太陽風暴
The Sun Kings:The Unexpected Tragedy of Richard Carrington and...
2011 行政院新聞局第33次中小學生優良課外讀物推介.科學類得獎
原文作者╱
Stuart Clark
作  者╱
史都華.克拉克
譯  者╱
嚴麗娟 譯
出版社別╱
博雅*
書  系╱
萬象考
出版日期╱
2015/11/01   (1版 2刷)
  

I  S  B  N ╱
978-986-6614-54-5
書  號╱
RE10
頁  數╱
256
開  數╱
25K
定  價╱
280



2012世界末日預言:超級太陽風暴襲擊地球
太陽風暴如何形成?何時出現?又會帶來什麼影響?
讓歷史告訴你答案!

  一八五九年九月,翻騰的氣體籠罩地球,空中出現血紅色的極光。世界各地的電報機器爆炸起火,羅盤指針亂轉,彷彿受到巨大的磁力拳頭一擊。沒有人知道這股奇怪的力量從何而來,唯一能夠解答的人,就是英國的業餘天文學家卡林頓。
  本書把我們帶回十九世紀最重要科學爭議的核心。在饒富興味的述事中,克拉克告訴大家卡林頓觀察到太陽表面出現神秘爆發背後的故事,這是歷史上第一次留下紀錄的太陽閃焰,也揭開了現代天文學的序幕。本書也透露許多天文學家彼此之間的恩怨情仇,私人醜聞終究導致卡林頓的科學事業化為烏有。

史都華.克拉克(Stuart Clark)
  天體物理學博士。曾任英國最暢銷的天文學雜誌《當代天文學》(Astronomy Now)編輯。他寫了幾本書,包括《星際之旅》(Journey to the Stars)和《外太空:宇宙的開端》(Deep Space: The Universe from the Beginning)。
※譯者簡介
嚴麗娟 譯
現職:現從事軟體全球化工作,業餘喜愛閱讀和翻譯
學歷:台大外文系畢業
   英國倫敦大學語言學碩士及西敏斯特大學翻譯碩士

序 曲 狗的年齡
第1章 燕子來了,夏天的腳步不遠了?
第2章 赫歇爾的荒謬理論
第3章 磁場聖戰
第4章 同生同變
第5章 日夜運作的天文台
第6章 完美太陽風暴
第7章 太陽的魔掌
第8章 最有價值的東西
第9章 無法越過的魔鬼障礙
第10章 太陽的圖書館員
第11章 新閃焰、新風暴、新領悟
第12章 伺機而動
第13章 雲室
尾 聲 磁星的春天

數學起源:進入
古代數學家的另
類思考
化學,就是這樣
的!
50則非知不可
的政治學概念
創意不足?用T
RIZ40則發
明原理幫您解決

50則非知不可
的數學概念
毒家報導-揭露
新聞中與生活有
關的化學常識



書評
「敘事活潑,生氣勃勃……我一看就入迷了。」
──梭貝爾(Dava Sobel),著有《尋找地球刻度的人》、《伽利略的女兒》和《行星絮語》

「內容詳實,筆法優美……很活潑的故事,有詭計、猜忌、惡意、專心致力和堅忍不拔。」
──《出版人週刊》(Publishers Weekly)

「引人入勝的科普叢書:準確、一絲不茍的細節……情節豐富,起伏不斷。」
──米頓(Simon Mitton),《泰晤士高等教育期刊》(Times Higher Education)

「用走的來不及,快跑到最近的書店去買《太陽風暴》……這本書值得一看。」
──昆恩(Jeff Kuhn),《自然物理期刊》(Nature Physics)

「在我讀過的科普歷史故事中,這一本毫無疑問地最出色、最令人神往。」
──金格瑞契(Owen Gingerich),著有《追蹤哥白尼:一部徹底改變歷史但沒人讀過的書》

第六章   完美太陽風暴         【一八五九年】

  要適應新的現狀對卡林頓來說是不容易的。他的寡母搬到瑞得希爾居住,他則在倫敦和酒廠兩地之間通勤。由於酒廠事業的束縛,他只能盡可能撥出時間來進行觀測。他也繼續在皇家天文學會和德拉魯一起擔任榮譽幹事,這項職務讓他在天文學界受人尊敬,但也佔據他大部分的時間。

  不久之後,他被迫必須把一些觀測工作分派給助手。如果他最信任的西蒙斯還在,把天文台委託給別人看管或許就不會讓他這麼焦慮,但自從西蒙斯離開後,卡林頓一直找不到適合的人來取代。新找的助手都達不到西蒙斯的標準。因此,大部分需耗費時間的數學工作只好由卡林頓自己負責,他也盡可能處理觀測工作。他愈來愈沮喪,研究工作一落千丈,無法按時完成。

