土星探險記 Cassini’s Mission to Saturn

前言
信堅是物理學家,對天文 (Astronomy)、天文物理 (Astro-Physics) 有特別喜好,也曾在 美國航太總署 (NASA) 的主管外星球探測計劃的中心,JPL/Caltech, 工作將近二十年。雖然沒有直接參加這些外星球探測計劃,但耳濡目染,對這一方面也變成半專家。信堅在此,簡單介紹,費時將近二十四年 (1993-2017),將於今年八月結束的土星探測計劃 (Cassini’s Mission to Saturn). [細節可直接到JPL 網站查看: https://saturn.jpl.nasa.gov/the-journey/timeline/]
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一、太陽系 (The Solar System)
太陽系是被太陽的引力繫結在一起的系統,包括軌道直接或間接繞行它的天體。當然,軌道直接繞著太陽的天體,最大的就是8顆行星,其餘顯然都是較小的天體,像是矮行星和太陽系小天體的小行星和彗星。

年齡45.68 億年。至銀河中心的距離27,000 光年。軌道銀河中心週期225–250 百萬年。已知的行星有 8 (水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)。已知的矮行星:穀神星、冥王星、鳥神星、妊神星、鬩神星。

各行星離太陽的距離:
水星 (Mercury) : 0.39; 金星 (Venus): 0.72; 地球 (Earth): 1.00; 火星 (Mars): 1.50; 木星 (Jupiter): 5.20; 土星(Saturn): 9.50,;天王星(Uranus): 19.20; 海王星 (Neptune): 30.10; 冥王星 (Pluto) 39.50. [以地球離太陽的距離為天文距離單位,相當於 149.6 百萬公里。]

二、關於土星 (About Saturn)
土星,為太陽系第二大行星 (僅次於木星)。土星是古人根據五行學說結合其黄色 (土色) 外觀而命名的。土星的英文名稱來自於羅馬神話中的農業之神薩圖爾努斯(Saturnus)。

伽利略是第一位發現太陽系天體細節的天文學家。他發現月球的火山口,太陽的表面有黑子,木星有四顆衛星環繞著。在1655年,惠更斯 (Huygens) 觀測到完整的土星環。在1675年,卡西尼 (Cassini) 發現了4顆土星的衛星,還有土星環的卡西尼縫、木星的大紅斑。在1859年,馬克士威提出土星環不可能是固體的,否則將會因為不穩定而碎裂。他認為環是由為數眾多的小顆粒組成的,每個顆粒都獨立地環繞著土星運行。透過光譜學的研究,立克天文台的基勒在1895年證實了馬克士威的理論。

土星主要有八顆衛星:
土衛一「彌瑪斯」(Mimas)。土衛二「恩克拉多斯」(Enceladus),是土星的第六大衛星。土衛三「忒堤斯」(Tethys)。土衛四「狄俄涅」(Dions)。土衛五「瑞亞」(Rhea),是環繞土星運行的第二大衛星,並為太陽系中第九大的衛星。土衛六「泰坦」(Titan),是環繞土星運行的一顆衛星,是土星衛星中最大的一個,也是太陽系第二大的衛星。土衛七「海碧爾琳」(Hyperion)。土衛八「伊阿珀托斯」(Iapetus是土星的第3大衛星,同時也是太陽系中的第11大衛星。
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三、NASA 的土星球探險計劃史
探測外行星的第一艘太空船是先鋒10 (Pioneer 10),在1973年飛越木星。在1979年,先鋒11 (Pioneer 10) 成為第一艘拜訪土星的太空船。航海者 (Voyger) 計畫在1977年先後發射了兩艘太空船進行外行星的大巡航,在1979年探訪了木星,1980和1981年先後訪視了土星。航海者2 (Voyger2) 繼續在1986年接近天王星和在1989年接近海王星。卡西尼-惠更斯土星探測任務 (Cassini – Huygen’s Mission) 於 1997年放射, 2004年抵達土星,2008年六月完成第一期任務。延續至2017年八月終止。

