的景象。

微弱，斯特恩的聲音在背景雜音和交通喧鬧聲下，只勉強可聞，接著是車門和房門砰的關閉聲，手提箱和抽屜開闔聲。在此同時，他仍不斷談論他的太空船如何前往太陽系偏遠角落，研究遙遠的冥王星和所屬衛星群，又如何在2015年7月，完成那趟不...

一路熱鬧上太空

人類太空飛行當然是十分引人注目──而且也始終是我的報導生涯中很重要的環節──關於不載人的機器人太空船，也始終是我心之所向。這種機器是我們探訪宇宙的使者，代理我們飛往人類還無緣前往的遙遠地方。從小到大我不斷聽說水手號（Mariner）、維京號（Viking）和航海家號（Voyager）這樣的太空船大膽執行一些最早期的深太空任務，並開創劃時代發現，改變了我們對太陽系的看法。它們帶我們認識先前只能夢想，還有藝術家只能想像的世界。

如今我們每天都能從駐紮在其他行星、矮行星、小行星、彗星和月球等宇宙鄰里天體的太空船，直接接收震撼人心的影像。不論運作要件為何，機器人太空船已經在科學和探測的名義下，前往我們太陽系各處地點，執行了飛掠、繞軌、軟著陸、衝撞和漫遊等作業。我們還把一些大型望遠鏡射上了太空，把它們高高安置在地球朦朧大氣上方，清晰呈現星辰和遙遠星系的影像，甚至還包括與我們這裡完全不同的其他太陽系。這些任務向我們顯示，我們這處宇宙，是多麼奇妙和令人屏息。

儘管這些探測宇宙的無人太空船，實際上都只是以金屬和電路製成的機器，當中依然包含了一種人類元素。人類希望認識天空，解答相關問題的渴求，也因此我們才設計、打造太空船。人類秉持聰明才智，計算出彈道軌跡和星曆表（關於行星天體和太空船在特定時點的精確位置之計算結果）來引導太空船運行跨越行星際距離。喜好追根究柢的人類心智分析資料，歸出結論並成就發現。就連我們這群非火箭科學家的人類，也都震懾沉迷於美不勝收的太空影像，驚詫嘆服於來自遙遠地方的美妙新發現。這些機器讓我們得以在舒適的母行星，安然探索宇宙。

不過，把機器人太空船送上太空執行任務，可不是件容易的事情。

按照一般歷程，天文學家和行星科學家有可能投入多年，辛勤鑽研本行專業，接著發展到了某個時點，一道未解問題或深奧謎團便激發一項觀點，催生出一款儀器，或甚至一艘塞進了許多儀器的滿載太空船，來研究那項謎團。初步任務概念和概要輪廓，都與潛在協同研究單位一起勾勒成形。

接著科學家就必須等待時機，期盼美國航空太空總署、歐洲太空總署（European Space Agency, ESA）、日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）或印度太空研究組織（ISRO）等太空機構發布所謂的「機會公告」（Announcement of Opportunity, AO），來徵求太空任務企劃案。不過太空機構通常只徵求某特定任務類型，所以倘若科學家想執行的任務，不隸屬這項AO的內容範圍（沒錯，太空探測界到處都是縮略用詞），他們就必須再多等一陣子，靜候良機出現。

最後，當合宜展望出現眼前，科學家便組織一支團隊，撰寫企劃案。科學家通常都必須投遞好幾份企劃案，來宣揚他們的構想，期盼他們的任務能通過好幾輪專家審核，雀屏中選。到最後只有極少數非常幸運的人士終於贏得太空機構贊助。接著他們就必須開心地（甚至瘋狂地）動員，安排打造儀器和太空船，而且一般都必須經過好幾次改動修正。發射載具（火箭）也需要先期安排並確保期程。喔，還有，該國國會仍有可能決定裁減太空機構預算，於是原本認定已經核准的任務，就有可能遭擱置或乾脆整個取消。

這整個過程有可能費時數年，甚至幾十年。而且也不保證一切事項（火箭、儀器、太空船本身）都將一如要求，完美發揮功能，擔保任務成功。

不過回溯2010年2月間那天，那群科學家歷經多年投入規劃和辛勤工作，終於達到了完美高峰。太陽動力學天文台（Solar Dynamics Observatory，稍後各位就會讀到箇中詳情）太空船成功發射，劃下任務操作的壯麗起點。

