1610年,義大利天文學家伽利略首度觀察到土星「長了耳朵」,成為了土星環第一筆觀測資料。
387年後,美國太空總署(NASA)與歐洲太空總署(ESA)合作發射卡西尼號,在1997年展開了土星探險;2004年7月,卡西尼號到達了土星周圍,其後陸續將土星與衛星的資料傳回地球。
預計在2017年9月結束任務的「卡西尼探測土星計畫」(Cassini Saturn orbiter),由歐美雙方合作、耗資超過30億美元,背後的推手正是葉永烜。
推動卡西尼計畫,挖掘土星真相
在葉永烜1982年提出卡西尼計畫前幾年,美國太空總署已經連續發射兩艘太空船略過土星,並傳回土星和衛星的圖片,當時就有科學家猜測土星的最大衛星「土衛六」(泰坦)可能是太陽系中與地球最相近的星體。
「我們都知道土星、木星在哪裡,但走得不近訊息就不足夠,靠近才能知道它真正的構造是什麼樣子。」既然火星、木星當時都已派出太空船探測,土星就是下一步要做的計畫。於是,葉永烜和法國科學家丹尼爾高迪耶(Daniel Gautier)共同提出了「卡西尼計畫」。
然而,計畫提出的時機相當敏感。NASA與ESA正因為過去一個合作案鬧翻,反而在葉永烜不知曉這段故事之下大膽提出計畫,因而重建雙方因為科學家的對話而展開的合作關係。
隨著卡西尼計畫一步步進行,科學家對於土星大氣、土星環、衛星也有更深了解。像是發現泰坦上除了有大氣層,還有湖泊與山脈;另外一個衛星「土衛二」也可能存在生命跡象。 卡西尼計畫的成功,讓NASA在2009年頒給葉永烜「特殊公共服務榮譽勳章」,表彰他的貢獻。
做別人沒做過的事
雖然卡西尼計畫即將結束,但手擁豐富第一手資料的葉永烜,還要繼續分析觀測資料,挖掘更多土星真相。
有著一口廣東腔國語,和臺灣的緣分卻是化不開。中國南京出生的葉永烜,1歲時因為國共內戰而和家人短暫逃至臺灣,隨即遷往澳門。即使求學、工作都在美國與歐洲,卻因緣際會成為臺灣女婿,加上在德國認識了當時的訪問學者劉兆漢(後來的中央大學校長),於是在1998年正式到中央大學任教。
雖然在天文所,但葉永烜的研究偏向太空領域,除了太陽系與行星,還有讓他著迷的彗星、小行星。
唸博士班的時候,葉永烜的指導教授漢尼斯.阿爾文(Hannes Alfvén)總是叮嚀團隊,不要做別人已經做過的事,葉永烜一直放在心上。「人家做過的事情很難做之外,把精力放在做新的東西,也是天文的精神所在。」他進一步指出,觀測天文需要用到望遠鏡,在智識(intellectual)上就代表了「探索」,一種對於未知領域的探究。
催生臺灣第一座兩米望遠鏡
1970年代,葉永烜跟著老師做小行星研究,在當時是很冷門的研究主題,「大家都覺得你瘋了。」
為什麼要研究小行星?「地球或其他行星的結構、表面變化,與小行星、彗星的碰撞非常有關。」葉永烜舉例,恐龍的滅亡就是因為受到小行星撞擊地球導致,「我們生命所需的有機物質,是小行星帶來的,它影響了生命的產生與命運。」
隨著小行星的運行軌道在演化中逐漸接近地球,甚至撞擊地球,找到可能危害地球的小行星因此逐漸受到美國政府重視,並在2005年推動「泛星計畫」(Pan-STARRS Project),由夏威夷大學執行。葉永烜因為一次訪問夏威夷大學的機會,與天文研究所所長談起泛星計畫,進而促成中央大學共同參與研究。
「臺灣在太平洋西邊,太平洋中間是夏威夷,夏威夷和臺灣之間沒有天文臺,從美國觀測要追蹤的話,下一個觀測地就是臺灣,因此我們的地理條件很寶貴。」為了增加觀測範圍,葉永烜更催生中央大學的鹿林天文臺建造兩米望遠鏡,目前雖還在環評階段,順利的話3年內就能完成。
彗星研究,尋找生命起源
至於在研究彗星方面,他也帶領團隊參與了歐洲太空總署的羅塞塔(Rosetta)計畫。
羅塞塔經歷了10年的飛行,2014年是第一次有探測器登入彗星表面,從1983年提出合作規劃到真正有資料傳送回地球,歷時超過30年。「你可能會覺得很貴、花很多時間,但30年在整個人類歷史來講是微不足道的,做出來所得到的知識是永久的,基礎科學的精神就在這裡。」葉永烜笑著說:「我覺得很值得。」因為彗星上帶有水與生命組成相關的元素,透過羅塞塔號傳遞的彗星表面物質資料,科學家可以進一步分析,解答太陽系的起源。
科學家看起來應該很「理性」,喜歡畫油畫的葉永烜卻有「感性」的一面。在德國馬克斯普朗克高層大氣研究所工作時,他與家人住在一個人口只有3萬人的小鎮,偶然機會下在鎮上小店買了畫具,拾起小學時喜歡畫畫的回憶,就再也沒停過畫筆。在籌建鹿林天文臺的兩米望遠鏡時,他還義賣自己的畫作募款,甚至開過幾場畫展。
「很多時候人生轉一個彎可能就是走另一條路,命運就不一樣,人生的際遇很難預測。」開完笑說自己因為考不上藝術系,所以才念物理,最後走上太空與天文研究,但葉永烜一直是有著人文關懷的科學家,也很關心年輕人。
「年輕人覺得自己還沒準備好,要唸很多書、準備很多材料才能夠開始做研究,但真正做事情,是在你好奇、一知半解的時候,找到對的時間做對的事,可能就會有成就。」他認為臺灣的環境已經夠好,研究科學要成功,是要利用自己身旁已有的資源來創新,而不是買最貴的儀器,就能期待做出最佳結果。