C/2014 Q2 (LOVEJOY) 黃榮正時間 :2014/12/24 23:59 地點 : 合歡山小風口儀器 :Nikon D5300 ISO1600, 曝光 30 秒 20 張, 高橋 EM200 + Epsilon 180ED + DSS+Photoshop CC C/2014 Q2 (L

Transcription

1 68 臺北星空天文館期刊 Taipei Astronomical Museum Magazine SKYLIGHT NO 夏 ISSN: 電波天文專輯 / 電波天文發展簡介 SMA ALMA 太空站與太空旅行 曙光號 我的天文研究 / 訪賴詩萍副教授 天文童話屋 / 星光秘密 天文漫畫 / 帶著呼拉圈的行星 土星 1 夏季星空 天體映像 美星映象館 /C/2014 Q2 (LOVEJOY) 彗星 夏 100

2 C/2014 Q2 (LOVEJOY) 黃榮正時間 :2014/12/24 23:59 地點 : 合歡山小風口儀器 :Nikon D5300 ISO1600, 曝光 30 秒 20 張, 高橋 EM200 + Epsilon 180ED + DSS+Photoshop CC C/2014 Q2 (LOVEJOY) 吳昆臻時間 :2015/1/14 21:12 地點 : 南投縣合歡山鳶峰停車場儀器 :Canon 5D MarkⅡ (UV-IR 改 ) ISO800 5 分鐘 *5 幅, 總曝光 25 分鐘, Canon NFD 300mm/2.8 光圈開放, 高橋 EM-200 赤道儀自由追蹤, DeepSkyStacker Photoshop CS4 說明 : 彗星總是在已被預測天象外帶給追星族意外的驚喜,C/2014 Q2 (Lovejoy) 彗星不但亮度比預測要明亮還拖著長長的尾巴, 使用 300mm 鏡頭拍攝, 彗星的尾巴很明顯爆框了, 拍攝當天彗尾長達 15 度以上 ( 此影像長邊涵蓋約 7 度 ), 是近幾年較為明亮且在台灣拍攝條件佳的彗星

3 總編輯的話 從 2014 年底到 2015 年初最熱門的的一句話 : 星際效應 這部電影, 你看了嗎? 影片中最有吸引力的兩個主題, 首推 黑洞 以及 系外行星 想要在地球上對這兩類的天體進行研究, 最主要的輻射頻譜就是無線電波波段 68 期的臺北星空專題就是電波天文學, 將從發展歷史開始, 一直介紹到中研院天文所參與的國際無線電波陣列計畫, 讓大家對於無線電波一本期刊就認識 我的天文研究 專欄訪問的賴詩萍教授, 研究領域也在恆星與行星形成這一塊 福爾摩沙衛星二號十週年專題第四篇介紹的是太空站與太空旅行, 可以讓我們瞭解到真實世界與星際效應中的太空旅行或移民還有多少的差距 有了這麼多的星際效應補充教材, 大家應該增加了更多的知識, 更能體會科幻電影中的美了吧, 最後, 宇宙天體攝影 專欄特別挑選了黑洞的觀測影像做為禮物唷 這一期 臺北星空 的 美星映象館, 愛嬌姨 (C/2012 Q2) 亮度下降比預期中的慢, 依然是夜空中的最佳女主角 在出刊的時候, 時序將漸漸進入夏天, 夏季星空 的介紹與 夏天的故事 可以引領著大家, 開始夏季的尋星之旅 想要冰涼一下可以看看 合歡山! 松雪樓 與天文館的新片 南極皇帝企鵝 這兩篇文章 今年三顆紅星以上天象中的兒童節月全食已經過了, 不知道大家是否有看見 ; 八月的英仙座流星雨即將到了, 不要忘記這個條件極佳的流星雨唷 看天象, 找真相 在我們的生活中, 光如影隨形充滿在我們周遭, 從白天的日光到晚上的夜光, 從遍布宇宙空間的光到地球一隅微弱的光, 光無所不在 光的種類應有盡有, 從家裏辦公室的燈光到肉眼看不見的紅外光 紫外光, 甚至手機傳訊的電磁波都是光 光包羅萬有, 從讓食物變熟的微波到身體檢查須要照射的 X 光, 都屬於光 光對我們是如此密切又重要, 天文館於今年國際光之年 (IYL 2015) 特別舉辦光特展, 設計了很多有趣的項目等著您來發掘, 如大廳的宇宙大霹靂通道, 利用逼真的聲光效果讓您感受到宇宙初始的光 ; 精緻的雷射雕刻使平面的小夜燈如同 3D 立體一般發亮 ; 新科技發展特殊波長的紫外光能迅速做環境的消毒滅菌 目前天文館宇宙劇場特別上映小朋友喜愛的卡通航海王, 藉由故事讓您認識美麗的星空, 展示場內有宇宙通道可以體驗遨遊宇宙 擁抱群星的感受 宏偉壯觀的太陽系八大行星與華麗的銀河定會讓您目不暇給, 歡迎各位大小朋友有空來天文館參加一趟奇妙的宇宙之旅吧! ( 真相在天文館大廳與展示場 ) 刊名 : 臺北星空期刊統一編號 : 中華民國八十七年十月一日創刊中華民國一百零四年五月一日出版刊期頻率 : 季刊其他類型版本說明 : 本刊同時刊載於臺北天文館網站, 網址 定價 :100 元 ( 本刊印製數量有限, 優先贈送學校及圖書館, 一般讀者歡迎上網閱覽 ) 發行人編審委員特約編審特約編輯 陳岸立王錦雄 吳福河陳俊良 陳揚新王永川 林雅心林芳如 林修美林欣頤 葛必揚 陶蕃麟 許錫鑫胡佳伶范賢娟 總編輯編輯美術編輯封面設計 徐毅宏 劉愷俐 張桂蘭楊曄群 李瑾李合峰 張維元 莊郁婷 邱幗鳳邱思怡 黃蘋 劉愷俐 出版機關地址電話傳真網址 承地電 印址話 臺北市立天文科學教育館臺北市士林區基河路 363 號 (02) (02) 台灣身心障礙人福利促進協會新北市土城區永豐路 195 巷 7 弄 4 號 (02) 中華民國行政院新聞局出版事業登記證局版北字第 2466 號 1

4 臺北星空 Contents 14 專題: 電波天文 封面圖說 ( 上圖 )C/2014 Q2 (LOVEJOY) 昴宿星團與加州星雲鄭冠康時間 :2015/01/17 19:38 地點 : 中國廣東省梅州梅西儀器 :CentralDS cooled 5D2, 曝光 180sec*34,Dark*12,bias*15 Canon 85mm f/1.8@ f/2.8 Vixen GP2 星野攝星儀,PI 疊圖 /PS 後處理說明 : 星空上紅 綠 藍的相遇, 最期待的畫面, 今生不再 總編輯的話 徐毅宏 1 天文新知 李瑾張桂蘭 天文新聞追蹤報導航向太陽系起源 - 曙光號 胡佳伶 福爾摩沙衛星二號 10 週年 -4 太空站與太空旅行 陳彥升 專題 / 電波天文 電波天文發展簡介 呂浩宇 SMA 次毫米波陣列望 遠鏡 顏士韋 ALMA 阿塔卡瑪大型毫 米波及次毫米波陣列 蘇裕農 我的天文研究 / 訪賴詩萍副 教授優游研究樂趣天空的幸運兒 范賢娟 智利高原沙漠中的 ALMA 松下聪樹專訪 陳筱琪 ( 下圖 )C/2014 Q2 (LOVEJOY) 彗星鄭冠康時間 :2015/01/16 21:52 地點 : 中國廣東省梅州梅西儀器 :CentralDS Astro 60D, 曝光 180sec*32, Dark*16,bias*15 Takahashi FSQ-85ED with 1.5X extender (680mm f/8) Takahashi EM-11 赤道儀,PI 疊圖 /PS 後處理說明 : 獨自在星空流浪, 八千年一次的相遇, 一期一會 2 天文館期刊第六十八期

5 夏 太空站與太空旅行 曙光號 我的天文研究 / 訪賴詩萍副教授天文童話屋 / 星光秘密 天文漫畫 / 帶著呼拉圈的行星 土星 1 夏季星空 天體映像 美星映象館 /C/2014 Q2 (LOVEJOY) 彗星 臺北星空 -- 天文館期刊 本刊歡迎各界人士投稿並 提出指教 本刊對來稿有刪改 權, 如作者不願稿件被刪改, 請註明 文稿請自行影印留底, 投稿文字 圖表 圖片與照片, 均不退件 文章一經採用, 亦刊登於天文館網站 系 列照片三張以下每張以單張 計價, 三張以上不論張數均 以三張計價 本刊文字及圖 天文童話屋星光秘密 范賢娟 37 天文漫畫帶著呼拉圈的行星 土星之 1 曾建華 46 片, 未經同意, 不得轉載 文章內容所採用的圖片及文字, 如係引自他處, 請先行取得原作者及出版社同意後使用 ; 本刊不負責有 星姊姊說故事夏天的故事 夏季星空 關著作權爭議之訴訟 如係譯稿, 請附加原文並註明來源, 並先取得同意權 孫桂琴 41 趙瑞青 臺北星空 天文館期刊 Taipei Astronomical Museum Magazine SKYLIGHT NO 夏 ISSN: 天文萬花筒合歡山! 松雪樓! 毛慧玲 43 宇宙天體攝影天體映像來自星系中心黑洞的巨大噴流 視聽之旅南極皇帝企鵝 陳揚新 楊曄群 美星映象館 李合峰彙編 來稿請寄 : 臺北市立天文科學教育館研究組臺北市士林區基河路 363 號 歡迎以電子郵件投稿 address : 54 tam001@tam.gov.tw 終身學習行動 331 電波天文專輯 / 電波天文發展簡介 SMA ALMA 國家民主 由我做主, 直言不賄 - 真英雄! 發現賄選, 請撥檢舉專線 : 按 市民熱線,24 小時日夜服務 3

6 天文新知 欲窮千里目更上一層樓 當季天文記實 編譯 : 李瑾 張桂蘭 發現銀河系新鄰居 俄國天文學家 Karachentsev 團隊, 發現銀河系的新鄰居 編號 KKs3 的矮橢球星系距離僅 700 萬光年, 與銀河系 仙女座星系及其它 50 多個矮星系同屬本星系群 KKs3 星系位在水蛇座方向, 質量僅銀河系萬分之一, 此類矮橢球星系沒有旋臂結構, 也缺乏形成新恆星所需的氣體灰塵, 因此又小又暗 大多為大星系附屬的衛星系, 本星系群僅 KKR 25 與 KKs3 是獨立的矮橢球星系 ( 搜尋關鍵字 :KKs3 dsph galaxy Local Group) 好奇號偵測到火星表面甲烷濃度暴增現象 火星探測車好奇號在 2013 年底至與隔年初的 2 個月內, 偵測火星大氣的甲烷濃度突然暴增 10 倍又降回的現象, 顯示有局部性甲烷源 但是此甲烷源來自於生物產生, 或如水與岩石交互作用等非生物性過程所製造, 仍沒定論 此外, 好奇號也從鑽取岩石粉末中偵測到數種不同的有機化合物, 而這是科學家第一次從火星表面物質中取得如此可靠的有機物質偵測結果 這些發現意味火星的化學活動還很活躍 ( 搜尋關鍵字 :Curiosity rover methane organic material) 美國阿拉莫隕坑比預期大 美國科學家研究位於內華達州的阿拉莫隕坑, 測量撞擊後海洋沉積物和坑內岩石碎屑的分佈狀況, 認為現今可見暴露在外的阿拉莫隕坑和相關沉積物, 大約僅有撞擊坑真實大小的一半而已 ; 因此隕坑直徑應為 111~150 公里左右, 為過去測量寬約 44~65 公里的 2 倍 這場天體撞擊事件發生於 3 億 8200 萬年前, 撞擊點發生於古老的海床, 因此撞擊後形成的撞擊坑被岩石碎屑填滿, 而後又被愈來愈多的海洋沉積物覆蓋 ( 搜尋關鍵字 :Alamo impact carbonate rock ESO) 天文學家在銀河系邊境發現新生恆星 巴西天文學家透過廣角紅外尋天探測器 (WISE) 影像, 在銀河系極邊緣處發現新生恆星 由於銀河極邊緣處可以用來製造新恆星的材料非常稀少, 要誕生新恆星是非常困難的事 天文學家不僅在銀盤上下方數千光年遠之處發現巨分子雲, 其中之一巨分子雲裡面居然同時含有 2 個星團 可能是超新星爆炸, 拋出氣體至銀盤外,- 之後物質落回過程中形成的巨分子雲 或是銀河系和大小麥哲倫星系之間的重力交互作用, 所擾亂的氣體所形成 ( 搜尋關鍵字 :Wide-Field Infrared Survey Explore, Camargo 438 and 439, giant molecular clouds) 4 天文館期刊第六十八期

7 冥王星以外還有行星? 西班牙與英國天文學家團隊根據極海王星外天體 (ETNO) 的軌道和奇特的分佈狀況, 以電腦模擬認為冥王星軌道以外, 至少還有 2 顆未知的行星 一般來說 ETNO 有特定軌道, 然而其中 12 顆 ETNO 卻不照這個規矩來, 天文學家們相信必定有某些看不見的外力影響著 ETNO, 其中最可能的解釋就是冥王星軌道以外之處有未知的行星, 且經過模擬至少是 2 顆以上 ( 搜尋關鍵字 :extreme trans-neptunian objects planets) 觀測繪架座 Beta 星拱星盤十多年變化 天文學家早在 1984 年就觀測到繪架座 Beta 星周圍有氣體與塵埃組成的碎屑盤,2009 年更在碎屑盤中發現一顆氣體巨行星繪架座 Beta b, 由於行星公轉一周僅需 20 年, 因此天文學家得以直接觀測深埋在碎屑盤的巨行星, 如何讓塵埃盤扭曲變形 天文學家將哈伯於 1997 年與 2012 年拍攝的繪架座 Beta 影像相互比對, 證實理論模型所預測 : 因受到短週期行星的重力影響, 而使得碎屑盤內側部分的結構變得複雜的現象 ( 搜尋關鍵字 : circumstellar debris disk beta pictoris planet) 木衛三極光擺動顯示存在地下海洋! 科學家利用哈伯望遠鏡觀測木衛三的極光擺動情形, 找到了有地下鹹水海洋存在的證據 木衛三是唯一擁有磁場的衛星, 因此能在南北兩極觀測到極光 由於離木星很近, 因此木星磁場變化會使極光前後擺動, 若木衛三有海洋, 木星磁場會在海洋製造出次級磁場, 以抵銷木星磁場, 使得擺動的幅度會受地下海洋影響而減少 因此根據觀測結果, 科學家推測在木衛三 150 公里厚的冰層下方, 有 100 公里深的地下海洋, 這可是地球海洋深度的 10 倍!( 搜尋關鍵字 :underground ocean Ganymede auroral belts) 擁有 4 個太陽的行星 天文學家發現第 2 顆位在四合星系統內的系外行星, 先前僅 2013 年以克卜勒任務發現 KIC 為例 此次發現的行星位於白羊座 30 星, 距離地球約 136 光年 其質量約為木星的 10 倍, 繞其母恆星白羊 30B 公轉一周約為 335 天 最近發現白羊 30B 附近有個距離僅 23AU 的伴星, 而這對近距雙星和另一對近距雙星白羊 30A 又互相環繞公轉, 兩組雙星相距約 1670AU, 所以整個白羊 30 是個四合星系統 ( 搜尋關鍵字 :quadruple star system. 30 Ari Planet) 資料來源 1 臺北市立天文科學教育館 2 美國太空總署噴射推進實驗室 3 歐洲太空總署 4 科學 雜誌期刊 5 科技期刊 6 每日科學 5

