黃相輔／倫敦大學學院科學史博士，研究興趣是通俗科學的文化與歷史。

 

 

雖然早在西元前 2,000 多年的美索不達米亞與埃及，人類已開始製作玻璃器皿，但直到 200 年前的 19 世紀，玻璃製作技術才轉為工業化，得以大量生產品質佳又廉價的玻璃。玻璃也從奢侈的手工藝品，成為科學儀器及建築上常用的材料。本文盤點從植物學到天文學領域，玻璃在 19 世紀科學中的軼聞。

 

給植物旅行用的防護罩

植物學（botany）自古以來就是很實用的學問，無論是為了農業、園藝、醫療還是其他經濟用途，多認識花草果樹，對於日常生活總是有幫助。以醫學來說，19 世紀以前的西方醫學教育中，植物學是一門必修學科，醫生需要對藥用植物有基本的知識。也因此，當時許多植物學的業餘愛好者或研究者，都出身自外科或內科醫生。

沃德（Nathanial B. Ward）就是在 19 世紀初期，英國倫敦一位熱愛栽培植物的醫生。當時在英國正掀起一股種植蕨類植物的熱潮，蕨類性喜溫暖潮濕的環境，英國本土雖然也有生長蕨類，但種類上不如熱帶地區豐富，因此蕨類對大眾而言是富有異國情調的植物。然而當時倫敦的空氣汙染嚴重，大量燒煤炭產生含硫化物的煙霧，使許多辛苦栽培的蕨類病死。因此，沃德便設計了一種可以密封的玻璃容器，在容器裡鋪設土壤來栽種植物，保護植物免受汙濁空氣的傷害。這項發明就被稱為「沃德箱」（Wardian case）。

沃德的發明對植物學愛好者而言是莫大的福音，它不但挽救了受空氣汙染威脅的蕨類盆栽，也使得活體保存、長途運送植物的夢想實現。在此之前，植物學家想要把在海外採集的植物千里迢迢送回家鄉，是大傷腦筋的艱鉅任務。在長程船運旅途中，由於海上高鹽分的空氣、缺乏淡水等因素，植物經常在中途枯萎，因此過去只能運送較容易保存的種子、根部、乾燥標本。很快的，沃德箱成為科學家及商人運輸活體植物的好工具，英國皇家植物園「邱園」（Kew Gardens）的園長老胡克（William Jackson Hooker）與小胡克（Joseph Dalton Hooker），父子倆都是知名的植物學家，而且先後擔任園長時率先使用沃德箱進行採集，使邱園成為匯聚世界各地珍稀植物的寶庫。

除了科學用途，沃德箱也成為一場「貿易戰」或「商業間諜案」中不起眼卻關鍵的角色。眾所周知，英國人嗜飲茶，但在 19 世紀中期以前，茶葉在西方是難得的奢侈品，全從中國進口。中國種植茶樹、採茶、製茶的技術，是歐洲人亟欲探詢的商業機密。為了打破中國茶葉的壟斷，英國東印度公司派遣植物學家福鈞（Robert Fortune）冒險深入中國內陸，將茶樹苗偷運回印度種植。過程中，福鈞便是用沃德箱來運送茶樹苗。福鈞「盜」茶的歷險，促使印度阿薩姆（Assam）成為世界上第一個在中國境外的商業茶產區，茶葉也逐漸變成平民百姓都能享受的商品。

 

秋來移蘭入暖房

植物學在近代歐洲的進展，不僅是單純由於探求知識的好奇心所驅動，也有賴商業貿易、帝國勢力向全球擴張等因素的支持。歐洲人從美洲新大陸或其他地方，蒐羅在家鄉從未見過的植物，擴展知識領域，也同時發掘可利用的資源。但是，地處溫帶的英國與西歐，其寒冷的氣候根本不適合亞熱帶或熱帶植物生長，園藝家們該怎麼保護那些來自異國的花草樹木？

