銀河東昇 陳慶鴻 時間 : 2009 年 2 月 26 日地點 : 臺中縣大雪山器材 : Nikon D50 + SIGMA 10~20mm 10mm,F4 + Vixen GPD2 赤道儀自由追蹤曝光 : 10 分鐘 (ISO800) 月光下的銀河東昇蔡逸龍 時間 : 2009 年 4 月 30

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2 銀河東昇 陳慶鴻 時間 : 2009 年 2 月 26 日地點 : 臺中縣大雪山器材 : Nikon D50 + SIGMA 10~20mm 10mm,F4 + Vixen GPD2 赤道儀自由追蹤曝光 : 10 分鐘 (ISO800) 月光下的銀河東昇蔡逸龍 時間 : 2009 年 4 月 30 日地點 : 南投縣合歡山昆陽器材 : Canon 5D MarkⅡ + Canon mm F4L@24mm F4 曝光 : 30 秒 x 2 幅 (ISO6400) 影像處理 : Photoshop CS3

3 館長的話 六月廿三日臺北市政府例行市政記者會中, 郝市長宣布七月廿二日為全球天文年中的 臺北天文教育日, 當日正值本世紀日全食時間最長的一次日食, 臺灣臺北可見視太陽面被月球遮蔽 82.6% 的日偏食天象, 藉此次機會帶動民眾觀察和認識日食發生的原因, 希望學校能鼓勵學生返校參加日食觀測的活動, 俾利市民能了解並體會宇宙大自然的奧秘 天文館為配合市府推行天文教育日, 推出二項方案, 辦理日食觀測種子營及發送日全食宣導資料, 並辦理多項策略以應需求, 如舉辦十四梯次的種子教師研習會 ; 編撰日食教學教材 海報等數位檔案, 放在本館網頁內供教師取用 ; 製作廿萬付觀察日食的減光紙眼鏡及五十萬張日食書籤, 發送臺北市各級學校轉送學生使用 ; 於館內布置日食主題展, 以便民眾參觀知曉日食發生概況 七月廿二日當天本館現場發放日食紙眼鏡, 讓民眾實際觀看日偏食, 以及實況網路轉播大陸日全食的過程 另依市長指示, 在教育局康副局長及社教科的協調下, 獲得建國中學 北一女和萬芳高中等學校老師的支持協助, 在臺北市中正紀念堂 兒童育樂中心文山園區和南湖國小等三處地點, 發放日食減光紙眼鏡供民眾使用, 現場也架設天文望遠鏡指導民眾觀看日偏食 本館天文年主要的展覽 隕石 特展, 於在 4 月 24 日由郝龍斌市長扮演星際一號艦長為特展揭幕, 於此感謝八畝園美術館提供 3.5 噸重大隕石讓民眾實際觸摸, 更感謝中研院地科所沈君山博士指導及提供各類珍貴隕石樣品及照片資料, 豐富了這次特展的內容, 展出期間至十一月底, 歡迎闔家蒞臨參觀天外飛來的大石頭 為呼應天文年 我的宇宙, 我來探索 及教育關懷年, 展示組同仁及志工用心規劃多場的 路邊天文學關懷活動, 第一場於 5 月 9 日新北投捷運站揭開序曲, 攜帶專業的天文望遠鏡走出天文館, 深入臺北市的行政區內, 指導民眾實際觀測星空, 體會星空之美, 並編撰 窺天寶典 文宣, 配合優惠地圖行銷天文館, 獲民眾的熱情回響, 並增加到天文館參觀的意願, 國光感謝各位同仁志工的熱情付出 統一編號 : 中華民國八十七年十月一日創刊中華民國九十八年八月一日出版 發行人編審委員 特約編審特約編輯 總編輯 編 輯 美術編輯 封面設計 發行所地址電話傳真網址 承地 電 印址 話 邱國光王錦雄 吳福河陳俊良 黎福龍王永川 溫麗峰劉碧連 彭瑞蘭秦梅春 陶蕃麟 許錫鑫范賢娟 陳岸立 劉愷俐 洪景川張桂蘭 葛必揚楊曄群 莊郁婷 邱幗鳳黃蘋 黃蘋 劉愷俐 臺北市立天文科學教育館臺北市士林區基河路 363 號 (02) (02) 日光彩色印刷有限公司臺北縣土城市永豐路 264 號 中華民國行政院新聞局出版事業登記證局版北字第 2466 號 望向大宇宙需要另類的天文觀測儀器, 本期黃教授介紹極高能宇宙線望遠鏡, 希望能引起您的興趣 天文事件時時刻刻都在發生, 從 43 期起依月份述說每日的天文大事紀, 以便知古鑑今 本館宇宙和立體劇場以往更換新片日期不固定, 經主管會議決定, 明年起更換新片以 1 月 1 日 4 月 4 日 7 月 7 日和 10 月 10 日四天為固定換片日, 所以這次立體劇場更換兩部新片的日子是 7 月 7 日, 這天也是本館館史廊設立並對外開放的好日子, 敬請蒞臨參觀 1

4 天文新知 欲窮千里目更上一層樓 當季天文記實 編譯 : 楊曄群 新發現最冷的恆星 英國天文學家發現了最冷的恆星 :Wolf 940B, 表面溫度僅 300, 距離地球 40 光年, 為紅矮星 Wolf 940 的伴星, 兩者光譜特性非常類似, 但質量相差 20 至 30 倍 它是目前所知最暗 最冷的恆星 Wolf 940B 為棕矮星, 以紅外線輻射為主, 質量介於木星與恆星間 這次發現顯示棕矮星與紅矮星的光譜特徵近似, 對棕矮星的研究可說是極重大的進展 ( ) 太陽系外發現最近似地球行星 天文學家發現了兩顆與地球極為相似的行星, 一個大小與地球類似, Gliese 581 e 是迄今最小的太陽系外行星, 另一個 Gliese 581 d 則與恆星的距離適中, 處於存在潛在生命的最佳地點 瑞士日內瓦大學天體物理學家米歇爾 梅耶 (Michel Mayor) 表示 : 當前系外行星搜索的 聖杯 是在 適居區 發現一顆由岩石構成的類地行星 ( ) 新發現迄今所知最遙遠星體 :131 億光年 NASA 雨燕衛星 2009 年 4 月 23 日觀測到一個距地球約 131 億光年的天體, 該伽瑪射線暴被命名為 GRB 天文學家利用英國紅外線望遠鏡以及雙子星北座望遠鏡, 對其紅外線餘輝進行研究測量發現其紅移值約為 8.2, 比前所發現的紀錄 6.7 遠很多 雨燕衛星 2004 年 11 月發射專門用於確定伽馬射線暴起源 探索早期宇宙的多波段天文台 可觀測伽瑪射線 X 射線 紫外線和可見光四個波段 ( ) 德國科學家發現極光產生過程 德國布倫瑞克地球物理學和宇宙物理學研究所教授卡爾 亨茲 格拉斯梅爾及其研究小組利用 NASA 五顆衛星監測極光, 首次以 3 維空間角度觀察極光產生的過程 現在已經清楚地球磁場是如何偏轉太陽粒子的運行路線, 當它們飛向地球背面之前, 地球磁場捕捉地球向陽面上的太陽粒子 太陽粒子在地球暗面上方越積越多, 最後快速衝向地球形成極光 ( ) 4 天文館期刊第四十五期

5 歐洲太空總署發射世界最大遠紅外線望遠鏡 5 月 14 日歐洲亞利安火箭攜帶歐洲太空總署 赫歇爾 及 普朗克, 從法屬圭亞那庫魯太空中心發射升空 赫歇爾 是人類有史以來發射最大的遠紅外線望遠鏡, 將用於研究星體與星系的形成過程 ; 普朗克 則主要用於對宇宙輻射進行觀測 這兩個探測衛星將被定位在距地球約 160 萬公里的 第二拉格朗日點 附近, 以背對太陽和地球的姿勢, 對宇宙進行持續觀測 ( ) 哈柏望遠鏡晚年看得更清楚 接受維護任務後的哈柏太空望遠鏡,19 日重返工作崗位 已在太空服役 19 年的哈柏望遠鏡預計能繼續服役 5 到 10 年 本次維護計劃更換或修復了望遠鏡上的相機 電池 光譜儀 對接環 陀螺儀等設備, 天文學家可望利用它觀測到宇宙誕生後 5 億年至 6 億年時的場景 維修之前的相機只能看到宇宙誕生後約 8 億年的場景 經歷五次維修, 哈柏的能力已比最初強大百倍, 幾乎所有儀器都已換過 ( ) 科學家測出迄今最大黑洞新質量為太陽 64 億倍 星系 M87 距離地球大約 5000 萬光年, 是大約 30 年前第一個被發現其中心附近有超巨質量黑洞存在的星系 最新測量結果顯示, 質量比過去所知最大黑洞大 2 至 3 倍, 是太陽的 64 億倍 這項發現或許有助於天文學家揭開長期以來一直困擾著他們的有關星系發展以及類星體之謎 這些類星體非常大, 質量約是太陽的 100 億倍, 過去天文學家曾懷疑對類星體的質量估計是錯誤的 但如果 M87 中央超巨質量黑洞的質量提高, 這些疑問也就迎刃而解了 ( ) 科學家首次發現火星上有閃電的直接證據 密西根大學科學家在火星發生沙塵暴時發現了電荷放電現象 但火星上的閃電是 乾 閃電, 只閃電不下雨 火星沙塵暴的放電現象對火星科學研究有重大的意義 因為閃電現象會對火星的大氣化學成分 是否適合生命以及人類探索活動等多方面產生影響 甚至對揭開生命起源之謎都提供線索 ( ) 參考資料 : Joint Astronomy Centre 歐洲太空總署 Universe Today 歐洲太空總署 McDonald Observatory University Michigan Universe Today 美國太空總署 5

6 專題望向大宇宙 興建中的大型望遠鏡計畫系列之三/ 完結篇6 極高能宇宙線望遠鏡的發展與近況 天文館期刊第四十五期 1. 另類望遠鏡 文 / 黃明輝, 大家的第一個印象提到望遠鏡就是一根長長的管子兩端有鏡片 顧名思義, 望遠鏡可以將遠處用肉眼看不清楚的東西, 成像到很近的地方使眼睛看得到 因此廣義上, 只要能達到相同目的的儀器都可稱為望遠鏡 ; 不同的只是 如何看 看什麼? 這篇文章將介紹另一類望遠鏡 : 極高能宇宙線觀測站 表一將三種外觀上完全不同的望遠鏡做比較, 雖然偵測對象與方式截然不同, 但它們都是研究天體的工具 因為觀測方式不同, 所看到的物理層面也不同 猶如多波段觀測一樣, 不同型式的望遠鏡幫助我們從不同角度來觀察這宇宙的新鮮事 2. 極高能宇宙線的偵測 宇宙線的偵測分成直接與間接兩種, 直接偵測必須以衛星或高空氣球攜帶偵測器, 以類似粒子物理實驗的儀器與方式偵測宇宙線 由於偵測器的體積有限, 故只能偵測通量高的低能量事例, 能量上限約 ev 間接偵測的方式是藉著原始宇宙線與大氣作用產生的 簇射 (shower) 宇宙線跟大氣的作用類似保齡球撞倒保齡球瓶一樣 把大氣想像成一排又一排的保齡球瓶, 當保齡球撞過來, 每撞倒一個球瓶, 就轉移部份能量給球瓶 能量高的球瓶也會碰撞別的球瓶 最後只要數倒了幾支球瓶, 就可推算保齡球原來的能量 從倒掉的球瓶的軌跡也可以回 圖一 : 三種望遠鏡及其天體的影像 左邊為哈柏太空望遠鏡對 NGC4161 的可見光影像 中間為超大陣列 (Very Large Array) 無線電望遠鏡及其對 NGC4161 噴流的無線電波假色圖 右下圖為 Fly s Eye 宇宙線望遠鏡, 右上圖為 HiRes 對北天球的宇宙線通量的假色圖

