丁源森 | 天文的新家要蓋好咯

這裡就要解釋一下教授除了教書，更多時候都在幹什麼呢？一般上，比如說在美國（其他國家都大同小異），政府會固定撥款給國家科學基金會（National Science Foundation，簡稱NSF）和NASA 。要知道大學給的錢，一般就是教授本身的薪水，但是這不足以支撐他的科研團隊。這時候學校的科研人員就必須寫企劃書向NSF和NASA要錢做研究。而審核的過程裡，NSF和NASA會邀請其他外面的科研人員對這些企劃書進行雙盲的評估（即雙方都是匿名的，確保完全公正公平）。但問題是全球對於科學的投入最近幾十年都乏善可陳。雖然每次科研人員都需要洋洋灑灑寫數十頁的企劃書，不過真正能拿到錢的企劃書大概就是15至20％。這個比起比如1990年代的40至50％，差別是顯而易見的。

雖然說15至20％聽起來感覺還可以，但是要知道投這些企劃書的都是相關領域的萬里挑一佼佼者。簡單來說就像中國湖南衛視的《歌手》（之前又名《我是歌手》）。作者也常擔任審核人員，所以對這情況也略知一二。大部分時候其實很多科研對於人類的福祉作用是顯而易見的，但政府撥給科研的錢就這麼多，評審有時候確實也就只可以“挑刺”。在《歌手》的語境就是“嗯，這個歌手唱得挺好的，可是就是沒有打動我”，或是“嗯，有那麼一個句子，pitch有點不準” 。

詹姆斯·韋伯望遠鏡要發射了

除了申請研究經費（主要用來付學生的薪水），天文科研工作者寫的企劃書常常是為了申請大望遠鏡的時間。要知道世界最前沿的望遠鏡其實就那麼幾臺，一年卻只有365天，所以大家都搶破頭，希望每年能分到一兩天的時間。而這個秋季，更是出大事情了，因為千呼萬喚的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）終於要在明年底發射了，所以詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在今年11月首次招募了第一輪的企劃書（也是雙盲評選），很多人11月於是都在忙這個企劃書。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡主要的任務是替代已經運行了30年的哈勃太空望遠鏡。簡單來說，就是等了30年，天文界終於要搬新家咯！然而，不是每個人都能馬上入住新家，要知道申請哈勃望遠鏡的時間本來就比申請研究經費還難，一般成功率也就10至15％左右。而詹姆斯·韋伯望遠鏡，作者估測成功率大概是5至7％。什麼概念？百分之五相當於電影 《飢餓遊戲》裡的主角存活率，而且還不是第一季的存活率，是第三季的情況。這些“參賽者”之前都是從一波人中脫穎而出的佼佼者，然後再放在一起死磕。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

那為什麼大家都想要爭取詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的時間呢？簡單的說，就是詹姆斯·韋伯望遠鏡將是歷史上最大的太空望遠鏡（6.5米）。這個面積可是比目前的哈勃望遠鏡的面積要大了個6倍。什麼概念？這個望遠鏡大到沒有火箭能直接裝上它，而必須透過日式褶紙的概念，先把它“褶”起來，等到了太空再機械地“打開”。這裡先解釋幾個概念。

一、為什麼要建大望遠鏡呢？

這個其實很好理解。請想像天空中下著微雨，宇宙裡的光就像這些雨滴。你有越大的桶，同時間裡就能盛到更多的雨水。而詹姆斯·韋伯就是一個6倍大的大桶，所以收集光的能力和速度將是原本哈勃望遠鏡的6倍。以前要看10年的東西，現在不到兩年就可以完成。而有越大的望遠鏡就能看到越暗的天體，同理也能看到越遠的天體。

二、可能大家又要問了，為什麼要花這麼大的力氣把望遠鏡發射到太空裡？好好地在地球上建望遠鏡不是很好嗎？

當然，地上的大望遠鏡也很重要，而且確實也大得多，目前地球上建的光學望遠鏡最大是30米左右（等於半個足球場），這個以後再說，但是太空望遠鏡重要的地方有兩點，而這兩點都和地球那“該死”的大氣層有關。首先，大氣會使得光線變得模糊，這也是為什麼從地面上看星星，星星會“眨眼”。而有些天文觀測需要非常精準的定位和追蹤，比如說前幾期聊到的那種可以跨過一個南中國海看一根頭髮的晃動，就只能在太空裡實現。其次，地球大氣當然是個好東西。大氣擋住大部分有害的紫外線、X—射線等，但是也因為這樣，地球的大氣也“過濾”掉了很多有用的信息，導致地面上的望遠鏡只看到能透過大氣的光。比如說除了看不見的紫外線，地球的水氣也吸收了部分的紅外線。