四、“卡西尼號” 土星太空船簡介
“卡西尼-惠更斯號” 是美國國家航空航天局、歐洲航天局和意大利航天局的一個合作項目,其主要目的是研製並發射先進的探測器,對土星進行系統觀測研究。“卡西尼號”直徑3米,高7米,重6.4噸,攜帶了27種最先進的科學儀器設備。 “卡西尼號”還攜帶了一個專門用於探測土星最大衛星──土衛六的探測器,取名為惠更斯號。

“卡西尼號”攜帶的科學儀器有:等離子體分光計、宇宙塵埃分析儀、複合紅外分光計、離子和中性粒子質譜儀、成像科學子系統、雙重技術磁場強度計、磁場成像儀、無線電探測和測距儀、無線電波和等離子體波科學儀器、無線電科學子系統、紫外成像攝譜儀、可見光和紅外線測繪分光計。

“卡西尼號”於1997年10月15日發射升空,採取了與伽利略號相似的曲折飛行路線,目的是利用金星、地球等行星的引力加速。 2004年7月1日,“卡西尼號”來到了土星近旁,經過減速進入土星軌道。爾後開始在土星系統及各衛星間穿梭飛行,對各個衛星及土星進行較全面的研究。 2004年12月25日,惠更斯號脫離位於土星軌道的“卡西尼號”,飛向土衛六以完成它的使命。

卡西尼探測器的主要使命是:研究土星光環的三維結構和動力學狀態;研究土星衛星的表面成分和地質史等;對土星系進行空間探測,探明土星環的成因,有助於徹底解開大行星的光環之謎;分析研究土衛六地面和大氣的化學組成,以此了解地球演變的過程,有可能揭開土衛六上有沒有生命的謎團。

卡西尼探測器具體任務是:就近研究土星31顆衛星中的7個,為其照相、拍光譜,了解它們的構造,探索它們的來源;探測研究土星的巨大磁場,研究土星自轉週期受該磁場的影響;研究土星表層的白斑是如何形成的,以及它對大氣的影響;拓展人類生命發展史的視野。目前,卡西尼探測器還在繼續它的任務。

五、由地球至土星之旅程 Cassini’s Orbit Trajectory From Earth to Saturn (最直接的路線不是直線)
環繞地球或接近太陽的人造衛星,普通都用太陽能板 (Solar Panels) 為其能源,外帶軌道修正的燃料。外星球探測的太空船,因距離太陽太遠,普通用小型原子爐或只帶少量軌道修正的燃料及儀器操作能源。主要太空旅程,全靠重力輔助推進 (gravity-assisted propulsion)。這是我在JPL學到的一個新知識。利用行星在天空中的運轉所產生的隨時間變化的重力場,找出一條可推動太空船的重力場路線,與抵達目的地的最短路程,用電腦算出太空船放射時間及運行路線。這是整個太空船運行的靈魂。我們JPL 人以此自豪,但外人很少知道其重要性。

下圖顯示 卡西尼太空船由地球發射至抵達土星的七年旅程。
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發射日期: 10/15/1997
飛經金星上空 4/26/1998
繞轉再向金星 12/2/1998
飛經金星上空 6/24/1999

飛經地球上空 8/18/1999
飛經木星上空 12/30/2000
進入土星軌道 7/1/2004

五、重大成就之一 One of Major Accomplishments
土衛二 (Enceladus) 是土星的第六大衛星。它的直徑大約500公里。主要被新鮮乾淨的冰覆蓋,反射幾乎所有的陽光照射它,使其在中午的表面溫度僅達到-198°C(-324°F)。
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在2005年,卡西尼號太空船開始了多個近距離的飛越,揭示了它的表面和環境。特別是,卡西尼發現從南極地區排出的豐富的羽毛狀間歇噴射的水蒸汽。(如黃石公園的噴泉 geysers)。在2014年,美國航天局報告說,卡西尼發現了一個大型南極地下海洋的液體水厚度約10公里(6英里) 的證據。