8 天文新聞追蹤報導 航向太陽系起源 - 曙光號 曙光號與灶神星 ( 左 ) 及穀神星 ( 右 ) 示意圖 (Credit: William K. Hartmann Courtesy of UCLA) 文 / 胡佳伶 任務 曙光號 (Dawn) 是美國航太總署 (NASA) 的探索計畫 (Discovery Program) 之一, 任務目標是研究小行星帶內的兩個古老大型天體 - 4 號小行星灶神星 (Vesta) 以及矮行星穀神星 (Ceres), 這兩個天體保留了太陽系形成之初千萬年的原始樣貌, 科學家將跟隨曙光號的腳步, 航向太陽系起源! 灶神星和穀神星之所以會雀屏中選, 成為曙光號的探測目標, 正是因為它們就像是內太陽系岩質天體與外太陽系冰質天體的橋樑, 雖在彼此近旁形成及演化, 卻在太陽系早期經歷了不同的歷程, 成為性質迥異的天體 灶神星是乾旱的不毛之地, 高度分異, 地貌相當年輕 和內太陽系的岩質天體類似 ; 而穀神星則是個冰封世界, 富藏含水礦物, 可能擁有稀薄大氣 和外太陽系的巨大冰質天體相仿 曙光號將利用相同的科學儀器研究這兩個歧異的天體, 對比研究兩者的演化關係, 或能拼湊出太陽系早期歷史全貌, 為了解太陽系形成及演化提供重要解謎關鍵! 時程 2015 年 2 月 19 日, 曙光號於距離穀神星 46,000 公里處拍攝到表面的兩個亮點, 科學家推測成因可能與火山活動有關 Credit: NASA/JPL- C a l t e c h/u C L A/ MPS/DLR/IDA 曙光號在 2007 年 9 月 27 日發射, 是自美國航太總署的深空一號 (Deep Space 1) 任務後, 首度以離子推進做為動力的探索任務太空船, 因此能攜帶足夠的燃料, 用來改變速度, 進入兩個不同天體的軌道, 這也是歷來太空任務的首度創舉 ( 之前的多目標任務皆為飛掠 )! 曙光號配備三項科學儀器, 分幅照相機 (Framing camera,fc) 是主要的科學探測及巡航儀器, 可見光和紅外光譜儀 (Visible and infrared spectrometer,vir) 能測量化學成分, 搜尋表面的各種原子和化合物, 並將物質分佈繪製成圖, 伽瑪射線及中子偵測器 (Gamma Ray and Neutron Detector,GRaND) 能研究岩石組成成份, 偵測矽 放射性元素和水的存在 曙光號軌道示意圖 ( 淺藍色為曙光號軌道, 綠 紅 黃 紫分別為地球 火星 灶神星 穀神星軌道, 白色十字為發射後周年之位置 ) Image credit: NASA/JPL 6 天文館期刊第六十八期

9 曙光號拍攝灶神星表面的 Cornelia 隕坑, 將左圖約 1 公里寬的區域放大, 在右圖可以看到彎曲的溝渠 ( 短箭頭 ) 及扇形的沉積 ( 長箭頭 ) Credit: NASA/JPL- Caltech/UCLA/ MPS/DLR/IDA 2009 年 2 月, 曙光號獲火星重力加速,2011 年 7 月 16 日, 曙光號進入灶神星軌道, 成為首度環繞小行星帶天體的太空船 曙光號於 2012 年 9 月離開灶神星,2015 年 3 月 6 日抵達穀神星, 進行為期四個月的探測後, 預計 2015 年 7 月結束主要任務 探索灶神星 灶神星一直被認為是個乾燥的世界, 但曙光號在其表面偵測到含水化合物, 還在地下發現水冰 灶神星上水源的謎團, 或許正是解謎太陽系內其它水源的重要拼圖 天文學家一直認為地球上常見的一類 HED 無球粒隕石可能來自灶神星, 甚至推測這類隕石的總量恰能填滿灶神星南極巨大的 Rheasilvia 隕坑 這個隕坑有 505 公里寬,22,000 公尺深, 物質質量約占灶神星的 1%, 形成隕坑的撞擊事件撞出了灶神星的石塊, 飛向太空, 或許就成為落腳地球的 HED 隕石 HED 隕石的化學成分顯示其起源處的地質是分層的, 與行星地質類似 ; 另根據 HED 隕石的放射性同位素定年, 發現其形成年代約為與灶神星相近的 45 億年前 而曙光號的分析結果顯示, 灶神星的成分與 HED 的組成相似, 這證實了 HED 和灶神星之間的聯繫及科學家提出的灶神星地質分化模型 在曙光號傳回的影像中, 灶神星表面遍佈隕坑, 周圍還有飛濺物形成的輻射紋 這些隕坑的年代差異很大, 顯示灶神星在太陽系演化史中, 長期遭受劇烈且頻繁的撞擊, 撞擊產生的碎片在 灶神星表面覆蓋了數百至數千公尺厚的塵土, 形成年輕的地貌 灶神星表面佈滿亮暗交織的斑點, 淺色區域多為隕坑周圍的輻射紋, 科學家認為應源自灶神星本身 深色物質則大小疏密不一, 與地質特徵無關聯地零星散落, 因此科學家推測深色物質是如雨點般墜落, 光譜儀的分析顯示深色物質富含碳元素和水, 可能是碳質球粒隕石撞擊灶神星, 留下深色的遺跡和水分子 地球上的水或許也有相同的起源 在曙光號近距離拍攝的灶神星照片上, 可以看到表面有許多溝渠存在, 這可能是灶神星表面曾短暫存在的液態水流動侵蝕所導致 和其它小行星相比, 灶神星的地質特徵更像是顆岩質行星, 科學家認為, 灶神星是在太陽系早期岩質行星形成時, 唯一倖存至今的大型行星體 參考資料 : 噴射推進實驗室 (JPL) 曙光號任務網頁 美國航太總署曙光號任務網頁 index.html#.vpgjtpmuesp 天文 (Astronomy) 雜誌 2014 年 3 月號 Exploring the biggest asteroids, Sarah Scoles ( 譯文 t _ html) 維基百科曙光號網頁 胡佳伶 : 任職於臺北市立天文科學教育館 7

10 福爾摩沙衛星二號 10 週年專題報導 - 4 文 / 陳彥升 也許你曾經在日出前或日落後的傾刻間仰望天空, 發現一顆比金星略為明亮的光點滑過天際, 一開始你可能會以為那是一顆星星, 但又察覺星星不應該會移動那麼快? 此時, 也許你看到的是這顆國際知名的人造月亮 國際太空站 (International Space Station, ISS) 由於它是在離我們很近的低軌道上繞行, 在日出前或日落後天色較暗的時刻, 它所反射的陽光就會特別耀眼 也由於它是目前太空中最大的人造物體, 有時我們在白天也可經由望遠鏡捕捉到它的影像 你會發現, 它飛行的方向較偏南北走向, 因為它的飛行軌道傾角 (Orbital Inclination, 軌道面與地球赤道面的夾角 ) 大約是 51.6 度 太空站與太空旅行 國際太空站外觀 ( 圖片來源 :NASA) 8 天文館期刊第六十八期

11 1998 年組裝及發射第一個模組件來, 這個多自國合作, 在軌道上建造的國際太空站, 已成 為一個長期穩定的太空實驗室與觀測站, 它同時 也可成為未來人類前進月球 火星及小行星探索 的中繼站, 提供運輸與維修的功能 這呼號被定 為 Station Alpha 的國際太空站, 目前總長約為 72.8 公尺 寬約 公尺 高約 20 公尺, 在平均 330 公里至 413 公里高的軌道上, 以每秒大約 7.66 公 里的高速飛行 ( 是海平面音速的 22.3 倍 ), 每天環 繞地球大約 15 圈半, 讓研究人員能在太空及微重 力的環境中, 進行各種科學實驗, 以及對地球上 氣象與天文的觀測 太空站的設計經驗 與技術發展 國際太空站是繼俄羅斯放棄 和平號 (Mir) 太空站, 並決定讓其返回大氣燒毀之後, 最大規模 也是最為複雜的國際合作太空計畫 是基於之前累積的 8 座載人太空站的技術與設計經驗所規劃建造而成 人類設計與建造太空站的實現是由前蘇聯開始的, 最早是 1960 年初期的 鑽石號 (Almaz) 1971 年的 禮炮號 (Salyut), 還有後來俄羅斯的 1986 年至 2001 年的 和平號 (Mir), 其間也有 1973 年至 1979 年美國建造的 太空實驗室 (Skylab) 由這些歷史記錄看來, 俄羅斯在太空站的設計上是較有經驗的, 也因此, 在現今國際太空站系統中, 俄羅斯段 (Russian Orbital Segment, ROS) 的模組結構設計有較多安全考量, 較能抵抗太空碎片的撞擊, 同時也備有調整飛行軌道高度的推進引擎系統, 可以獨立自成一套太空站系統 而美國段 (United States Orbital Segment, USOS) 則較注重實驗操作的多樣性 太空人生活空間的設計改進, 以及太空站電力與結構系統的擴充與完整性 其實, 國際太空站的計畫發展與準備過程歷時十多年, 而且也有些曲折 於 1980 年代初期, 美國太空總署 (NASA) 開始規劃, 繼太空實驗室之後如何延續長期的太空與微重力研究, 因此, NASA 在 1984 年邀請歐洲太空總署 (ESA), 來參與 自由號 (Freedom) 太空站的建造, 而於 太空梭運載能量幫助國際太空站的建造 ( 圖片來源 :NASA) 1993 年蘇聯解體後, 計畫變更為結合美國的自由號及俄羅斯的和平二號設計, 而終於成為最後的國際太空站設計 國際太空站的經費來源 當然這樣大規模太空計畫的建造, 除了科技人員參與及技術需求之外, 最重要的還是需有足夠的經費才能完成, 就如同航太系統工程始祖, 也是屢創航太設計奇蹟的凱利強森 (Kelly Johnson, , Lockheed Skunk Works) 曾經表示, 若無巧妙的預算規劃, 就不可能完成挑戰性的計畫 國際太空站至 2010 年為止的總經費估計約 1500 億美元, 其中包括 NASA 建造太空站使用了 756 億,36 趟太空梭發射費用 ( 每趟約 14 億, 共 504 億 ), 俄羅斯出資 120 億, 歐盟及日本各挹注入 50 億, 加拿大出了 20 億 這筆經費看來龐大, 但與 NASA 之前的太空實驗室比較, 這個新太空站的每人使用費用可是便宜了一半, 而它的科學 醫學及材料實驗與科技發展所產生的民生與產業實質效益, 更是難以金錢來估計 為了擴大國際參與, 歐洲太空總署 (ESA) 曾提議邀請中國 印度及南韓共同投資, 但因為美國國會法案禁止美國 9

12 與中國在太空計畫上的任何合作, 最後於 2010 年底決定增加印度與南韓成為新成員, 開始討論他們願意參與的項目 國際太空站的主要功能 國際太空站的主要功能包括科學研究 微重力實驗 太空探索 以及教育與文化推廣等 在科學研究上, 主要包括太空生物學 天文學 太空醫學 生命科學 物理學 材料學 太空天氣及大氣天候研究等 例如, 其中日本的 希望實驗室 (Kibo) 主要目的在於加速日本的科技研發, 並將所發現新知應用在日本的工業與醫藥產品上 此外, 為了解開宇宙重要謎底的暗物質捕捉, 來自世界各地的眾多工程師與科學家, 參與了諾貝爾獎得主丁肇中博士 (Dr. Samuel Ting) 所主持的 反物質太空磁譜儀二號 (A l p h a Magnetic Spectrometer, AMS-02, 又譯為阿爾法磁譜儀 ),NASA 將其重要性與哈伯望遠鏡相提並論, 這個實驗設備在 2011 年 5 月 16 日, 由太空梭 STS-134 奮進號 (Space Shuttle Endeavour) 載送昇空, 並於 5 月 19 日完成安裝在國際太空站上 2013 年 4 月 3 日傳出首次 AMS-02 量測到無法解釋的多量高能正電子,NASA 科學家認為這可能是反物質跡象的線索 值得一提的是, 台灣的國家太空中心與中山科學研究院, 都曾在 AMS-02 儀器的測試驗證與資料接收等工作上有所貢獻 在太空醫學與生物學方面, 由於太空環境除了真空低壓與極端溫度變化外, 還有對人體有害的強輻射效應, 這主要是來自太陽風及宇宙射線的質子與次原子粒子 這些對人體與其他生物體的細胞與基因的短長期影響, 以及如何對太空人進行遠距離的體檢與診療, 都是很有價值的科學研究 例如, 十年來在國際太空站上發展的利用先進超音波顯影的診斷技術, 現在正持續發展, 應用於地球上偏遠地區或緊急情況下的醫療服務 此外, 微重力也是太空中重要的環境因素之一 由於國際太空站以接近圓形的軌道繞著地球轉, 在太空站上的地心引力與離心力正好抵消達到平衡, 因此重力幾乎消失 在微重力的環境中, 一些物理現象, 如流體動力 材料合成 燃燒過程 蛋白質結晶過程等, 都有很多有趣及值得研究的議題, 其中材料科學及醫藥合成方面, 將會帶來很可觀的產業應用 貢獻民生及經濟與環境改善上的種種效益 尤其, 微重力對於太空站上的工作人員有明顯的影響, 人體在這種環境下會產生骨質流失 流體於上半身累積 肌肉萎縮等現象, 這方面的研究是國際太空站重要科學目標之一, 而這些研究結果, 對於未來有些需要太空人長途飛行的任務上, 如人類登陸火星計畫及其他類似計畫, 將可提供任務規劃及工程設計上重要的數據參考及設計經驗 例如, 現在太空站上有精心設計的健身設備, 太空人每天都需要達到固定的運動量, 以防止肌肉萎縮及維持心臟與循環系統的健康, 但這些運動對於骨質流失卻是沒有任何幫助, 而是必須利用製造人工重力環境解決, 例如太空船備有旋轉式生活區間的設計等 反物質太空磁譜儀二號 (AMS-02) 裝於國際太空站 ( 圖片來源 :NASA) 在國際太空站上的微重力是會變化的, 主要是由於太空站在低軌道上飛行, 周遭還是有稀薄的空氣, 這些空氣粒子隨時對它碰撞會產生微量的空氣阻力, 還有要維持其飛行姿態所使用的控制力矩陀螺及實驗操作與人員移動的影響, 加上軌道維持的推進力作用, 以及與地心距離不同所產生的重力梯度影響等 這些微重力變化, 可能對實驗結果產生影響, 因此精確記載微重力環境數據, 是實驗的重要步驟 國際太空站是目前 10 天文館期刊第六十八期

13 NASA 太空人 Sunni Williams 在國際太空站上運動 ( 圖片來源 :NASA) JAXA 太空人 Koichi Wakata 在國際太 空站上運動 ( 圖片來源 :NASA) 世界最佳的微重力實驗室, 這包括微重力品質 實驗時間的長度與重複執行的方便性等考量, 但要把實驗送上太空站機會難得且經費昂貴 然而, 在地球上要執行微重力實驗非常不容易, 目前可使用的方法包括垂直掉落塔 (Drop Towers or Drop Tubes) NASA 的減重力飛機 (Reduced Gravity Aircraft or Vomit Comet ) 以及探空火箭 (Sounding Rocket) 等, 其中掉落塔的最長實驗時間在 10 秒以內,NASA 減重力飛機上的每次實驗時間大約是 25 秒, 而探空火箭所提供最長的微重力時間和發射高度有關, 每次微重力時間大約是 分鐘, 但傳統的探空火箭實驗方法, 並不保證每次都能安全回收所搭載的貴重實驗儀器設備 國際太空站在長期太空探索規劃工作扮演了重要的角色 首先, 它是試驗前往月球或火星長途飛行效應最理想與安全的實驗室, 可提供在太空中進行操作 維護 修理 零件更換的經驗累積, 及其程序與工具的改進與優化 歐洲太空總署的 火星 -500 (MARS-500) 實驗, 就從太空站的實驗中得到很多寶貴的解答, 包括微重力 輻射 隔離等對人員的長期影響, 這有助於他們設計長途太空飛行任務, 能夠真實達到符合安全規範的需求 由於前往火星將是人類探索太陽系重要的下 一步, 在太空推進飛行技術有全新的突破之前, 來回大約需要 天, 最快同時也是風險較高的設計要 245 天, 因此長途太空旅行對人體生理與心理上的影響, 的確是極為重要的太空研究課題 美國目前的政策, 希望 NASA 在 2030 年代中期能夠達成任務, 運送太空人進入火星軌道, 並安全返回地球 荷蘭的一個財團法人機構, 於 2012 年提出 2024 年開始前往火星移民的計畫, 並向全世界招考有意願移民的太空人開始進行訓練, 將於 2018 年先送一顆通訊衛星前往環繞火星,2020 年之後將持續送機器人與建造基地的零件與設備過去, 規劃建立第一座 3000 平方公尺的火星基地, 而這些移民者所搭乘的太空船將是單程票, 沒有回程的規劃, 由此可見這第一批移民的決心與勇氣 這個計畫今年初才宣佈, 在最初申請的數千人之中通過篩選的 100 人名單, 其中 4 人將可能成為第一批的太空長途旅行者 但這個計畫也招到太空界諸多批評, 認為計劃過於倉促, 也因此計畫很可能還會生變 教育及文化推廣 國際太空站的各成員國都非常重視教育及文化推廣方面 他們的學生透過影音通訊, 能實況學習太空站上的生活與各項操作, 也能透過遙控來操作他們所設計的實驗, 在太空站中完成所有的步驟 這樣的學習與研究的過程與深度, 確實能激發 11