  一八五九年三月,他聽說牛津的天文學家強生突然去世,得年五十四歲,雷德克里夫天文台一個待遇不錯的職位就空出來了。一聽到這個消息,卡林頓就決定應徵這份工作。一旦回復到全職的天文學工作,就有數學家員工可以利用,這樣他就能把釀酒廠賣給出價較高的人。問題是卡林頓必須離開心愛的瑞得希爾,並且在雷德克里夫天文台的管理委員會召喚他時就必須到場;就像當年在杜倫的情況一樣。

  他寫信給約翰赫歇爾,分享自己的想法並懇求這位六十七歲的科學家作他的擔保人。他寫道:「要我離開瑞得希爾,就像要阿拉伯人離開他最心愛的牝馬,我不知道我們能否分開。」但他找不到其他的解決方法。他希望約翰赫歇爾給他信心,一個有教養的男子居然放棄自己的事業去當雇員,這似乎很奇怪。「在這個大城市裡,一個男人為了收入不多的天文學而放棄收入豐厚的事業,一定會遭人誤解。」但在得到這份工作之前,他不想和別人討論他的意圖,以免有人質疑他的名聲和判斷能力。

  在可以尋求幫助的人之中,約翰赫歇爾應該最能同情卡林頓的處境。約翰赫歇爾放棄科學事業後,就在財政部擔任鑄幣司司長。這份艱鉅的工作讓他不快樂,也徹底削減了他研究科學的能力。約翰赫歇爾只好在一八五五年退休,重拾探索自然世界的工作。

  有了約翰赫歇爾的支持後,卡林頓寄出應徵函並等候回音。好幾個月過去了,他沒有聽到什麼消息。那份工作仍無人擔任,牛津天文台的工作接近停擺。同時,卡林頓仍在瑞得希爾辛苦工作,還不知道一八五九年會成為他名聲大噪的一年。

  首先,卡林頓得知自己的堅持不懈即將得到回報,他將得到這一年的皇家天文學會金質獎章。理由是他只花了三年時間就編纂出了含有三千七百三十五顆星的壯觀星圖。然後到了夏末,在記錄當天的太陽黑子時,他看到了太陽閃焰,那天晚上完美的太陽風暴橫掃地球,磁性效力讓極光籠罩大地。

  卡林頓已經是世界公認的太陽專家之一,這項非凡的發現讓他贏得「太陽王」的稱號,之後也被選為皇家學會的會員,提名他的人都是維多利亞時代天文學界的名人。包括皇室天文學家艾瑞、約翰赫歇爾、第三任羅斯伯爵(他正在建造巨大的望遠鏡,要和老赫歇爾的十二公尺望遠鏡媲美)、保守的劍橋理論學家亞當斯(他斷言海王星的存在,卻未得到重視)、鼓勵卡林頓進入天文學界的查理斯、老朋友德拉魯、以及包括創始童軍活動的貝登堡(Baden Powell)在內的其他十五個人。

  卡林頓的事業原本應該走到了高峰,但他卻覺得自己應該全心投入天文學。某些人只把天文學當作休閒活動,但卡林頓充滿熱情,如果不全心投入就覺得不滿足,他不斷努力,想在商業生意和科學之間找到自己的平衡點。

  釀酒廠唯一的優點就是離寇烏天文台不遠,德拉魯在寇烏鑽研太陽攝影技術也有不錯的進展。九月初的某個早晨,卡林頓在經營生意的途中渡過泰晤士河,穿過寇烏植物園(這裡有來自帝國各處的植物樣本,放在外形類似教堂的溫室中培養),走上長長的車道,進入明亮的天文台白色建築物。

  對寇烏天文台新上任的主任斯悌瓦特(Balfour Stewart)而言,卡林頓的造訪及他對太陽閃焰的描述正是關鍵時刻。他認為磁性變化與卡林頓看到閃焰的時間點吻合,這清楚地表示太陽透過磁力影響地球。當斯悌瓦特之後向皇家學會呈現描摹時,他說在記錄信號時,「發光的天體被當場捉住了」。然而,要了解兩者關聯背後的機制一點也不容易。

  卡林頓的閃焰出現前後都發生了強烈的磁暴。根據格林威治標準時間的紀錄,第一次開始於八月二十八日午夜,第二次則在九月二日黎明前的幾個小時。這兩次磁暴的描摹讓之前的磁力變化看起來微不足道,磁性也發生嚴重的混亂。

