太空直播體驗與人造流星雨

上海的天際線上,模擬人造流星雨。 Image copyright Astro Live Experiences
Image caption 上海的天際線上,模擬人造流星雨。

你驚奇地坐觀天空,劃過蒼穹的「人工流星雨」燦爛奪目,此時此刻便會覺得信貸緊縮何嘗不是一件幸事——至少在某種程度上如此。2008年的經濟危機後,岡島禮奈(Lena Okajima)決定辭去在金融機構的工作,創立一家新的風險企業。她的公司業務是將衛星發射升空,在進入預定軌道後,再發射人造流星雨。

過了10年後的今天她解釋說:「我不得不換工作,因為當時的金融形勢非常糟糕。」

早在那以前的2001年,她看到獅子座流星雨的自然現象,便萌生此意,想人為製造流星雨。

岡島說:「流星雨是由外太空非常微小的顆粒闖入地球形成的,因此我們認為發射小型衛星,可以人為製造流星雨。」

如今,岡島創辦的公司「太空直播體驗」(ALE)計劃將發射首顆製造流星雨的人造衛星,已開始在太空進行實驗。如果實驗成功,該公司就能夠在特殊場合為成千上萬觀眾製作流星雨,也許還會推出其他形式的太空娛樂表演。但岡島打造「人工流星雨」的計劃真的可行嗎?

她當然雄心勃勃。這項人造流星雨技術為每顆衛星裝載400粒金屬小球,每粒直徑約為2厘米(不足1英寸)。人造衛星將在指定的時間發射其中的一些小球,以讓流星雨能持續3至10秒。岡島說,「人造流星雨的全場表演可達幾分鐘。」

該公司的一則宣傳影像資料顯示,衛星進入軌道後,其尾部發射出一些特殊小球。小球穿過大氣層,飛速下降,在發熱燃燒過程中開始發光,在城市上空,當然還有富士山的夜空,形成美麗的流星雨效果。

這項技術效仿自然界流星的運行機制,地球行星繞太陽公轉時,宇宙塵埃或小隕石的細微顆粒物飛過地球繞日軌道,有一部分會闖入地球大氣層,因受摩擦而燃燒發光,從而形成流星雨。

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Image caption 宇宙塵埃或小隕石的細微顆粒闖入地球大氣層時,因摩擦燃燒發光,形成自然界流星。

在該公司的宣傳片中,實現人造流星雨的過程看起來輕而易舉。但事實上絶不簡單。岡島的同事勒馬爾(Adrien Lemal)是空氣熱力學工程師。他解釋道,人造衛星釋放出金屬小球,必須做到相當精確,且保持高速運轉,否則小球可能無法按計劃回落至地球大氣層。

為了完成目標,勒馬爾團隊設計了以負壓為驅動的氣缸系統,可以8千米/秒的速度將小球發射出去。

勒馬爾說:「這是人類在地球上前所未有的發明,我們必須確保衛星升空後順利發射小球。」

不過,真正關鍵的地方也許是,那些用作人造流星的金屬小球到底是用什麼製成的。對此問題,勒馬爾和岡島都閉口不談。

勒馬爾言辭堅決:「對於金屬小球的構成,我們拒絶透露任何信息。」

然而,他樂意向我們解釋,團隊所選用的材料經過特殊處理,使人造流星比自然界流星更為絢爛。此外,他們可以通過調整小球的組成成分,使其燃燒時發出不同顏色的光芒。

研究人員利用實驗室的設備,對這種材料進行熱處理,使其產生等離子體(熱電離氣體),發出特定波長的光。該公司已經成功測試了幾種顏色,如藍色、綠色和橙色。岡島解釋稱,紅色位於光譜的一端,沒有那麼活躍,因此要顯現紅色比較麻煩,為了顯示紅色,科研人員已經對小球的成分採取「優化處理」。兩位依舊不肯透露具體的做法。

團隊對人造流星雨技術已研究了好幾年。但再過幾個月,公司有望通過小型固體燃料火箭,將首顆人造流星衛星發射升空,日本宇宙航空研究開發機構(Jaxa)負責火箭的發射工作。

岡島說:「發射窗口時限是從(2018年)12月到明年(2019年)3月。」她繼續補充道,對於此次衛星發射,她既「激動不已」,也「感到焦慮」。

具歷史意義的人造天文現象

英國皇家天文學會(Royal Astronomical Society)的梅西(Robert Massey)表示,原則上,採用特殊材料製成的金屬小球是不錯的做法。他解釋說:「流星的大小不過如沙粒一般,如果人造流星是子彈那麼大,效果將明亮很多,在夜空中會非常明顯。」

以前,人類特意將不再使用的宇宙飛船收回地球,當這些廢棄的衛星或太空船進入地球大氣層燃燒時,也曾形成非常壯觀的場面。即使不是流星,我們也曾人為地製造過天文現象,不過沒有引起多大的關注。上世紀80年代,科學家通過地球磁層粒子示蹤探測器向地球磁層釋放雲霧狀的金屬,試圖產生類似彗星的天體現象。