14 俄羅斯質子號運載太空船 ( 圖片來源 : NASA) 俄羅斯聯合號運載火箭 ( 圖片來源 : NASA) 學生的研究熱忱與創新潛力 例如, 歐洲太空總署提供網路上可下載的各類科學教材給課程使用, 包括太空站的三維模型, 以及要求即時解決一些自發性挑戰的練習問題 又如日本宇航研究開發機構 (JAXA) 以太空站的實驗設備教材來激起學生對科技的好奇與熱忱, 並鼓勵他們追求工藝上精益求精的熱情, 同時藉此過程, 培養學生確認人生的重要性與目標及對社會的責任感 國際太空站的組裝過程從 1998 年到 2011 年太空梭退役之前, 其中重量與體積較大的模組大多是利用太空梭來運送, 另外還有俄羅斯的 質子號 (Proton) 及 聯合號 (Soyuz) 火箭也擔負了人員與物品運送的工作 最近還有美國的太空探索科技公司 (Space Exploration Technologies Corporation, SpaceX) 的 獵鷹 9 號 (Falcon-9) 火箭及軌道科學公司 (Orbital Sciences Corporation) 的 安塔瑞斯 (Antares) 火箭加入運載服務行列 由於考量火箭載具運送的能力, 太空站通常是在運送之前, 由自然空氣阻力的軌道衰減來降低高度, 而在完成運送之後, 再以太空站的推進系統, 或利用火箭載具的引擎來提供推力, 將太空站的軌道再推高 太空站軌道高度的調整, 是經由飛行速度的調節來達 俄羅斯聯合號運載太空船 ( 圖片來源 :NASA) 成, 大概每增加 1 公尺 / 秒的速度, 可調高軌道約 1.5 公里 這種改變軌道的方法, 也應用在太空站避開太空碎片撞擊的安全操作 (Debris Avoidance Manoeuver, DAM) 上 美國可追蹤軌道上 5 公分以上物體的軌道參數, 並應用這些資料來操作, 太空站就能避免被太空碎片或其他衛星撞擊 萬一飛行的操作已來不及躲避時, 則會將所有人員集結至太空站的俄羅斯段, 來度過可能的危機 在 2009 年之前, 國際太空站總共執行過 8 次的 DAM 在 2011 年之後, 太空站上加裝了新型的彈道擋板 (Ballistic 12 天文館期刊第六十八期

15 美國 SpaceX 公司的獵鷹 9 號運載火箭 ( 圖片來源 : NASA) 美國 OSC 公司的安塔瑞斯運載火箭 ( 圖片來源 :NASA) Panel), 大幅提高了對太空站的保護 在 16 年的國際太空站合作計畫中, 共有 7 位自費參與的民間人士, 他們每人付了約 4 千萬美元, 搭乘俄羅斯的聯合號火箭登上國際太空站 這些太空商業的營運是由美國的 太空探險公司 (Space Adventures, Inc.) 所經營, 他們先與俄羅斯達成合作協議, 再由俄國向美歐成員強硬爭取同意, 最後成行 一般人認為這些人士是 太空旅客 (Space Tourist), 對於這個稱呼他們非常不以為然, 因為他們是有受過正規的太空人訓練, 通過試驗才能登上太空站與太空人一起工作的 自 2012 年 10 月起, 國際太空站開始提供將立方衛星放入軌道的服務 一個單位的立方衛星尺寸為 10 立方公分, 重量在 1.33 公斤以下, 這類衛星也可設計成 2 至 4 個單位大小 由於設計快速經費又低, 可大量使用商用零件, 立方衛星成為當代最有效率的太空科技飛行驗證的奈米級衛星, 至目前國際太空站總共已釋放了 42 枚立方衛星, 這些立方衛星是搭乘運載火箭, 順便登上太空站的 今年國家實驗研究院協同國立成功大學, 與比利時的馮卡門研究所 (von Karman Institute) 合作設計一枚立方衛星, 將於 2016 年底送上國際 太空站釋放, 在軌道上執行飛行姿態控制 通訊及返回大氣的再進入氣熱動力研究 (Reentry Aerothermodynamics Study) 根據 NASA 的規劃, 國際太空站的合作將可操作到 2024 年, 或甚至可維持到 2028 年 當初的設計分為美國段與俄羅斯段, 在 2014 年美國因克里米亞事件, 對俄羅斯祭出制裁後, 俄國決定在 2020 年後, 將俄羅斯段脫離國際太空站, 加入他們自己重新建造的 OPSEK(Orbital Piloted Assembly and Experiment Complex) 太空站, 以繼續俄國的太空科技實驗與研究 這對俄羅斯來說是比較容易執行的方案, 因為俄國段有自備的推進與姿態控制系統 他們的 OPSEK 新太空站的軌道傾角將會調整為 71 度, 這樣的軌道較有利於俄國的火箭運載, 同時也才能夠觀測到俄國全境 而美國則提議加上新的電力與動力模組, 然後飛往介於地球與月球中間的引力平衡點 (Lagrange Point) 長駐, 以作為未來月球及火星任務的中繼站, 這是較有長遠眼光及較具挑戰性的計畫 如果成功的話, 則國際太空站將成為名符其實的在太空中的實驗室及中繼站 陳彥升 : 國家太空中心資深研究員暨混合式火箭計畫主持人 13

16 本期專題 電波天文 文 / 詹佩菁 電波天文學可泛指觀測波長相當於, 或較次毫米波段 (sub-millimeter) 長的地外電磁輻射 該領域自 20 世紀以來已有長足的進展 雖然電波天文領域比起可見光天文領域要年輕許多, 然而已對廣義相對論及宇宙大爆炸 (Big Bang) 模型提供公認最精密的檢驗 故電波天文學對於如筆者般具物理系背景的學生格外具有魅力 中央研究院天文與天文物理學研究所 ( 以下簡稱中研院天文所 ) 自成立以來, 於觀測天文學方面亦著重電波天文領域, 長期參與如次毫米波陣列 (Submillimeter Array) 及阿塔卡瑪大型毫米波陣列 (Atacama Large Millimeter Array) 等大型國際合作, 並與臺灣大學物理系合作興建用於觀測宇宙微波背景輻射的阿米巴陣列 筆者雖從事電波天文領域研究, 尚不敢稱對該領域之演進史有廣泛認識, 於本文僅盡一己所知, 對偏好的成果做簡單介紹 看不見的星光秘密 無線電波天文簡介 文 / 呂浩宇 14 天文館期刊第六十七期

17 緣起 肉眼可見的可見光波段以外的電磁輻射, 在早在西元 1800 年左右便為天文學家威廉. 赫歇爾爵士 (Frederick William Herschel; 亦為天 王星 天衛三 天衛四, 及土衛一 土衛二的發 現者 ) 所發現 當時赫歇爾正以分光器分離不同 顏色的太陽光, 並擺放溫度計, 利用溫度上升的 程度來測量太陽光譜的能量分佈 ( 如圖一 ) 然 而他卻意外地發現, 被擺放於光譜紅端以外以避 免受可見光譜照射, 被安排用來做對照組的溫度 計, 溫度反而上升地最高 據此, 赫歇爾推斷在 紅光譜外端尚受到肉眼不可見的紅外光之照射, 使得溫度計被加熱 隨後, 於西元 1886 年亨利. 魯道夫. 赫茲 (Heinrich Rudolf Hertz) 以振蕩器 產生波長更長的電磁波, 確立了光為電磁波動的 理論基礎 亦即, 紅光及紅外光為波長相對於藍 光較長的電磁場波動 20 世紀初, 美國的物理學家兼通訊工程師 卡爾. 央斯基 (Karl G. Jansky) 首次發現地外無 線電波源, 而被公認為電波天文學之父 當時, 剛從威斯康辛 - 麥迪遜 (Wisconsin-Madison) 取 得物理學士學位的央斯基進入了位於美國鈕澤西 (New Jersey) 的貝爾通話實驗室 (Bell Telephone Laboratories), 並接受指派尋找分析當進行以 公尺波長的無線電波通訊時, 可能的雜訊或 圖二 : 央斯基及他所建造的天線, 此天線置於環狀軌道上, 可調其指向 該天線的重製品現展示於美國國家電波天文臺綠堤 (Green Bank) 觀測站 (Copy Right: Bell Telephone Laboratories) 圖一 : 天文學家威廉. 赫雪爾爵士 (Frederick William Herschel ) 發現紅外光時實驗示意圖 ( 圖片來源 : nasa.gov/topics/technology/features/webb-beyond-vis_prt.htm, Credit: STScI) 干擾來源 央斯基當時以他自己建造的, 具有指向性的天線 ( 圖二 ) 進行觀測, 發現最主要的干擾源有三大類 :(1) 近處的打雷閃電,(2) 極遠處的打雷閃電所發出的電磁波, 經大氣電離層反射後到達無線電波接收機, 及 (3) 某穩定不明電磁波源 前兩類干擾源的發生難以事先預測 相對地, 第三類干擾源則經常可被偵測到, 並如遠處星體般具有每日提前 4 分鐘東升西落的特性 央斯基發現該穩定電磁波源來自於銀河系中央, 靠近人馬座 A(Sagittarius A) 的方向, 並於西元 1933 年發表了著名的論文 顯然源自地外的無線電波干擾源 (Electrical Disturbances Apparently of Extraterrestrial Origin) 雖然央斯基對此無線電波源極具興趣, 並向貝爾通話實驗室提出要求資金興建更靈敏的儀器進行後續觀測研究 然而時值美國戰後蕭條, 貝爾通話實驗室便以該電磁波源與貝爾實驗室未來將要發展的通訊系統無關為由拒絕 央斯基隨後被指派進行其它工作, 終生未再著手於與天文相關的研究 目前, 電波天文學家所常用的亮度單位即以央斯基命名 [1 Jy( 讀作 Jansky) = 每秒於每平方公尺及每單位頻率 (Hz) 接收到 瓦的功率 ] 目前全世界最大, 也是最先進的電波干涉陣列天文臺亦命名為卡爾. 央斯基極大陣列 (Karl G. Jansky Very Largy Array; 圖三 ) 每年美國國家電波天文臺並提供名為央斯基獎學金 (Jansky Fellowship) 的工作機會給與電波天文領域中表現最優異的數名博士後研究員 繼央斯基之後, 讀了 顯然源自地外的無線電波干擾源 論文的電子工程師葛羅特. 瑞博 (Grote 15 Centaurus Radio Jets Rising 圖片來圓 :

18 本期專題 電波天文 Reber) 亦對人馬座電波源產生興趣, 同樣地向貝爾實驗室要求經費興建新的觀測儀器, 並因同樣的理由被拒 幸運地是, 瑞博並沒有因為被拒絕就放棄, 反而於 1937 年返家, 自籌經費在自己家的後院建造了直徑 9 公尺的拋物面碟型天線, 且於西元 間完成了對全天以 180 百萬赫茲 (MHz) 波段進行的造影 此為人類首次系統性的對地外進行無線電波天文觀測, 並且首次發現除人馬座外, 仙后座 A 及天鵝座 A 亦為顯著的電磁波源 此時瑞博的研究工作尚未引起注意, 使得有將近十年的時間, 他是全世界唯一的電波天文學家 ( 且為業餘 ) 但隨後全世界就突然出現大量的電波天文研究工作 因此, 瑞博亦被認為是開創電波天文學最重要的人物 之後的章節, 筆者將選擇介紹數項重要的電波天文研究成果, 以及簡介中央研究院天文及天文物理研究所正著手進行的項目 淺談電波天文重要應用與成果 受限於電磁波對大氣的穿透率, 無線電波段為除可見光及近紅外光波段以外, 唯一可供地面觀測站進行天文觀測的 大氣窗 (atmospheric window; 如圖四 ) 在電波接收機發展極為成熟的近代, 電波天文 圖三 : 美國國家電波天文臺卡爾. 央斯基極大陣列 (NRAO Karl G. Jansky Very Largy Array; 筆者前往觀測時攝 ) 學亦成為天文物理最主要的領域之一 該大氣窗含括的電磁波主要源自於星際間游離電子的熱輻射及受加速電子發出的同步輻射 (synchrotron radiation) 極低溫的黑體輻射 (black body radiation) 以及星際分子能階躍遷時所發出特定頻率的發射譜線 在此筆者簡介這些觀測的數項重要應用 波霎 ( 或譯作脈衝星 ) 波霎 (Pulsar) 為強度隨極穩定週期變動的無線電波源, 首次由劍橋大學的研究員約瑟琳. 貝爾 (Jocelyn Bell) 以她自行建造的無線電波偵測天 圖四 : 電磁波在地球大氣的穿透率 橫軸為波長, 縱軸代表大氣的不透明度 ( 即 100% 代表該波段的電磁波完全無法穿透大氣層到達地表的觀測者 圖片來源 : 16 天文館期刊第六十七期

19 線所發現 ( 圖五 ) 由於波霎亦如遠處天體般每日提前 4 分鐘東升西落, 而被認定為地外電磁波源 然卻又因其機械般週期性地閃動的特性, 不似任何其它的自然無線電波訊號源, 於初發現時無法被排除為由智慧生命所製造的信號 於是第一個被貝爾發現的波霎初被命名為 小綠人一號 (LGM-1, 為 Little Green Man 1 的縮寫 ), 後根據其座標被重新命名為 劍橋波霎 1919 (CP 1919, 為 Cambridge Pulsar 1919 的縮寫 ) 現今仍有許多目標為發現地外智慧生命的觀測研究計畫, 試圖利用統計方法分析尋找地外無線電波訊號中看似有規律的部份 ( 如 SETI 計畫, 圖五 : 左圖為發現波霎的天文學家貝爾 右為發現時的觀測紀錄 依近代的認知, 波霎的來源為向兩極方向發射電磁波束的中子星 (Neutron Star; 如圖六 ) 由於中子星的進動 ( 即兩極的指向繞某特定轉軸週期性的轉動 ), 使得當其兩極正指向地球時, 其所發出的電磁輻射始得被偵測到, 而成為週期性的無線電波源 波霎週期穩定的特性在天文物理實驗中可被用作天然的計時器, 對於驗證狹義及廣義相對論的效應 ( 時空的演變以及其與重力源的交互作用 ) 十分重要 據此,1974 年的諾貝爾獎頒發給了貝爾在劍橋時的指導教授安東尼. 休伊什 (Antony Hewish), 獎勵此發現 然而, 該獎項未直接頒給貝爾, 卻也引起了不少性別歧視的爭議, 即使貝爾 本人表示並未覺得不公 隨後, 天文物理學家約瑟夫. 泰勒 (Joseph Taylor) 與羅素. 豪斯 (Russel Hulse) 以口徑約 300 公尺的阿雷西波電波天文望遠鏡 (Arecibo Telescope) 觀測波霎雙星, 發現某特定波霎雙星互繞軌道距離隨時間以每天 1 公分減少 該結果完美吻合愛因斯坦廣義相對論對引力波效應的預測 ( 見圖六 ) 此二人於 1993 年獲諾貝爾獎 他們對波霎雙星的觀測至今仍為對廣義相對論預測的重力波效應最精密的檢驗 圖六 : 左上圖為進動中波霎向兩極方向發射電磁波的示意圖 (Copyright: NASA) 左下圖示意互繞的緻密雙星如何激發引力波 (Copyright: NASA) 上圖為約瑟夫. 泰勒與羅素. 豪斯對波霎雙星, 互繞週期 ( 縱軸 ) 隨時間 ( 橫軸 ) 遞減的觀測數據, 及以廣義相對論重力波理論所做的預測 ( 曲線 ) 17