溫室在人類歷史上並不是什麼新奇的玩意，至少從古羅馬時代開始，人類就懂得如何在人為控制的室內環境裡栽種植物。羅馬皇帝提比略（Tiberius）愛吃黃瓜，博物學家老普林尼（Pliny the Elder）曾描述羅馬人用溫室栽種黃瓜的方法，確保一年四季都能無虞地供應黃瓜到皇帝的餐桌上。17、18 世紀歐洲的宮廷中有一種名叫「橘園」（orangery）的建築，就是特別用來在冬天保護柑橘或其他不耐寒的植物。而在東方，中國、朝鮮古代都有用溫室栽種蔬果的紀錄。

溫室除了為植物遮風避雨，也需要能透進陽光，好讓植物能持續生長，這在冬季缺乏日照的高緯度地區特別重要。玻璃是溫室的理想建材，然而過去的玻璃製造技術不發達，難以製造大片的玻璃窗。因此，歐洲宮廷中的橘園，配置大量玻璃窗，反而成為一種誇示財力、地位甚至品味的象徵，炫富意義大於實際園藝的功能。隨著玻璃製造技術進步，玻璃不再是奢侈品，溫室也不限於出現在王公貴族的豪宅裡。植物學研究的需求，更促使大學或植物園紛紛興建溫室。

維多利亞時代的英國人就酷愛建造巨大的溫室，有些至今仍保存良好。例如邱園裡的「棕櫚屋」（Palm House，圖一）建於 1844 年，是當時世界上最大的玻璃溫室，整棟建築全由熟鐵骨架與平板玻璃構成。棕櫚屋用來收藏探險家從世界各地帶回的熱帶植物，以維多利亞時代流行的「盆栽」方式種植。其中最老的一棵盆栽，是一種長得像棕櫚樹的非洲蘇鐵（Encephalartos altensteinii）；它由庫克船長從環球航行帶回來，自 1775 年起就在邱園落戶了。無怪乎邱園的導覽員戲稱：「這是一棵比美國還要老的樹。」

 

▲圖一：英國皇家植物園「邱園」的棕櫚屋。圖片提供／《科學月刊》，圖片來源／Diliff, CC BY-SA 3.0,Wikimedia Commons

 

水晶宮輝映日不落

邱園的棕櫚屋雖然壯觀，但還不是維多利亞時代最受人矚目的玻璃建築。而這項榮銜非 1851 年倫敦萬國工業博覽會場館「水晶宮」（Crystal Palace）莫屬。位於倫敦海德公園（Hyde Park）內的水晶宮，全長 564 公尺（約 5 個足球場相連的長度）、內部高 39 公尺（約 9 層樓的高度），全由鑄鐵及平板玻璃作為建材，是當時世界上最大的玻璃建築。對今日的讀者而言，玻璃帷幕大廈不足為奇；但是對 19 世紀中葉的人來說，水晶宮可說是最前衛的實驗性建築，也象徵工業時代的科技成就（圖二）。

 

▲圖二：1851 年倫敦萬國工業博覽會「水晶宮」的外觀。圖片提供／《科學月刊》，圖片來源／Read & Co. Engravers & Printers, public domain, Wikimedia Commons

 

水晶宮最初就是作為倫敦萬國工業博覽會的場地而興建，這場博覽會於 1851 年 5 月～ 10 月舉行，是世界上首次國際博覽會。整整 5 個多月的展期中，有超過 600 萬人參觀，相當於當時三分之一的英國人口。會場中展示了共 13,000 多件來自世界各地的工藝產品、原料、發明。這不但是一場人類科技文明成果的盛宴，也是當時正值巔峰的「日不落帝國」向世界炫耀其工業實力。

當時參觀水晶宮的遊客會有什麼樣的體驗呢？除了被其龐大宏偉的結構震懾之外，一定會一眼就注意到室內的明亮通透──由於水晶宮的外牆及屋頂幾乎全由平板玻璃構成，室內在白天時甚至不需額外照明。寬敞挑高的屋內，甚至容納得下好幾棵大樹（圖三）！

 

▲圖三：水晶宮的內部。圖片提供／《科學月刊》，圖片來源／J. McNeven, public domain, Wikimedia Commons

 

這麼輝煌的水晶宮，可惜並沒有保存至今日。博覽會結束後，水晶宮就地拆解。生意頭腦動得快的商人買下大部分建材，運到倫敦南部的郊區重建，但重建後的水晶宮卻無法維持往昔榮光，最終在 1936 年的一場火災被焚毀。