7 圖二 : 左圖為簇射的示意圖, 說明原始宇宙線與大氣作用產生許多的次級宇宙線 中間為數值模擬 ev 質子的簇射 底部方形代表長寬各 5 公里的地面 右圖顯示簇射的三種偵測器 溯保齡球的來源 宇宙線 ( 保齡球 ) 撞擊大氣 ( 保齡球瓶 ), 產生許多次級粒子 ( 撞倒的球瓶 ), 只要能量夠高, 次級粒子會撞擊產生新的次級粒子 直到能量低於某臨界值 ( 猶如球瓶剛好可以倒下, 但不足以撞倒別的球瓶 ), 而後次級粒子數開始減少 同樣地, 測量次級粒子的數量與方向, 就可以推算原始宇宙線的能量與方向 這種宇宙線與大氣的作用稱為 簇射 (shower), 代表次級粒子在與行進方向垂直的面 ( 橫剖面 ) 上擴張開來的現象 英文也常以 cascade( 瀑布, 粒子物理中的譯名 級聯 ) 稱此現象, 類似瀑布一層一層擴散的現象 [1] 圖三 : 銀河系內的許多星體活動或銀河系以外的星系會產生高能量的粒子 ( 宇宙線, 例如質子或氦核 ) 與電磁波 (X 伽瑪 (γ) 射線 ) 這些都是高能天文物理研究的對象 看什麼 觀測工具 觀測對象 觀測物理 光學望遠鏡無線電望遠鏡極高能宇宙線望遠鏡 可見光或紅外線電磁波 ( 光子能量 * 約 0.1~10 ev) 無線電波電磁波 ( 光子能量 * 約 <10-3 ev) 各種星體 星際物質 星系與宇宙大尺度結構 位置與形態分佈 : 光譜 : 強度 (Intensity, I) 對波長 (λ) 或頻率 (f) 的關係 I(λ) I(f) 宇宙線粒子 ( 粒子能量 * > 10 9 ev) 通量 (Flux, F): 數量 n 對能量 E 的關係 F=n(E) 如何看 焦平面的偵測器 放大訊號的主鏡 感光的儀器 : 眼睛 底片 相機等 折射或反射鏡 無線電波天線量電磁波的能量 天線陣列 碟形天線 粒子與大氣作用粒子偵測器 螢光偵測器 偵測器陣列 碟形螢光反射鏡 * 粒子能量的單位使用電子伏特 (electron-volt, ev),1 ev 是一個電子在一伏特電壓加速下所得到的能量,1 ev= J ( 焦耳 ) 表一 : 光學望遠鏡 無線電望遠鏡 與歐傑極高能宇宙線觀測站的比較 7

8 專題望向大宇宙 興建中的大型望遠鏡計畫系列之三/ 完結篇8 圖四 :HiRes 照片集錦 : 底圖為 H i R e s-2 的空照相片, 可見 21 間房間圍成一圈 左下方為一間房間, 內有兩個 3m 2 望遠鏡如右下方的放大圖 望遠鏡的焦點為 256 個光電倍增管組成的相機, 如左上的放大圖 HiRes 有兩站, 間距 13 公里 部分宇宙線事例出現在兩偵測器的視野內, 此事例就可用立體成像的方式得到高解析度的資料, 右上方是一個實際事例 ( 中間白線就是簇射的軌跡 ) 早期在大氣中偵測到的宇宙線, 其實都是這種次級粒子 [2] 1939 年法國物理學家皮爾 歐傑 (Pierre Victor Auger) 發現許多宇宙線次級粒子會同時經過偵測器, 因而發現這些是屬於同一個簇射的前緣 (shower front), 類似波前 (wave front) 因此皮爾 歐傑被認定為研究簇射的最重要學者 從 1962 年代宇宙線學家在 Volcano Ranch 宇宙線觀測站, 發現能量高達 ev 的極高能宇宙射線 (Ultra High Energy Cosmic Rays: UHECR) 1965 年發現宇宙微波背景 (Cosmic Microwave Background, CMB) 之後一年, 有兩組人 (Greisen 及 Z a t s m i n & K u t s u m i n) 分別同時指出若是 UHECR 分佈於全宇宙, 則將與 CMB 的光子作用 (p +γ CMB Δ + p +πº) 而損失能量, 則 UHECR 能譜應該會在 ev 附近截止, 這個極限值就被稱為 GZK cutoff [3] 1970 年代有英國的 Haverah Park 實驗, 俄國的 Yakutsk 實驗, 及澳洲的 Sugar 實驗, 都沒有良好的數據 這些實驗的偵測器少, 涵蓋面積小, 因此測到的數據少且解析度差 唯一確定的 U H E C R 的通量極低, 約每平方公里每世紀一個 直到 1980 年代後期 U H E C R 研究才有大量的進展 當時美國與日本的兩個實驗, 相互競逐 U H E C R 的龍頭地位 美國猶他大學的 Fly s Eye( 蠅眼 ) 複眼宇宙線望遠鏡實驗及其升級版 HiRes(High Resolution Fly s Eye detector, 高解析度複眼宇宙線望遠鏡, 參閱圖四 ) 偵測大氣被次級粒子游離所產生的紫外線螢光, 測量簇射縱剖面 ( 宇天文館期刊第四十五期 宙線行進方向 ) 的次級粒子數 [4] HiRes 可偵測到 40 公里以外的簇射, 使其涵蓋面積上千平方公里, 但因只能在無月光的夜間觀測, 有效的曝光面積約為 500 平方公里 日本東京大學的 AGASA (the Akeno Giant Air Shower Array, 明野廣域空氣簇射陣列 ) 使用 110 個帶電粒子偵測器, 佔地 100 平方公里,( 參閱圖五 ), 測量某個橫剖面的次級粒子數 [5] 1991 年 Fly s Eye 偵測到最高能量的宇宙射線,3.2x10 20 ev (320 EeV, 1 EeV=10 18 ev) 相當於 51 焦耳 [ 附錄一 ], 此能量是 GZK 極限能量的五倍 [ 附錄二 ]! 這個事例為宇宙線研究劃出最光輝的一刻, 震撼許多物理學家, 引起了 UHECR 的狂熱 但是主要的兩個實驗 Fly s Eye 及其升級版 HiRes 與 AGASA 的實驗結果卻有很大歧異, 詳見表二 許多的物理學家想盡辦法來解釋如何讓一個粒子 ( 非常可能是質子 ) 擁有這麼高的能量 主要的學說有兩派 : 由下而上 (Bottom up) 與由上而下 (Top down) [6] 由下而上的學說是將傳統的爆震波加速 (shock wave acceleration) 機制用在更強的磁場或更大的尺度 這機制可以成功地解釋本銀河系的宇宙線如何在超新星的爆震波被加速到 ev, 甚至 ev 由上而下的學說是從大統一場理論的一些能量約 ev 的粒子衰變而來, 甚至可能是超對稱 (super symmetry) 理論中的粒子 此派學說正好與當時快速發展的宇宙論互相結合 許多理論物理學家熱烈地盼望 UHECR 能探索宇宙起源的大爆炸, 將時間從 CMB 的大爆炸後 30 萬年往前推進到大爆炸後 10 微秒 (t <10-5 s) 以內

9 圖五 :A G A S A 照片集錦 左圖為 110 個帶電粒子偵測器的位置, 中圖為陣列所在地明野村, 右下圖藍色部分為偵測器, 右中圖為為放偵測器的小屋, 右上圖為 A G A S A 最高能量 200EeV 事例的示意圖, 每一個圓圈的圓心示偵測器位置, 圓圈的半徑代表測到的電子密度 物理 Fly s Eye/HiRes AGASA 能譜符合 GZK 極限 ( 附錄二 ) 沒有 GZK 極限 成份 ev 以下是鐵核, ev 以上是質子, 中間鐵逐漸減少質子逐漸增加 成份沒有太大變化, 且高能區可能有 (1) 不帶電的中性粒子 來源分佈 : 異向性 大部分均勻分佈 ( 等向性的,isotropic); ev 附近在銀河盤面的數量稍高, 但不顯著 (2) 大部分均勻分佈, 但 e V 以上有 (1) 群聚現象, 可能與 B-L a c 有關 ; ev 附近在銀心有明顯地超出預期 (2), 反銀心方向則低於預期 (3) 表二 :Fly s Eye/HiRes 與 AGASA 觀測成果的比較 (1) 群聚現象 (clustering effect) 指數個事例來自非常接近的方向 宇宙線是帶電粒子會被星系或星系間磁場偏轉 除非產生 UHECR 的位置很近 或者 UHECR 是中性粒子 ( 中子或伽瑪 (γ) 射線 ), 才可能有群聚現象 (2) 顯著 (significance) 與否是參考偏離預測值的部分是標準差 (standard deviation, σ) 的倍數 偏離三倍以上 (3σ) 才稱為顯著 (3) AGASA 對此種銀心方向過多 反銀心方向過少的解釋是與因宇宙線來自銀河系, 反方向則離開銀河 就在這種實驗結果不一致與理論模型各說各話之下, 只有用更多的數據才能了解真相 但是兩組實驗都已經達到極限, 能做的只是線性的增加觀測時間, 對數量極稀微的極高能宇宙射線而言, 這種方式簡直是杯水車薪, 助益不大 真正有效的方式是將偵測面積擴大到約數千平方公里, 這樣一年就可偵測近數十個事例 Fly s Eye /HiRes 與 AGASA 兩實驗使用完全不同的偵測方式, 許多爭議可能就在這些系統的差異 因此新的偵測器必須使用這兩種方式, 才能研究它們的系統誤差 另一方面,Fly s Eye/HiRes 與 AGASA 都在北半球, 只能看到北天球的星體, 缺乏南天球的星體 就在 Fly s Eye 與 AGASA 相爭不下時, 一個 全新的極高能宇宙線觀測站的構想開始出現 1992 年由 James Cronin (1980 年諾貝爾物理獎 ) 與 Alan Watson (Haverah Park 主持人 ) 提議要在南北半球各建造一個面積約 5000 km 2 的極高能宇宙線觀測站 這個計畫命名為皮爾 歐傑宇宙線觀測站 (Pierre Auger Observatory, 以下簡稱 PAO), 以紀念皮爾 歐傑發現大氣簇射的貢獻 [7] 1993 年在加拿大卡爾加利 (Calgary) 召開的國際宇宙線會議中,Fly s Eye 公開宣佈觀測到最高能量 320 EeV 的宇宙線 Cronin 及 Watson 的 PAO 計畫構想, 立刻吸引眾人的眼光, 期盼這個超大的偵測器能看到更多的 UHECR, 甚至高過 320 EeV 雖然大家興致勃勃, 可是 5000 km 2 的地點 一億美元的經費都是遙不可及的目標! 9

10 專題望向大宇宙 興建中的大型望遠鏡計畫系列之三/ 完結篇10 天文館期刊第四十五期 接下來的十幾年中, F l y s E y e 退役 ( ),AGASA 取代 Fly s Eye 成為領先 AGASA 成果支持沒有 GZK 極限, 暗示新物理的 可能 這些成果激勵更多人投入 PAO 計畫 場地 尋覓與偵測器的發展陸續展開,1995 年完成設計 案 Fly s Eye 與 AGASA 相反的結果, 促使參與 PAO 的人決定必須同時採用與 AGASA 類似的帶 電粒子偵測器及與 Fly s Eye 類似的螢光望遠鏡, 才能一舉解決極高能宇宙線的僵局 3. 皮爾 歐傑極高能宇宙線觀測站 (PAO) 現況 PAO 的規模降為 3000 平方公里, 總建設經費 約五千萬美元, 或約 16.5 億元台幣! 對照 96 年國科 會補助物理學門的總經費約 12.6 億元台幣 [8] 由此 可知這計畫的規模已經超出一個國家所能負擔的 範圍 目前 PAO 國際合作團隊現在已經涵蓋 17 國 70 個單位 300 位科學家 [7] 南半球的 PAO 首先動 工, 設立在南美洲阿根廷的 Mendoza 省 Malargüe 市 附近 [9],2008 年 11 月 14 日正式完工啟用 PAO 有兩類形的偵測器 : 地面的帶電粒子 偵測器 (Surface detector, SD) 陣列與螢光偵測器 (Fluorescence Detector, FD) 地面的偵測器陣列 必須涵蓋很大的面積, 因此偵測器採用最便宜的 物質 : 水! 每個偵測器是裝著 12,000 公升的水的 水箱, 內部由三個直徑 9 吋的光電倍增管監視次 級宇宙線粒子通過水所產生的藍光 水箱外部有 處理電子訊號的電路板 太陽能電源系統 及無 圖七 : 皮爾 歐傑觀測站的偵測器 右下方為一個水箱偵測器, 電子儀器箱在太陽電池板後方 左上方為無線電通訊塔與螢光望遠鏡 ( 圖片修改自歐傑網站 [7]) 圖六 : 極高能宇宙線望遠鏡的世代交替, 橫軸為運 作年份 縱軸為涵蓋面積 Fly s Eye ( 圖中以 FE 標 示 ) 與 HiRes 採用可觀測距離為半徑 (R FE =11 km, R HiRes =23 km), 再乘 10% 有效操作時間 其餘皆以陣列涵蓋面積及 100% 有效操作時間計算 線電通訊, 參考圖七 太陽能電源提供整個偵測 器電源 無線電天線採用行動電話的方式, 將偵 測到的資料傳回控制中心或鄰近的偵測器 偵測 器之間約以等邊三角形方式排列, 邊長約 1.5 公 里 在海平面上, 一個 ev 的宇宙線的簇射約 分佈在直徑約 5 公里的圓內 即使偵測器之間相 距 1.5 公里, 仍會有數個偵測器同時被簇射前緣 打到, 因此可以觸發電子系統, 紀錄這個事件 地面 SD 總共有 1644 個偵測器 地面陣列佔地約 3000 km 2, 相當於台灣面積的 1/12! 其分佈圖參 考圖八 圖八 : 皮爾 歐傑觀測站的偵測器分佈圖 每個青方塊代表一組偵測器 ( 如圖七 ) 地面陣列的邊緣有四套螢光偵測站( 每站六個望遠鏡 ) 朝向陣列中心 圖七的螢光偵測站為本圖左下方的 Los Leones 站 此圖修改自 google Earth 畫面 [9]