20 本期專題 電波天文 宇宙微波背景輻射 宇宙微波背景輻射 (C o s m i c M i c r o w a v e Background Radiation) 為宇宙大爆炸時期發出的黑體輻射 隨宇宙的膨脹, 宇宙微波背景輻射於現代已降溫至絕對溫標約 2.73 K 宇宙微波背景輻射並有大致均勻均向的特性 對於宇宙微波背景輻射的理論預測於 1940 年末至 1950 年初由物理學家喬治. 加莫夫 (George Gamow) 拉爾夫. 阿菲爾 (Ralph A. Alpher) 及羅伯特. 赫爾曼 (Robert Herman) 等人提出, 其間並經過多次修正 於 1964 年, 實驗物理學家們開始著手興建探測器試圖驗證宇宙微波背景輻射的存在, 並在同年首次由當時尚不熟悉該理論預測 任職於貝爾通話實驗室的頂尖科學家阿諾. 彭齊亞斯 (Arno A. Penzias) 及羅伯特. 威爾森 (Robert W. Wilson) 意外測得 當時彭齊亞斯與威爾森志在建造極靈敏的微波探測器作為天文觀測, 及做與人造衛星進行通訊的實驗之用 ( 圖七 ) 經過無數仔細的調整, 他們發現無論將接收機對準天空中的任何方向, 皆探測到工程上無法解釋的, 不似由特定天體所發出的微弱雜訊 甚至, 因此一度以為是因為接收機內有太多鳥糞, 使得他們的觀測隨時受到鳥糞所發出的雜訊影響 然而經過仔細的清潔 ( 鳥糞 ), 他們仍然無法去除該微弱的雜訊 後由物理學家羅伯特. 迪克 (Robert H. Dicke) 建議詮釋該均向的訊號為宇宙微波背景輻射, 並協議同時但分別發表該結論於天文物理期刊 (Astrophysical Journal), 由彭齊亞斯與威爾森撰文詳述數據取得的細節, 並由羅伯特. 迪克撰文詳述理論預測 該發現於 1978 年獲頒諾貝爾物理獎 筆者曾在美國哈佛. 史密松天文臺見過威爾森數次, 並聽他津津樂道地談掃鳥糞的故事 威爾森後致力於建造毫米波接收機觀測星際分子, 並首次由對獵戶座星雲 (Orion Nebula) 的觀測意外地發現極強的一氧化碳 (CO) 分子譜線, 且隨後亦探測到其它構造簡單的星際分子 一氧化碳譜線由於容易觀測, 其發現對往後星際介質相關的研究具舉足輕重的地位 寫為 NASA) 於 1989 年發射了 宇宙背景探測者 (Cosmic Background Explorer; 簡寫為 COBE) 太空望遠鏡, 並成功探測到幅度僅為整體均向的宇宙微波背景輻射約十萬分之一的微小擾動 該結果進一步提供了有關宇宙最早期的量子擾動 (Quantum Fluctuation) 以及其如何隨宇宙暴漲 (Inflation) 放大的重要資訊 該計畫的領導者約翰. 馬瑟 (John C. Mather) 與喬治. 斯穆特 (George F. Smoot) 亦於 2006 年獲頒諾貝爾物理獎 隨後 NASA 並發射了解析度與靈敏度更高的 威爾金森微波異向性探測器 (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, 簡稱為 WMAP) 太空望遠鏡進行進一步觀測 而歐洲太空總署 (European Space Agency) 又於 2009 年發射了 普朗克 (Planck) 太空望遠鏡, 做比 WMAP 更高解析度且更靈敏的後續觀測 複雜有機星際分子 由於星際介質 (Interstellar Medium) 的密度極低, 早期天文學家們認為在這樣的環境, 要使原子與原子間充分地有效碰撞, 或原子與分子碰撞, 而形成星際分子, 極為困難, 尤其是長碳鏈 (Carbon Chain) 或複雜有機分子 (Complex Organic Molecules) 至今天文學家已發現了上百種不同的星際分子, 其中並有超過 50 種帶有超過六個原子的複雜分子, 有些星際分子甚至可能是組成生命基本構成物質 ( 如 DNA) 的重要元素 這些發現初期著實令人意外, 近代並逐漸形成了以專門研究星際分子如何生成與消滅的 天文化學 (Astrochemistry) 學門 由於複雜的大型分子通常具有較大的轉動慣量, 根據量子力學, 為探測宇宙微波背景輻射的異向性 (Cosmic Microwave Background Anisotropy), 美國航太總署 (National Aeronautics and Space Administration; 簡 圖七 : 彭齊亞斯 ( 右 ) 與威爾森 ( 左 ), 以及他們用於發現宇宙微波背景輻射的微波接收機 18 天文館期刊第六十七期

21 這些大分子因而具有較小的轉動能階 其能階躍遷時所發出的特定譜線可在次毫米 毫米, 或甚至是公分波長的波段被偵測到 為這些複雜有機星際分子的發現以及進行後續研究, 甚至成為促成了當今地上最大可活動望遠鏡 Green Bank 100 米電波天文望遠鏡 (NRAO Green Bank 100m Telescope) 興建的主因之一 ( 圖八 ) 中研院天文及天文物理研究所發展項目 ( 一 ) 次毫米波陣列 次毫米波陣列 (Submillimeter Array) 為中研院天文所與美國哈佛. 史密松天文臺共同興建的干涉儀 ( 圖九 ) 依干涉陣列運作原理, 對傅立葉轉換 (Fourier Transform) 後的毫米及次毫米波強度隨空間之分佈進行觀測, 並於後置處理時進行傅立葉反轉換及造影 ( 電波干涉陣列天文觀測技術於 1974 年獲頒諾貝爾獎 ) 這些精密的技術使得次毫米波陣列可約略地被視為直徑為整個陣列的直徑的拋物面鏡, 得以提供單天線望遠鏡 (Single Dish Telescope) 難以望其項背的高角分辨率 (Angular Resolution) 觀測影像 次毫米波陣列位於海拔超過 4000 公尺的夏威夷毛納基火山 (Mauna Kea) 頂, 由 8 個天線組成 於 2003 年開始運作至今 於 2003 年至 2012 年間, 該天文臺為全世界唯一在次毫米波段進行天文觀測的干涉陣列, 極具競爭力 主要的觀測目標為恆星形成區域中, 低溫星際介質的連續黑體輻射及分子譜線 太陽系內天體 銀河系外星系, 及緻密天體 ( 如超大質量黑洞 ) 周圍介質的熱輻射及同步輻射等, 由於波長較可見光長的毫米波與次毫米波不易受散射的特性, 使得次毫米波陣列在對受到緻密星際塵埃包覆的恆星形成區域, 以及對星系核的觀測具不可替代的地位 ( 二 ) 阿塔卡瑪大型毫米波陣列 阿塔卡瑪大型毫米波陣列 (Atacama Large Millimeter Array) 位於智利的阿塔卡瑪高原, 可視 圖八 : 美國國家電波天文臺 Green Bank 100 米望遠鏡 照片為筆者前往觀測時攝 為次毫米波陣列的後繼者 ( 圖十 ) 雖然在相近的波段進行觀測, 然其所提供的角分辨率及靈敏度皆將遠在次毫米波陣列之上 該陣列仍在興建之中, 將由 66 個天線所組成 預計完成之後將解答如恆星 行星形成等與生命起源相關的根本問題 ( 三 ) 阿米巴陣列 又名李遠哲陣列 (Yuan Tseh Lee Array for Microwave Background Anisotropy; 圖十一 ), 座落於夏威夷毛納羅火山 (Mauna Loa) 海拔 3400 公尺處, 於 2007 年開始運轉 該天線陣列為中研院天文所與臺大物理系共同建造 主要觀測目標為受到遠處星系團內自由電子的反康普吞散射 (Inverse Compton Scattering) 影響而在小尺度局部強度略減的三毫米波段宇宙微波背景輻射 該天文臺初始為由 7 個口徑 60 公分的天線組成的干涉儀陣列, 現已昇級為具有 13 個口徑 120 公分天線的陣列, 使得靈敏度與造影品質皆大幅提升 主要科學成果如提供對哈伯常數獨立的推算, 以及增進對星系團內星系間介質的了解等 ( 四 ) 黑洞事象地平面望遠鏡 該計畫為國際合作項目, 藉由將全世界多處毫米波及次毫米波單天線 (Single Dish) 及干涉儀 (Interferometer) 天文臺連線 ( 如阿塔卡瑪大型毫米波陣列 次毫米波陣列, 及計畫興建中的格陵蘭天文臺等, 如圖十二 ), 形成次毫米波特長基線洲際干涉陣列天文臺 (Submillimeter Very Long Baseline 19

22 本期專題 電波天文 Array, 簡稱作 Submillimeter VLBI) 該陣列將在次毫米波段提供約 20 微角秒的解析度 主要觀測目標為解析位於銀河系中央, 事象地平面直徑約為 20 微角秒的超大質量黑洞 (Supermasive Black Hole) Sgr A*, 以及位於 M87 星系中心, 事象地平面估計直徑約為 16 微角秒的超大質量黑洞 故該建造中陣列又被命名為 事象地平面望遠鏡 (Event Horizon Telescope) 預計數年內可得到成果 結語 圖十二 : 事象地平面望遠鏡示意圖 規劃中, 將連線全球多處毫米波及次毫米波望遠鏡組成洲際特長基線干涉陣列 (Very Long Baseline Array; 圖片取自中研院天文所網頁 ) 電波天文觀測結果雖與肉眼可見的可見光天文觀測經驗差距極大, 以至於其相關知識在大眾間較不普及 然而隨著科學與技術的突破, 與影像品質的提升, 電波天文在國際間, 無論在學術領域及科普教育的地位都逐漸提升 該領域仍極年輕, 可預期未來還會有更多令人振奮的新發現 呂浩宇 : 博士後研究員 ( 中央研究院天文與天文物理學研究所 ) 特別感謝張智昱博士 ( 愛丁堡大學 ) 與呂行博士候選人 ( 南京大學 / 哈佛史密松天文臺 ) 協助校閱 圖九 : 位於夏威夷毛納基 (Mauna Kea) 火山頂的次毫米波陣列 (Submillimeter Array) 圖片取自中研院天文所網頁 圖十 : 位於智利阿塔卡瑪沙漠的阿塔卡瑪大型毫米波陣列 (Atacama Large Millimeter Array) 圖片取自中研院天文所網頁 圖十一 : 位於夏威夷毛納羅火山的阿米巴陣列 ( 又名李遠哲陣列 Yuan Tseh Lee Array for Microwave Background Anisotropy) 圖片取自中研院天文所網頁 20 天文館期刊第六十七期

23 位於太平洋中央的夏威夷群島不只是風光明媚的旅遊勝地, 也是天文觀測與研究的重要基地 夏威夷的大島上有著海拔超過四千公尺的休眠火山 毛納基峰 (Mauna Kea), 山頂上空氣稀薄 缺乏水氣, 沒有綠色的植被, 只有滿山的塵土與碎石, 如此的氣候環境正適合天文觀測 山頂上座落著超過十座天文望遠鏡, 包括昴宿 (Subaru) 凱克(Keck) 雙子 (Gemini) 等鏡面直徑超過八公尺的光學與紅外望遠鏡, 由我國中央研究院天文及天文物理研究所與美國史密松天文臺 (Smithsonian Astrophysical Observatory) 合作興建的次毫米波陣列 (Submillimeter Array, 簡稱 SMA) 也位於此處 ( 圖一 ) 因為山頂的氣候不適合人類長期生活, 因此各望遠鏡的工作人員平時都在半山腰的 Hale Pohaku 支援中心休息和日常起居, 工作時才開車到山頂, 而這些望遠鏡的總部和辦公室則是設立在島上的市區 SMA Submillimeter Array 次毫米波陣列望遠鏡 研院天文所參與興建的 SMA 屬於干涉式望遠鏡 (interferometer), 是中全世界第一座可觀測次毫米波的望遠鏡陣列, 後續有歐洲的 Plateau de Bure Interferometer 以及位於智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列 (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) 因為不可能直接建造數百 公尺大的單一鏡面望遠鏡, 所以這類型的望遠鏡陣列, 是利用數個小型望遠 鏡, 透過干涉的技術, 將個別望遠鏡接收到的訊號合併處理, 來達到近似一 座巨大望遠鏡的效能 SMA 由八座天線所組成, 天線的鏡面直徑達六公尺, 加上鏡面下方的機 房, 每座天線約有三層樓高, 這些天線可依據天文觀測的需求而改變擺放位 置 每兩座天線會形成一條基線 (baseline), 基線是陣列式望遠鏡收集資料 文 / 顏士韋 圖一座落於毛納基峰的次毫米波陣列 (SMA), 照片拍攝時, 天線的擺放是較密集的陣型, 也是比較適合觀光客的陣型, 可以一口氣將天線們盡收眼底 21

24 本期專題 電波天文 的基本單位, 基線的數量越多, 可獲得的觀測資料量也就越大 舉例來說, 八座天線的陣列 ( 有 28 條基線 ) 可獲得的觀測資料約是六座天線 (15 條基線 ) 的兩倍 天線之間的距離越長, 可達到越好的角分辨率, 等同於越大鏡面的望遠鏡, 但也需要更好更穩定的天氣, 才能成功取得觀測資料 反之, 基線越短, 角分辨率也就越差, 但就能更靈敏地偵測尺度較大的結構 因此, 不同的觀測目標需要不同的基線長度, 而 SMA 總共有 24 個擺放天線的基座, 可組成四種陣型, 基線長度可以從最短的 9.5 公尺調整到最長的 509 公尺, 最高的角分辨率約是 0.3 角秒 SMA 觀測的是人眼不可見的電波, 可接收的電波頻率為 186 至 242 GHz 以及 272 至 420 GHz, 即波長約 1.6 毫米到 0.7 毫米, 這個波段主要可用來觀測星際間低溫塵埃所發出的熱輻射 這些塵埃的溫度約攝氏零下兩百多度, 因為溫度太低, 所以在可見光波段是觀測不到它們所發出的熱輻射, 必須在遠紅外 毫米或次毫米等長波長的波段才可以直接偵測到這些塵埃 除此之外, 在 S M A 觀測的波段內, 還有很多各式各樣的分子譜線, 例如宇宙中常見的一氧化碳 (C O), 碳氧化合物 HCO + H 2 CO CH 3 OH, 或是氧化矽 (SiO) 氧化硫 (SO) 等等, 這些分子會在毫米 次毫米等波段發光, 可以透過觀測這些分子來研究星際間 雲氣的分佈 另外, 這些分子所發出的光有著特定的頻率, 運用都卜勒 (Doppler) 效應, 比較觀測到的頻率和其靜止頻率 (rest frequency), 就可推算星際間雲氣的運動, 而且這些分子所在的環境要符合特定的物理條件, 它們才會發光, 因此從這些分子譜線的強度, 可以推算雲氣的溫度 密度和化學組成 SMA 的觀測可同時涵蓋 8 GHz 的頻寬, 如此寬的觀測頻寬, 不但可以提高觀測塵埃熱輻射的靈敏度, 還可以同時觀測多條分子譜線, 所以 SMA 一次的觀測就可以提供大量的天文資料, 近期 SMA 的觀測頻寬更將升級到 16 GHz S M A 的研究主題相當廣泛, 每年約有三十篇由臺灣領導或參與的 SMA 相關研究計畫在國際期刊發表, 這些研究的主題包含從太陽系內的天體 行星形成 恆星的演化, 到星系內的塵埃與雲氣分佈, 甚至到宇宙的大尺度結構 等等 舉例來說, 運用 SMA 觀測恆星周圍塵埃和氣體的分佈與運動, 可以研究恆星誕生與死亡的過程 圖二是 SMA 所拍攝來自原恆星 IRAS 的 CO 噴流, 原恆星是正在成長的恆星寶寶, 未來將點燃核融合反應成為真正的恆星 觀測上發現在原恆星長大的過程中, 它不只會吸積周圍的物質來增加自身的質量, 也會朝兩極方向發射高速的噴流, 時速可達幾十萬公里, 天文學家推測噴流的產生與原恆星吸積物質息息相關, 但仍不清楚 圖二 SMA 所拍攝來自原恆星 IRAS 的 CO 噴流, 左圖是低速噴流的影像, 而右圖是高速噴流的影像 低速的部份呈現 V 型的結構, 主要是由被噴流擠壓或帶動的物質所組成, 而高速的部份則結構細長, 由不連續的團塊組成, 推測是因原恆星並非持續的噴發物質, 而是在特定的情況下才短暫的噴發, 所以形成了由破碎團塊所組成的噴流 圖片來源 :Wang et al., 2014, ApJ, 780, 天文館期刊第六十八期

