【航行者任務已經43年】航行者任務 40 年：航行者的最後自白
航行者號剛剛在太陽系外傳送回來的資料，發現了太陽釋放的一種新型電子爆發，再一次為科學作出貢獻。以下這篇是我在3年前寫的航行者自白，是我的自白系列之一，謹以此文向即將用盡能源的航行者號致敬。
//距離太陽 139.4935 天文單位，地球 139.2145 天文單位，相對太陽速度每秒 16.9995 公里。太陽系內帶電粒子讀數 0.2，太陽系外帶電粒子讀數 2.2。任務時間 39 年 11 月 15 日，通訊延遲 19 小時 17 分 49 秒。航行者 1 號通訊結束， over 。
噢，抱歉，傾聽者。我專注傳送當刻數據，忘記了自我介紹。您好，我是「航行者 1 號」，現正航向廣闊無垠的星際空間。
地球時間 1977 年 8 月 20 日，亦即 40 年前今天，我的兄弟「航行者 2 號」從地球出發，展開航行者任務。1977 年 9 月 5 日，我亦從地球出發，比航行者 2 號遲了兩個禮拜。我們的任務是探索太陽系巨型行星，主要是氣體巨行星木星和土星。探訪土星之後，我們延續任務，繼續飛往太陽系邊緣。旅途上，我們不斷把所見所聞傳回地球，幫助人類科學家了解宇宙。
雖然我比航行者 2 號遲了半個月出發，卻比他早 4 個月、在 1979 年 3 月 9 日抵達最接近木星的位置，因為我走的軌跡比較短。沿途我們為木星拍了很多照片，不過大部分都是在最接近木星的 48 小時內拍攝的，因為距離越近照片越清晰。除了相機之外，我們身上設有很多其他科學探測儀器，包括紅外線和紫外線光譜儀、三軸磁場探測器、離子能譜儀、帶電粒子和宇宙射線探測器、無線電天文儀器、偏振光儀、離子波儀等等。科學家們希望利用這些儀器收集的資料了解太陽系，所以我們就用無線電天線把所有數據都傳回地球。
我們發現了木星系統很多有趣的現象。例如，我發現木衛一「艾奧」上有強烈的火山活動，這是首次於地球以外天體發現活火山。航行者 2 號則發現了木星環，由於太暗淡，地球上的人根本察覺不到它的存在。我們收集的數據幫助科學家了解木星、木衛星、木星輻射帶以及木星環，很多人受這些發現啟發而成為科學家。
探訪木星之後，我們借助木星的引力加速，飛向土星。我在 1980 年 11 月 12 日來到土星大氣表面上約 12 萬 4 千公里的地方，發現了土星環結構原來很複雜，也測量了土星和土衛六「泰坦」的大氣。航行者 2 號則於 1981 年 8 月 25 日才到達土星，那個時候我已經開始向太陽系的邊緣進發。離開土星前，我們都看見了土星大氣之中閃耀著的美麗紫外線極光。我想，這就是科學引人入勝的地方。
航行者 2 號的軌跡雖然比我的長，他卻可以繼木星和土星後順道探訪天王星和海王星，使他成為了迄今唯一到訪過這兩個冰巨行星的太空探測器。他利用土星引力助推航向天王星，然後再利用天王星的重力飛往海王星。像這樣的木星、土星、天王星、海王星剛巧運行至同一方向，每 167 年才會發生一次。於 1986 年 1 月 24 日探訪天王星、1989 年 8 月25 日探訪海王星之後，航行者 2 號亦利用海王星的重力進行一次急轉彎，飛往太陽系邊際。
我們雖是兄弟，但其實從升空一刻起，就肯定永遠不能再次相見。我們都在完成太陽系巨型行星探索任務之後飛往星際空間，不過我們的航道各不相同。我航向太陽系北方，而航行者 2 號則往南方進發。再見了，我的兄弟，一路順風。
1990 年，一位叫做卡爾‧薩根的地球科學家，向我發送了一個請求：希望我在永遠離開太陽系之前，回頭為太陽系每一個行星成員拍攝最後一幅照片。水星太接近太陽而拍不到，因為來自太陽的強烈光線可能會損壞我的相機。火星的影象亦淹沒在相機內部太陽光散射之中。