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About wtsai

台南一中、台大物理、 哈佛博士。曾任教授、科學家、工程師。專長: 吹牛、高能物理、太空物理,地球物理,人造衛星設計、測試、發射、資料回收及科學應用。略涉: 武俠、太極、瑜珈、導引、氣功、經脈、論語、易經、老莊、一乘佛經、禪經、靈界實相、Hawkins、Seth。

17 thoughts on “土星探險記 Cassini’s Mission to Saturn

  1. 信堅師兄吉祥
    科學實證雖是緣心意識產物,對比凡夫緣染心,是強上太多了。科學越發達,佛法越昌明,有緣一堂,相互提攜勉勵與旅美物理學專家,餘生致力於勤修佛法,相互研習其實是多生修來的福份相當幸福的。之前信堅師兄寫的全息宇宙,用比喻一多相即,須彌納芥子,一滴具百川,青青竹葉無非法身,舒展權實。。。等等都是一鼻孔通氣的,這是我們都比古人好懂地方,但我們輸古人清淨心又太多太多了。
    直線落斷常,飛抵土星路徑圖案像似螺旋般,古老的圖騰或現代科學往往以螺旋代表力量,如蛇龍太極佛教萬字,中國拳術。種子發芽過程,年輪,工業齒輪,螺絲,DNA排列,請教師兄飛抵土星路徑圖給於修行人有何啟發?呵呵
    我說話比較不經大腦,與信堅師兄常常爭執,我很不自量力,得罪之處請海涵,相信在一陣子過後,我還是會再犯的(先打預防針)呵呵
    末學在此與諸位師姐師兄拜個晚年,祝大家在信堅園地中法喜充滿,快樂成長,勇往直前,精進不退。
    錦地

    • 錦地師兄:

      問得好。不知師兄有何高見?

      直線式的思考,必落於斷常,而不可能流轉相續。輪轉式運行,如十二因緣,相續不斷,輪迴六道,於生死海中浮沉,欲出無期,是困死眾生的因果法則。但螺旋式運作,進境可如指數增長 (exponential growth), 以至於無窮。

      於日常生活中,直線式的思考、行動,往往有如鑽牛角尖,落於死角。凡事要八面觀察,靈活運用,跳出習常,以新觀念、新角度切入,才能創新,解決困難問題。

      此文之軌道路徑,類似黄金分割螺旋 (或斐波那契螺旋),因此它合於自然運行之道。

      此運行軌道,給於修行人的啟示是每一個問題,都有其解答。智者觀察天象,了解天道的運行,可用此知識,來幫忙我們解決世間的問題。此即《黃帝陰符經》經所謂:”觀天之道,執天之行,盡矣”。

      推而廣之,如果能觀察天道運行的規律,並遵循天道之運行而修煉自身,一切修道的內容都可以包括在其中了,就能達到盡善盡美的境界。道法自然,無為而無所不為。

      信堅

      • 信堅師兄吉祥

        高見被師兄說完了,所剩的成低見了,就省略了,呵呵,看見師兄張貼的類似黃金分割螺旋路徑圖,最先進的太空船與最修秀物理學專家亦是遵循著最美麗,和諧,經濟,天然路徑前進,侏儸紀公園有句話,生命自己會找到出路。

        說個我本身故事好了,大家笑一笑!
        師兄應該知道我主修淨土法門(自覺根器一般般,加上工作忙碌),暫時先不爭論持名念佛(改天因緣成熟再盡其圖個圓滿吧!),想多待園地幾日,呵呵。約一年前吧,我念佛時一音變二音,我問師兄(我身邊的在家居士),他說那是共鳴,如不舒服請改用眼睛聽不會嗎?還是在身體外面念佛?笨呢(我瞪著他,沒罵粗話)一陣子我還是搞不懂他的話。直到有天我看見姪女,她是小耳症患者,先天性聽力受障,沒耳朵外觀,她助聽器戴在額頭二側,聲波經骨頭震動亦可傳達。呵呵,當下我懂了! 我的所知,從不間斷的障礙,妨礙了自己本能。

        感謝師兄精闢的回答,受益了多謝!