25 圖三如何形成各式各樣的行星狀星雲是天文學家正在研究的課題, 此圖是 SMA 所拍攝一個正在形成行星狀星雲的年老恆星 左圖的等高線是次毫米波段的影像, 追蹤了周圍塵埃的分佈, 十字代表了恆星的位置, 紅色和藍色的箭頭則是來自恆星的噴流噴發的方向 右圖放大了左圖中恆星周圍的影像, 綠色等高線是氫離子的分佈, 追蹤從恆星吹出的高速離子風, 而白色等高線是 SMA 拍攝的物質分佈, 可以看到周圍物質的分佈限制了離子風吹的方向, 這將會影響之後形成的行星狀星雲的結構 圖片來源 :Lee et al., 2013, ApJ, 770, 153 噴流如何形成, 而這樣的觀測有助於釐清其中的物理機制 而圖三則是紀錄了恆星死亡的過程, 恆星演化到晚期也會噴發物質, 不過噴發的機制和原恆星不同, 圖三是 S M A 所拍攝的一個年老恆星周圍的行星狀星雲 C R L 618, 觀測結果顯示恆星周圍的物質分佈會限制其噴發物質的方向, 這樣的觀測有助於瞭解生成恆星的材料如何在其衰老之後, 回歸到星際間成為下一代恆星的成長所需的物質 除了年輕與年老的恆星之外,SMA 也對我們所在的銀河系與系外星系取得前所未見的影像 圖四是 SMA 對 圖四我們的銀河系中心存在著一個擁有巨大質量的黑洞, 因此銀河系中心一直是天文學家想要瞭解的區域 SMA 也在次毫米波段觀測銀河系中心周圍 5 秒差距 (pc, 1 pc 為 3.26 光年 ) 內的區域, 從 SMA 拍攝的影像, 天文學家發現此區域的物質分佈結構極為複雜, 有些結構並不穩定並即將消散, 但是此區域又有許多大質量恆星正在形成, 圖中十字和菱形的標記代表可能正在形成大質量恆星的位置, 如何在這不穩定結構內形成大質量恆星仍是正在研究的課題 圖片來源 :Liu et al., 2013, ApJ, 770, 44 23

26 本期專題 電波天文 銀河系中心所拍攝的影像, 天文學家從影像中發現環繞銀河系中心超大質量黑洞的環核盤 (circumnuclear disk) 有著複雜的結構, 還有許多旋臂狀的氣流連接著環核盤, 而且這些結構並非都是穩定存在的, 有些即將消散而去, 另外有些內部正在形成大質量恆星 來到銀河系之外, 圖五是 S M A 所拍攝一個正在大量形成恆星的環狀星系 NGC 1097, 透過觀測 CO 氣體分佈,S M A 成功解析了此星系內的氣體環, 這是觀測上第一次取得此氣體環內個別氣體團塊的數據, 來研究它們的物理特性與恆星形成的關係 此外, 天文學家也運用 S M A 觀測遙遠的高紅移星系, 天空上有很多來自宇宙深處的次毫米波, 但以前因為沒有高角分辨率的次毫米波望遠鏡, 無法得知這些次毫米波是由哪些星系所發出的, 現在科學家可以利用 S M A, 解析這些次毫米波光源, 找到它們在可見光和紅外波段的對應星系, 研究它們的性質, 瞭解宇宙的演化與歷史 ( 圖六 ) SMA 建立至今已有十年了, 在這段時間內累積了許多天文研究的成果, 近期 SMA 也正在升級內部設備, 以獲得更優異的性能, 來執行更進一步的天文研究 臺灣的天文學者都可透過中研院天文所來申請 S M A 的觀測時間, 每年有兩次由國 圖五上圖紅色等高線是由 SMA 所拍攝環狀星系 NGC 1097 內 CO 氣體的分佈, 這是此星系內的氣體環第一次被清楚解析為大大小小的團塊, 讓我們可以分析其個別的物理特性 背景的灰階照片是哈伯太空望遠鏡 (Hubble Space Telescope) 在光學波段拍攝此星系所得到的影像, 顯示出明亮恆星聚集的位置和氣體的分佈有關 下圖比較了 SMA 拍攝的 CO 分佈 ( 等高線 ) 和哈伯拍攝的 Pa α 分佈 ( 顏色 ) Pa α 譜線可以用來追蹤恆星形成,Pa α 越明亮的地方, 代表恆星形成就越活躍 透過這樣的比較, 可以研究氣體團塊的特性和恆星形成的關係 圖片來源 :Hsieh et al., 2011, ApJ, 736, 天文館期刊第六十八期

27 圖六左邊上下的兩張圖是 SMA 所拍攝的影像, 黑色虛線代表 SMA 的視野大小, 影像中偵測到五個發出明亮次毫米波的天體 ( 由五個黑色小圓圈 a 至 c 所標示 ), 這些天體是富含塵埃的高紅移星系 黑色較大的兩個圓圈 和 是原本認為次毫米波光源的位置, 因為早期的觀測沒有足夠的角分辨率, 無法解析光源, 只能模糊看到大約的位置, 有了 SMA 的高角分辨之後, 這兩團模糊的光源就被解析為五個天體, 也才能找到它們在其他波段的對應天體 右邊四張圖是哈伯太空望遠鏡和加法夏望遠鏡 (Canada-France-Hawaii Telescope) 分別對同天區所拍攝的可見光和紅外線影像, 白色的小圓圈標示出 SMA 偵測到的次毫米波星系的位置 圖片來源 :Wang et al., 2011, ApJ, 726, L18 際和臺灣學者共同主持的申請審查, 審核通過的觀測計畫, 將有機會被執行, 取得需要的觀測資料 山地形與夕陽外, 也可以看看這些天文研究上最尖端的觀測設備 ( 不過望遠鏡內部並沒有開放參觀 ), 這可是非常著名且熱門的景點 中研院天文所平時也會從臺灣遠距操作 SMA 支援觀測所需的人力, 並且有人員常駐夏威夷負責 SMA 的運作與設備維護, 此外, 不時會有研究人員前往夏威夷實地操作與觀測 讀者們若有機會前往夏威夷, 一定也要順道造訪夏威夷大島上毛納基峰的山頂, 除了可以欣賞壯麗的火 顏士韋 : 中央研究院天文及天文物理研究所博士後研究員 25

28 本期專題 電波天文 座落於南美洲智利北部的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列 ( 簡稱 ALMA) 是史上規模最大 耗資最鉅的地面望遠鏡計畫 高原的稀薄空氣與沙漠的乾燥環境成就了一個絕佳的次毫米波觀測環境, 搭配超高規格的軟硬體, 這座甫於三年多前開始科學運作的望遠鏡已經捎來諸多令人驚奇的新訊息 預期在未來的幾年, 這座具有極佳靈敏度與空間解析力的新世代望遠鏡將會為小至太陽系中的行星 衛星或彗星的形成與演化, 大至宇宙的起源等重大天文課題帶來革命性的進展! 探尋宇宙的起源阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列 ALMA Atacama Large Millimeter/submillimeter Array 文 / 蘇裕農 矗立於阿塔卡瑪沙漠高原上的 ALMA(Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)) 26 天文館期刊第六十八期

29 ALMA 簡介 國際合作 國際合作計畫有三 ALMA 個主要合作夥伴, 分別是北美團隊 歐洲團隊, 以及東亞團隊 透過中央研究院與科技部的資助, 臺灣經由東 亞與北美加入 ALMA 的團隊, 並由中央研究院 天文及天文物理研究所擔任臺灣的執行機構 ALMA 規格 A L M A 是由兩座陣列共 66 座天線所組 成 : 12 米陣列 (12-m Array), 又稱為 主陣列, 包含 50 座直徑 12 米的天線, 由北美 團隊 ( 包括臺灣 ) 以及歐洲團隊負責興建 Atacama 密集陣列 (Atacama Compact Array), 包含 4 座 12 米及 12 座 7 米的天線, 由 東亞團隊 ( 包括臺灣 ) 負責興建 ALMA 的 觀測波是介於 0.3 毫米至 9.6 毫米的毫米波與次 毫米波, 總共分成十個頻段 最佳空間解析 力可達 角秒, 靈敏度則比現有的同波段 望遠鏡好上 100 倍! 好 解析度更佳的大型望遠鏡是必要的憑藉 不論觀測的波段是可見光 紅外線 還是毫米波或次毫米波, 通過大口徑望遠鏡的觀測總能發現更多微小細節, 也比較容易看到遙遠黯淡的星體 這也是天文學家熱切追求建造大型望遠鏡的緣由 但望遠鏡的角解析度不僅與口徑有關 ( 與口徑成反比 ; 口徑越大, 角解析度越小, 視力越佳 ), 也正比於觀測的波長 也就是說, 直徑需達 10 公里的毫米波望遠鏡才能與 10 公尺級的光學望遠鏡有相同的視力, 但建造一座 10 公里大的天線幾乎是不可能的任務! 這時陣列式望遠鏡就派上用場了 毫米波或次毫米波陣列由眾多小型天線組成, 其角解析度由最長基線 ( 基線是天線與天線間的距離 ) 來決定 ALMA 的最長基線達 15 公里, 視力比哈伯太空望遠鏡好上 10 倍, 能辨別 500 公里外的一元硬幣 ALMA 建置地點 大氣層中的水氣會吸收毫米跟次毫米 波段的電磁波, 因此, 水氣可說是毫米與次毫米波觀測的最大敵人 為了減低水氣的干擾, 毫米與次毫米望遠鏡總是建置在乾燥的地方 位處智利北部查南托沙漠高原的 ALMA 陣列運轉中心 (AOS, 也就是 66 座天線工作的地點 ), 海拔達 5000 米, 是絕佳的毫米與次毫米波觀測環境! 後勤支援基地 (OSF) 海拔近 3000 米, 距天線運轉中心只有一小時車程, 提供陣列運轉一切必要的支援, 天文學家也在此處操作望遠鏡, 進行科學觀測 後勤支援基地鳥瞰圖 (Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Carlos Padilla, Acknowledgement: General Dynamics C4 Systems ) 陣列式望遠鏡 為了探索更遠更暗的星體, 靈敏度更 位於智利首都聖地牙哥的 ALMA 總部 (Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) 27

30 本期專題 電波天文 台灣的參與 硬體的建制與測試 東亞接收機前段整合測試中心 :ALMA 觀測的頻段有十個, 每個頻段均有對應的高性能接收機模組來接收處理天體發出的微弱訊號 中央研究院天文所與中山科學研究院航空研究所合作建立 東亞接收機前段整合測試中心 (E A F E I C), 其任務是組裝並測試來自美國 加拿大 日本 法國 荷蘭及英國所提供的接收機模組, 使成為完整的接受機前段次系統 我們的接收機前段整合測試中心總共交付了分屬東亞 北美及歐洲團隊的 26 套前段次系統, 是 A L M A 三個前段整合測試中心之最, 可說是最有效率的接收機整合測試中心! 前段次系統是 A L M A 的核心元件之一, 也因為東亞接收機測試中心的高效率, ALMA 才得以在 2011 年秋季開始先期科學觀測 前段維護特種車 :ALMA 臺灣團隊負責主導兩輛名為 梅花 與 藍鵲 的 前段維護特種車 (Front End Service Vehicle ;FESV) 的製造 這兩輛己運抵智利服役的特種車, 將可增進陣列運作的效能 減少陣列運轉的碳排量 並降低研究中斷的風險 於臺中整合測試完成後剛運抵智利的接收機前段次系統 (Credit: Yu-Nung Su) 科學觀測 ALMA 在 2011 年秋季正式開放學術使用, 利用已經通過運轉測試的天線進行先期科學觀測 到目前為止,ALMA 已三次公開向全球天文研究學者徵求觀測計畫書, 共徵得近 3,500 份觀測計劃書 這些計劃書經審查委員會按計畫的科學價值加以評量, 只有六百餘份通過嚴格的審查 在這極高水平的競爭環境中, 臺灣總共通過了四十餘份計劃書, 表現亮眼! 截至目前為止, 已有數個觀測成果發表於國際知名期刊 執勤中的 前段維護特種車, 這由台灣團隊主導製造的特種車可以增進陣列運作的效能並減低運轉的碳排量 (Credit: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), Carlos Padilla(NRAO/AUI/NSF)) 天線的搬運移動是一件大工程, 圖為運往 AOS(ALMA 陣列運轉中心 ) 途中的 12 米天線 (Credit: Yu-Nung Su) 28 天文館期刊第六十八期

31 科學研究 冷宇宙研究的利器 毫米及次毫米波的望遠鏡是探索冷 宇宙的利器! 我們知道廣亙星際的空間 並非一片虛無, 而是充填著各式各樣的 星際介質 一般來說, 原子態與分子態 的星際介質跟恆星比起來要冷上許多, 大抵只有 K, 因此可見光望遠 鏡是看不到它們的, 必須借助毫米及次 毫米波望遠鏡 這些低溫的星際介質與 恆星的生老病死以及宇宙的起源有很大 的關係!ALMA 的觀測波段介於 0.3 毫米 與 9.6 毫米之間, 特別適合探測太空的低 溫物質 藉由 ALMA 這座具極佳靈敏度 與空間解析度的望遠鏡, 小至太陽系中 的行星 衛星 彗星, 本銀河系的恆星 形成, 大至星系及宇宙起源等重要天文 課題, 預期都將有突破性的進展 ALMA 主要的 科學目標有三 : 宇宙的起源 : 宇宙之初的遙遠星系在可見光波段非常黯淡!ALMA 能偵測到宇宙在其年齡僅僅 目前十分之一時的星系, 幫助我們了解宇宙誕生 之初的演化 恆星與行星的起源 : 在可見光波段, 由於塵埃的阻絕, 我們無法直視深埋於星際雲氣中的初 生恆星與行星 但在次毫米波段, 我們的視界可 直達星際雲氣的最深處 高解析度和高靈敏度的 ALMA 可以讓我們直接看到正在形成中的恆星與 行星 高品質的影像 : 在高靈敏度的加持下,ALMA 提供的高解析力影像將為天文學家揭開眾多天文 之謎 行星搖籃 的細微面貌 位於金牛座的 HL Tau 是一顆年紀約莫只有 一百萬年的初生恆星, 距離我們只有 450 光年之 遙, 是探索恆星與行星形成的理想目標 日前, ALMA 以長基線模式觀測取得的 HL Tau 超高解析 度影像, 讓我們得以窺見行星是如何在類太陽恆 ALMA 最新取得之年輕恆星 HL Tau 周遭的影像 這張空間解析度達 5AU 的影像, 讓我們看見許多前所未見的 行星搖籃 細節, 挑戰了先前理論的認知!ALMA 臺灣團隊計畫主持人賀曾樸院士說 : 這張圖像已充分詮釋了我們為什麼要建造 ALMA 望遠鏡, 它讓我們得以窺見行星是如何在像太陽一樣的恆星周圍形成 (Credit: ALMA (ESO/ NAOJ/NRAO)) 星的周圍形成 透過精細約太陽到地球五倍距離 (5AU) 的解析度,ALMA 的影像清晰地展現恆星盤上微粒塵埃的分布, 並清楚的呈現出許多前所未見的 行星搖籃 細節! 這種解析度只有 ALMA 的長基線模式能達成, 其他天文儀器即便是哈伯太空望遠鏡, 都無法提供如此詳盡的新資訊 類似像 HL Tau 這樣的年輕恆星, 誕生於重力塌縮的氣體和微粒塵埃雲中 隨著形成過程的進展, 剩下的塵埃會黏在一起, 變成砂粒 小石頭甚至更大的岩石, 落在一層薄薄的盤面上 這些冰凍的石塊會在盤中聚集形成小行星 彗星甚至行星 但是一旦它們的質量夠大, 這些年輕行星將會在盤面造成環 缺口和破洞 這個 ALMA 影像提供了目前最清楚的證據, 證明這個過程不只發生了, 而且發生時間比之前預期得更快更早 在過去 30 年間, 我們對行星形成的了解大部分來自於理論 如此等級的精緻影像都靠藝術插畫家想像或電腦模擬來傳達 如今藉由 ALMA, 我們已可以直接觀測到這類細節 HL Tau 的高解析度影像顯示出 ALMA 長基線模式能達到的水準, 以及未來觀測時能提供哪些全新的方向來探索宇宙 蘇裕農 : 中央研究院天文及天文物理研究所特殊性約聘技術人員 29