其實，我很樂意在地球消失於無盡漆黑之前，再看一看這個故鄉。我把相機鏡頭對準地球，按下了快門。在這幅照片之中，地球比一個像素更小，只能看見黑暗中的一個小光點。卡爾‧薩根說，雖然這照片並沒有什麼科學價值，卻有著深刻的意義。每個人類、一切愛和恨，都發生在這個比一個像素更細小的星球之上。我希望這幅照片能夠使人類明白，渺小的生命在廣闊的宇宙面前是如何微不足道，卻又是如何無比珍貴。
1998 年 2 月 11 日，我超越了前輩「先鋒 10 號」，成為離地球最遠的人造太空探測器，全因我的速度是人類迄今為止所造的太空探測器之中最快的。先鋒 10 號和「先鋒 11 號」是分別於 1972 和 1973 年升空、首個拜訪木星和土星的太空探測器，因此是我們的前輩。
我們身上都帶著向地外智慧生命問好的禮物。
先鋒 10 號和 11 號各自帶著一塊鍍金鋁版，上面刻有氫原子超精細結構圖、地球人的模樣、太陽相對 14 個脈衝星的位置、太陽系示意圖，以及先鋒太空探測器的剪影和軌跡。
我和航行者 2 號則各自帶著一塊金唱片，裡面儲存了 115 幅卡爾‧薩根和他的團隊挑選的關於地球的照片和大自然的聲音，包括人類所知的科學知識、地球與各行星、母親餵哺嬰兒、奧運會比賽、天文望遠鏡的照片、不同天氣、各種動物叫聲、汽車、火箭和人類親吻的聲音等等，更記錄了長達 1 小時的人類腦波。
唱片裡亦儲存了不同文化的音樂和 55 種不同語言的祝福語。在唱片封套上，更刻有教導地外智慧生命如何讀取唱片內容的圖示，以及與先鋒任務差不多的科學和天文資訊。人類希望我們能夠作為太空使節，代表地球上的生命向其他銀河系居民表達祝福。
我在 2004 年 12 月 6 日首先穿過太陽圈終端衝擊波，也可說是太陽系的內邊界。太陽系邊緣是太陽風與星際物質相遇之地，兩者相撞會產生衝擊波。衝擊波以外就是日鞘，是飛往星際空間的最後一段路。航行者 2 號比我晚了兩年多，在 2007 年 8 月 30 日穿過太陽系另一邊的終端衝擊波，飛進日鞘。
2012 年 8 月 25 日，我走過日鞘，穿越日球頂層，終於正式進入星際空間。這裡是不受太陽風影響的未知國度，我又開始忙起來了，不斷把珍貴的星際空間數據紀錄下來，一一傳給地球上的科學家們。我所測量到的數據令科學家大開眼界，他們發現傳統的太陽圈模型是錯誤的。這些資料幫助他們建立了一個新的物理模型，我很高興在這麼遠的地方仍能為科學作出貢獻。
然而，縱使已經脫離太陽風影響範圍，我並未完全飛出太陽系。在這個區域，太陽引力仍然能夠吸引天體繞其運行。我仍要飛很遠很遠的路程，才能到達太陽系的真正邊界——奧爾特雲。科學家猜測，在距離太陽 2 光年的位置，即太陽與最近恆星「比鄰星」的一半距離，有一個由冰微行星構成的雲團，稱為奧爾特雲。這些冰微行星，應該就是長週期彗星的來源地。
可惜的是，未來當我終於抵達奧爾特雲的時候，我體內的核能電池早已用盡，再沒法為地球上的科學家檢驗他們的理論。到了 2025 年，我的所有儀器都會停止運作，我將不能再與你們說話。
300 年後，我會發現奧爾特雲真的存在嗎？幾萬年後，我將飛進真正的星際空間，遠離一切恆星的管轄範圍。真的會有外星生命發現我嗎？到時候，地球文明仍然存在嗎？我不知道。
我會帶著人類的願望，永遠徘徊在銀河系裡，直到宇宙終結。//
偏振光 繞 射 在 p14 - 精華區b862040xx - 批踢踢實業坊 的推薦與評價
實驗十四
雷射光基礎實驗
宙射安全及亡玻裝二圖
當雷射電源打開後，絕不可開啟外殼，以免尚匕。 (內部有高壓)
絕不可讓雷射直接的射入眼睛，雷射光會對視網膜造成永久的傷害。同時任何光滑a
面都可造成光線的反射，也要避免反射的雷射光照到眼睛。高功率的雷射光即使經a
通器物散射之後，也可指傷害人體。 ]
雷射不用時最好關掉電源或用不透明的耳擋掉。 七
作實驗時，要留意其他同學，勿謨其受到傷害。
[原理]
如田一，如果相鄰兩狹縫之間的距離為d，則產生亮點的方向，可由以下之閒係式