11 PAO 的螢光偵測器採用與 HiRes 類似的技術, 共有四個偵測站 每站有六個望遠鏡 每個望遠鏡為施密特 (Schmidt) 型, 由 36 片方形鏡片組成 3.5m 3.5m 的主鏡, 有效面積約為 11m 2 焦平面為 440 個光電倍增管組成的 相機, 參考圖八 空氣簇射的紫外線螢光只出現微秒 (10-6 s), CCD 相機無法在這麼短時間完成曝光, 因此只能用光電倍增管快速偵測並放大訊號 這個望遠鏡的靈敏度可以看到一個在 15 公里外的 4W 燈泡 望遠鏡前方有個紫外線濾鏡兼防塵鏡 每個望遠鏡的視野為仰角 28.6º 方位角 30º 整個偵測站就像一個六個鏡頭組成的廣角全景攝影機, 涵蓋方位角 180º PAO 有四個螢光偵測站 (FD), 目的是盡量涵蓋所有地面陣列 (SD), 使 FD 與 SD 同時操作時, 可以互相校正 這種混合偵測器 (Hybrid detector) 的結果可以用來釐清 Fly s Eye/HiRes 與 AGASA 的系統差異 另外, 螢光偵測站間也會有重複的區域 此時猶如多個眼睛看到同一事件, 因此可以立體成像 ( 如圖四的右上嵌圖 ), 得到更高解析度的數據 除了主要的偵測器外, 還有一些監測背景的儀器, 例如 : 測量空氣透明度的光達 (Lidar, 測量氣膠 (aerosol) 與微塵的密度與大小 ), 及一些紀錄氣象 雲量的儀器 圖九 : 歐傑觀測站的螢光望遠鏡 4. 皮爾 歐傑觀測站的成果 P A O 自 年開工 工程測試陣列 (Engineering Array) 在 2001 年 4 月完成後就開始取數據 2007 年還未全部完工時, 其總曝光時數面積 (Exposure time-area) 就已經超越 AGASA 運作 10 年的總合 就在歐傑觀測站建設期間,HiRes 也已經完成任務 ( ),GZK 極限的成果從 Fly s Eye 的三倍標準差 ( 機率 95%) 提升至五倍標準差 ( 機率 99.9%)[10] 歐傑觀測站發佈的 GZK 極限的研究成果 [11] 否定了 AGASA 的結論, 與 HiRes 的結論相符合 AGASA 後來重新分析, 發現其能量必須向下修正 10% ~ 15%, 使超過 GZK 極限的事例數由 11 個降至 6 個 圖十 :UHECR 與 GZK 極限 : 左圖為綜合四個實驗的 UHECR 能譜, 每個實驗能量定標不一致, 因此比較混亂 右圖為校正後的能譜, 在 ev 有個小低點, 此為能量校正點 (UHECR 與微波背景輻射的對生反應 p + g + CMB p + e + e ) 而後能譜凸起, 在 ev 之後迅速下降, 這裡就是 GZK 極限 ( 圖的來源 V. Berezinsky [14]) 11

12 專題望向大宇宙 興建中的大型望遠鏡計畫系列之三/ 完結12 篇方向性 均勻分佈 ; 銀心與其他方向相近 ( 均沒有群聚, 銀心有超出平均的預期數 ; 與特勻分佈 ) [16] 有群聚現象, 與 B-Lac 有關殊天體無關與 AGN 有關 [14] UHECR 來源若是由高能量粒子衰變而來, 其中最重要的特徵是 γ 射線會比質子多, 不會有鐵核出現 AGASA 的成果中, 在 ev 以上, 伽瑪 (γ) 射線的比例上限是 28%; ev 以上更高達 67% 而 HiRes 支持這些 ev 以上都是質子 Auger 到 2007 年的成果顯示 : 只用 FD, 在 ev 以上伽瑪射線的比例最多只有 16% [12] ; 混合使用 SD 與 FD 的更多的數據時, 在 ev 以上伽瑪射線的比例最多只有 2.0 % [13]! 這些成果可說是否決了大部分由上而下的理論, 由下而上的加速機制比較有可能 前述兩項成果對許多 PAO 的成員來說是壞消息, 他們想看到的都沒看到! 下一個成果不但振奮人心了, 更入選美國 科學 (Science) 雜誌的 2007 年十大科學進展之第三名 PAO 針對 15 個能量大於 ev 的事例的來源方向, 發現有 12 個指向鄰近的活躍星系核 (Active Galactic Nuclei, AGN), 參考圖十 [15] AGN 會發出強光, 其能量來源是星系核心超重黑洞 從無線電波可清 晰看到兩軸的噴流 (jet), 並可觀測到 X 光與伽瑪 (γ) 射線等高能量活動 現在 PAO 的觀測又將極高能宇宙線連結到 AGN, 那就將所有線索結合在一起 也有人分析 AGASA 的事例, 發現這些事例與特殊天體有關聯 所以這項成果算是投給 AGASA 一票 不過,PAO 的分析也有疑慮 他們用了一個能量中等的 AGN 表 (Veron ), 得到顯著的結果 ; 若用其他列表, 就不是如此顯著 況且 AGN 分佈於全天域,UHECR 的角解析度約為一度, 要找到鄰近的 AGN 並非困難 HiRes 也用類似方法分析, 發現 13 個事例中只有兩個鄰近 AGN, 沒有顯著的關聯 所以這項成果仍待更多數據來證實 表三把歐傑的成果與 HiRes AGASA 作比較 上世紀末 UHECR 的爭議在 PAO 出現後, 算是解開一些疑問 但仍有許多新疑問仍待釐清, 尤其是 UHECR 是哪裡來的? 如何被加速到如此高的能量? 物理結果 Fly s Eye/HiRes AGASA Pierre Auger Observatory 能譜 符合 GZK 極限 沒有 GZK 極限 符合 GZK 極限 [10] 成份 質子 可能有不帶電的中性粒子 (g?) 質子為主 g 射線機率低 [12, 13] 圖十一 : 圓圈標示的是 PAO 的高能量 (E> ev) 的事例的來源方向, 紅色 X 是 AGN 的方向 PAO 發現有 12 個 指向鄰近的 AGN [15] 此圖為銀經與銀緯的投影, 藍色的區域是 PAO 可見的部分, 深色調為曝光時間長, 淺色 調為曝光時間短 虛線為超星系盤面 (supergalactic plane), 為銀河系與鄰近的星系團共同最接近的平面 天文館期刊第四十五期 表三 : Fly s Eye/HiRes AGASA 與歐傑等 ev 以上的極高能宇宙線觀測成果的比較

13 5. 極高能宇宙線物理的展望 本來 PAO 的目的是要觀測超越 GZK 極限的 UHECR, 既然 GZK 極限存在, 就沒有當初預期的那麼多事例可以研究了!UHECR 的成份也與質子相符, 由上而下的支持者也失去戰場, 沒有甚麼新物理可以研究了 PAO 的成果等於是給了自己退休令!PAO 北半球的場址雖然在許多紛爭下, 決定落腳於美國科羅拉多州東南方 ; 甚至想擴大到 5000 km 2 但是經費資助單位與學界對後續研究的潛能有很大的疑慮 需要再花那麼多錢, 重覆已經被證實的結果嗎? 因此北半球的 PAO 動工興建的日期仍無規畫 P A O 的成果還波及到另外兩個計畫 EUSO(Extreme Universe Space Observatory 極限宇宙太空觀測站 ) 原定來要設計嶄新的廣角高解析度螢光望遠鏡, 將此放在太空站歐洲艙外 本來以歐盟的成員為主體, 但最近已經停止, 改由日本接手 [17] 美國也有類似構想, 但是使用兩個衛星作立體觀測, 稱為 OWL(Orbiting Wide-angle Light-collectors) [18] 原本這兩個都只是設計與原型開發案, 現在可能面臨更大壓力, 真正實現的機會更低了 另一問題是有沒有替代方案? 為了要解決 AGASA 與 HiRes 的歧異及對抗 PAO 的興起, 兩個宿敵 AGASA 與 HiRes 拋棄成見, 合作進行望遠鏡陣列 (Telescope Array, TA) 計畫 [19] TA 位於猶他州南邊, 由東京大學負責地面帶電粒子偵測器陣列, 由 HiRes 團隊負責螢光望遠鏡 構想與歐傑觀測站的 SD 與 FD 一樣 不同的是歐傑團隊的 280 人選擇往更高能量發展 (E >10 19 ev ), 卻碰到 GZK 瓶頸 TA 這些少數人選擇與多數人不同的方向, 改往低能量區域, 專注於 ev ~ ev [19] 雖然 TA 只有 800 km 2, 但他 SD 採用較密集 ( 間距 1.2 km) 效率較高的塑膠閃爍體;FD 涵蓋的仰角較高, 可以看到更長的簇射軌跡 這些功能可以提供更高解析度, 維持一貫傳統 小而美 宇宙線學家已經證實了 GZK 極限, 但是同一種反應所產生的 GZK 微中子仍未看到 [20] 因為有 GZK 極限, 以 UHECR 觀測宇宙的範圍被侷限在 100Mpc 內 但是微中子就沒有這個限制 了, 極高能微中子可能是下一個粒子天文物理的重要工具 不過微中子的偵測極為困難, 目前偵測到微中子都來自太陽與地球 [21], 天體微中子的偵測將是 21 世紀的重大課題 [22] 從 1980 年代開始, 極高能宇宙線研究中, 一個舊的偵測器還沒停工, 另一個新的偵測器就開始竄起 看來 20 世紀末 AGASA 與 HiRes 競爭的龍虎鬥, 到了 21 世紀初, 變成 TA 與 PAO 的小海豚對抗大白鯊 極高能宇宙線的研究峰迴路轉, 精彩不斷 ; 但是好戲仍在後頭, 且等未來十年分曉! 參考資料 : 1. 黃明輝, 混沌未明的新疆界 極高能宇宙射線物理, 物理雙月刊,24: , (2002) 2. 楊士模 張宇靖, 什麼是宇宙射線, 天文館期刊,36: 6-8, (2007) 3. 詳細中文解釋參考維基百科 G Z K 極限 %E6%A5%B5%E9%99%90&variant=zh-tw 臺北天文教育館, 天文新知 gov.tw/news/2006/200612/ htm 4. Fly s Eye/HiRes 的網站 utah.edu/index.html 5. AGASA 的網站 ac.jp/agasa/ 6. U H E C R 的能量來源模型彙整 h t t p://w w w. telescopearray.org/outreach.html 7. 歐傑觀測站的網站 : 8. 國科會 96 年年報 INDEX/Journal/EJ0007/96/EJ pdf 9. 到 google Earth 去看歐傑觀測站 phys.psu.edu/~coutu/auger_google_earth.htm 10. HiRes collaboration, R.U. Abbasi et al., First Observation of the Greisen-Zatsepin- Kuzmin Suppression, Phys. Rev. Lett., 100: , (2008) ; Measurement of the Flux of Ultrahigh Energy Cosmic Rays from Monocular Observations by the High Resolution Fly s Eye Experiment, Phys. Rev. Lett., 92: , (2004) 13