  斯悌瓦特相信這三次事件一定有某種關係,他開始從世界各地的磁場觀測站收集資料。所有其他觀測站都有這兩次磁暴的紀錄,但沒有其他觀測站看到和閃焰一致的微小變化。這是因為大多數觀測站都靠觀測人員每隔一小時或固定時間人工測量讀數。的確,如果沒有攝影紀錄裝置持續運轉,寇烏的工作人員也會錯過這微小的磁力變化。斯悌瓦特認為這其中的科學潛力非常驚人。他寫了一篇相關的論文給皇家學會,他寫道:「……如果發光天體表面上的這些斑點(或和這些斑點有關的活動)真的是磁力干擾的主要因素,由於太陽的研究目前是觀測人員最喜愛的主題,則可以期望不久之後,這兩項偉大現象之間存在的確切關聯也會有更明確的定論。」

  斯悌瓦並不是唯一一個被這些磁暴吸引住的人。

***

  在美國,紐約大學的數學及自然哲學教授羅密士(Elias Loomis)正準備前往耶魯大學研究氣象學這門新科學,但八月二十八日出現的極光規模前所未見,吸引了他的注意力。親眼看到極光出現後,他立刻領悟到這次事件的重要性。他在《美國科學和藝術期刊》上發表文章,要求大家提供極光或磁暴的觀測紀錄,還有對電報線路的影響。回應有如洪水氾濫。羅密士自從五年前妻子茱莉亞去世後就離群索居,他篩選目擊者的報告,並掌握了卡林頓的閃焰在世界各地造成災難的驚人情形。

  八月二十八日,約從晚上六點半開始,美國波士頓州街辦公室內的電報線路全都故障了。在其他的辦公室裡,磁暴的攻擊更加猛烈。在麻州春田,電報設備爆出巨大的火花,打到旁邊的金屬架上,當天晚上所有的通訊當然都失效了。電弧持續良久,導致辦公室裡充滿了燒焦的木頭及油漆味道。

  在賓州匹兹堡,當極光的電流就要毀壞設備時,操作員急忙斷開線路上的電池。斷電過程中不只出現了火花,儀器周圍更冒出了「火流」,精密的白金接觸器面臨融化的危險。操作員靈巧地切斷電源,挽救了接觸器,但設備已經熱到燙手了。華盛頓特區的電報操作員羅伊斯(Frederick W. Royce)就沒這麼幸運,強烈的電弧向上跳起,打到他的前額,把他打昏了。雖然他很快就復原了,但這表示磁暴也有可能致人於死。

  操作員一整晚都忙著傳訊出去。他們能期待的,就是在令人恐懼的強大電流再次控制設備前,這三十到九十秒的時間。除了在這短暫的時間內能正常操作外,線路上的電流不是完全消失,就是強烈浪湧使得用來敲打訊息的電樞被磁力緊緊抓住而動彈不得。線路恢復正常時,能進行的業務也不多,因為操作員正忙著和遠方的同事討論這天晚上前所未見的景象,主管也忙著記錄設備的異常狀況,無暇檢查確認有多少訊息被送出。

  所有工作人員都知道較長的線路最容易出現干擾電流,但這天晚上,連比較短的線路也受到影響。從波士頓市中心到哈佛大學天文台的線路只有五公里,但外來電流的影響卻非常明顯。電報操作員知道這種電氣干擾是伴隨極光而產生,很多人一定也想知道天上的光芒是否會和干擾一樣強烈。他們的期待並沒有落空。

  晚上六點之後電報立刻中斷,雖然還不到黃昏時分,但極光的玫瑰色澤立刻佈滿天空,當天色暗下來之後更加明顯。在麻州的紐伯里(緯度四十二度四十八分),東方的極光比西方的日落更加明亮,在密西根州的馬奎特(四十六度三十二分),白色的極光在地平線上如潮水般湧出,到了天頂又變成「毛絮般的深紅色煙霧」。在加拿大的格拉府登(四十四度三分),雞群誤將極光當作晨光而高聲啼叫。在威斯康辛的綠灣(四十四度三十分),有一位叫安德伍的男性對極光秀做出下列完整的描述:

極光出現在北方的天空,但直到晚上九點才吸引眾人特別注意。八點過
後不久,天空開始變紅,變成近似血紅色。不久光線從地平線的四面八
方向上射出,並在天空中央匯集成一個大的發光體。天頂的顏色最為強
烈。光線不斷地從地平線各處往上射出,顏色也一直改變。這些光線散
發出一種強烈的紅光,持續了大約半個小時,南邊和北邊的光線慢慢變
弱,但東邊和西邊的光線持續發光,到了晚上十點才開始變弱。白色的
閃光出現其中,它們從地平線向上射出,前仆後繼,猶如光海上的波浪。
當紅光消失後,白光變得更亮,當一切結束後,白光也慢慢消失。