        錦地

        • 錦地師兄:

          大勢至菩薩云: 都攝六根,淨念相繼,入三摩地,斯為第一。

          凡事盡其在我。《首楞嚴經》云: 六根同源。若能六根清淨,則一一根具有其他根之用。眾生本具 “六根互用” 的潛能,不用耳朵聽音,眼睛也可以看出聲音來;肉眼即使沒有接觸,身體也能感觸到外境的狀況,如聾子,雖然聽不到你的聲音,但是看到你嘴唇動的樣子,也能會意明白;盲人,雖然見不到東西,但是靠著觸摸,也能了解周圍環境的狀況;一些口足畫家,雖然身體有著某些殘缺,但是靠著其他健全的器官,也能謀生自立。

          信堅

  2. 看了兩位師兄的高見, 小弟也來說說看法

    我覺的修行狀況也是一種螺旋 , 螺旋同時具有圓滿和力量兩種性質.

    每一階段的修行,剛開始時都如瞎子摸象.都只看到片面的資訊(見山非山)

    當把此階段修行到又圓又滿後(見山又是山了),才有契機產生螺旋般的力量,
    進入下一個階段(又是下一個圓).

    圓滿,我覺得應該當作動詞來看, 但是說起來容易, 但是做起來真的是難難難, 但是知其難, 才能懂得努力認真.

    另外我覺得圓還有一個更有意思的事情, 圓沒有起點,也沒有終點, 生生不息,無始無終,這樣才能稱得上滿

    另外”圓”,代表無菱無角,沒有任何成見,固執,任何一點皆是相同, 無我相,無眾生相

    • 文德師兄:

      多謝師兄送來真知灼見,讓信堅耳目一新。凡是對靈性增長有助益的正面觀察,都是正知正見。

      在實相法界,圓滿不是最高境界,圓通是更高一層,涅槃寂靜,則更近於實相。如師兄所說,圓代表無始無終。黄金分割螺旋同時具有圓滿和力量兩種性質

      但在俗諦,圓則有相對的兩極。一是如師兄所說,”圓” 表圓滿, , 生生不息, 無始無終, 無菱無角, 沒有任何成見, 無分別執著, 無我相、無眾生相。

      但另一方面,圓則表在同一靈性階層,原地打轉,也表六道輪迴。唯有經過 “明師” 指點、佛菩薩加持,有如 利用行星的 “重力輔助推進″ (gravity-assisted propulsion),才能脫離常軌,跳出六道,抵達更高境界 (土星)。[這就是師兄所說,當把此階段修行到又圓又滿後 (見山又是山了), 才有契機產生螺旋般的力量, 進入下一個階段 (又是下一個圓)]。繞土星環轉,這只是中間階層,如不變通,最終仍歸寂滅。

      人造衛星,繞地球圓轉,但由於 (稀薄) 空氣阻力,如不時常,以動力推進,則其軌道,會慢慢下落,而至掉進大氣層,被焚燒毀滅。這就有如修行,未至見性,受五陰煩惱、五十陰魔所惑,成為外道,終將掉回六道輪迴。

      信堅

  3. 信堅師兄吉祥
    多了信堅師兄文德師兄真知灼見,我這豬腦袋跟著再跟著二位師兄轉一轉
    螺旋原理尚有,減少空間浪費,增加功率p=w/t,改變方向(增加墮輪),儲存能量,如機械錶,大扣大響,小叩小響,不叩不響(空有寶貝,不能運行),極微小空間擺線齒輪之間傳達,齒輪間滴答滴答響,個個不相知,卻運轉的天衣無縫。若捨棄他,換石英錶,看似精準,電池用盡,推積如須彌山,依舊不離輪迴。所以機械錶貴,還是有其道理的,呵呵

