科學人雜誌 4月號/2023
特別收錄 / 編輯的話：
明亮的夜，人造的星――告別曾有過的寧靜星夜
文 / 孫維新
1995年6月29日的傍晚，我正在美國加州大學里克天文台（Lick Observatory）的觀測室裡整理晚上的目標資料，駐站天文學家史東（Remington Stone）進來叫我：「要不要去外面看一個即將發生的歷史畫面？」我們來到戶外山邊，暮色漸濃，史東指著仰角35度的天空一隅，讓我目不轉睛地盯著該處，他自己看著錶倒數計時：「五、四、三、二、一……」，瞬間該處竟出現一顆正在緩慢移動的亮星！這是一個如此奇妙的畫面，我訝異而驚喜地看著這個亮星橫過頭頂，消失在天際的另一側。
那顆星不是自然天體，那是美國的太空梭亞特蘭提斯號（Atlantis）和蘇俄的太空站和平號（Mir）連在一起牽手飛行的壯觀畫面！也是1991年蘇聯解體、冷戰結束後，美俄兩國第一次在太空中的真誠合作。
美東時間那天早上6點，亞特蘭提斯號來到地球上空394公里處，從稍低一些的下方軌道，逐漸抬升接近和平號，下方軌道環繞地球的速度稍快一點，才能追上軌道高一點的和平號。
當和平號上的俄國太空人第一眼看到太空梭，就開始播放俄國民謠表示歡迎。經過兩個小時的逐漸接近和精巧控制，太空梭的指揮官吉布森（Robert L. Gibson）和和平號的指揮官德朱洛夫（Vladimir Dezhurov）穩定地將100噸的太空梭和123噸的和平號對接在一起，瞬間這個結合體就成了有史以來在地球軌道中最大的人造物體！
雙方打開艙門，吉布森和德朱洛夫相向漂近，緊握雙手，慶祝這個歷史時刻，然後交換禮物，美國人帶來了巧克力、水果，和鮮花（好看但不實用），俄國人則奉上傳統迎客的麵包和鹽（不好看但實用）。這個結合體共飛了五天，分開時太空梭載回了三位原先在和平號上的太空人，兩俄一美，這個軌道對接任務前後進行過11次，成為接下來從1998年開始建造國際太空站（International Space Station）的先期計畫。今天大國交惡，再回看這段歷史，讓人不勝唏噓。
您會不會好奇，為何當時這個「亮星」會突然出現在仰角35度的天空，而不是在地平線上升起時就可以看到？因為當時太陽角度已經很低，這個結合體要繞出地球陰影才會被太陽照到，也才會反光讓地面看見，所以我們才會看到它在天空中某一點突然出現！
這次的觀察，終於讓我完成了心中願望，前不久1993年12月2日的一次太空梭任務，是要去修復哈伯望遠鏡不能聚焦的問題，就在修復成功之後，我遇到這次任務的主要科學家赫斯特（Jeff Hester），他跟我誇耀他在這次任務的發射現場看到的景象：就在12月2日的凌晨，太空梭奮進號（Endeavour）點火升空，大約80分鐘之後，現場人員的頭頂上劃過一顆一等亮星，那是哈伯望遠鏡！隔了10分鐘之後，又看到一顆一等亮星追了過去，那就是太空梭！聽了他的體驗令人神往，我自此希望自己也能看到低軌衛星能橫過天際的畫面，終於，在1995年於里克天文台完成了這個願望！
但接下來呢？
近年來在地球低軌道中的衛星越來越多，即使您不想看，它們都會在您眼前晃來晃去，更不用說天文觀測者的廣角長曝光照片，常常在完成之後，會看到畫面上有著許多白色斜線，這些就是低軌衛星們反射陽光在圖像中留下的軌跡，我們的星夜，是否已經無法回到曾經有過的寧靜？
2019年地球周遭有3300個使用中和已廢棄的衛星，到2023年這個數目已經來到6300個，從目前各國申請衛星執照的數量來估算，過幾年地球軌道中的衛星會超過6萬5000個，那時當我們走到「星空」之下，仰頭看到的光點，每15個就有一個是人造衛星。我就想，除了「認識星空」這門課之外，是否我應該加開一門「認識衛星」？免得同學們在星空下許願許錯了對象
這些低軌衛星來自各個希望能自創環球通訊的國家，其中尤以美國太空怪傑馬斯克（Elon Musk）最為關鍵，他的「星鏈」（Starlink）計畫第一期要發射1萬2000顆低軌通訊衛星，第二期要發射3萬顆，最終形成一個巨大的衛星網，密密麻麻地包裹住地球，建構一個以這些衛星為基地台的地面6G網路。目前「星鏈」衛星已經有3000多顆進入軌道，您只要付上599美元購買設備，每月再付上119美元，就能使用目前初步開始運作的「星鏈」系統。
