韦伯望远镜关键光学技术 台湾工程师奠基础

「身为工程师和技术专家,我乐见我的研发被应用在现实世界,为学术研究与人类的未来带来好处」。工程师庄文献在俄勒冈州波特兰(Portland)接受中央社记者专访表示,「韦伯太空望远镜」(James Webb Space Telescope)将让人类对宇宙中的星系、星团和大结构起源有更进一步的理解。

韦伯太空望远镜于2021年12月25日在法属圭亚那发射升空,预计本月底将到达距离地球160万公里的拉格朗日点(Lagrange point),今年夏天可传回第一张照片。

「微电子系统」(MEMS)和「微快门阵列」(microshutter array)等非专业人士听来陌生的名词与技术,正是庄文献20年前在马里兰大学(University of Maryland)攻读电机博士时,与美国太空总署(NASA)合作,为韦伯太空望远镜红外线光谱仪(NIRSpec)铺下了基础。马里兰大学日前特别表彰校友庄文献的贡献。

时间拉回到2001年,两个奖学金及参与NASA的研究机会,让成大电机系毕业、史丹佛大学硕士生庄文献起心动念前往马里兰大学,成为甫任教第二年的年轻学者戈西(Reza Ghodssi)门下第一位博士生。

美国各大学有不同的地利优势。地处加州矽谷的史丹佛大学,有许多和工业界合作的企划案;邻近白宫的马里兰大学,周边有重要的政府机构和军方实验室。

庄文献当时参与研究合作案的美国太空总署哥达德太空中心(NASA Goddard Space Center),距离马里兰大学校本部约只有15分钟车程,哥达德的研究人员当时正在催生哈伯望远镜的下一代「韦伯太空望远镜」。

庄文献对记者解释,哈伯望远镜绕着地球转,虽然成本高、仍可以被维修;韦伯太空望远镜为了观测更遥远的星系,必须远离太阳与地球的辐射线并发射到距离地球更远处,其挑战是必须能发挥至少20年寿命、且不能维修。

在博士研究生涯的第一年,庄文献受惠于大学实验室里一位德国科学家费提格 (Rainer Fettig) 的引领,之后他利用半导体的制程,独立研发微电子系统设备,并在实验室模拟外太空摄氏零下236度、超低温环境进行测试。长达4年的时间,他与哥达德太空中心团队密切合作、定期进NASA报告。

2005年,庄文献完成第一个能在太空运作的微快门阵列元件,与其在外太空环境运作的可靠性分析。那不只是把太空望远镜放在大冰库运作的概念而已,且要确认所有元件在预定的寿命内,都能在外太空环境如实运作。

当太空望远镜捕捉遥远物体的微弱影像时,微快门阵列可过滤不必要物体的光线,只对其中需要的物体光线分析波长、推敲其组成成分。

取得博士学位后,庄文献因缘际会到全球半导体业巨擘英特尔公司(Intel Corp.)服务;同门教授的硕士生凯利(Dan Kelly)毕业时进入NASA的团队就职,庄文献的研究陆续被其他人引用发表新论文。

「这是NASA频谱分析技术创新的一部分,我刚好有幸参与其中」。庄文献回忆,NASA原订韦伯太空望远镜在2011年升空,因复杂技术与庞大经费的挑战推迟,又事隔10年终于在去年底完成升空。

他说,若非指导教授戈西提前分享好消息,「我差点忘记这件事」。

职业生涯虽然没有继续参与NASA的工作,庄文献认为,不管在工业界与学术界,彼此都是一步步互相帮忙,「你的研究可能在任何时候、后继有人把它商业化,更好玩的是,当时机成熟时,人们可以把过去的概念加以实现,变成新的技术」。

效力英特尔长达16年期间,庄文献带领的团队开发创新的「矽诊断」解决方案,曾获得「英特尔成就奖」,这是英特尔员工的最高荣誉奖。

庄文献曾被派往英特尔在以色列、马来西亚和哥斯大黎加等地的园区协助当地的工程师,他体会到做事的「心态」很重要,「不要觉得事情不可能,换个角度想,常可以找到不同的门路解方」。

受访时,庄文献不忘感谢在台湾的父母,他说他的父母亲仅有中学学历,却用「无穷智慧、逆向思维」的身教、言教,深刻影响了他与目前担任台大财经系教授的哥哥庄文议。职涯的下一个阶段,他希望带着兼容台美文化的创新价值,对台湾的科技界有所贡献。(编辑:周永捷)1110110