韋伯望遠鏡

【為什麼我們要挑選這篇文章】花了 20 年、砸下 100 億美金打造,NASA 在去年聖誕節終於把韋伯望遠鏡送上太空了。在這項相當困難的任務中,一位台灣工程師的研究結果為其中的光學技術奠下重要基礎!(責任編輯:邵元婷)

去年耶誕節成功升空的韋伯太空望遠鏡,規模與複雜度堪稱史上最大,其中還乘載了一位台灣工程師莊文献的貢獻,16 年前他的研究成果為一項關鍵光學技術奠下基礎。

「身為工程師和技術專家,我樂見我的研發被應用在現實世界,為學術研究與人類的未來帶來好處」。工程師莊文献在俄勒岡州波特蘭(Portland)接受中央社記者專訪表示,「韋伯太空望遠鏡」(James Webb Space Telescope)將讓人類對宇宙中的星系、星團和大結構起源有更進一步的理解。

台灣工程師為韋伯望遠鏡奠下基礎

韋伯太空望遠鏡於 2021 年 12 月 25 日在法屬圭亞那發射升空,預計本月底將到達距離地球 160 萬公里的拉格朗日點(Lagrange point),今年夏天可傳回第一張照片。

「微電子系統」(MEMS)和「微快門陣列」(microshutter array)等非專業人士聽來陌生的名詞與技術,正是莊文献 20 年前在馬里蘭大學(University of Maryland)攻讀電機博士時,與美國太空總署(NASA)合作,為韋伯太空望遠鏡紅外線光譜儀(NIRSpec)鋪下了基礎。馬里蘭大學日前特別表彰校友莊文献的貢獻。

時間拉回到 2001 年,兩個獎學金及參與 NASA 的研究機會,讓成大電機系畢業、史丹佛大學碩士生莊文献起心動念前往馬里蘭大學,成為甫任教第二年的年輕學者戈西(Reza Ghodssi)門下第一位博士生。

美國各大學有不同的地利優勢。地處加州矽谷的史丹佛大學,有許多和工業界合作的企劃案;鄰近白宮的馬里蘭大學,周邊有重要的政府機構和軍方實驗室。

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最大的挑戰是「不能維修」

莊文献當時參與研究合作案的美國太空總署哥達德太空中心(NASA Goddard Space Center),距離馬里蘭大學校本部約只有 15 分鐘車程,哥達德的研究人員當時正在催生哈伯望遠鏡的下一代「韋伯太空望遠鏡」。

莊文献對記者解釋,哈伯望遠鏡繞著地球轉,雖然成本高、仍可以被維修;韋伯太空望遠鏡為了觀測更遙遠的星系,必須遠離太陽與地球的輻射線並發射到距離地球更遠處,其挑戰是必須能發揮至少 20 年壽命、且不能維修。

在博士研究生涯的第一年,莊文献受惠於大學實驗室裡一位德國科學家費提格 (Rainer Fettig) 的引領,之後他利用半導體的製程,獨立研發微電子系統設備,並在實驗室模擬外太空攝氏零下 236 度、超低溫環境進行測試。長達 4 年的時間,他與哥達德太空中心團隊密切合作、定期進 NASA 報告。

2005 年,莊文献完成第一個能在太空運作的微快門陣列元件,與其在外太空環境運作的可靠性分析。那不只是把太空望遠鏡放在大冰庫運作的概念而已,且要確認所有元件在預定的壽命內,都能在外太空環境如實運作。

當太空望遠鏡捕捉遙遠物體的微弱影像時,微快門陣列可過濾不必要物體的光線,只對其中需要的物體光線分析波長、推敲其組成成分

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時機成熟時,概念可以成為新技術

從台灣一路勤奮苦學到美國完成博士學位,工程師莊文献受惠於父母「無窮智慧、逆向思維」的身教言教。

取得博士學位後,莊文献因緣際會到全球半導體業巨擘英特爾公司(Intel Corp.)服務;同門教授的碩士生凱利(Dan Kelly)畢業時進入 NASA 的團隊就職,莊文献的研究陸續被其他人引用發表新論文。

這是 NASA 頻譜分析技術創新的一部分,我剛好有幸參與其中。莊文献回憶,NASA 原訂韋伯太空望遠鏡在 2011 年升空,因複雜技術與龐大經費的挑戰推遲,又事隔 10 年終於在去年底完成升空。

他說,若非指導教授戈西提前分享好消息,「我差點忘記這件事」。

職業生涯雖然沒有繼續參與 NASA 的工作,莊文献認為,不管在工業界與學術界,彼此都是一步步互相幫忙,「你的研究可能在任何時候、後繼有人把它商業化,更好玩的是,當時機成熟時,人們可以把過去的概念加以實現,變成新的技術

曾獲英特爾成就獎,做事心態很重要

效力英特爾長達 16 年期間,莊文献帶領的團隊開發創新的「矽診斷」解決方案,曾獲得「英特爾成就獎」,這是英特爾員工的最高榮譽獎

莊文献曾被派往英特爾在以色列、馬來西亞和哥斯大黎加等地的園區協助當地的工程師,他體會到做事的「心態」很重要,「不要覺得事情不可能,換個角度想,常可以找到不同的門路解方」。

受訪時,莊文献不忘感謝在台灣的父母,他說他的父母親僅有中學學歷,卻用「無窮智慧、逆向思維」的身教、言教,深刻影響了他與目前擔任台大財經系教授的哥哥莊文議。職涯的下一個階段,他希望帶著兼容台美文化的創新價值,對台灣的科技界有所貢獻。

(本文經合作夥伴 中央社 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈韋伯太空望遠鏡關鍵光學技術 台灣工程師研究奠基礎〉;首圖來源:Flickr)