14 專題望向大宇宙 興建中的大型望遠鏡計畫系列之三/ 完結篇 Pierre Auger collaboration, Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above ev, Phys. Rev. Lett., 101: , (2008) 12. Pierre Auger collaboration, An upper limit to the photon fraction in cosmic rays above ev from the Pierre Auger Observatory, Astropart. Phys., 27: 155, (2007) 13. Pierre Auger collaboration, Upper limit on the cosmic-ray photon flux above ev using the surface detector of the Pierre Auger Observatory, Astropart. Phys., 29: , (2008) 14. V. Berezinsky, Astroparticle Physics: Puzzles and Discoveries, J. of Phys.: Conf. Ser., 120: (2008) 15. Pierre Auger collaboration, Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects,, Science 318: #5852, pp (9 November 2007) ; Correlation of the highest-energy cosmic rays with the positions of nearby active galactic nuclei, Astropart. Phys. 29: , (2008) 16. Pierre Auger collaboration, Anisotropy studies around the galactic centre at EeV energies with the Auger Observatory, Astropart. Phys. 27: , (2007) 17. 日本 JEM-EUSO 網站 index.html 18. OWL 網站 Telescope Array 網站 org; 1990 年代就在談 Telescope Array 望遠鏡陣列, 當初是以觀測簇射的契倫可夫光及紫外螢光的光學望遠鏡組成陣列, 所以才這樣命名 但除了建造兩個原型望遠鏡之外, 一直沒有得到後續經費資助而停止 2000 年以來原 AGASA 的人都陸續離開東京大學宇宙線研究所, 加入 Telescope Array 的人是另一批人 現在 Telescope Array 只是沿用舊名, 偵測器也是新建的, 與 AGASA 的舊偵測器無關 20. Pierre Auger collaboration, Upper limit on the diffuse flux of ultrahigh energy tau neutrinos from the Pierre Auger Observatory, Phys. Rev. Letters, 100: , (2008) 天文館期刊第四十五期 21. 曾玠郡, 行跡詭異的天外訪客 - 淺談微中 子天文物理, 物理雙月刊,26: , (2004) 22. 黃明輝, 微中子天文物理與 N u Te l 計 畫, 物理雙月刊,26: , (2004) 附錄一 : 最高能量宇宙線 320 EeV 是多大? 320 EeV 相當於 51 焦耳的能量, 聽起來不是很 大的能量 但是想像一下, 被時速 152 公里的雞蛋 或網球 (57g) 打到是什麼滋味? 同樣的能量, 但將物 體的質量縮小到一個 M16 步槍的子彈 (3.9g), 速度變 成時速 583 公里或 1.7 倍音速, 這又是什麼感覺? 繼 續縮小質量, 速度就一直增加 假如縮小到一個質 子, 速度就變成 0.999,999,999,999,999,999,999,996 倍 光速, 中間有 23 個 9! 這就是目前偵測到最高能量 320 EeV 的宇宙線! 假如在外太空 ( 例如月球表面或前往 火星的途中, 沒有大氣的保護時 ), 若想完全擋住 這個粒子及其簇射的次級粒子, 需要厚度 2 公尺的 鋼板 ( 最厚的戰艦裝甲只有 41 公分 ), 或 6.5 公尺的鋼 筋混凝土牆, 或者 20 倍的核電廠的鋼筋水泥圍阻體 (6 吋混凝土加 2 吋鋼板 ) 現在可以想像這個粒子有 多強的穿透力了! 附錄二 : 為何 Fly s Eye 看到 5 倍於 GZK 極限能量的宇宙線, 卻又符合 GZK 極限? 網路流言盛傳 320E e V 事例及 A G A S A 的 220EeV 事例等超越 GZK 極限能量的事例就是證實 GZK 極限不存在, 其實這是誤解 GZK 極限 GZK 極限並非是一個固定數值, 也不是一個 有 與 沒有 的分割點 GZK 極限是一個 UHECR 通 量隨能量快速遞減的現象, 簡單的說就是通量對 能量的關係圖上的斜率從緩降坡變陡降坡 ( 參考圖 十 ) 不同的學者各有其對此轉折的定義, 不同實 驗的能量定標也不同, 因此這個極限能量也不完 全相同 實際上,UHECR 與微波光子的作用也是 按平均作用距離的隨機分佈 距離近的, 作用機 率低, 保持高能量的機率就較高 即使同一距離 ( 例如距離 20 Mpc 的某個星系 ), 同一個起始能量 ( 以 ev), 因為統計分佈的關係, 在地球上看到 的能量也會分散到不同能量 對於 320EeV 事例, 只能說它在起點的能量是 ev, 則它的來源應 該是 (95% 的機率 ) 在 20Mpc 以內 ; 若起點的能量是 ev, 則它的來源在 50Mpc 以內 對宇宙來說這 只是本銀河系的鄰居而已 黃明輝 : 國立聯合大學能源與資源學系及 共同教學中心物理組副教授

15 下一代的巨型望遠鏡 四百年前, 伽利略將望遠在鏡朝著天空觀看, 天文學就此改觀了 天體不再是小小的星點, 透過望遠鏡我們能見到不同紋路的行星 更多的恆星 還有燦爛的星團與多彩的星雲 不過, 人類追求星空的腳步從不停滯, 天文學家要求望遠鏡越來越大, 希望能看到更暗更清晰的星體 因此, 自 20 世紀初, 哈柏使用威爾遜山天文台, 口徑 2.5 米的胡克 (Hooker) 望遠鏡測量星系距離, 到 5 米的海爾 (Hale) 望遠鏡稱霸隨後的半世紀, 以至於 90 年代, 新技術製造口徑達到 10 米的凱克望遠鏡, 現今龐大且清晰的天文台已不是前人能想像 到了 21 世紀, 為了要瞭解早期的宇宙面貌, 尋找其它的恆星的行星, 甚至發現外星生命的蹤影, 天文學家需要更大的儀器 下一代望遠鏡已經在規劃中, 如 24.5 米的巨型麥哲倫望遠鏡 (GMT) 30 米望遠鏡 (TMT), 或達到 50 米的歐盟望遠鏡 (EURO50) 文 / 李瑾 圖 米望遠鏡 (TMT) 想像圖, 可以比較建築物與汽車的大小 圖片來源 越來越大的鏡片 當年伽利略使用的望遠鏡是折射式鏡片, 不過現今的大型天文台幾乎都是反射式的天下 由於折射式是凸透鏡, 口徑越大鏡片則越厚, 會使光線越不易穿透, 更糟的是玻璃其實算是柔軟的物質, 而折射式主鏡為了透光, 只能在鏡片周圍支撐, 所以大口徑的鏡片會因自己重量而變形, 導致影像扭曲 因此, 芝加哥大學 1897 年完成的葉凱士天文台一米望遠鏡, 直到現在仍是最大的折射式主鏡 反射式鏡片則以彎曲的表面反射成像而不需透光, 所以底座能完整支持並分散鏡片重量 即便如此, 越來越大鏡片必需靠更厚的鏡片, 來保持足夠的強度使鏡片不變形 1949 年落成的 5 米海爾望遠鏡, 竟然達到 1 米厚, 重量逼近 14.5 公噸, 如此龐大的鏡片嚴重考驗機械結構 而且鏡片的口徑再增加, 仍會因自身重量而變形, 因此海爾望遠鏡已是當年的極致 圖 2. 從 8 米 V LT 望遠鏡 2. 4 米哈柏太空望遠鏡以及設計中 100 米望遠鏡的解析力與視野大小比較, 可見主鏡尺寸增加, 畫面越清楚 圖片來源 facilities/eelt/owl/ 15

16 專題望向大宇宙 興建中的大型望遠鏡計畫系列之三/ 完結篇16 針對這問題, 到了 20 世紀末有所突破 : 天文學家以不會變形的小鏡片拼接成為大口徑主鏡 如此, 理論上望遠鏡的口徑就沒有上限了 不過, 如何調整每一個小鏡片使其拼接為完美弧面的主鏡, 以及鏡片間的空隙對影像的影響就成為新的問題 位於夏威夷州毛納基山的凱克望遠鏡就是第一個成功的例子, 它是由 36 片口徑 1.8 米的六角形鏡片, 組合而成 10 米的巨大主鏡 並在每一片鏡片設置支撐的鋼架與控制系統 當觀測時, 鋼架上聯結電腦的感測器和控制系統, 會隨時調整每一片鏡片的位置, 如此能矯正重力所造成的變形, 於去年完成的 10.4 米大加納利望遠鏡 (Gran Telescopio Canarias ) 也採類似設計 目前規劃中的超大型望遠鏡幾乎都使用這種拼接主鏡, 比如 TMT 打算用 492 片 1.4 米鏡片拼合成 30 米主鏡 只有 GMT 為簡化光學與工程問題, 使用 7 具 8.4 米圓形鏡片而合成為 24.5 公尺主鏡 此外, 未來大型天文台都設計為經緯儀 由於地球自轉, 天體會繞著北或南極點移動, 為抵銷星體移動, 傳統上將架台的轉軸指向極軸, 以地球自轉相同的轉速跟上天體, 這種系統稱為赤道儀 經緯儀則是另一種架台, 僅能水平旋轉或上下仰角移動, 所以需同時轉動兩軸並隨位置變換轉速, 才能追上天體, 所幸現在電腦非常容易這樣計算 經緯儀較赤道儀有項優點, 當望遠鏡移動不同方向時, 經緯儀姿勢改變量較少, 所以 能減少機械結構問題並大幅地節省建造經費 圖 4. 凱克望遠鏡以自適應光學系統所拍攝天王星, 可見白色雲帶, 之前僅能以太空望遠鏡拍攝如此細節 畫片以近紅外線 J 波段 (1.26 micron) H 波段 (1.62 micron) 與 K 波段 (2.1 micron) 拍攝, 解析力為 0.06 角秒 圖片來源 天文館期刊第四十五期 圖 3. 凱克望遠鏡, 圖中可見六角形鏡面圖片來源 讓大氣得寧靜 一般人可以想到鏡片越大, 能夠收集更多的光線看到更暗的天體 不過對天文學家來說, 影像清晰也非常重要, 這種將天體影像分辨的能力即是解析力 解析力也與主鏡的口徑有關, 那是因為光線有波的性質, 會產生繞射現象, 若主鏡越大則繞射的影響越小, 因此更清晰 不過這僅是理論上, 實際上受到大氣擾動影響, 最清晰的程度只是大氣擾亂後的影像, 仍無法發揮其威力, 因此天文台大多建在大氣擾動較少的高山上 不過即使在條件最好的觀測點, 如凱克望遠鏡所在的夏威夷毛納基峰, 大氣擾動會使原本接近點狀的星點模糊成約 0.5 角秒的盤狀, 在這種狀況下,10 米與 20 公分的望遠鏡其清晰的程度差不多! 因此, 天文學家才會將哈柏望遠鏡置入沒有大氣干擾的太空中 圖 5. 右邊小圖 8 米雙子星北望遠鏡, 以近紅外線波段 (1.65 microns) 所拍攝 M13 球狀星團的核心 當時視相度為 0.26 角秒, 上圖開啟調制光學系統, 右下則無 可比較兩者清晰程度 圖片來源 gemini.edu/media/images_ html

17 文學家觀測時將雷射打到至地球大氣層 90 公里處, 讓那裡鈉原子發光形成星點成為引導星 不過, 這種人工引導星畢竟在大氣層內, 與大氣外的星光所受扭曲狀況不同, 因此會影響修正效果 目前正發展多重共軛調制光學系統 (Multi-Conjugate Adaptive Optics), 同時以天然與人工雷射導引星, 或以多顆雷射引導星互相參考作更精確修正 圖 6. 凱克望遠鏡以雷射製造人工導引星狀況 未來大多數天文台的夜間將會有如此畫面 圖片來源 目前天文學家已發展調制 ( 自適應 ) 光學系統 (adaptive optics) 改善大氣的擾動 首先, 偵測目標天體附近的亮星, 用來瞭解大氣扭曲影像程度, 並利用望遠鏡焦平面後方的一塊小型的可變形彎曲的鏡面, 修正補償大氣的影響, 讓亮星成為原來的點狀, 同時目標天體也會還原在大氣外的外觀 不過實際操作上會遇到許多困難, 以目前安裝在口徑大型天文望遠鏡的修正鏡來說, 由於大氣變化很快, 需要近上千個活塞在 0.5 到 1 毫秒間彎曲鏡片完成調整 因此, 目前此裝置在大氣擾動作用較小的近紅外線效果較好 未來口徑更大型望遠鏡, 焦平面更大需要大型修正鏡, 因此電腦需計算並控制的活塞更多, 這些軟硬體設備仍待未來技術突破 目前這幾項大型望遠鏡計畫中,T M T 與 EURO50 仍在紙上作業之中, 而巨型麥哲倫望遠鏡進度最快, 目前已完成 1 片 8 米鏡片並測試中, 將於 2018 年建設於智利安地列斯山脈的 Las Campanas 天文台 天文學家還有其它更具野心的計畫, 比如說加拿大的天文台正測試以水銀置入旋轉台面, 而成為鏡面的望遠鏡, 並計畫以 18 個 10 米水銀鏡面組成 40 米級望遠鏡, 歐洲更計畫口徑達百米級的 OWL 望遠鏡 這些下一代望遠鏡, 將比哈柏 甚至後繼的韋柏太空望遠鏡提供更清晰的解析力與更強的集光力, 而所需的建造與維修經費卻更少 這些地面巨型的天文台, 將會為未來的天文學家提供知識與更廣闊的視野 李瑾 : 任職於臺北市立天文科學教育館 此外, 引導星與目標天體位置不同, 所受大氣扭曲現象也會不同 因此引導星與目標天體距離越遠, 則效果越差 甚至目標附近可能沒有亮星可供引導, 所以得自己製造一顆 天 圖 7. 巨型麥哲倫望遠鏡, 以 7 具 8.4 米圓形鏡片組成 圖片來源 圖 8. 目前最具野心的望遠鏡計畫,100 米的 OWL, 其圓頂因過於巨大, 改採滑動棚架, 於觀測時推開 圖片來源 org/sci/facilities/eelt/owl/ 17