    錦地

  4. 信堅師兄:
    火星探險,那種驚險忐忑欣喜,只有實際參與其中,詳知內情的專家,才能享用。像在來米就只覺得新奇,讚嘆代代總是有幾位特異聰明的人,改變引領人類的生活。

    【找出一條可推動太空船的重力場路線】,這種智慧簡直就是神通,破解了佛密碼。就如太空船在關鍵點,借助燃料能源變化重力場,深飛繞轉再向金星的決定,不知多少的沙盤推演計算,只有佛知。

    記得之前 聽 師兄提過科學離佛還很遠,雖然疑問但深信,不能明瞭在於自己的見地。這幾天先想了之間的順序。
    哲學是科學的母親
    佛學是哲學的媽媽
    如果說科學是定緣(可控因素)的應用,那麼哲學是隨緣的想像,佛(上帝)則是一切想不想的了知,了知一切諸緣,歸於寂滅。
    杏州敬上

    • 杏州師兄:

      多謝來函評論。現正在含飴弄孫,又多了一位孫兒,剛滿兩個月。

      在此簡單回應,”信堅提過科學離佛境界還很遠” 主要是說,科學是解說物質世界 (四維時空) 運作的法則,是俗諦的一部分。一真法界,諸法實相,萬法唯心、萬物一體、一即一切,一切即一、理事無礙、事事無礙,無限維度,都不包括在現代科學裡 (只有此園地所介紹的 “全息宇宙論” 較為接近,但也只止於三維空間觀念而已。)

      信堅

  5. 信堅師兄,

    感謝你的網站,像是一個小寶庫有太多知䛊可以研讀。

    有関科學和佛學有什麼関係,想提出一點资料。

    量子物理好像也有近百年的歷史了,直到近來我才讀到一些資料,非常興奮的是看到有人把量子物理和佛學一起討論,科學和佛學,唯物和唯心,主觀和客觀世界看來是可以交會的。

    我解釋的不好。推薦二篇連結,看看各位的意見。

    http://mp.weixin.qq.com/s/83yndCczl4MWPel49SNarQ

    http://blog.sina.cn/dpool/blog/s/blog_65c26d780102v0m7.html

    阿彌陀佛

    David

  6. 信堅師兄:

    対不起,補充一下:

    科學是應該純客觀的,人心(佛學的領域)應是主觀的,我為何說主觀和客觀在量子科學交會了。在朱清時先生的文章中解解量子科學有二小段:

    1) 量子力学的一个基本原理,是说组成物质世界的微观粒子,如电子,质子,中子或原子,等等,可能处在叠加态,这种状态是不确定的。为简单计,以下我们只以两个状态的叠加态为例,这些讨论不难推广到多个状态的叠加。例如一个粒子可以同时处于两个不同地点,既在A点存在,又在B点存在,电子的状态是在A点又在B点的不同状态的叠加,或者说,粒子的状态是“在”和“不在”的叠加。粒子的这种混合状态,叫做“叠加态”。
    2) 量子力学更诡异之处在于,你只要去看它在不在,你就实施了有意识的观察动作。你一有意识地观察,它的存在状态就从原来的“在A点又在B点”的叠加状态,一下子变成“在A点”或者“在B点”的唯一的状态了。

    「有意䛊的觀察」就是一種主觀的介入。主客觀同時參與了科學。愛因斯坦很煩惱這個現象,這種東西不能以數學表達。

    量子力學中的「干涉現象」也非常令我著迷,可為心靈感應,或与佛相應提供科學証明。中國量子衛星「墨子號」已以此理論取得一點成功。

    再加碼一篇文章:

    http://m.lm158.com/wx/2016319/3777.html

    以下是爱因斯坦的老师、量子理论之父——马克斯·普朗克博士 Max Planck 的一段話:

    世界上根本没有物质这个东西,物质是由快速振动的量子组成!所有物质都是来源于一股令原子运动和维持紧密一体的力量,我们必须认定这个力量的背后是意识和心智,心识是一切物质的基础。

    As a man who has devoted his whole life to the most clearheaded science, to the study of matter, I can tell you as a result of my research about the atoms this much:

    There is no matter as such! All matter originates and exists only by virtue of a force which brings the particles of an atom to vibration and holds this most minute solar system of the atom together. . . . We must assume behind this force the existence of a conscious and intelligent Mind. This Mind is the matrix of all matter.

    阿彌陀佛

    David

    • David 師兄:

      歡迎參觀信堅園地,也多謝介紹朱清時與潘宗光兩位 “化學” 大牌教授的演講。

      文中所說,大都是淺顯的介紹量子力學、相對論、及宇宙大爆炸理論 (都屬於理論物理),跟佛經俗諦的八萬四千法門所說,是否相近、類似,見仁見智,似是而非。所說的也都是佛經與科學的細節。

      一乘佛經主要是由上向下,講本體、智慧德相、及其運作,包含無限維度,一體、整體世界。主要目的是開智慧、提高靈性階層、見性成佛、就路歸家。

      科學則是由下向上。由小至大,僅限於物質世界的四維時空。主要的目的是對四維時空 “知識” 的累積,幾乎無關修行,及如何增長智慧、提高靈性階層。

      此即道德經所云: 為學日益,為道日損,損之又損,以至於無。

      信堅

  7. 信堅師兄您好,

    感謝您的回覆。

    您好像不能認同二位專家的論述,我不是科學家,所以沒資格反駁。

    在善才五十三參中的善知識,成就不是如佛那樣高階,對我而言,好像更親近些,也很向往。

    其中有園藝家,數學家等各行各業,各有專長,各有濟世的成就。他們出現在佛經中,卻變成修行有成就者才會被拜訪。

    他們知道做專業和修行有関係嗎?是專業成就了他們?還是修行成就了他們?他們做專業也學過佛法嗎?

    科學和修行真是平行線嗎? 不過都是起心動念而已,有必要分那麼清楚?偶爾覺得做的專業可印證在佛法中,我們一定要否認嗎?

    阿彌陀佛

    David

    • 語言文字,每一字句,都有無量義,隨讀者自己觀點解說,各人靈性階層不同,觀點不同,無法解說,無法辯論,不能依文解義。

      信堅沒說同意不同意,也沒說對錯,只是說,所觀的角度不同,就有不同解說。

      善才童子是在文殊菩薩座下明心見性,然後悟後起修,去除無明習氣,歷經五十二位次,究竟成佛。五十三參的每位善知識,都是明心見性的佛菩薩示現在各種不同行業,教導有緣、成熟眾生。(參見此園地文章)。

      此地所說,是指一般科學家,至今所追求、所成就的科學研究成果而言。都沒有跳出俗諦、物質世界。這是為什麼,霍金斯將偉大的科學家,如牛頓、愛因斯坦、…的靈性階層校準在499,未出六道輪迴,未入四聖法界。

  8. 信堅師兄好

    我都是一陣子有空閒看一次您的文章 非常喜歡這裡
    小弟才疏學淺 無法參與您與各位師兄的討論
    但是我都能從中獲得到智慧與人生經驗(雖然還是很多 無法全懂)
    感謝您與各位師兄的分享與教導
    南無阿彌陀佛

    • Leo 師兄:

      感謝師兄三年多以來,常到此園地觀賞,也感謝師兄,來函鼓勵。
      祝福師兄,一切順利,智慧增長。

      信堅

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