dsin0 = mA ，川 = 0 ，土1 ，士2 ，
其中 用為極大值的次序(order)，A為入射光的波長
本賓驗所使用之光柵為80Iinesf ，也就是d=lf8Ohm，將雷射光打入光柵上，
[實驗步杞]
1．打開雷射光。
2．將80恥efmm之光柵放置在雷射光之前 (使用固定載片架) ，幕上將出現如田二之
形。
3．用筆於中心最亮點及其他亮點處作記號。
4．小心量L。將數據代A(2)(3) 式，求出雷射光波長A。
為得最佳宜驗結果，應先確定雷射光是否垂直入射至幕。可將一玻璃片置鋁板幕上作l
射鏡，確定反射光點回到出射孔 ．
交錯式光柵和網狀光柵 (c，oss grating and gauze)
[原理]
若將兩光柵互相垂直且依次放置雷射光之前，此時雷射光穿透光柵且呈像於幕上 (
此呈像之圖形，並不是單單各別光柵繞射加成之圖形，其實理由很簡單，當雷射光
第一個光柵時，產生一組丫方向之繞射亮點，這些亮點再通過第2個光柵，則每個亮點
看成一光源，故每個亮點又各別在又方向產乍一組干涉亮點，於是形成田二之囗形。
本直驗是使用一細金后網柵(gauze)，它的構造就如同一塊布之絨維互相交錯排列，
它對光所產生之偏離效果就如同兩互相垂直之光柵，現在我們已知雷射光波長A = 6毋
10一7m且幕距gauze 之距離為D，我們可由田形求出此gauze 每單位長度之條數。
當雷射光打入gauze後，產生田二之囗形。
若某方向 (註) 第一階次偏離距離為又，利用 (I) 光柵公式(1)
[實驗步茄]
1．打開雷射光。 ．
2．將gauze置於雷射光之前，此時幕出現繞射田形。
3．用筆於亮點處點上記號，並註明中心最亮點。
4． 如原理所述量出 X，D，代人 (2)，(3) 式求出 Vd。
口孔方陣 (gauze array round hoIes) 、 六角排列 (hexagonaI array of round holes)
等等怡同享們自行棉察。
反射式光柵 (reflection grating)
[原理]
(1) 成像原理 :
考慮一列等間隔並排的曰柱體，受一單向光波照射，則其反射當如日一，向各方向發散
。若光波具有良好的同調性，具單一波長A，則各曰柱伍的反射波形成良好干涉，如日二
之時，在R處即形成一相長干涉之亮紋，其中m=O，士1，土2……
注意 : 這亮紋的出現條件和被照射的囗柱總故是無關的 (為什麼? )
本直驗中我們使用鋼尺的刻線當反射體，因而將光束打在其最小刻度
上，其道理和上述大致相可，如日三
(2) 利用亮紋推算入射光波長 :
見日四，若工代表雷射光直射點 (即末加綱尺時) ，D為幕到尺之距確， 而為X距中
心最亮點之距離，h為X距次亮點之距離，依次類推。
則中心的 "最亮點" 出現的位置是當反射角等於入射角i的時候，BDi=ro。此時若測出
仿為中心的 "最亮點" 到直射點的距離，"
[實驗步乃]
1．將固定載片架取下，置可旋轉之載片架於雷射光前。
2．將鐵尺置於載片架上，使雷射光照射在鋼尺前端0．5mm的刻度上 (注意不是inch的單
位)
3．旋轉載片架至幕上可看到清楚的干涉紋 (見注意事項) 。 ．
4．用筆於亮紋處做下記號，並註明最亮點。
5．移去尺或載片架，使雷射光直射幕上，記下X點。
6． 由原理所述求出 A。
注意事項
1．由於幕上的範圍有限，必須先確定工及反射光點(m=O，士1，士2 皆落於幕上以便於
測量。
2．欲使rm 之間分隔較大，以便棉察，最好選擇i接近90"。 (為什麼? )
[思考問缸]
亮紋的出現角度rm和被照射到刻線總數有卅嗎?
若無，總數的增加有什麼影兮?
在上一頁田二中，其入射角和反射回來的角度似乎並不一定相同，這和我們所熟知的反
射定律，有矛盾之處嗎?