32 本期本期專題專題 電波天文 智利高原沙漠中的 ALMA 松下聪樹專訪 文 / 陳筱琪 連都敏俊教授都很愛去觀星的阿塔卡瑪高原沙漠在哪裡? 那裡有什麼? 答案就是 ALMA! 全名 Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array, 中文名稱 阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列 的 ALMA, 位於智利, 是全球目前規模最大 耗資最鉅的地面天文望遠鏡計畫 這個計畫由北美 歐文 / 蘇裕農洲及東亞多國共同合作, 臺灣則是受 ALMA- 日本 (ALMA-J) 與 ALMA- 北美 (ALMA-NA) 兩個分區團隊的邀請而加入計劃 經過這些年來的經營, 臺灣團隊在毫米與次毫米波天文學領域累積了豐沛的能量, 也獲得國際的肯定 下聪樹 (Satoki Matsushita) 是來臺灣 單松身赴任 的中研院天文所副研究員, 曾經是 ALMA 國際天文計畫會員國派駐智利觀測站 負責初期科學觀測條件測試任務的 25 位天文學家之一 松下加入 ALMA 計畫是近幾年的事, 但是他與 ALMA 的淵源其實更早 ; 他提到自己 年還在唸博士時, 便已意識到 ALMA 10 年後的崛起 早在 ALMA 這個國際級超大型計畫尚未成型前, 陣列概念才剛出來, 歐美日幾個區域的國家都在發展類似 ALMA 的研究, 各自有其規劃和計畫名稱 ; 在日本這是當時國立天文台 未來 重點發展計畫之一, 其名稱也叫做大型毫米與次毫 米波觀測計畫 松下和博士論文指導教授那時便開始為該計畫進行場地測試任務 除了針對毫米到次毫米範圍的電磁波製作儀器, 測量這個波長範圍電磁波穿透大氣的能力之外, 還證實了最適合觀測 220 GHz 電磁波的地點就是阿塔卡瑪沙漠 在那裡甚至可以成功接收到 100 GHz 1600 GHz 毫米至次毫米波範圍的電磁波 他們還將其它波段的電磁波與 220 GHz 電磁波的穿透能力進行比較, 建立出一套對照分析方法, 成為後來 ALMA 觀測的重要參考基礎 ALMA 地面望遠鏡陣列之所以發展, 是因為相較於哈伯這類太空望遠鏡, 其花費要少得多, 同時地面望遠鏡還可以隨時維修保養 然而地面觀 30 天文館期刊第六十八期

33 測不免受到大氣層吸收電磁波的干擾 ; 而影響吸收干擾程度的因素有很多, 除了和電磁波本身頻率有關, 和觀測地點空氣的溫度 密度 成分, 氣流 水氣 光害等也都有關 ; 唯有成功穿透大氣的電磁波才能被望遠鏡觀測到 基於以上因素及觀測地點交通和地形等種種考量, 智利北部海拔 5000 公尺的阿塔卡瑪沙漠被各國天文研究單位公認是最適合觀測的地點, 於是便陸續在這裡進行場地測試 後來大家認為結合越多的天線, 觀測效果越好, 於是自然而然地決定合併, 最後結合成為一個大型跨國計畫 松下表示, 這便是 ALMA 的由來 ALMA 所在地阿塔卡瑪沙漠及鄰近地區空照圖 ESO ALMA 之所以特別, 在於它可以進行毫米波與次毫米波範圍的觀測, 偵測波長位於 0.3 毫米與 9.6 毫米之間, 是哈伯太空望遠鏡無法觀測的範圍, 特別適合探測太空低溫物質, 觀測所謂的 冷 宇宙 分子氣體 塵埃以及宇宙大霹靂的遺跡輻射 ALMA 陣列於 2005 年開始基礎建設,2013 年 3 月落成開幕, 總共有 66 座天線, 包括由 50 座 12 米天線所組成的 12 米陣列 (ALMA 12m Array), 位於海拔 5000 公尺處的 ALMA 陣列運轉中心, 拍攝於 2013 年 以及由 4 座 12 米與 12 座 7 米天線所組成的 ALMA(ESO, NAOJ, NRAO), W. Garnier 阿塔卡瑪密集陣列 (Atacama Compact Array), 靈敏度將為現有所有同波段望遠鏡的 100 善 ; 等一切上軌道之後, 天文學家便可正式操倍 12 米陣列散佈的範圍, 直徑大至 16 公里, 使其作進行科學觀測 松下談到當初他在智利觀測基空間分辨率高達哈伯太空望遠鏡的 10 倍, 能看清地的任務, 主要是收集觀測資料 測試並進行驗 500 公里外的一元硬幣 也就是說, 藉由 ALMA 這證以提升陣列觀測訊號的穩定度 穩定度越高表座陣列望遠鏡能讓我們看得更深遠 更詳細 ; 因為示 : 未來利用 ALMA 做科學觀測所接收的資料品 ALMA, 宇宙起源 星系 恆星 行星 銀河系中質越高 ; 能收到更微弱或更穩定的宇宙訊號, 將心超大質量黑洞乃至生命形成等重要天文課題的研來就越有機會研究太空中可能和生命起源有關的究, 可望很快就有突破性的進展 微量分子, 或是探尋遙遠星系以追溯宇宙的源起 負責這些測試任務的科學家必須有很豐富的松下表示,A L M A 是很大的計畫, 分工非觀測經驗並熟悉儀器操作, 才能夠分辨儀器或訊常細 基本上, 天線和相關儀器是根據天文學家號穩定度問題可能出在哪裡, 也才知道該如何指的需求, 由工程師們設計與製作, 再交由天文學示工程師處理修正 家測試並確認是否符合科學觀測的需求 ; 同時天文學家也對儀器與系統設計及操作上的缺失與問 ALMA 在智利的聯合觀測站共由三個基地組題進行評估, 再交付工程師針對各種問題進行改成, 分別是海拔 5000 多公尺阿塔卡瑪沙漠頂端的 31

34 本期本期專題專題 電波天文 天線所在區 陣列運轉中心 3000 公尺處的觀測和後勤支援基地 以及位於首都聖地亞哥 (Santiago) 的 ALMA 總部 阿塔卡瑪沙漠是世上數一數二的乾燥地帶, 不適合人類居住, 科學 (Science) 雜誌曾報導此地的土壤和火星類似 (Mars-like soil), 乾燥程度連微生物都難以生存 在那裡工作的 ALMA 工程師和工人每天得一早開車登上天線區 ; 那裡沒有住宿設備, 只有簡單設施與基本氧氣供應配備, 供保全人員或因風暴和交通問題滯留的人臨時過夜, 因此下午得再返回觀測基地 2000 公尺海 ALMA 已於 2013 年 3 月 14 日在高原上的陣列運轉中心舉行了正式的開幕拔差距的車程, 單趟約需 30 分鐘到 1 小儀式 參加 2013 年 ALMA 開幕儀式的臺灣代表們, 由左至右分別是 : 當時 時的中研院天文所所長賀曾樸院士 中研院吳茂昆院士 ( 東華大學校長 前國科會主委 ) 徐遐生院士( 前清華大學校長 ) 國科會牟中原和松下一樣負責初期觀測與操作條副主委 國科會美國駐外科技組張和中組長 國科會 ALMA 計畫徐愛佳組長 駐智利臺北經濟文化辦事處李錦雙組長 徐愛佳件測試的天文學家們, 都是從基地用儀器 遙控 山上陣列的 他們的工作型態是這樣的 : 一連 8 天, 不分週末假日晝夜地在基臺灣加入 ALMA 會員國也是希望從硬體與軟地收集測試資料, 同時進行簡單的測量和分析, 之體 技術與科學等多面向深入參與, 藉由國際合後是 6 天的休假 接下來則待在聖地亞哥總部進行作, 一方面汲取最尖端的技術, 另一方面向夥伴資料分析, 兩週後再花 2 小時, 轉乘 ALMA 基地接會員國展現實力, 拓展未來更多的合作管道與機駁車, 然後再花兩小時回到基地開始另一個週期的會 若單從訓練學生實作的觀點來看, 松下認為測試工作 一個月週期中, 第一天和最後一天會各儀器系統比較單純 且基地即是望遠鏡所在地的花個大半天時間在旅途上 當時像松下一樣來自各 S M A, 很適合作為訓練入門者進階 A L M A 的橋國 進駐智利 ALMA 總部的天文學家共約 25 名, 其樑 由於 ALMA 是超大型且複雜的儀器和分工系中每天會有至少 5 到 6 名同時留在基地工作, 此外還統, 相較起來更適合經驗豐富的學者去進行科學有來自全球各洲會員國的科學家不定期來訪工作 觀測研究 參考資料 : A L M A 自 2011 年便開始開放觀測機會給全球天文學家, 透過對研究申請計畫進行共同審核 1. 中研院阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列計畫的公平機制, 根據評比排名來決定觀測時間的分 (ALMA) 網頁 配 像臺灣這樣身為出資出力合作建造 ALMA 的 alma_c.php 會員國, 在爭取分配觀測的時數上, 就比非會員 年中研院天文所阿塔卡瑪大型毫米及次毫國佔優勢 當然, 在 ALMA 觀測時數的競爭上, 米波陣列計畫摺頁簡介科學研究計畫的優劣仍是最終成敗的關鍵 在這 年中研院天文所研究成果專刊方面, 松下認為, 臺灣有著另一個重要優勢 4. 天聞季報 2011 年冬季號 ALMA 我們還有次毫米波陣列 (SMA)! 能提供 SMA 松下聪樹 : 中央研究院天文及天文物理研究初步觀測結果的 ALMA 觀測申請計畫, 不論在科所副研究員學數據或經驗值上, 都更有競爭力 臺灣目前陳筱琪 : 中央研究院天文及天文物理研究所向 ALMA 提出觀測申請的單位, 除了中研院天文天文推廣編輯 天聞季報主編所, 還有中央 清華和臺大等天文系所 32 天文館期刊第六十八期

35 我的天文研究訪賴詩萍副教授 文 / 范賢娟 許多人小時候會對大自然感到好奇, 星空會是許多問題的來源 但在成長過程中, 問題慢慢消失了, 好奇心也不見了, 許多人只能遵循常規去過平凡的日子 今天訪問的學者, 她還記得自己小時候的天文夢想, 求學過程中的選擇也讓她一步步靠近夢想 今天她是一位大學教授, 但仍保持孩童般的純真去看世界, 去看自己的研究 懷抱夢想的天文學家 天文貧乏的成長環境 華大學天文所賴詩萍教授, 從小就對天文感清興趣, 她記得每次去書局都會把書局中跟天 文有關的書全部買下來, 不過那時候天文書籍還不 多 她還會注意天文相關的訊息, 看到哪天有月全 食 日偏食, 也都會刻意去看 但實際觀測到的情 況不像媒體 書本上那麼大又清晰, 還不容易看, 許多人看了會失望, 但賴教授就是很高興 她還記得 1986 年哈雷彗星回歸的時候, 她也 跑去圓山天文臺看, 但那年的彗尾的角度從地球 的方向很不容易看清楚, 她隱約看到一個小小霧 霧的影像, 也不確定是不是真的看到, 但那種經 驗 感覺, 讓她更喜歡天文了! 但好像沒有大學在教天文, 該怎麼選擇呢? 找到方向了! 她高中的時候去中央大學參加一個為期三週的地科營, 這是一個空前絕後的知識饗宴, 第一週學地科, 第二週學大氣, 第三週就是天文了, 賴教授聽完還意猶未盡, 在最後問老師 : 如果想念天文的話, 大學應該讀哪個系所? 當時中央大學的吳心恆教授告訴她要念物理, 於是她牢記在心, 考大學時就以物理為第一目標, 後來進入清華物理系 在清華念大學的時候, 她還加入天文社, 這是一個很有傳統的社團, 包括現在清大的張祥光教授 陳惠茹教授 淡江的秦一男教授 中研院的金升光博士 蘇裕農博士, 都曾經是社團要角 他們經常會去尖石 內灣觀星, 或者在清大的 光明頂 一起看流星, 也是很難忘的經驗 33

36 但 光明頂 在哪裡? 原來那是在生科院往南門方向有個爬坡的最高點, 清華人都那樣稱呼該地 當年他們就按照書上寫的觀測方式, 在下半夜的時候一起去觀測, 八個人背背相對 呈放射狀地躺在地面上, 面對八個方向, 準備好星圖, 當看到流星的時候要趕快低頭在星圖上畫出它出現和消失的地方, 相鄰視線重疊之處就是讓人可以互補避免遺漏 除了獅子座流星雨偶爾的大爆發之外, 每年最穩定的就屬於八月十二 十三的英仙座流星雨, 賴教授記得當年曾有一個晚上觀測到一百多個流星的經驗, 看過那之後其他的流星雨也就不足觀了 賴教授在馬里蘭大學擔任博士後研究員期間參與 BIMA 的搬遷 當時 BIMA 與加州理工學院的 OVRO (Owens Valley Radio Observatory) 正進行合併, 成為 CARMA (Combined Array for Research in Millimeterwave Astronomy) 清大天文社還有個特色, 是喜歡辦讀書會 賴教授說與其他學校交流之後才發現, 別的天文社比較偏重天文攝影, 清大天文社則學術氣味很濃 當年秦一男學長帶著大家選了一本原文書來看, 大家等於又修一門課, 非常具有知識性, 但因為參與的人都有興趣, 因此也樂在其中 正式進入天文領域 大學畢業之後, 賴教授在周定一教授那兒擔任助理, 同時也準備去考中央天文所, 也順利考上了 她自謙說, 念大學的時候成績不好, 大學畢業後申請國外學校很不順利, 因此碩一時特別用功 當年陳文屏教授的小組會議歡迎其他教授的學生過去聽, 她會去參加, 而自己論文則是跟著闕志鴻教授完成 此時她還是想出國去念書 這次申請就順利多了, 賴教授申請到伊利諾大學天文研究所, 同時也拿到 BIMA(Berkeley- Illinois-Maryland Association) 獎學金 BIMA 是由美國多個大學合作建立的無線電波陣列, BIMA 獎學金則是由中研院天文所設置的, 希望為臺灣培養電波天文學的研究人才 伊利諾大學華人天文學家魯國鏞教授已研究多時, 指導她了解無線電波的基本觀念 因為無線電波訊號與光學影像差很多, 因此與一般人 習慣性的感覺很不一樣, 不能用直觀的方式去思考, 而要多一點物理觀念才能理解其中意義, 所以需要花功夫學習 賴教授一開始就跟著魯教授進入這個領域, 但一年之後魯教授要回臺灣擔任中研院天文所的所長, 因此就介紹她去跟克拉崇 (Richard Crutcher) 教授繼續研究, 她的研究領域也改到磁場 測量磁場主要是看則曼效應 ( Z e e m a n Effect), 也就是一條譜線在外加磁場的作用下會分裂的現象, 如果磁場越強, 譜線分離的就越遠 不過在星際之間, 磁場很微弱, 因此通常能觀察到的就是譜線變寬而已, 還要儀器精確度相當高, 才能量出來 賴教授的一位學長是電機背景出身, 在克拉崇教授門下的時候針對一個測量星際磁場的方法設計出關鍵元件, 使得賴教授可以接續此法測量磁場 該方法是利用灰塵帶靜電, 再加上其形狀並非均勻正球體, 所以會在磁場中有特殊的排列方向, 整體而言就會產生偏極, 這和磁場方向垂直 賴教授的學長利用這個特性費盡心力製造出 毫米波的偏振片 之後亦實際測量了一個波源證實此元件能正確地量測到磁場, 賴教授的論文即是以此儀器測量幾個最有可能量到磁場的觀測對象, 探討磁場如何影響恆星形成 34 天文館期刊第六十八期