18 從小學時在自然課本中, 知道人類當時已發現了約 1600 顆的小行星, 便興起了自己也發現一顆的念頭 我的小行星觀測和發現歷程 文 / 楊光宇 年來隨著城市不斷發展, 光害日近漸嚴重, 令不少天文愛好者心灰 意冷 然而, 科技的進步 ( 例如冷卻 C C D 的出現 ), 幫助了業餘天文觀測 者, 仍然可以為天文這門最古老的科 學, 繼續獻上一份貢獻 從小學時, 在自然課本中, 知道人類當時已發現了約 1600 顆的小行星, 便興起了自己也發現一顆的念頭,1987 年移居加拿大 1996 年拜讀 Dennis di Cicco 在天文雜誌的大作 在後院發現小行星, 才驚覺原來感光度遠勝過底片的 CCD 出現後, 加上電腦和軟體的強大能力, 業餘天文喜好者亦可發現亮度至 等的小行星! 坐言起行, 用剛購入的 10 吋 Meade LX200 望遠鏡和 Meade416 CCD 嘗試, 短短半分鐘的曝光, 已可看到 15 等的星星 如果曝光再長些, 理論上應該可以發現 17 等的新小行星! 1997 年時, 用電腦控制望遠鏡的技術只達初步水準,CCD 的細小面積的局限, 加上身處一百萬人口城市的光害, 都阻礙了發現小行星的工作 到了千禧年的前幾天, 租用了市外一台 16 吋望遠鏡, 加上一台感光效能十分高的 AP7CCD, 才發現了自己的第一顆小行星, 編號 1999YQ4 圖 吋 F 2. 8 望遠鏡, 不但視場廣, 角位星點亦是星點狀, 而又具機動性 之後的幾個月, 加拿大的天氣進入寒冬, 再發現了十二顆 十分享受發現的樂趣, 但有感加拿大天氣太冷, 而且 16 吋 F/6 的望遠鏡視野太小, 十分不利於搜尋, 於是興起了優化尋找小行星效率的心思 在互聯網朋友的推介下, 往美國的亞里桑那州, 親身試驗一台 18 吋 F/2.8 的廣角望遠鏡 ( 見圖 1, 後來才知道短過 F/4 的鏡片很難磨得理想, 據造鏡人講, 他更換了兩個磨鏡師, 才得到理想的鏡片 ) 這個旅程令我深深體會到亞里桑那州這個天文聖地的吸引 天空夠暗而且一年平均有二百個以上的晴天, 於是興起了到美國找尋小行星的念頭 由於不知道廣大的亞里桑那州, 哪裡的視相度 (seeing) 最好, 因此計劃先暫居旅行車屋一年 2000 年 8 月 20 日, 駕著一部重五千磅的四驅車, 拖著一部 21 呎長的旅行車屋, 花了三天的時間, 行車三千公里, 終於到達陽光普照的亞里桑那州 經過幾個地點的 18 天文館期刊第四十五期

19 經過這一年, 一方面不斷享受發現小行星的樂趣, 一方面學習居於鳳凰城 (Phoenix, 亞里桑那州首府 ) 軟體設計師 BOB DENNY( 我後來將自己發現的 號小行星命名為 DENNY) 設計的軟體 PINPOINT, 可以極快速計算出偵測到的小行星的位置, 通常準確至 1 角秒以下 ( 約滿月視直徑的二千分之一!) 而他設計的另一軟體 ACP, 則可以全自動控制望遠鏡, 整夜不眠不休地觀測 圖 2. 旅行車旅館的觀測站, 小屋內可存放四枝望遠鏡, 晚間沿路軌推出觀測 測試 最後終於選中了 Arizona City 這個小鎮內的一間旅行車旅館安身立命 駁上了水 電 排污管 電話線 和互聯網, 這個麻雀雖小 五臟俱全 150 平方呎的窩居, 便成為我未來十二個月的居所 當務之急, 是找人建造了一個不足 120 平方呎的望遠鏡貯藏室, 望遠鏡雖然重達三百磅, 但由於配備有四個鐵輪, 在鐵軌的規範下, 每晚推出來觀測, 望遠鏡的轉軸仍能對準北極星 ( 見圖 2) 在這段期間內, 要學習望遠鏡的使用, 等待另外幾部望遠鏡交貨和熟習軟體的使用, 這時是用 The Sky 控制望遠鏡, 仍未能做到全自動觀測 ;CCD 轉用了 2k 3k 六百萬像素的 AP9, 它的視野足有四個月球那麼大 ; 測量小行星位置用的是奧地利業餘天文學家 Herbert Raab 寫的 Astrometica, 由於當時仍要用人手比對星點與星圖, 計算小行星位置仍然頗耗時間 2001 年 8 月, 終於動身遷往一個更理想位於小山丘頂上的新觀星地點, 在兩個能幹的墨西哥工人的幫助下, 短短兩星期, 便築成了一個較為擠迫的天文台 ( 見圖 3) 九月的天氣如常地晴朗, 加上之前七 八月的雨季阻礙了幾個近地小行星巡天天文台的工作, 積存了大量未被發現的小行星等待著被發現 結果九月份兩星期內共發現了 450 顆新的小行星, 曾經試過一晚發現 70 顆新的小行星, 又曾經試過一晚向小行星中心報告了 2300 個小行星的精確位置數據! 十月份又再發現了 350 顆! 翌年 2 月, 嘗試跟進觀測一顆近地小行星, 幫助小行星中心更新其軌道, 結果找不到目標的小行星, 卻無意中在照片裡發現了自己的第一顆近地小 圖 3. 第一代 IAU 333 號天文台, 狹窄而且東西方視野有障礙 圖 4. 第二代 IAU 333 號 沙漠之鷹 天文台 19

20 行星 2002BJ2, 更奇的是在同一張照片中發現到 的另一個不明星體, 幾個月後被證實是一顆短週 期彗星, 現在被編號為 172P/YEUNG! 2003 年夏天, 有鑑於主要對手位於亞里桑那州和新墨西哥州, 飽受季候雨之苦, 但我的望遠鏡可以搬動, 於是一次拖著四台望遠鏡, 跑到南加州的晴天和酷熱之中, 回報是 7 月份發現了自己的第 2 顆近地小行星 2002PN, 直徑只有一百多呎 ( 代價是幾乎中暑 ) 八月份發現了 J002E3, 起初以為是近地小行星, 到後來才知道她圍著地球轉, 是被地球引力捕獲的一節阿波羅登月火箭, 一般人以為是中空寶, 其實這是一個至為難得的收穫, 印證了地球引力真的可以捕獲飛得太近的天體! 圖 5 : 筆者測量光度變化, 得出以父親名字命名的 號小行星自轉週期為 小時, 誤差少於 5 秒 由 2004 年起, 工作的重點有了改變, 除了增建一個視野較廣的天文台外 ( 見圖四 ), 亦開始研究遙控天文台的可行性 研究結果, 以在新墨西哥州的 New Mexico Skies 建立了兩個遙控天文台告終, 曾試過在三藩市機場等飛機時下載照片及發現新的小行星! 而觀測的方向亦有改變, 開始嘗試測量小行星的自轉周期 ( 見圖五 ), 和測量系外行星凌日時那百分之一的光度變化 ( 見圖 6) 2008 年鳥倦知返, 回港定居照顧年邁雙親, 收山前的工作是把兩支 18 吋鏡裝箱空運往西班牙 La Sagra 的 OAM Observatory, 自此不再做獨行 圖 6 : TrES-1 系外行星淩日光度觀測俠, 而成為國際天文聯盟編號 J75 天文台觀測小組的一名成員, 而在今年上半年,J75 已發現了四顆新的近地小行星 楊光宇 : 業餘發現小行星數量世界排名第二, 現任香港天文學會會長 簡述小行星的發現和命名 文 / 楊光宇 甲. 方法 : 眾所周知, 恆星其實可視為不會移動, 只是由於地球自轉, 星星才會看來東升西落 而望遠鏡如果追蹤著星星拍照, 便可拍到點狀的星星, 而小行星卻像其他行星一樣, 會在固定星座背景上移動, 一般移動速度約每分鐘 0.2 至 1 角秒 觀測者如每隔半小時拍攝一次共拍三張照片, 然後用電腦比對三張照片, 恆星固定不動, 而以直線移動的星點, 便很有可能是小行星了 乙. 器材 : 簡單而言, 望遠鏡口徑當然是愈大愈好, 六 七年前, 仍有希望發現到十五 十六等亮度的小行星 但時至今日, 一般新發現的小行 星, 最亮的亦只有十八等, 而且平均要搜索十平方度才會發現一顆 因此, 一部口徑八吋以上的望遠鏡是起碼的要求, 能有光害少的環境則更佳 然而鮮為人知的, 是除了口徑外, 焦比 (focal ratio) 亦是一個重要因數 顯而易見的, 想去搜索, 短焦距所提供的廣視野最為重要, 現在一般業餘天文愛好者擁有的 F/6 以上的折射鏡和 F/10 的 SCT 鏡, 都是為目視設計的, 加上 CCD 視場有時小得可憐, 只有 15 角分 15 角分 ( 約月球面積的四分之一!), 縱然可以加入 F/3.3 的減焦鏡但成像效果亦只是差強人意 20 天文館期刊第四十五期