你看到的太陽是8分鐘之前的？

那詹姆斯·韋伯望遠鏡能給天文帶來什麼突破呢？這裡可從以上的兩點來展開。關於第一點，即能看到更遠的東西，這裡就要說到其實宇宙本身就是一個時光機。怎麼說？光的速度是有限的（約30萬公里每秒）。比如說太陽的光從太陽發射到地球需要約8分鐘。也就是說，我們現在看到的太陽，並不是當前的太陽，而是太陽8分鐘前的影像。要知道宇宙的寬廣可要比這個距離大得太多。而天體物理一個很重要的分支就是去看一些非常遙遠的星系，這些星系非常遠，它們的光是經過幾百萬億年才跨過宇宙到達地球。

就好像說，你給自己寄一封信，如果這封信需要20年後才收到，那你20年後收到的時候，就可以透過信件瞭解到20年前的自己。這也是為什麼，我們常常說我們可以瞭解宇宙早期的情況。因為宇宙大到，只要我們可以看得更遠，這些“信件”都是百億年前“寄出的”。詹姆斯·韋伯望遠鏡能夠做到的，就是比哈勃望遠鏡看得更遠，收集一些更久遠的早期宇宙給地球人捎來的信件，所以也就讓我們更能窺探到宇宙早期的情況。

而關於第二點，能看到一些其他波段的光，那就要說到另一個天文的熱點，也就是尋找太陽系以外的外星文明。要知道天文從業員都不是直接去“找”外星人（因為太遠，臣妾真心做不到），所有的努力都是在找一些有類似與地球大氣一樣的行星。可以想像一下，如果外星人要發現地球，最好的方式還真不是電影裡那些開著飛船亂闖的笨蛋外星人。最佳的方式，是看看比如說太陽的光透過地球以後，有沒有一部分的光被地球的大氣吸收掉。而通過了解這些被吸收掉的光，就可以推算地球大氣的成分，進而知道這個行星存不存在生命體徵。而這也是詹姆斯·韋伯望遠鏡的一個重點，看看有沒有一些星星的光透過他們的行星時，有這些被水分（和其他有機氣體）吸收過的痕跡。

暫時說再見

詹姆斯·韋伯望遠鏡明年發射固然是科學界的一大盛事（如果萬一發射失敗，天文要往前進步恐怕就要再等個30年），不過另一方面我們這30年來還一直用著老舊的哈勃望遠鏡卻側面的反映了一個問題。常常別人會問為什麼要花錢在基礎科學上，可是大家可能比較不知道的是，科研的經費相對於政府其他花錢的領域簡直是九牛一毛。政府以外，隨便一個跨國企業的財力如果願意在指縫中漏一點給科研人員，就可以讓科學上有質的飛躍（大家可以腦洞一下，如果我們的疫苗科技比現在強個10倍，也許我們就不會有今天的窘況）。但是在目前的嚴峻情況下，當政府要砍經費，科學往往就首當其衝。

這結果是一個無限往下墜的死循環。科研人員花了好大力氣申請一些可能其他領域都看不上的經費，但竭盡全力掙扎求存卻也導致認真做科研的人，再也沒有力氣去和大眾做交流。缺乏交流導致大眾對於科學意興闌珊，也導致居心不良的人有機可乘。而這之後，政府就更覺得可以向科學經費開刀，然後這個惡性循環就造成了今天很多科研的種種困境。而這一點也是作者這麼多期以來希望能盡一點微薄之力改變的現狀。

當初【新教育】找上我的時候，我一直想，我作為一個理工男，文筆上想當然非常一般，說起科學來也肯定沒有那些職業做科普的YouTube達人說得清楚（我自己很喜歡看的頻道叫Veritasium，向大家推薦一下）。不過唯一可以提供作為參考的就是我作為一個科研從業員的所思所想，不只分享一些科研的樂，也希望大家看到科研的苦。

最後，由於最近被申請經費，兼顧科研，同時帶學生做研究搞得身心俱疲，所以會休筆一段時間。期待往後有機會再與大家分享。

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