回答注意事項中的問題 (提示 : Wsinrm+l一sinrm) = A， Arg仁川Vcos，，這表示…
[ V 全像術 (Holography)]
[原理]
全像攝影是可以將物體的像記錄及再產生出來的一項技術。它與一般二維空間的
同，它的像是真正三維空間的。若將物體各面都記錄下來，則在塌察全像時，可從不同
向看到物體不同的面。
全像底片的製造，乃是用高解像度的底片，經由一參考光源及由物體散射出的光干
留下干涉條紋 (參考光及由物體散射出來的光要是同一相干光源(coherent source) 才行
觀看全像片時，係將參考光以原方向射向底片。而原本的干涉條紋則使此參考光
射棘應，而在底片的另一側形成模仿原物扛在沒有底片存在的情況下朝此方向散射而
波也就是註我們看見原物體的虛像，如田二。
[實驗步打]
(A) 確定在雷射光照射的路徑上沒有人走動，關掉日光燈，以便硯察。
(B) 將標有Hologram的全像底片，架在載片架上。然後將白色的那面朝向光源，且
夾45" 角。開雷射 (如囗二所示)
(C) 若經過以上步驟還觀察不到的話，則沿著垂直於全像底片面的軸，像全像旋轉180度，
再觀察。
(D) 在看清楚像後，可開始將頭左右移動，如此將可發現其三維空間的特性。
(E) 可以將眼睛順著雷射光入射方向看，觀察一下賓像的情形。
光的偏振現象
[原理]
光是一種振動的電磁場，其振動的方向可以不只一個。
， 只含朝一個方向振動的電場的光波，叫作線偏振光日nearlypolarized light)，常簡稱為 r
偏振光」。而一般的光波，例如本直驗所用雷射光產生器所產生的，其電場方向則非單一，
日非偏振光 (unpolarizedlight) 。
一般的非偏振光，可使用偏振片將其大致過濾為偏振光。
光波的行進至物質界面處，常有一部分反射，一部分透過界面。其反射、透射的相對比
率隨入射角度不同而不同，同時也和原先東的偏振方向有關。如田一所示的不同偏振方向的
光波，其反射率隨入射角度的妄化關係分別繪於田二 (這是根據電磁理論，以空氣射向折射
率約1．5 的玻璃為例計算的結果) 。請注意當几 =BB Etan一ln時， "平行" 偏振光的反射
率恰為零 (見日三) ，這Brewster角，你可在本寅驗中看到此現象。
電場偏振方向 "平行" 於入射平面 :
[實驗步屁]
偏振板一
．取一偏振板(Polaro、d) 置於固定我片架上，直於電射光源前方。
．取第二片偏振板與之重亡，使光源通過兩婦垢板，擇繹埠叨第二片停振氏，注
光點最暗時兩片偏振板的相對位置。
．透過偏振板觀看你的皂子表或計算機顯示幕，並且傳動板的方向，你看見什麼
布魯斯特角 (BrewsteA mgle) 一
．保持第一片偏振板於固定載片架上，此時通過此偏振板之雷射光為偏振光。
．取一載玻片置於刻有角度的旋轉囗盤上，使偏振的雷射光入射於其面上 (如囗
．自入射角的0" 開始，緩緩冉動戊玻片。現察投射在黑幕上的反射光點，當光
，記錄所轉動的角度昨。則玻璃折射率即為忱n8B。
、若發現光點亮度並末星化，則將偏振板旋埤90" (為什麼? ) 。
[思考問旦]
試孝忠如果你在海上釣魚，崙長時間面對水面反射的刺眼陽光，你該採用什口
振片作為太陽眼鏡?
(1) 可將入射光分解成囗一所示的兩種偏振成份來者慮。由囗二可知，在你一般所注視
的反射角度範圍內，應以哪個成分的反光為生? (水的折射率雖然和玻璃不同，但
反射率隨角度的望化大致也和囗二相仿。)
(2) 不妨用你的眼睛，隔著偏振甘，棉察鄰組的扛燈照射在寅桌面上形成的低角度反光
。藉著旋轉偏振片時你所感二到的亮度笙化，來檢證你對這個問題的答案。
2，茁察布魯斯特角時為什麼不直接看玻璃片上的反射光亮點的強度皇化，這樣不是此較省
事嗎?
VlI、旦克力棒的光學現象
[原理]
1．模擬全反射的現象
在光絨內傳播的電磁波由於在介面的兩介質折射率不同造成了全反射的現象，此時的入
射角稱為臨界角，而出射的角度為90"，大於此臨界角入射的光線都會有反射。 (如田一)
2，偏折現象
參考W部分的原理介紹，光波經過介面的反射，隨著入射角度的不同，會有不同的偏振
現象。
光線經過丁介質時，會有一部份散射的光線進入我們的肉眼，使我們易於拐察它經過的
光路，這種散射的光線也會有偏振的現象‥
[實驗]
全反射的現象
如圖二拿起壓克力棒，將一端對準雷射光源，棍察雷射光通過此棒而從另一
的情形，這就是壓克力棒的全反射現象。
偏振現象
(1) 取一偏振片拿在手上，眼睛透過此偏振片看前面第凹部分所造成的在座克
的光路。
(2) 轉動此偏振片，觀察是否光線有強弱的變化。
做完後先關閉雷射光的遮板及電源，再關閉總電源。
[思考問題]
壓克力棒所觀察到的上述現象，是否在其他材料上也一定會有，為什麼?
試比較散射造成的偏振現象，和反射造成的偏振現象 (第川部分有討論)
解其原理部分並和同學討論之。
儘
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我們是年輕
有活力
有包容性的band
someday we`ll succeed!
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◆ From: h221.s2.ts31.hi
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