 

築夢星辰的墊腳石

水晶宮的輝煌已成過往雲煙，然而世界上永遠不缺大膽的夢想。19 世紀末在新大陸便有一位夢想家，將目光朝向浩瀚星空；玻璃在他的夢想事業中也扮演了關鍵的角色。

 

▲圖四：美國天文學家海爾。圖片提供／《科學月刊》，圖片來源／public domain, Wikimedia Commons

 

這位夢想家是美國天文學者海爾（George Ellery Hale，圖四）。海爾在科學上主要的成就是發現太陽黑子的磁場；然而讓他流芳百世的，恐怕不是其科學發現，而是他在學術行政上孜孜不倦的創業能力。他陸續催生了許多美國中西部及太平洋海岸的大型天文台，包括威斯康辛州的葉凱士天文台（Yerkes Observatory）、加州的威爾遜山天文台（Mount Wilson Observatory）、帕洛馬天文台（Palomar Observatory）。他也是加州理工學院（California Institute of Technology, Caltech）早期重要的領導人物，推動該校的轉型，將原本的職業學校轉型成有朝一日與麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）齊名的科學殿堂。

當時天文科學的發展重心正處於轉捩點。原本千百年來，天文學家關切的是測量天體精確位置的「球面天文學」（spherical astronomy），用以提供導航、制定曆法等實際用途。此外，球面天文學也能作為研究天體運動的「天體力學」（celestial mechanics）的基礎。到了 19 世紀後半，研究天體本質的「天文物理學」（astrophysics）興起，藉由觀測電磁輻射（即不同波段的「光線」）分析星星的溫度、密度、化學成分等性質。天文學家因此需要口徑更大的望遠鏡，才能看得更深遠，捕捉到更微弱的光線加以分析。這是 19 世紀後半世界各地競逐興建大型天文台的時代背景。

天文望遠鏡的靈魂就在於其透鏡或反射鏡，口徑愈大的望遠鏡，需要愈大的透鏡或反射鏡，對玻璃材質及研磨、拋光的技術需求也愈困難。海爾有伯樂相馬般的眼光，不僅善於用人，也很會「相」鏡片。他相中望遠鏡製造商克拉克（Alvan Clark & Sons）手中一對直徑 1.07 公尺的玻璃鏡片，認為是難得之材，大力說服芝加哥大學與投資者出錢將鏡片買下，作為他夢想中的望遠鏡的核心。在海爾主導下，葉凱士天文台於 1892 年落成，並將那對鏡片用來建造 40 吋（1.02 公尺）折射式望遠鏡，這至今仍是世界上最大的折射式望遠鏡（圖五）。

 

 

▲圖五：1897 年初落成不久後的 40 吋折射式望遠鏡。圖片提供／《科學月刊》，圖片來源／publ i c domain,Wikipedia Commons

 

葉凱士天文台只是海爾夢想的第一步。折射式望遠鏡由於透鏡重量、焦距長度等因素的限制，使得望遠鏡口徑難以再向上突破。海爾之後轉向興建反射式望遠鏡，推動了威爾遜山天文台 60 吋（1.5 公尺）及 100 吋（2.5 公尺）望遠鏡的建設。海爾去世後，帕洛馬天文台 1949 年落成的 200 吋（5.1 公尺）「海爾望遠鏡」（Hale Telescope）就以他為名，紀念這位為 20 世紀初美國天文科學建設「築夢踏實」的創業家。

 

延伸閱讀

1. 莎拉‧ 羅斯，呂奕欣譯，《植物獵人的茶盜之旅：改變中英帝國財富版圖的茶葉貿易史》，麥田出版，2014 年。

2. 凱西．威里斯、卡洛琳．弗萊，鄭凱文、郭雅莉、蔡佳澄譯，《英國皇家植物園巡禮：走進帝國的知識寶庫，一探近代植物學的縮影》，商周出版，2016 年。

3. Steve Fentress, Yerkes Observatory: Home of Largest Refracting Telescope, Space.com, 2019.

 

⇠上一篇：為什麼會停電？臺灣電力供給的現況與挑戰

玻璃與 17 世紀科學的發展：下一篇⇢

 

本文轉載、修改自《科學月刊》2021 年 4 月