37 賴教授在記者會上發表 ALMA 成果 由左而右為 : 賴教授 清大副校長馮達旋教授 物理系系主任潘犀靈教授 天文所張祥光教授 中研院天文所研究員李景輝博士 拓展研究領域 畢業之後, 賴教授到噴射推進實驗室 (J e t Propulsion Laboratory, JPL) 做博士後研究, 當時 JPL 正大力鼓吹大家使用史匹哲 (Spitzer) 紅外線望遠鏡, 這個大好機會讓賴教授開始思考如何使用紅外線觀測資料來增加恆星形成研究的深度 2003 年史匹哲望遠鏡發射時, 賴教授正在馬里蘭大學做博士後研究, 當時即開始參與史匹哲太空望遠鏡的超大型探測計畫 (Legacy Projects) 中有關恆星形成的 從分子雲核演化到行星盤 (From Molecular Cores to Planetary Disks) 的觀測計劃 ( 簡稱 c2d 計劃 ) 史匹哲太空望遠鏡在 μm 的波長以空前靈敏的儀器提供了研究 恆星與行星形成 的關鍵性觀測資料 目前中研院參與了世界最大的天文臺合作計劃 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 毫米波陣列 在 ALMA 的第 0 階段 (Cycle 0) 全世界有九百多個申請案, 卻只有一百多個通過, 而臺灣通過申請的就有八件, 成績相當優異, 其中一件就是賴教授和她的學生做的原始行星盤之觀測 恆星周圍的盤狀物質, 到演化後期會遵循克卜勒定律 距離越近之處繞行越快, 距離越遠繞行越慢, 速度與距離中心的長度有比例關係, 太陽系的行星即是遵守這個克卜勒發現的定律運行 天文學家認為, 如果觀察到恆星盤面的物質遵守這定律, 則代表這個盤面可以維持穩定, 物質不會再大量的往恆星掉落, 因此意味著 行星可以開始形成了, 然而對於原始行星盤究竟在多早的階段可以進入穩定狀態, 天文學家仍爭論不休 賴教授與學生穆美蓉 (Nadia Murillo) 分析 ALMA 的資料後, 發現在 蛇夫座 Rho 星恆星形成雲 內有個三重原始恆星系統, 其主星 VLA1623A 周圍有個盤狀結構, 而其速度分佈合乎克卜勒定律, 是個極為年輕的 克卜勒盤 (Keplarian Disk), 其大小約為 150AU(1AU 等於地球到太陽的距離 ) 此原始恆星質量僅為太陽質量的 0.2 倍, 證明原始行星盤在恆星剛剛生成不久後就可以形成, 也就是行星可能比過去認為的更早開始形成 這究竟是一個特例還是通則? 科學家要修改的是理論, 還是找尋 VLA1623A 具有哪些獨特性造成它的克卜勒盤可以在那麼早的階段就形成? 這些問題都很吸引人! 因此這篇文章在投稿 天文及天文物理學報 (Astronomy and Astrophysics Journal) 之後, 很快獲得接受, 並選為當期的重點文章, 國內新聞界也對此做了相當多的報導 賴教授現在也爭取到了第 2 階段的觀測時間, 希望能繼續抽絲剝繭找出答案 天文教育的參與與觀察 在研究之餘, 她也會抽出時間, 協助天文教育 她主持了一個國科會的科教計劃 星. 雲. 35

38 行動, 協助北一女發展天文觀測數據分析與專題研究課程, 與北一女的老師發展出許多教學模組, 啟發莘莘學子對天文的興趣 賴詩萍 : 國立清華大學物理系及天文所副教授范賢娟 : 任職於清華大學育成中心 賴教授帶領高中教師到鹿林天文臺做天文觀測實習, 推廣 星. 雲. 行動 計劃的課程 ALMA 小檔案 ALMA (Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array) 位於智利的阿塔卡瑪 (Atacama) 沙漠高原上, 那是地表最乾燥的地區, 可以避免掉水氣的干擾, 被認為是地表設置無線電波望遠鏡最佳的環境 ALMA 是由歐洲 北美 東亞與智利共和國合作建造的國際天文設施 ALMA 的經費來源包括三部分 : 歐洲地區由歐洲南方天文臺 (ESO); 北美地區為美國國家科學基金會 (NSF) 加拿大國家研究理事會 (NRC) 與臺灣國科會 ( 現改為臺灣科技部 ); 東亞地區則為日本國家自然科學研究院 (NINS) 和臺灣中央研究院 (AS) ALMA 的建設和營運是由歐洲南方天文臺代表歐洲, 美國的國家電波天文臺 (NRAO) 代表北美, 以及日本的國立天文臺 (NAOJ) 代表東亞 聯合 ALMA 天文臺 (Joint ALMA Observatory, JAO) 提供天文臺的建造 營運及操作的統一領導和管理 ALMA 建立在五千公尺的乾燥高原, 所在國家為南美的智利, 由許多國家一同合作完成, 是一個最能展現國際合作的典範 ( 圖片取自 org/en/visuals/images/the-alma-observatory/?g2_ itemid=3112) ALMA 共有 66 臺無線電波望遠鏡, 其中 54 臺口徑為 12 公尺, 而剩下的 12 臺口徑為 7 公尺, 解析度最高可達 0.01 角秒, 為研究宇宙中許多黑暗冰冷的環境 ( 如氣體分子雲 星際塵埃 恆星形成的環境, 行星 衛星等 ), 提供更精確的觀測資料 從 2011 年開始, 已有足夠多臺望遠鏡加入運作, 可以提供科學家們使用申請 ALMA 的陣列, 這是目前世界上最巨大的天文設施 ( 圖片取自 o r g/g a l l e r y2/m a i n. p h p?g2_v i e w=c o r e. D o w n l o a d I t e m&g2_ itemid=4086) 36 天文館期刊第六十八期

39 天文童話屋 文 / 范賢娟 星光秘密 星星苗圃眾生相 浩瀚的宇宙當中, 有一股力量讓原本散開的在物質逐漸一群群的收縮 收縮 又繼續收縮 就在這過程中, 一顆顆的星星誕生了 小紅是一顆紅色的星星, 她的個頭很小, 她 出生的時候周圍還有很多灰塵和雲氣, 剛開始還 看不清楚四周的環境 但是當小紅很努力的把周 圍灰塵雲氣清掉之後, 她逐漸看清楚了 弟姊妹 小紅不是孤單單地誕生, 她有很多同胞的兄 嗨! 你好, 我叫小藍, 巨人小藍, 請多指 教 鄰近有一顆星聲音好宏亮, 體積好大, 溫 度也很熱 很耀眼, 小紅看看自己黯淡的光, 覺 得有點不好意思 您好, 我叫小紅, 害羞小紅, 我不大會說 話 小紅說話的聲音很小 您好! 我叫小橙, 美麗小橙 遠一點有 別的星星嬌聲喊著 黃 大家好! 我叫小黃, 觀察力很好的小 真高興認識你們, 我叫小白, 可愛小白 熱情活力小白 請多指教 這一群星星有小紅 小藍 小橙 小黃 小 白 大家都一起出生, 然後歡天喜地的跟四 周的兄弟姊妹打招呼, 每個星星都好高興喔! 計較生分別 慢慢的, 小紅發現這一群兄弟姊妹裡面, 有不同的模樣 像小藍那樣亮 那樣藍 那樣熱 那樣大的星星不多, 大概只有五 六個 不過每一顆都是活力十足 熱情充沛的樣子, 他們是所有目光的焦點 小白的光稍微比小藍暗一些, 雖沒那麼熱 也沒那麼大, 但也還算亮, 他發出的光是白色的 小黃的光比起小白來還要再暗一些, 更不熱 也沒那麼大, 發出黃色光 小橙的光就更暗了, 溫度該用低來形容吧, 個頭也很小, 發出橘色的光 小紅看一看自己, 以及周圍跟自己一樣紅的星星, 光線好暗, 溫度最低, 個頭也最小, 小紅很慚愧自己長的這樣不起眼 本來剛出生還很開心的小紅, 一旦學會觀察比較東西的大和小 學會感覺溫度的冷和熱 學會分辨亮度的明和暗之後, 就開始不太高興了 尤其討厭的是, 自己怎麼就在又大又亮的小藍旁邊! 相互關心解心結 嗨! 小紅, 為什麼你最近像是有心事, 不像之前會微笑打招呼? 小藍關心的問 沒有啦! 小紅不大想理小藍 我覺得自己不太舒服呢! 好像心跳太快了! 有時候還會打噴嚏, 你有哪個地方不舒服嗎? 小藍眨眨眼睛說 37

40 心跳? 我覺得自己心跳很緩和啊! 我也不會打噴嚏啊! 小紅知道嬌小的自己一切都很健康 小白聽到小藍不舒服便關心地說 : 越亮的星星, 心臟負荷很大, 體內血液翻騰的很厲害, 我比較喜歡當紅色的星或橙色那樣黯淡的星星 小藍, 你比我更亮, 應該更不好受吧? 小藍 : 你怎麼知道的呢? 小白 : 我常常會跟其他的星星聊天, 大家交換一下心得就知道了 還有小紅, 我發現跟你一樣的小星星最健康 最穩定, 也不會打噴嚏, 你有什麼保健之道可告訴我們呢? 小紅聽了不好意思 : 我從來都不知道什麼叫生病, 也不知道要怎麼保健, 就是很自然的控制自己能量傳遞, 不要太激動 從那次聊過天之後, 小紅開始關心其他的星星, 願意跟大家聊聊, 談談自己的身體狀況 現在小紅知道多關心別人的狀況, 而不會只在意自己的光芒和大小了 生離死別 有一天, 小藍開始變大 顏色轉紅 溫度也逐漸降低 小紅緊張的趕快問 : 小藍, 你還好嗎? 小藍 小藍, 你怎麼了? 小藍喘得說不出話來 大家七嘴八舌呼喊著小藍的名字, 但是沒有星星知道該怎麼辦 小藍已經不是小藍, 他膨脹得非常大, 而且變成紅色 為什麼他現在看起來那麼難過? 而且身體膨脹起來又會縮下去, 一脹一縮好嚇人 不過大家感覺到還有一個東西在小藍原來的位置上, 大家想知道那裡怎麼樣, 嘗試跟那裡打招呼, 但是沒有回音 有一種詭異的氣氛在這群星星間散開了 情況越來越糟, 其他跟小藍一樣藍色的大星星, 也在這段時間內陸續爆炸, 然後留下一個古怪的東西在原位, 他 不會跟任何星星打招呼, 而且你送出去什麼物質過去, 他 都會很貪婪的把他吞下去, 那是個你無法溝通的世界 這群星星間開始不安, 沒有星星能夠理解這些事情 小紅開始懷念起小藍 : 小藍, 你到哪裡去了? 為什麼替代你的是這樣古怪的東西? 有情世界新發現 有一天, 小黃打破這種古怪氣氛跟大家講他最新的發現 : 最近我注意觀察我周圍的環境, 我跟你們講一件事情喔 我們出生時周圍的雲氣, 當時我沒有清的很乾淨, 然後它們在我周圍就慢慢的圍繞收縮, 逐漸形成了一些小球 小白覺得很沒意思 : 那些小球我也有, 還好幾個, 可是它們都很小, 不怎麼起眼和特別嘛! 小黃仍然有很高的興緻, 繼續說道 : 本來我也以為這沒什麼好提的, 因為它們太小了, 實在微不足道 可是我發現很好玩的是, 有一顆小球上開始有生物產生, 他們很小 生命很短暫, 但是居然會藉著繁衍生殖, 讓生命得以延續 不過他們也很脆弱了, 居然一點小 小藍不舒服的情況持續不了多久, 很快地一個超級耀眼的大爆炸之後, 一陣狂風從中心吹出來, 把小藍身體吹得四散 殘骸就這樣吹到四周, 有的還落到別的星星身上去, 大家都被震的眼花撩亂, 不知道怎麼回事 待狂風歇後, 大家回過神看, 小藍不見了! 38 天文館期刊第六十八期

41 碎屑掉下去就會造成整顆球上的生命大滅絕, 他們把它叫做 隕石撞擊 大家聽了紛紛開始注意自己周遭圍繞的小球, 有些星星有二顆, 有些星星有三顆 四顆, 小紅自己也有五顆, 不過都沒有什麼生命的跡象 至於隕石撞擊的情況沒什麼大不了, 怎麼會對小球上的生命產生那麼大的傷害呢? 那些生命真的太脆弱了! 大家逐漸有興趣了, 開始關心圍繞著小黃的那顆小球上那些生物的情況 一陣子後, 小黃又跟大家講他的發現 : 生物的生命雖然很脆弱, 但是他們也很會自己找出路, 他們會在惡劣環境中慢慢演化, 適應環境生長 到目前為止那個小球上已經出現過好多種不同的生物, 現在有一種叫做 人類 的生物正在統治世界 他們並不大, 但是卻擁有一種叫做 智慧 的東西 智慧讓他們能夠推理發明出很多東西去改造環境 然後他們也嘗試了解自己 星星和宇宙 聽說他們能夠算出來我們這些星星的壽命呢! 小白很好奇 : 你不是說他們生命很短暫, 那他們怎麼可能知道比他們活更久的事呢? 小黃 : 這就是 智慧 的利害, 而且他們發明出文字, 讓智慧可以逐代累積 然後下一代的人就可以接著上一代的文明去發展, 可以用一點點資訊, 推算知道很多事情 人類對我們的了解就是利用星光, 然後分析出一大堆資料 小橙好奇的問 : 那人類怎麼說我們的壽命呢? 小黃 : 簡單來說, 越大的星星活的壽命越短, 就像以前的小藍那樣 然後就是小白也會逐漸凋零, 然後就是輪到我這種黃色星 然後是小橙, 小紅可以活的最久最久 到最後我們這群星星全部都只剩下小紅這類的紅色小星星, 但是最後也是會死掉 大家一陣沉默 小黃 : 剛開始我覺得這群人類很狂傲, 不大相信他們說的話 但是多觀察後我覺得他們說的很有道理 像我們一開始誕生時的收縮, 那是因為有質量會造成萬有引力讓物質相互吸引, 然後星星就誕生, 這些描述跟我們的經歷都很符合 而且小藍走的樣子就跟那群人描述的一樣, 爆炸後留下的怪東西他們稱為黑洞, 那是個訊息與我們這個世界隔絕的地方, 我們可以把它叫做星星墳墓, 不同大小的星星墳墓都還不大一樣 : 黑洞是最高檔的墳墓, 只有小藍才會有 ; 像小白的墳墓會是中子星 ; 而我和小橙 小紅的墳墓很小, 就叫做白矮星 他們說的很有系統, 聽起來很有道理, 我想自己還蠻相信的 小紅繼續問 : 那紅色星星的晚年, 看到的就到處都是這些星星墳墓囉? 小黃說 : 那些爆炸四散出去的殘骸在虛空當中又會慢慢聚集, 然後會形成新一代的星星 至於星星的墳墓, 他們也有不同的說法來解釋這些的出路, 不過還沒有搞清楚 我們可以再等待看看他們會有什麼新發現, 或者我們也可以自己觀察啊! 人類大煩惱 小橙很崇拜地說 : 人類好厲害! 我們應該跟著多學學 小黃嘆口氣道 : 也不是完全這麼理想的, 他們也有大煩惱, 他們很喜歡爭執 吵架, 甚至還打仗 小白問 : 就那麼一點點壽命, 活在一點點地方, 有什麼好吵的? 像我知道自己活不久, 就會更想好好珍惜與你們這些朋友相處的時間, 才不會花時間去吵架呢! 小黃說 : 所以我才說他們狂傲 他們每個人都以為自己很厲害, 看不起別人 再加上生存空間就是地方那麼一點點, 所以大家才要爭 吵的好恐怖, 打仗起來比隕石撞擊還可怕, 這時什麼智慧也沒用, 還有人會利用智慧去殺人呢! 這 好不容易, 小紅很尷尬地開口問 : 你相信 他們說的嗎? 39