得以親睹任務科學團隊臉上展現的興奮和喜悅，是我永生難忘的寶貴經歷。為《今日宇宙》撰稿這幾年來，我有幸「隨船」跟著這些任務上太空：我得以密切關注這些任務，分析發現，並結識部分相關出色人士。我還有幸與公眾分享這些任務的驚奇故事，還有促成這些任務──構思任務，建造太空船，還有鑽研資料，以及負責照料我們的機器人特使前進深入宇宙──的科學家和工程師的故事。

這些機器以及它們背後那群人的傳奇故事令人嘆服，充滿精采情節，以及種種彎曲轉折。就如許多太空科學家所述，他們始終不知道自己會發現什麼，而且他們都學到了該事先料想始料未及之事。

本書只針對21世紀早期幾項機器人太空任務，勾勒執行經歷的瞬間寫照。太空任務有開始有結束，有些延續數年，甚至數十年；另有些則只執行幾個月。不過就所有人類冒險故事來看，一段故事的結束，也就象徵另一段故事的開始。探險故事延續不絕，相互連貫。

除了這裡細述的情節之外，還有許多奇妙的機器人太空任務持續進行，我鼓勵各位著手探尋，深入了解那些任務。本書最後一章介紹了好幾項即將投入的新任務。

今天，伴隨這些任務啟程探究宇宙，已經不再是記者的專利，幾乎所有人都能夠辦到。線上存取以及社群媒體連接，讓一般大眾有辦法參與這些事件、向美國航太總署以及其他太空機構提問、觀賞影像並得知種種發現，有時還能在事發當下即時進行。

此外，隨著民間科學計畫逐步推展，就連一般人都不只可以伴隨，還能真正成就其他事項；如今所有人都能實際對科學進程做出貢獻。還有什麼事情比發現隱匿星系、新的超新星、先前未見的月面環形山或火星撞擊坑，甚至於環繞另一顆恆星的新行星還更令人振奮？如今已經有尋常百姓發現了這類天體，而且還有更多等著被人發現。

陪我們一起上太空吧……

一路熱鬧上太空

人類太空飛行當然是十分引人注目──而且也始終是我的報導生涯中很重要的環節──關於不載人的機器人太空船，也始終是我心之所向。這種機器是我們探訪宇宙的使者，代理我們飛往人類還無緣前往的遙遠地方。從小到大我不斷聽說水手號（Mariner）、維京號（Viking）和航海家號（Voyager）這樣的太空船大膽執行一些最早期的深太空任務，並開創劃時代發現，改變了我們對太陽系的看法。它們帶我們認識先前只能夢想，還有藝術家只能想像的世界。

如今我們每天都能從駐紮在其他行星、矮行星、小行星、彗星和月球等宇宙鄰里天體的...

緒論　　一路熱鬧上太空
第一章　破解冥王星之祕：新視野號
第二章　伴隨好奇號漫遊火星
第三章　一新耳目：出色的哈伯太空望遠鏡
第四章　飛越兩個世界：曙光號
第五章　追獵行星：克卜勒任務和搜尋其他世界
第六章　揭開星環世界和土星冰凍衛星之謎：卡西尼－惠更斯號
第七章　載太陽全年無休：太陽動力學天文台
第八章　勇往直前：火星偵察軌道器和高解析度成像科學設備
第九章　攝月任務：月球勘測軌道飛行器
第十章　前瞻未來：值得關注的任務和發現
尾聲　為什麼探測天空？

緒論　　一路熱鬧上太空
第一章　破解冥王星之祕：新視野號
第二章　伴隨好奇號漫遊火星
第三章　一新耳目：出色的哈伯太空望遠鏡
第四章　飛越兩個世界：曙光號
第五章　追獵行星：克卜勒任務和搜尋其他世界
第六章　揭開星環世界和土星冰凍衛星之謎：卡西尼－惠更斯號
第七章　載太陽全年無休：太陽動力學天文台
第八章　勇往直前：火星偵察軌道器和高解析度成像科學設備
第九章　攝月任務：月球勘測軌道飛行器
第十章　前瞻未來：值得關注的任務和發現
尾聲　為什麼探測天空？