21 丙. 搜索範圍和策略 : 首先, 由於大部分小行星的軌道傾角 i 都少於三十度, 所以最多小行星的地方, 則是位於黃道上下二十度左右的地方 一般而言, 大部分的外行星, 在地球上看來都是由西向東地運行, 只是到了衝 (OPPOSITION) 的附近 便會出現逆行由東向西地運行 這段時間, 如果我們能在衝位置以東約二十度的地方發現了一顆新的小行星, 之後的逆行初期, 她的光度會增強超過一個星等, 非常方便自己或其他巡天天文台繼續觀測, 以增加其軌道資料 需知雖然觀測到一顆新的小行星兩晚, 便可擁有發現權, 然而若不想錯失一顆小行星, 必須多加觀測 ( 尤其是在發現初期 ), 以便最終軌道精確到小行星中心做出永久編號, 才能為小行星命名 事實上, 使用上述的策略, 筆者通常除了發現的兩晚觀測外, 幾乎從不需要再觀測自己發現的小行星 大家可以想像 ; 一個月發現幾百顆小行星, 若果以後每個月要多做數次觀測是多麼繁重的任務! 而這項繁重任務, 便多得由各個近地小行星天文台去代勞 丁. 數據處理 : 負責處理小行星觀測數據的機構, 是國際天文聯合會 (I n t e r n a t i o n a l Astronomical Union, 簡稱 IAU) 所屬的小行星中心 (Minor Planet Centre), 每個合乎資格的觀測站, 都會獲發一個觀測站編號, 作為區分觀測記錄和紀錄發現權之用 這個八十行的規格, 記錄了一顆小行星的觀測時間 ( 準確至 1 角秒以下 ), 赤經和赤緯 ( 合共準確到 1 角秒以下 ) 光度 觀測站編號 等等, 小行星中心利用這些數據, 便可精確地計算出小行星軌道的六個參數, 從而推測出他們未來十年內的位置, 精確至 1 角秒 小行星中心的網站 ( 網址 harvard.edu/iau/mpc.html), 亦提供大量對觀測者有用的服務 戊. 發現權和命名權點滴 : 直至數年前, 想擁有一顆小行星的命名權, 必須連續兩晚觀測到一顆新小行星的位置, 之後小行星中心會發出一個臨時編號 ( 如 1999YQ4,2009AB9 之類 ), 通常大約經歷 4 次衝的觀測後, 軌道精確, 再無失蹤之可能, 便會改發一個永久編號 到了這時發現者便有權利寫一段五十字內的命名原因 (citation) 向一個由十六位來自世界各地天文學家組成的 CSBN 命名委員會建議一個名字, 若被接納便成為正式紀錄 在自己發現的 2600 顆小行星中, 約有 1,477 顆已獲得永久編號 ( 估計最終會有 2000 顆 ), 但已命名的只有 36 顆左右 命名小行星有一定的規則, 例如名字限定最多 16 個英文字母, 要求可以拼出發音, 不鼓勵使用寵物名字 軍政人物要死後五十年才可命名, 發現者不能為自己命名等等 天上有顆星星以自己名字命名, 一般人都會覺得是莫大榮耀, 只是除了一個正式紀錄外, 是沒有獎金和獎狀的 筆者多數不會通知獲命名者, 而有些也無從通知, 例如李白 (110288) 杜甫 ( ) 和已過世的杉原千畝 (25893, 曾在二次大戰拯救六千猶太人 ) 遇上特別有感覺的, 也會寫篇文章, 例如曾在香港明報發表過 天上人間, 寫了兩個故事, 一個是為何以父親名字命名小行星, 二是寫為何命名一顆小行星為林青霞 也不是每個人都喜歡以自己名字命名小行星, 例如有外國同好, 曾以太太的名字命名小行星, 換來太太幽幽地說一句 : 為什麼用我的名字命名一顆石頭? 話雖如此, 筆者仍是覺得命名小行星是一件有趣的事, 誠然, 最大的樂趣還是在於發現 一顆直徑可能只有半公里的小行星, 在兩億公里外圍著太陽公轉, 而你可能是全世界中 ( 甚至是全宇宙 ) 第一個跟它打個照面的人, 這不是浪漫還是什麼? 本文完, 下期續 小行星的科學! 後記 最新消息, 小行星中心剛公佈, 批准命名兩顆筆者發現的小行星為鄧麗君 (42295) 和李安 (64291) 作者網誌 : 21

22 每日天文大事紀 (6 月 ) 在每天關心 接收天文新知進展的同時, 您是否回想過歷史上的今天, 曾上演哪些重要的天文事件 舊有的天文新知呢? 就讓我們尾隨 2009 全球天文年足履, 漫步於歷史迴廊中, 回溯往日天文情懷! 6 月 文 / 詹佩菁 6 月 1 日 1633 年 Geminiano Montanari( ~ ) 誕生, 義大利天文學家 他是第一位記錄英仙座 Geminiano Montanari, 義大利天文學家, 於大陵五 (A l g o l, 為阿拉伯語, 意思為惡魔的星 1667 年首度記錄了大陵 Demon star, 是一組 食變雙星 ) 亮度變化五星的亮度變化 的天文學家 圖片來源 upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/1/1d/ 6 月 2 日 1930 年 Charles Conrad, Jr.( ~ ) 誕生, 美國太空人 曾執行過的太空任務有雙子星 (Gemini)5 號和 11 號 阿波羅 12 號 (Apollo 12) 天空實驗室 2 號 (Skylab 2) 是第 3 位在月球漫步的太空人 1949 年 Heather Anita Couper( ~) 誕生, 英國天文學家 於 1980 至 1990 年代運用電視推廣 普及天文 是英國天文協會 (British Astronomical Association, BAA) 的前任會長 (1984~1986) 1966 年 美國測量員任務 (Surveyor program) 中的測量員 1 號 (Surveyor 1) 以軟著陸降落至月球表面的風暴洋 這是美國第 1 艘順利以軟著陸降落在其他星球的探測船 1983 年 蘇聯金星探測器 (Ve n e r a p r o b e s, 第一個穿過其他星球大氣層順利進入的人造探測器, Venera 就是俄文的金星) 中的金星 15 號 (Venera 15) 發射升空, 它在 1983 年 10 月 10 日開始進入金星軌道, 繞著金星運轉, 並首度利用雷達 ( 可去除大氣因素影響 ) 觀測金星地表 2003 年 歐洲太空總署 (European Space Agency,ESA) 首度探測火星的火星特快車 (Mars Express) 探測船, 透過俄羅斯的聯盟火箭 (Soyuz-Fregat launcher) 於哈薩克發射升空 主體探測船於同年 12 月 25 日順利進入軌道, 開始繞火星公轉進行觀測 ; 附屬探測器 小獵犬 2 號 (Beagle 2) 於同年 12 月 19 日離開主體探測船後, 在 12 月 25 日進入火星大氣層, 準備登陸火星地表, 但在進入後便失聯, 登陸任務失敗 6 月 3 日 Geminiano_Montanar 1965 年 美國雙子星 4 號 (Gemini 4) 發射升空, 組員 Edward Higgins White, II( ~ ) 在本次任務完成美國首位太空人的太空漫步 但他日後在參與執行阿波羅 1 號任務 (Apollo 1) 時不幸喪生 22 天文館期刊第四十五期

23 仰觀蒼穹四百年我的宇宙, 我來探索! 6 月 4 日 1754 年 Franz Xaver von Zach( ~ ) 誕生, 匈牙利天文學家 曾於 18 世紀末, 聯合 24 位天文學家, 系統性地尋找提丟斯 - 波特定律 (Titius Bode law) 推算的那第 5 顆行星 ( 位於火星與木星之間 ) 但在計畫進行中, 皮亞齊 (Giuseppe Piazzi, ~ , 義大利天文學家 ) 就先意外地搶得先機, 於 1801 年率先發現穀神星 (Ceres) 了 不過, 日後他所帶領的團隊還是有發現其他小行星 小行星編號 999( 名稱為 Zachia) 以及月球上的 Zach 坑洞 (crater Zach), 都是為了紀念他而命名的 1769 年 同一天先發生金星凌日, 接著五個小時後又發生日全食, 兩種事件間隔這麼短發生, 相當罕見 6 月 5 日 年 約翰 亞當斯 ( J o h n C o u c h 亞當斯, 英國數學及天文學家 A d a m s, ~ 圖片來源 : 維基 ) 誕生, 英百科 國數學及天文學家 於 wikimedia.org/wikipedia/ commons/2/2b/john_ 1845 年藉由天王星的擾 Couch_Adams.jpg 動, 算出海王星的大約 1866 年獅子座流星雨盛況位置 年發生了圖片來源 : 維基百科 規模空前的獅子座流星 wikipedia/en/f/fc/leonids-1833.jpg 雨, 使得亞當斯轉移他的注意力去研究獅子座流星雨 他運用精確的分析, 於 1867 年確定並公布這群流星雨是屬於太陽系內的, 以狹長橢圓的軌道, 約 年, 環繞太陽一圈, 而軌道容易受到大行星的引力影響, 產生變化 這是亞當斯相當重大的天文成就 這個確定的軌道週期恰好符合另一顆週期彗星 譚普 - 塔托彗星 (55P Tempel-Tuttle) 的回歸週期, 讓後人瞭解彗星與流星雨的發生有著密不可分的關係! 6 月 6 日 1580 年 Godefroy Wendelin or Vendelin( ~ ) 誕生, 法蘭德斯天文學家 月球其中一個坑洞 (crater Vendelinus) 是以他的名字命名的 1932 年 David Randolph Scott( ~) 誕生, 美國太空人 曾參與的太空任務有雙子星 8 號 (Gemini 8) 阿波羅 9 號和 15 號 (Apollo 9 15) 是第 7 位在月球上漫步 第 1 位在月球上開車的太空人 1971 年 蘇聯聯盟任務 (Soyuz program) 的聯盟 11 號 (Soyuz 11) 發射升空 是第 1 個成功與禮炮 1 號太空站 (Salyut 1, 世上第 1 個太空站 ) 接合的任務, 不過在同年 6 月 30 日返回地球時, 因為探測船的平衡壓力閥提早打開, 導致探測船失事, 船中三位組員全部喪生 6 月 7 日 1826 年 夫朗和斐 (Joseph von Fraunhofer, ~ ) 逝世, 德國光學儀器商 首度發現太陽的光譜中有被吸收的暗線, 後來便稱這種譜線為夫朗和斐譜線 (Fraunhofer lines) 1879 年 Joan Voûte( ~ ) 誕生, 荷蘭天文學家 專門研究變星及雙星 在 1917 年運用位於南非好望角的皇家天文臺進行半人馬座比鄰星 (Proxima Centauri) 的觀測, 以三角視差法證實這顆比鄰星與太陽的距離, 和半人馬座 α 星 ( 南門二 ) 是一樣的, 皆為 4.2 光年 23

24 6 月 8 日 1625 年 卡西尼 (Giovanni Domenico Cassini, ~ ) 誕生, 義大利天文學家 首度發現木星的大紅班 (1665 年 ) 土星的 4 顆衛星 ( 發現 Iapetus, 發現 Rhea, 發現 Tethy 及 Dione) 土星環有縫(1675 年 ) 發現木星的大氣有差異自轉(differential rotation) 的現象 (1690 年 ) 等偉大貢獻 卡西尼圖片來源 : 維基百科 upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/d/d6/ Giovanni_Cassini.jpg 1975 年 蘇聯金星探測器 (Venera probes) 中的金星 9 號 (Venera 9) 順利升空, 並於 1975 年 10 月 20 日開始進入金星軌道運轉, 進行高空觀測 ; 它的身上還有一個準備著陸的探測器, 在 10 月 20 日當天也分離主體順利登陸金星地表 位於高空俯瞰的探測器, 於該年 10 月 26 日至 12 月 25 日, 共計進行 17 次的俯瞰, 它也被當作是已登陸金星地表之探測器發射訊號的轉播站, 並首度傳回金星地表照片 加勒, 德國天文學家圖片來源 : 維基百科 org/wikipedia/commons/ e/ed/johann-gottfried- Galle.jpg 6 月 9 日 1812 年 加勒 (Johann Gottfried Galle, ~ ) 誕生, 德國天文學家 第 1 位透過望遠鏡發現海王星的人, 觀測數據是勒威耶 (Urbain Jean Joseph Le Verrier, ~ , 法國數學家 ) 寄給他, 請他協助觀測的 他在 1846 年 9 月 23 日收到資料後, 就在當晚於柏林天文台進行觀測, 並在距離計算值不到 1 度的範圍內, 發現海王星的存在 月亮及火星各有一個坑洞 2079 號小行星以及海王星其中一道環都是以他的名字 (Galle) 命名的 6 月 10 日 2003 年 火星巡迴者號任務 (Mars Exploration Rover Mission) 其中的精神號 (Spirit) 發射升空, 於 2004 年 1 月 3 日抵達火星地表 截至 2009 年 1 月 22 日為止, 已經在火星地表走了 7, 公尺 6 月 11 日 1723 年 J o h a n n G e o r g P a l i t z s c h ( ~ ) 誕生, 德國天文學家 因為在 1758 年聖誕節, 首度重新發現哈雷彗星 (Comet Halley,1705 年預測出其回歸週期 ) 回歸而著名 年 卡西尼惠更斯號 ( C a s s i n i H u y g e n s ) 掠過土衛九 (Phoebe) 精神號圖片來源 : 火星巡迴者號任務網站 jpl.nasa.gov/gallery/artwork/ rover1browse.html 卡西尼惠更斯號圖片來源 : nasa.gov/photos/ imagedetails/index. cfm?imageid=3405 土衛九圖片來源 : 卡西尼號網站 imagedetails/index.cfm?imageid= 天文館期刊第四十五期