這期《科學人》雜誌我們結合了主題文章〈低軌衛星――星空殺手〉，邀請了葉永烜院士就低軌衛星如何影響天文觀測，撰寫一文〈夜空的星星危機〉，葉老師的文章清楚而完整，不僅介紹了各國發射低軌通訊衛星的現況、這些衛星對地面光學和電波天文觀測的影響，也提到了這些衛星壽命有限，年限到了失效崩解，將對地球周邊的太空環境產生極大的污染。
在過去數十年裡，太空先進國家一頭熱地將大量衛星射入軌道，卻沒有辦法在其壽命告終時妥善處理、不留危害給後人，這是這些國家必須扛責的惡行和無從迴避的責任。但「危機就是轉機，轉機就是商機」，往後20年「太空垃圾」的清除將是太空行業最大的市場之一，目前仍是藍海一片，台灣的有志青年，平常就會去「淨山」、「淨灘」，有沒有想過要去「淨空」？
面對天文學家排山倒海的指責和質疑，馬斯克仍然保持一貫的狎謔笑容，持續鬼扯，說是會將衛星表面的反射率降到7等，比6等星更暗，就不會有影響了，但這對天文觀測一點用處都沒有，的確，6等之後一般民眾肉眼就看不見了，但天文圖像多半需要長時間曝光，9等或10等就已經是亮得不得了的星，我自己的博士論文做的是「明亮的類星體」，亮度是16等，比6等星的「星鏈」衛星要暗上一萬倍，這該怎麼說？
針對本期的這個主題，我聯絡了中央大學鹿林山天文台的林宏欽台長，請他問一下使用過這個研究型天文台的同仁，有沒有遇到過衛星軌跡污染圖像的狀況。剛開始的回應都還好，因為多數師生都使用長焦望遠鏡觀測，視野小，不太容易受影響，但後來收到一張清華大學天文所陳文心同學在鹿林拍攝的彗星照片，那上面的白色線條數量之多，令人難以置信！葉永烜老師把這張照片用在他的文章之中，請讀者參看，我算了一下，這張照片上竟然有45條斜線！畫面中央的那顆彗星，據說是主要目標，被無數白色線條緊密包夾，看起來憋屈得可憐！
這期《科學人》雜誌的封面，我們使用了「全國大學天文社聯盟」錢昕同學拍攝的圖像，彗星C/2021 A1（Leonard）拉著長尾，正對著鹿林山天文台的一米圓頂，看起來好像是反過來從一米望遠鏡對夜空發射的一束探照燈光，相當精采！《科學人》的編輯發揮巧思，參考陳文心同學的衛星軌跡照片，將封面加上了螢光塗料線條，各位讀者初拿到手，會看到一個正常的星空封面，但是當您把這本雜誌拿到暗處，就會看到上面多了許多斜向線條，象徵我們的暗夜星空正在受到深刻且無法回復的影響。
我也希望藉此機會讓讀者能認識鹿林山天文台這個台灣之光，就請林宏欽台長提供了我文中這張廣角的「星軌」圖像，圖中下方前景是鹿林山天文台的設施，中央的畫面則是在長曝光時，夜空恆星運行拉出來的弧線，可以看得出來，所有的星點都在圍繞中央的北極星轉圈圈！這幅圖像的科學內容相當豐富，我們可以看出北極星不在正中不動，它也在繞一個小圈圈，半徑大概是0.5度，也就是說北極星和真正天北極那一點大概有一個滿月的距離！另外可以從每顆恆星畫出來的弧，算出這張片的曝光時間，這不難：要拉出一整個圓圈360度的星軌，要等地球自轉24小時，所以如果這個弧是30度，那這張照片的曝光時間就是兩小時了。如此壯觀震撼的圖像，要是上面遍佈大量平行白線，我們看了會作何感想？
這張圖像還有更令人傷感的一點，就是地平線上的城市光害。試想，我們已經是在海拔2860米的中央山脈上，是在遠離塵囂的玉山國家公園裡，但仍不能免於西部城市經由大氣雲層反射所造成的觀測光害！記得有一回和林宏欽台長站在圓頂外星空下，看著西邊地平，他隨手指向那一叢一叢的光：「那是彰化，那是台中，那是豐原……。」
城市的燈光越璀璨，表示文明越進步，生活越方便，而這個方便與進步，也包含無遠弗屆的手機訊號，這對第三世界低度開發國家尤其重要。不久的將來，當人手一支「特斯拉」手機，全天候接收來自「星鏈」衛星的訊號，即使您爬到了珠穆朗瑪峰的頂端，手機仍然是6G滿格，那時您抬頭仰望被衛星軌跡嚴重污染的高原星空，再低頭看看手上的6G手機，不知您會指責馬斯克，還是感謝馬斯克？
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