42 對星星是難以想像的事情, 但是在人類世界就可能發生 小橙問 : 既然你可以知道他們那麼多事情, 有沒有什麼辦法可以勸阻他們嗎? 小黃 : 我也想啊! 可是我的心意他們也聽不懂 你看我這樣說還不夠清楚嗎? 我用光線照到每一個人的身上, 不管他們稱呼那個人有錢還是沒錢 高貴還是貧賤 喜歡還是討厭, 反正我就這樣一視同仁地照耀, 希望他們也能學習這樣平等地去對待每一個人 然後盡量給他們足夠的能量, 孕育出好東西出來, 可是他們生活浪費 消耗太快, 然後再嫌資源不夠 拼命爭奪, 我所有的用心他們都不能體會 小紅問 : 我們可以幫你嗎? 小白 小橙也很關心 大家都希望能幫這群生命短暫 擁有智慧的人脫離紛爭, 利用智慧研究出更多的宇宙奧秘 不過小黃說 : 人類只認得自己發明的文字, 看不懂星星的語言 星光的教誨 雖然小黃感慨自己的苦心人類無法體會, 小白 小橙和小紅都決定要把自己對生命的看法, 告訴人類 大家想藉著光線傳達心聲 小白的光線中有一首歌 : 生命苦短啊! 不需再爭吵 要接受每個人都有不同的面貌 在生之時相互關心, 一句問候 一聲鼓勵, 就可以讓氣氛變得更美好 小橙也在唱歌 : 生命雖有盡, 情意無了時, 再不把握機會互愛互敬, 更待何時? 爭的是過眼雲煙, 嘔的是芝麻瑣事, 錯用智慧錯用心, 徒留後人空笑痴 莫待事後悔恨, 悵然若失 莫待事後悔恨, 一切太遲 過來人的身分又唱了 : 不需要比較 不需要分別, 每個人都有自己的特色, 世界因你而更添光輝 小黃雖然覺得人類無可救藥, 但是聽了很感動, 不由得接著唱起來 : 啊! 奇妙的人類, 我的能量孕育了你們的生命, 我的光照耀你們的心靈, 請不要再計較人我是非 你們都是我最親愛的孩子, 你們可以創造世界和平, 你們可以揭開宇宙奧秘, 請不要亂用你們的智慧 這些星星大家相互約定要在天上藉著陽光 星光, 輪流在白天 黑夜把這種想法傳達給那顆小球上的人類 大家都希望這樣晝夜叮嚀, 人類能夠早日覺醒 小紅的心願 小紅很感謝人類告訴她自己的生命故事, 也讓她能看透小藍的短暫生命, 不再一直存疑 更好的是還懂得及時把握時光, 珍惜週遭還能相聚在一起的朋友 小紅也很可惜擁有智慧的人類, 雖然能夠算出天上星星的壽命, 卻看不透自己的煩惱與困境 她希望自己能夠回饋人類, 教導他們不要再爭執, 可是有沒有可能呢? 沒星星敢說 但是小紅覺得 : 既然我的壽命最長, 我就要一直用光線來唱歌 也許以後小黃旁邊的人類會一起隨著小黃走入墳墓而整批毀滅, 那時候我還是要把這種人類智慧發現的宇宙奧秘, 以及星星彼此觀照的互愛 互助 和平的觀念, 傳播給全宇宙中其他生物的心靈去 當然也希望傳給下一代新的星星, 讓星星的文明也能像人類文明一樣能夠逐代累積! 范賢娟 : 任職於清華大學育成中心 小紅黯淡的光線中也哼出來一首歌 : 擁有智慧, 何不思考人生真義? 擁有心靈, 何不體會人間至情? 為何要相互欺凌? 小紅再想起自己剛出生時愛比較 容易生氣的心情, 這大概是一切紛爭的來源吧! 因此以 40 天文館期刊第六十八期

43 文 / 孫桂琴 開心的暑假又來了! 星姊姊說故事活動 準備了豐富又有趣的故事與活動, 歡迎小朋友一起來與我們同樂! 迎接第三季, 星姊姊說故事活動 準備了 : 星座的冒險故事 - 巨蟹座與獅子座 光特展 : 科學家的小故事 - 牛頓的光 與 彩虹村的故事, 以及星座愛的故事 - 室女座與節令故事 : 巴西月亮的故事 大力士的不可能任務 - 巨蟹與食人獅 道十三星座的故事中, 與海克力斯大冒險有關黃的就包括了巨蟹座與獅子座, 分別是七月與八 月的黃道星座 在星座神話故 事中, 最讓小朋友 津津樂道的就是大 力士海克力斯的故 事 這位大英雄完 成了十二項不可能 任務, 每項任務都 足以置人於死, 但 海克力斯卻能勇敢 面對, 一一地克服 了, 也因此成就了 一個個精彩的有趣 故事 這一季中, 黃道十三星座的主題故事 - 巨蟹 座與獅子座, 就是關於海克力斯的十二項不可能任 務 海克力斯 ( 武仙座 ) 是天神宙斯與凡間女子阿 克梅娜所生的孩子, 天生遺傳了天神宙斯的神力, 這份神力讓他從嬰兒時期就幸運地從善妒的天后希 拉的迫害中, 逃脫存活下來 嬰兒時期的海克力斯 輕而易舉地將希拉派去的毒蛇給掐死了, 憑藉著這 份神力, 海克力斯更是長成遠近馳名的大英雄 這 份特殊能力與好名聲, 讓他娶得了美嬌娘, 擁有了 一對可愛的兒女, 過著幸福美滿的日子 但是, 天 后希拉始終未放棄對海克力斯的迫害 於是, 希拉趁著海克力斯沉浸在幸福中時, 讓他在失神中, 誤殺了心愛的家人 悲憤之餘, 海 克力斯不能自已, 一心只想要結束自己的生命 最 後, 海克力斯聽從旁人的建議來到神殿, 請求神諭, 期能從中得到救贖 希拉的詭計終於得逞, 她早與祭司合謀, 要海克力斯接下十二項不可能任務, 計畫趁機除掉這個心頭大患 這第一項任務就是去殺掉納尼亞森林裡的食人獅 海克力斯用他的神力, 英勇地殺死了可怕的食人獅, 且斬下其巨爪當利器, 剝開食人獅的外皮, 將它做成了戰袍, 並將獅頭製成頭盔, 成為他第一項傲人的戰利品 第二項任務與巨蟹座有關 海克力斯要去殺死勒納湖沼區的九頭怪蛇海德拉 海克力斯在力戰可怕的海德拉之際, 眼見就要完成任務時, 希拉不死心地又派出一隻巨蟹從水底偷襲他 孰料, 海克力斯順勢站上巨蟹的硬殼上, 不僅將大怪蛇一舉消滅, 同時也將巨蟹重重地踩死了 天后希拉可憐這兩隻海克力斯的手下敗將, 為了紀念它們, 就將食人獅 巨蟹升上了天, 成為現在的獅子座與巨蟹座 光特展 : 牛頓的光與彩虹村的故事 暑假期間, 天文館特別舉辦光特展, 星姊姊說故事活動 也為小朋友準備了關於科學家 - 牛頓的故事, 以及有趣的 彩虹村的故事 41

44 大家看過彩虹嗎? 吹過泡泡嗎? 有著七彩顏色的彩虹, 以及在陽光下透出七彩顏色的泡泡, 都與 牛頓的光 有關 這位近代最偉大的科學家 - 牛頓, 他謙稱是 站在巨人肩膀上的人, 是一個在科學上具有承先啟後地位的偉大科學家, 他是第一個注意到稜鏡可以將無色的光分裂出顏色的科學家 我們透過牛頓所發現的 光, 將為小朋友介紹牛頓有趣的生平故事, 以及他如何成為偉大科學家的一生故事 牛頓是一個為了科學研究而廢寢忘食的人, 他因此終身未婚, 也不拘小節, 例如將懷錶當雞蛋煮 ; 為了心愛的大貓與小貓, 堅持留下大 小兩個洞 ; 為了研究而忘了家裡來了客人 凡此總總有趣的事蹟, 也為牛頓的科學人生, 更添風采 彩虹村的故事 也與彩虹有關 這個故事是敘述七座顏色不同的山, 分別住著七隻不同種顏色的龍 有一天, 一隻住在快樂村, 名叫米克的白貓, 前往這七座山求救 原來他所住的快樂村, 已經被一名巫婆施法迫害, 不但村民失去了快樂, 全村也成了一片白茫茫, 什麼顏色也沒有的地方 因此米克特別請求紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫七隻龍幫助快樂村找回原來的顏色 這七隻龍被米克的誠意打動了, 於是乘坐一朵雲來到快樂村, 協助他們找回了各種不同的顏色, 讓快樂村不僅找回了快樂, 也重新變回了彩虹村 農業女神的悲歌 - 室女座 大家知道一年四季是怎樣來的嗎? 其實, 早在很久很久以前, 一年之中都是一樣溫和的氣候, 人們也能與各種動 植物, 以及大自然和樂共處 但, 為何如今卻有著春夏秋冬四季的變化呢? 這與室女座的故事有關 在秋意正濃, 氣候宜人的九月份, 黃道十三星座的主題星座 - 室女座, 正是古代農業女神蒂美特的化身 她是天神宙斯的姐姐, 她心中的最愛, 就是她的寶貝獨生女 - 普西芬妮, 她是負責掌管噴泉的青春女神 母女倆相依為命, 每天一起巡視人間, 讓大地欣欣向榮, 生生不息 身為青春女神, 普西芬妮的美貌眾所皆知, 天上人間, 有目共睹 她的美貌當然也吸引了地府之神 - 黑地斯的覬覦 黑地斯雖然貴為三大天神之一, 但一大把年紀了, 僅能孤孤單單地在地府生活 這次他相中了普西芬妮, 某天, 趁著普西芬妮落單時, 一把擄走了她 這讓農業女神蒂美特傷心欲決, 再也無心工作, 大地萬物因此凋零枯竭, 人 們也陷入困境 而後, 在宙斯的協助下, 黑地斯同意放人, 卻在臨行前讓普西芬妮吃了四顆石榴, 讓她每年必需有四個月的時間, 待在地府中 於是當普西芬妮回到人間時, 大地回春, 在她待在母親身邊的八個月中, 萬物生生不息, 經歷春 夏 秋的三季 接著的四個月, 當她回到地府時, 大地失色, 生機不再, 寒冷的冬天也隨之來臨, 形成四季明顯的分野 另外, 配合中秋節的來臨, 星姊姊也將特別介紹異國的月亮故事, 這次講的是巴西的月亮故事 巴西的老酋長為了繼承問題, 讓三個兒子進行一場比賽 : 到月亮國摘月亮花 這三個兄弟翻山越嶺, 終於到了到世界最高的山頂 其中, 老大和老二遇到困難就心生退意 只有好心腸的老三, 一路幫助許多遇到難關的動物們, 最後也因為這些動物朋友的幫忙, 終於摘到傳說中的月亮花 七月活動主題 : 7 月 11 日 ( 周六 )... 星座的冒險故事 - 巨蟹座 7 月 25 日 ( 周六 )... 光特展 : 牛頓的光八月活動主題 : 8 月 08 日 ( 周六 )... 星座的冒險故事 - 獅子座 8 月 22 日 ( 周六 )... 光特展 : 彩虹村的故事九月活動主題 : 9 月 12 日 ( 周六 )... 星座愛的故事 - 室女座 9 月 26 日 ( 周六 )... 巴西月亮的故事 孫桂琴 : 臺北市立天文科學教育館 星姊姊說故事 志工 42 天文館期刊第六十八期

45 Perfect 的志工教育訓練行程, 但喔! 合歡山! 松雪樓! 文 / 毛慧玲 是一年一次非常期待的志工教育訓練, 目這的地是觀星勝地, 下榻的是全臺最高海拔最優質的旅館, 白天賞景, 夜晚觀星, 還能為自 已創造一座或更多的百岳攀登記錄, 你動心了 嗎? 清點人數, 都到齊了 出發! 36 人分乘兩部中型巴士出發了 第一站是國道上知名的休息站 清水 坐了一個多小時的車, 下車舒活一下筋骨, 吸收不同於北部的空氣, 在二樓的平台上可以看到海, 那是台灣海峽, 也是觀賞夕陽的好所在 這是一趟路程比較遠的行程, 休息都是短暫的 司機大哥很專業很盡責, 乘客放心的補眠, 養精蓄銳 國道 3 轉國道 6, 一路平順, 在進入山路之前再休息一下, 烤香腸 餅乾 蜜餞 糖果都出現了, 別急著吃太多, 接下來是蜿蜒的山路, 腸胃會抗議的 擺夷料理風味餐廳, 很多年前到過原址餐廳用餐, 房舍老舊, 但是椒麻雞 包料魚卻讓我難忘 再次光臨, 如童畫故事的餐廳, 讓用餐的感覺更美好 這裡的海拔高度是 2000 公尺左右, 車子沿著合歡山公路 全台最美麗的高山公路前進,1 個小時後就到達合歡山公路的最高點 武嶺, 海拔 3275 公尺, 高度急速攀升, 身體的適應力將要面臨挑戰了 站在武嶺的觀景台上, 可以俯瞰群山, 合歡主峰一片翠綠, 天空被藍色和白色的顏料沾滿了, 加上金色的陽光點綴, 遠處的山谷雲海滾動著, 好豐富的畫面, 感動的想大叫, 我又來了! 松雪樓到了, 這是全臺最高海拔最優質的旅館 由昔日蔣公行館改建而成,98 年才正式啟用, 車子從埔里沿著台 14 線轉台 14 甲線前行, 一路陡峭的山壁夾著流水, 把來自城市喧鬧的心境悄悄滌除, 再次下車, 連綿青山取代了高樓大廈, 藍天白雲趕走了灰濛, 清甜的空氣直撲你的鼻門, 山風拂去你一身的都市氣息, 很快地忘記早上才離開的城市, 一段與大自然的戀愛開始了, 只有 24 小時喔! 午餐時間到了, 這是一家有名的雲南 全體大合照是一定要的啦! 43

46 空還掛在西北邊的天空, 北斗七星 春季大曲線, 向後轉, 面向南方就是夏季星空的 S 型天蝎座和茶壺狀的人馬座 夥伴們迫不及待的問 : 夏季銀河在哪裡? 一道綠光從天蝎座和人馬座中間往北慢慢滑過, 這一條略帶雲氣的河就是銀河, 今晚的銀河像小冰晶一樣, 夠炫! 有銀河伴著進入夢鄉, 夠滿足了! 建築物的顏色以藍 綠 灰為主, 與藍天綠地高山樹林相融合, 室內恆溫空調, 房間設備齊全, 我們選擇了環保專案, 自備盥洗用具, 每人還可以減少 100 元 最棒的是景觀房的視野, 大大的玻璃窗讓美景隨時等你的青睞 想到多年前住宿合歡山莊, 美景依然, 就是會冷 這次的安排讓親近合歡山豪華舒適了許多 交代好晚餐及觀星時間, 其餘時間就放羊吃草了 夏末秋初的季節, 合歡山的草還真多, 多數夥伴選擇了到石門山吃草去, 沿著公路慢慢前進, 兩旁的小花爭奇鬥豔, 跟高山植物不熟, 叫不出名字, 拍照回去, 請教專家 循著公路前行, 很快來到石門山登山口, 開車就能撿到的百岳, 一定不能放棄,30 分鐘就加了一筆百岳登頂紀錄 因為天公作美, 駐足山頂環顧四周山峰和稜線, 天氣真好, 一眼就認出中央尖山 接近黃昏, 多停留一下, 讓夕陽美景陪伴著下山, 多麼愜意啊! 高山晚宴 時間到了 用到 晚宴 這兩個字一點都不誇張 登高山吃泡麵是理所當然的 但是這間離天空最近的餐廳, 有自助吧加主菜 火鍋及素食可以選用, 完全顛覆了以往的經驗, 大家享用了一頓豐盛又溫暖的晚餐, 最期待的觀星活動就要開始了 哇, 星星好多喔! 戶外大約 10 度左右, 大家都加上了備用外套 剛入夜, 春季星 睡夢中耳邊傳來一群女孩竊竊私語和牛哞聲, 掀開窗簾, 原來是七姐妹的昴宿星團和金牛座在窗外呼喚我, 批上外套, 小心翼翼開窗, 到陽台上迎接燦爛的冬季星空 日出前, 滿天霞彩, 太陽公公從奇萊群峰的稜線上跳出來 這是坐在床上包著棉被就可以看到的美景 早起的夥伴已經走完了合歡東峰步道, 昨天些微高山適應不良的陳大哥, 一早就完成了他的第一座百岳 石門山 的登頂 這個紀錄讓他開心了一整天 中西式的自助早餐很豐盛, 奇萊群峰靜靜陪在身邊, 聞著咖啡香, 在這個氛圍下不自覺發呆起來 回房拿行李, 準備下山了 夥伴催促著 對噢! 行程只有兩天一夜, 還來不及拜訪的合歡群峰, 就下次見了 這是一次 PERFECT 的志工教育訓練行程, 旅費卻是一點也不 破費 喔! 毛慧玲 ; 臺北市立天文科學教育館第四中隊志工 44 天文館期刊第六十八期