25 仰觀蒼穹四百年我的宇宙, 我來探索! 2008 年 國際天文聯合會 (IAU) 的會員大會, 決定針對繞日軌道位置位於海王星之外的矮行星, 給它們賦予另一個分類名詞 -- 類冥( 王星 ) 天體 (Plutoids) ( 註 : 中文譯名仍有爭議, 未定案 ) 6 月 12 日 1967 年 蘇聯金星探測器 (Venera probes) 中的金星 4 號 (Venera 4) 發射升空, 它在 1967 年 10 月 18 日順利抵達進入金星大氣層, 並首度收集到金星的大氣資料, 瞭解金星大氣中主要氣體為二氧化碳, 以及少量的氮 2004 年 1 顆 1.3 公斤的隕石掉入紐西蘭一戶民宅, 使得民宅嚴重損壞, 不過還好沒有人受傷 6 月 13 日 1983 年 美國先鋒 10 號 (Pioneer 10) 探測船通過海王星軌道, 成為第一個通過最遠行星軌道的探測船 ( 當時太陽系距離最遠的行星為海王星 ) 它於 1972 年 3 月 2 日發射升空, 最後一次順利通訊是在 2002 年 4 月 27 日, 最後接收到它微弱訊號是在 2003 年 1 月 23 日, 之後便失聯了 1993 年 Deke Slayton( ~ ) 逝世, 美國太空人 曾為美國水星計畫 (Mercury program) 七位太空人人選之一, 但因當時的他有心臟疾病而無法成行 等到 1972 年身體狀況許可後, 才實際協助阿波羅聯盟測試計畫 (Apollo-Soyuz Test Project) 成為真正的太空人 6 月 14 日 1967 年 美國水手計畫 (Mariner Program, 行星際探測, 目標為水星 金星 火星 ) 中的水手 5 號 (Mariner 5) 探測船發射升空 其主要任務為航行經過金星進行探測 2002 年 近地小行星 2002MN 以 12 萬公里的近距離通過地球 6 月 15 日 西元前 763 年 亞述人的古老文件中記錄了日全食的發生, 讓學者得以藉此修正美索不達米亞的年代學 6 月 16 日 1963 年 蘇聯的東方 6 號 (Vostok 6) 太空任務, 首度載運女太空人 (Valentina Tereshkova, 誕生 ~) 進入太空, 她是第一位進入太空的女性 6 月 17 日 1714 年 Cassini de Thury( ~ ) 誕生, 法國天文學家 發現土星環有縫 ( 卡西尼縫, Cassini Division) 的 Giovanni Domenico Cassini 是他的祖父 1985 年 美國太空任務編號 STS-51-G 發射升空, 其中最值得紀念的是在該次任務中, 搭載了一位來自沙烏地阿拉伯的客人 Sultan Salman Al Saud, 他是第一位阿拉伯太空人 6 月 18 日 1922 年 康普頓 (Jacobus Kapteyn, ~ ) 逝世, 荷蘭天文學家 他曾經觀測南天大量恆星資料, 成為日後研究星系動力學的重要資料來源 1897 年, 發現一顆自行 (proper motion) 很高的矮星, 這顆星被命名為康普頓星, 是目前已知具有第二高自行的恒星, 僅次於巴納德星 根据恆星計數的結果, 他建立島宇宙模型, 並且認為銀河系是呈透鏡狀, 後人稱此為 康普頓宇宙 康普頓, 荷蘭天文學家圖片來源 : 維基百科 upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/d/dd/ Jacobus_Kapteyn.jpg 25

26 1983 年 美國太空任務編號 STS-7 發射升空, 其中一位女太空人 Sally Ride( 誕生 ~), 是當時美國史上年紀最輕 也是美國第一位女太空人 2006 年 哈薩克 (Kazakhstan) 第一顆人造衛星 (KazSat) 發射升空, 它是一顆通訊 地球同步衛星, 高度 公里, 於 2008 年 10 月結束任務 6 月 19 日 1933 年 Viktor Patsayev( ~ ) 誕生, 蘇聯太空人 執行過蘇聯聯盟任務 (Soyuz program) 的聯盟 11 號 (Soyuz 11) 任務 他是第 1 位在地球大氣層之外操作望遠鏡的人, 但在該次任務返航時不幸喪生, 詳見 6 月 6 日內文 1963 年 蘇聯的東方 6 號 (Vostok 6) 太空任務返回地球 6 月 20 日 1889 年 John Stefanos Paraskevopoulos( ~ ) 誕生, 希臘 \ 南非天文學家 曾在 1927 年 ~1951 年間擔任南非波以頓天文臺 (Boyden Observatory) 臺長, 發現過 2 顆彗星, 位於月球背面的坑洞 crater Paraskevopoulos, 就是以他的名字命名的 1941 年 Ulf Merbold( ~) 誕生, 德國物理學家暨太空人 他是德國第二位太空人 歐洲太空總署第一位太空人 第一位非美國公民搭乘美國太空梭抵達太空軌道 曾經被派任過的太空任務有 STS-9 STS-42 Soyuz TM-19 Soyuz TM 年 5261 E u r e k a 小行星被發現, 這顆小行星是第一顆被發現的火星特洛伊群 (Mars Trojan asteroid) 小行星 發現者是曾經發現 休梅克 - 李維 9 號 (Shoemaker-Levy 9) 彗星 的李維 (David H. Levy, 誕生 ~, 加拿大天文學家 ) 運用帕洛瑪天文臺所觀測到的 李維, 加拿大天文學家圖片來源 : 維基百科 upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/c/c0/ David_H._Levy.jpg 6 月 21 日 2004 年 太空船一號 (SpaceShipOne) 完成第一次私人資本人類太空飛行 太空船一號和太空梭不同, 是先由另一架飛機 白色騎士 載上高空後才開始自行飛行 它的速度不會超過第一宇宙速度, 因而無法進入軌道, 和美軍實驗飛機 X-15 比較接近 2006 年 冥王星在 2005 年 5 月中透過哈柏太空望遠鏡發現的 2 顆新衛星, 在國際天文聯合會 (IAU) 正式被命名為妮克絲 (Nix, 執掌黑暗的女神, 冥衛二 ) 及海卓拉 (Hydra, 守護冥府的九頭海蛇怪, 冥衛三 ), 是用前往探測冥王星的新視界任務 (New Horizon) 英文名字的各第一個字來命名的 冥王星的衛星, 加上原有的凱龍 (Charon), 總計擁有 3 顆衛星 冥王星與它的三顆衛星圖片來源 : 每日一天文圖網站 ncku.edu.tw/~astrolab/ mirrors/apod/image/0606/ PlutoNamesFig.jpg. 26 天文館期刊第四十五期

27 仰觀蒼穹四百年我的宇宙, 我來探索! 6 月 22 日 1633 年 羅馬教廷強迫伽俐略 (Galileo Galilei, ~ , 義大利天文學家 ) 放棄 宇宙中 心是太陽, 而非地球 的科學觀念 1978 年 首度發現冥王星的第一顆衛星 -- 冥衛一 是由美國海軍天文臺的 J a m e s Walter Christy(1938 年誕生 ~, 美國天文學家 ) 發現的, 並將它命名為凱龍 (Charon), 不過這個名字直到 1986 年才被國際天文聯合會 (IAU) 正式採用 從圖左冥王星旁的突起部分, 找到冥王星的衛星 凱龍圖片來源 : 維基百科網站 upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/9/9f/charon_ Discovery.jpg 6 月 23 日 1891 年 波格遜 (Norman Robert Pogson, ~ ) 逝世, 英國天文學家 曾發現 8 顆小行星和 21 顆變星 最有名的貢獻是將星等的概念數值化, 他將古希臘天文學家希帕求斯所提出的星等 ( 全天肉眼可見的星, 分成 1 至 6 等 ), 定義成 1 到 6 等的星其亮度差了 100 倍, 亦即每差 1 個星等, 亮度就差 倍, 此即為波格遜比例 (Pogson Ratio) 此星等計算定義於 1896 年開始正式採用 可用下列數學式計算獲得 : m 2 - m 1 = - 2.5log 10 (L 2 / L 1 ), m: 視星等 L: 恆星發光度 6 月 24 日 1946 年 鬼塚承次 (Ellison Shoji Onizuka, ~ ) 誕生, 日裔美國太空人, 參與美國太空任務編號 STS-51-C STS-51-L 等任務, 但在執行 STS-51-L 任務升空時, 因所搭乘的太空梭 -- 挑戰者號於升空時爆炸而喪生 1983 年 美國太空任務編號 STS-7 任務完成, 返回地球 其餘內容詳見 6 月 18 日內文 1985 年 美國太空任務編號 STS-51-G 任務完成, 返回地球 其餘內容詳見 6 月 17 日內文 6 月 25 日 1671 年 里希奧利 (Giovanni Battista Riccioli, ~ ) 逝世, 義大利天文學家 最著名的天文貢獻就是在 1644~1656 年間幫月亮的各種地形命名, 主要由他的朋友 Francesco Maria Grimaldi( ~ , 義大利數學家 ) 繪製月面圖, 他再就地形種類進行命名 ( 平原或稱為海 : 用氣象名詞, 高山 : 用地球雄偉高山之名稱, 坑洞 : 古代著名的科學家 藝術家或哲學家 ) 1960 年 沃爾特 巴德 (Wilhelm Heinrich Walter Baade, ~ ) 逝世, 德國天文學家 與美籍德裔天文學家魯道夫 閔可夫斯基 (R u d o l p h M i n k o w s k i, ~ ) 一起研究超新星, 依其光譜型態將其分成 Ⅰ 型及 Ⅱ 型超新星 於 1955 年獲得布魯斯獎章 (Bruce Medal, 太平洋天文協會所頒發 ), 月球上的巴德坑洞 (crater Baade), 就是紀念他而命名的 27

28 6 月 26 日 1730 年 梅西爾 (C h a r l e s M e s s i e r, ~ ) 誕生, 法國天文學家 一生喜好尋找彗星, 編列出著名的 梅西爾目錄 1904 年 哈格 (F r a n k S c o t t H o g g, ~ ) 誕生, 加拿大天文學家 主要研究恆星的光譜光度 (spectrophotometry) 及彗星的光譜 月亮上的哈格坑洞 (crater Hogg) 就是以他的名字命名的 法國天文學家, 梅西爾圖片來源 : 維基百科 upload.wikimedia.org/ wikipedia/commons/a/a4/ Charles_Messier.jpg 6 月 27 日 1872 年 希伯 柯蒂斯 (Heber Doust Curtis, ~ ) 誕生, 美國天文學家 在 1920 年 4 月 26 日與另一位美國天文學家沙普利 (Harlow Shapley, ~ ) 在華盛頓舉辦了一場著名的辯論, 史稱 沙普利 - 柯蒂斯之爭, 其主要針對 星雲及星系的本質 銀河系的大小 進行辯論 後來觀測證明, 柯蒂斯的論點基本上是正確的 1954 年 世界上第一座核能發電廠開始運作, 它座落在俄羅斯的奧布寧斯克市 ( 接近莫斯科 ) 6 月 29 日 1868 年 海爾 (George Ellery Hale, ~ ) 誕生, 美國天文學家 在 19 世紀末至 20 世紀初積極努力地向美國富商遊說, 使其捐贈大筆資金用以建造大型望遠鏡, 並促成好幾個大型天文臺的成立, 如葉凱士天文臺 (Yerkes Observatory) 威爾遜山天文臺(Mount Wilson Observatory) 帕洛瑪天文臺(Palomar Observatory) 為了紀念他便將帕洛瑪天文臺最後建造的 200 吋大望遠鏡命名為海爾望遠鏡 (1948 年啟用 ) 美國天文學家 - 海爾與 200 吋海爾望遠鏡圖片來源 : 帕洛瑪天文臺 (Palomar Observatory) palomar/images/gehale.jpg 1962 年 George David Zamka( ~) 誕生, 美國太空人 曾參與 STS-120 太空任務 6 月 30 日 1905 年 愛因斯坦 (Albert Einstein, ~ ) 發表 論動體的電動力學 (On the Electrodynamics of Moving Bodies) 一文時, 首度對外公開介紹 狹義相對論 (Special relativity) 1971 年 蘇聯聯盟任務 (Soyuz program) 的聯盟 11 號 (Soyuz 11) 返回地球時失事, 導致任務組員全數罹難, 其餘簡介詳見 6 月 6 日內文 詹佩菁 : 任職於臺北市立天文科學教育館 28 天文館期刊第四十五期