  熟讀過這些各種報告後,羅密士發現極光跟磁暴都是全球事件。它們差不多同時間出現。他在地圖上畫下極光的位置,發現北半球的極光秀出現的地方形成一個寬闊的橢圓形,傾斜於地球的自轉軸,但傾斜的角度使它正好環繞位於加拿大北極圈內的磁北極。傾斜的極光橢圓形包含北美洲和西半球的熱帶地區,但不包含東半球的熱帶地區。雖然來自南半球的報告比較不完整,但那裡想必也出現了類似規模的極光秀,然而舞台集中在南極洲周圍洶湧的水域上,當地人只能看到一小部分。

  羅密士整理從相隔遙遠的地方看到的彩色光弧和光帶資料,利用三角測量法計算極光的高度。從光弧的特徵看來,他估計極光的底部大約離地面八十公里。從光弧升起的光帶就像恐龍背上具備防禦功能的尖刺,向上衝出八百多公里。寬度則介於八公里到三十二公里之間。在這些報告中,光帶大致都是南北向。

  除了積極鑽研最近出現的極光,羅密士也開始尋找之前留下的紀錄。他很快地發現,只要北半球出現極光,南半球也一定有極光產生,而且兩者涵蓋的範圍都會環繞南北極區。北半球的帶狀區域涵蓋哈得遜灣和一長條加拿大的土地;繼續延伸到阿拉斯加,通過白令海峽,蓋住俄羅斯帝國的北部,然後再回到大西洋,覆蓋冰島和格陵蘭的北部。在這條帶狀區域內,只要晚上天氣晴朗,就能看到極光。離這塊區域愈遠,就愈不可能看到極光。但遠至哈瓦那(二十三度),羅密士也找到前幾個世紀留下六次看到極光的紀錄。在哈瓦那以南的地方,留下的紀錄更微不足道。另一方面,在哈瓦那的北邊,極光的頻率和亮度都愈來愈強,也更有可能覆蓋整片天空。因此他得出的結論是:緯度愈高,極光頻率也跟著增加。愈往北邊走,極光出現的次數愈多。五大湖的岸邊,每年有可能看到幾十次極光。

  羅密士的研究成果更加證實了一八五九年的極光規模是前所未見,電報局的危險表格也突顯這事件的可怕性。人類突然變得更渺小。地球上發生無法解釋的情況,之前科學家一直認為只有重力才能穿越太空,這是人們第一次看到這種和重力無關但卻直接影響地球的現象。關鍵所在就是卡林頓看到的閃焰。突然地,揭露閃焰有何能耐能夠引起極光和磁暴變成了極為重要的事。

  羅密士堅決地認為極光和電報系統癱瘓密不可分。幾位目擊者都描述了極光的移動,或說明光線閃爍的樣子就像風中的旗子。從這些說法中,羅密士發現極光的移動是從東北掃向西南。這和掃過電報線路的極光電流方向一樣,因此他的結論是,極光是因電流通過大氣層而產生。斯悌瓦特也得到大體上類似的結論,他相信太陽閃焰從太陽上射出電流,電流橫掃地球而造成磁暴。

  其他的科學家則想知道極光對天氣有什麼影響。由於兩者都出現在大氣層,所以大多數人認為一定有關聯。他們猜測可能會造成暴風雨,因為暴風雨來臨時空氣中也充滿電力。

  當天文學家努力研究大氣、太陽和磁性現象之間的關聯時,他們很快發現自己陷入「雞生蛋、蛋生雞」的困境。和十八個小時後的磁暴相比,為什麼卡林頓的閃焰只產生微弱的干擾?後續的磁暴和閃焰有關聯嗎?還是十八個小時後出現了更強的閃焰,但沒人看到?如果每個磁暴都是一個閃焰引起的,為什麼我們沒觀察到更多的閃焰呢?這是一個大謎題,觀測太陽的人愈來愈多,一定有人會在對的時間、對的地點看到謎題的解答。

  天文學家開始搜索,連最微小的線索都不放過,宇宙間的相互作用還有不為人知的一面,他們想要了解其中的道理,就要改變做法。舊有的研究方法是被動地測量天體位置和移動,這根本幫不上忙。他們需要跨越太空,推測太陽的本質:基本成分、內部的反應、發亮的成因,當然還有太陽閃焰的起因。

  但他們要怎麼做呢?

  就在同一年,德國的科學家恰巧解開了一個完全不同的太陽謎題,這個謎題已經困惑了天文學家五十八年。解開謎題後,天文學家對宇宙又有了新的認識,也發現了強大的工具。如果我們說卡林頓的閃焰激發了天文學家探索太陽本質的動機,那麼海德堡的克希何夫(Gustav Kirchhoff)和本生(Robert Bunsen)的研究結果則帶給大家探索的工具。