舉例來說,雖然研究人員通過小型望遠鏡,才能觀測到人造彗星效果,但研究目標並非是為了娛樂地球大眾。探測任務幕後的科學團隊希望通過這項研究深入了解太陽風這個電磁現象如何影響地球的天氣。太陽大氣最外層射出大量電子流,形成太陽風,對地球有影響。

人造彗星衛星載有金屬鋰或金屬鋇的煙霧罐。這些金屬煙霧罐在近地太空引爆時,釋放出雲霧狀的金屬,金屬煙霧飛進太陽風後形成等離子體(帶電粒子)。結果地球上觀測到一枚有頭有尾的小彗星的出現。這個帶電粒子彗星穿過地球大氣層時,研究人員利用儀器測得其能量參量。

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Image caption 人造流星雨終將能與自然天文現象相媲美嗎?

但是,讓探測任務科研團隊倍感振奮的地方不僅在於地球磁層的數據採集。人造彗星本身也是一項很酷的事。倫敦大學學院(UCL)穆蘭德空間科學實驗室(Mullard Space Science Laboratory)的科茨(Andrew Coates)是這項探測任務的項目經理,負責等離子體的研究工作。他說:「從科學的角度來說,這是很有幫助的研究,而且也讓研究人員(有志於此)觀測到很酷的結果,這的確是相當吸引人的工作。」他回憶起自己透過望遠鏡望向天空,當時的感受是「幾乎肯定」他親眼見到了這枚人造彗星。

科茨指出,在人造北極光方面,人類也曾取得佳績。早在1969年,研究人員進行相關實驗,實現了人造北極光。電子加速器搭載火箭,衝進地球大氣層,引爆電子脈衝,單次的爆炸時長為一秒,以此頻率返回地球。科茨坦言:「實驗的目標是利用地球磁場,產生五彩繽紛的奇景,這個想法很吸引人。」

以天為幕的燈光秀

顯然,岡島的想法與之類似。她說:「我們希望以天為幕,營造出美輪美奐的效果。」

但是,人為地將地球大氣層變為帶電粒子的燈光秀,這麼做有沒有害處呢?

南安普頓大學(University of Southampton)的劉易斯(Hugh Lewis)是太空碎片和太空廢棄物方面的專家。這些廢棄過時的人造衛星和太空船部件形成的太空垃圾,至今還在繞地運行,確實對其他仍在使用的衛星和國際空間站(ISS)上的宇航員造成威脅。

劉易斯說:「既然我們極力倡導在太空環境中要文明良好,為何要將一些東西發射到太空而只圖其視覺效果,這麼做是很有問題的。」

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Image caption 一些專家對能夠凖確地在地球某處夜空製造一場流星雨表示懷疑。

劉易斯提到,岡島公司計劃在近地球較低的太空製造流星雨,即使金屬小球未能充分燃燒,產生碎片垃圾,也不會對大多數衛星和國際空間站造成威脅。沒過多久,碎片終究能落入大氣層,回到地球。但是,今後還會有別的人造衛星在此空間展開工作,因此人造流星的殘留物可能會帶來問題。

勒馬爾說,他們做的大量的模擬實驗顯示,人造流星不充分燃燒的概率極低。他說:「我們的實驗不會造成環境污染,不會產生碎片垃圾,對此我們很有把握。」他繼續說道,小球的化學成分是「無毒」的。然而,這是前所未有的科學探索,因此該公司正在配合太空碎片委員會的工作,以確保人造流星雨的做法符合現有規定。

不過,劉易斯還有別的疑問。岡島的公司將按照今後客戶的要求,在指定的地點營造一場流星雨,對此他不太相信。因為人造衛星的運行軌道如何隨時間而變化是極難預先設定的。如果衛星的軌跡稍有偏離,為了彌補偏差,提前釋放流星顆粒,那只會使設定工作更為困難,「人工流星」將於何時何地上演,難以把握。

岡島公司聲稱其人造流星雨表演,在方圓200平方公里內的人們都能觀賞到,據說也進行了模擬實驗,表明能夠在指定的時間和地點製造一場流星雨。但劉易斯抱有懷疑態度。他說:「可能到時看到的流星雨是在另一個洲。」但到底如何,只有時間和真實的實驗才會給出答案。

即使人造流星雨真的能實現,肯定有一些人更喜歡自然實景。

梅西說:「我認為,我們無從主宰但卻非常美麗的自然現象永遠令人著迷不已,能夠引發浪漫多情而哀傷的情緒,這是人造流星雨做不到的。」

毫無疑問,岡島對此不同意。過去的20年裏,打造「人工流星雨」一直是她的夙願。儘管曾遭人否定,經歷了重重挑戰,遇到很多可能出現的困難,但她堅持到底的決心毫不動搖。

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