29 我的天文研究訪王祥宇博士 記得前幾期訪問中研院賀主任時, 他曾說過 : 天文研究的成效很大的因素在於所使用的工具和科技 (instrument driven, technology driven), 這是一個經驗科學, 只能靠著被動接收外面的電磁波訊息, 而不能像其他物理研究還可以操弄實驗變因, 因此提高精確度是研究的第一考量 所以在中研院天文所很多學者都是負責儀器研發的工作 這些研究人員本身通常並非天文本科, 但也都盡心盡力地在這裡貢獻自己的專長, 欣賞同仁的成就, 一起分享天文研究上的成果 今天我們介紹的王祥宇研究員就是這樣的一個例子 天文的善事巧工 文 / 范賢娟 受到大型計畫的吸引 文所與其他研究單位很不一樣, 所天進行的都是大型國際計畫 相較之下其他研究單位的計畫通 常規模都比較小, 往往一位教 授帶領一個團隊可能就負責好 幾個計畫 ; 天文所則全部都是 大型計畫, 往往需要全所一起合 作, 靈活分配資源來進行 不同的計畫主題 這 是因為天文的研究 是被動接受外面的資源, 因此唯有良好精密的儀器才能有卓越出色的成果, 這很難由單獨的教授去完成, 甚至即使是一個單位也可能力有未逮, 而是要去找不同地方 不同專長的人一起來合作, 所以國際合作便成為當代天文研究最明顯的特色 的機會, 這與其它單位只是研究單一主題, 或者蒐集數據驗證別人的理論大不相同, 因此便決定加入了天文所的團隊 王祥宇博士是中研院天文所籌備處的副研究員, 大學主修物理, 到了研究所則改念電子工程, 專攻半導體的研究 畢業之後進入中研院原分所當博士後研究, 後來因為天文所需要紅外線專長的人員, 而這正他的專長, 而且他也很嚮往能參與建構整套系統的過程, 天文所能提供這樣 初派任務 最開始王博士是參與夏威夷的 C F H T (Canada-Franch-Hawaii Telescope) 計畫 CFHT 是由加拿大國家研究委員會 法國國家科學研究中心與夏威夷大學所共同建造的 3.6 米口徑可見 29

30 CFHT 的 WIRCam 所拍攝的恆星形成區域 M17 與 S-233 的近紅外線影像 光望遠鏡, 位於夏威夷毛納基亞山頂上, 早在 1979 年便開始運作 中研院從 年開始與之合作發展廣域紅外線相機 (Wide field InfraRed Camera, WIRCAM), 該設計是由 4 片 4 百萬像素的紅外線陣列所組成一個 1 千 6 百萬像素的紅外線相機 這個相機搭配 8 個濾鏡, 偵測的波長涵蓋 0.9 到 2.5μm, 這有助於偵測宇宙當中溫度較低的天體, 或者是來自於宇宙早期遙遠的星系的訊號 這個計畫除了儀器合作開發外, 臺灣天文學家也可以使用 CFHT 的尖端儀器進行研究 紅外線望遠鏡的技術難處 熱 提到紅外線望遠鏡的獨特處, 在於它非常容易受到熱與水氣的干擾 這種熱並不是異常的高溫, 而是只要物體在室溫下就會輻射出可觀的紅外線, 因此包括天空 儀器 地球等所有東西都會是雜訊來源 為了降低非目標物的雜訊干擾, 觀測的時候要把整個系統冷卻到零下 200 多度的低溫, 就只讓要觀測的那個方向的光線才能進來 但是降低溫度是非常困難的事, 因為這些儀器很精密, 光學零件在位置上的誤差約在 10μm 左右 ; 然而東西會熱脹冷縮, 望遠鏡也越做越大, 實在很難將儀器要求在原先設計的精確度上 CFHT 的廣域紅外線相機 (WIRCam) 解決方法是選擇熱脹冷縮效果小的材質, 但是這很難避免 因為鏡片一定要用不同的材料才能修正色差 ; 既然鏡片的材料被限制了就只好從支撐的材質來調整 有的時候採用彌補的方式, 如果知道兩個東西的材質的受熱膨脹係數不一樣, 中間可以墊一層物質來彌補, 好讓儀器的精確度維持在可接受的範圍 這種設計上的困擾應該是各波段當中最嚴重的, 雖然無線電波望遠鏡要求的溫度更低, 但是因為其波長比較大, 對儀器位置的精確度要求反而沒有紅外線來得高 紅外線儀器通常是以低溫操作為設計, 因此在室溫時無法運作 測試的時候就不能以室溫為 30 天文館期刊第四十五期

31 大氣層對不同波長的電 磁波的吸收率 準, 而是要降低到零下兩百多度, 但有些材料很脆弱, 溫度驟降會有傷害, 需要慢慢地降溫 ; 現在設備越來越大, 有的時候光是降溫就要耗費好幾天 因此, 必須將儀器一直維持在低溫中以減少運轉上的負擔, 但是如此一來又要額外提供能源來維持低溫, 這些都是需要克服的問題 機身晃動厲害, 必須利用導星回饋的方式修正 ; 還有更大的影響是大氣的擾動, 因為飛機在飛行狀態下, 大氣會不斷地由前往後流動, 因此視相度就會比較差 這種飛機的任務通常都是看 10μm 以後, 波長相對之下較長, 這個波段的觀測解析度本來就不好, 所以勉強還能接受 紅外線望遠鏡的技術難處 水氣 水氣會吸收很多紅外線波段的訊息, 去除這層干擾, 可觀測的波段就會寬廣許多, 就能蒐集到更多波段的天體訊息 但水氣很難避免, 現在一般人的想法是最好到南極去做觀測, 因為那邊很冷, 大氣中的水含量很少, 條件才比較理想 但是問題是那邊只能看到南半個天空, 而北極因為沒有陸地, 所以沒辦法打地基來建立天文台 另個解決方式是到高空去觀測, 早期的紅外線觀測會用熱氣球帶著觀測儀器升到對流層頂端上面的高空, 觀測好之後再下來 後來又有飛機帶到大約 公尺左右的高空觀測, 這些都是試圖降低水氣影響的方式 這種飛機載運望遠鏡到高空觀測, 目前只有美國的一個計畫在進行, 將兩公尺大的望遠鏡放在波音七四七上, 不過這種觀測仍有許多問題, 例如 紅外線望遠鏡的技術難處 軍事管制品 另外, 紅外線望遠鏡還有個限制, 其偵測器是軍事管制品, 對於台灣, 美國是有出口管制, 不僅相當昂貴而且不容易購買 中美掩星計畫的現況與未來 王博士也參與中美掩星計畫 (TAOS), 這個計畫已經進行觀測約五年左右, 但是目前成果跟原先預期的還有段差距, 沒有看到海王星以外天體的掩星現象 這個檢討起來有些原因, 第一個是古伯帶的數目比預期少, 在 1999 年開始進行這個計畫時, 當時預測在距離太陽 30 天文單位到 55 天文單位的地方, 大約有 個直徑 100 公里以上的物體在那裡, 而 TAOS 利用偵測背景恆星在古伯帶天體遮蔽下光線變暗的情況, 這可以偵測到小達 0.5 公里的天體, 因此數量估計會更多 不過五年觀 31

32 TAOS 以每秒鐘五次的速度進行遠處恆星亮度的變化, 以偵測古柏帶天體通過產生的繞射陰影 由於古柏帶天體與地球的相對速度很快, 每秒五次的測量對大部分的情況下只會有一個變暗的資料點 測下來都沒有看到預期中的掩星事件, 這讓古伯帶的天體數量往下修 但是最新的其他觀測計畫得到的數字也是下修中, 這些結果將提供理論學家更多的資訊去修正太陽系形成的理論 一直都沒有成功觀測到的案例, 還是會讓人有點失望, 有的人會懷疑這個系統是不是有問題 不過研究團隊很有信心, 因為在 2004 年多次成功的觀測到小行星掩星的事件, 證明該系統的運作是沒問題的 為了能有效地偵測掩星的現象, 現在有新計畫進行第二代的 TAOS, 希望下一代的 TAOS 整個效率能夠提升 100 倍 能觀測到更暗的恆星, 增加可以比對的恆星數目 ; 另外也希望縮短取像的時間, 本來是一秒量 5 次, 未來希望能提升到一秒量 20 次 但這兩個目標是互相牴觸的, 因為想要看更暗的星星理論上就要有更長的曝光時間 因此得利用其他方法來協助達成這兩個目標, 望遠鏡口徑變大是個很重要的方法, 另外偵測器的靈敏度也一直在提升, 讓讀取的速度可以變快 增加觀測時間也是一個方法, 因為臺灣的天氣太差了, 鹿林山的觀測資料顯示一年只有 的有效觀測天 如果能有更晴朗的觀測地點, 則資料量可以累積四至五倍, 這可以有助於及早找到理論目標 目前第二代的 TAOS 已經開始規劃, 大約要五年才能上線, 到時候系統可能會設置在夏威夷或墨西哥 味無味處求吾樂 王博士認為, 設計儀器的工作可能會有些乏味, 因為要讓一個東西真正能穩定運作, 需要花很多時間在解決瑣碎繁雜的事情上, 例如電線要怎麼安排才不會對望遠鏡的操作產生干擾 比較好玩的是參與國際計畫會遇到一些形形色色的人, 尤其在國外許多人的背景很歧異, 不像在臺灣, 我們幾乎都在同個領域念書, 出來找個同領域的工作 但國外有許多人是高中或大學畢業後先去工作之後, 覺得有需要或有興趣再去念自己想要的東西 而這些看似轉折的經歷, 則可讓他們即使是工程師, 都有較廣的觸角, 願意去了解和欣賞其他不同的東西 雖然國外有些人興之所至, 就換個工作或跑去學新的東西, 但是無論怎樣, 這些人都很能欣賞自己工作對相關科學領域所產生的成果, 相較之下國內教育不太重視這種情意發展, 因此想要合作各自貢獻心力與相互敬重就不容易了 所以王博士會在帶領新人與學生的時候, 不斷強調這一部分 受訪時王博士還特別強調 : 天文研究是很重視想像力的工作, 天文儀器的開發也需要創新的能力, 多了解不同領域的知識, 對於天文研究會有很大的助益 范賢娟 : 清華大學科技管理學院博士後研究 32 天文館期刊第四十五期

33 驚鴻一瞥日全食 文. 攝影 / 邱國光 世界奇觀何其多, 特殊天象惟日食, 日月交合於午時, 日輪不見天色暗, 驚鴻一瞥日全食 2009 是全球天文年, 在民國九十八年七月廿二日當天, 有特殊天象日全食發生, 太陽被月亮完全遮蔽, 時間長達 6 分 39 秒, 是廿一世紀最長的一次日全食 而廿世紀最後一次日食, 筆者恰逢盛事, 雖已過多年, 此時把當時回國後的手扎再整理, 將觀看日全食的情景與各位分享 廿世紀最後一次日全食於民國 88 年 8 月 11 日發生, 8 月 7 日下午筆者帶著一家四口和近 25 公斤的攝影器材出發,10 日晚上即日食前一晚, 一行 30 人沒有住旅館而夜宿遊覽車上, 並在過境旅館外的田園裡臥看星空, 北極星有 48.3 度高 ( 台北 25 度 ), 北斗七星高掛天空, 天蝎座在南方地平線上, 夏季大三角在頭頂上, 一群人在國外夜宿田野觀星是多美好的經驗 8 月 11 日早上, 天氣籠罩在一大片雲系中, 愈接近初虧的時刻, 東南方的天空雲量愈來愈多, 北方天空卻可見藍天, 筆者根據氣象知識的經驗, 向團員們說 : 我們有機會在雲縫中看見日全食, 請大家不要氣餒失望, 照原定的規劃進行吧!,11 時 16 分初虧竟然下起太陽雨, 大家趕緊穿上雨衣撐起傘保護攝影器材, 一陣雨把厚雲變薄雲了, 約 10 分鐘後陽光照耀在大伙兒的身上, 且聽到 我看到太陽已經缺一角了! 的驚訝聲 在薄雲中不用減光鏡就可看見缺了一角的太陽 ( 圖 1), 我們就在一會兒有雲一會兒無雲中觀測, 當陽光強烈時, 利用減光鏡趕緊拍下太陽 ( 圖 2), 中午時分雲量漸漸增多, 嘆息聲四起, 團員中有人禱告著 : 雲啊! 雲啊! 趕快離開吧!, 這時在薄雲中可看見太陽被月亮遮蔽成一條半弧線 ( 圖 3), 當弧線漸漸變短時, 陽光也漸漸暗淡下 圖 1 圖 2 圖 3 33

34 來, 大家祈盼的日全食即將發生, 就在這重要時刻, 一朵黑雲緩緩地移近, 當全食的食甚發生時, 正好被雲遮住, 穩約可看見太陽漸漸被月亮遮蔽, 正如預測的時間, 在 12 時 37 分太陽剩下一點光源後迅速不見 ( 圖 4), 食既了, 陽光也頓時消失, 呈現傍晚的情境, 四周的地平線出現像晚霞一般的紅色雲彩, 此時在筆者的攝影機的液晶銀幕上, 還可看見淡淡的日冕影像, 團員們讚嘆道 真是天象奇觀!, 突然有人大聲說 這次在德國觀測日全食成功! 圖 4 短短二分鐘的全食, 竟然能引起如此大的震撼, 這都要身歷其境才可以體會 由此可知古人面對這種神秘的天象時, 會有不知所措的反應, 以為太陽被天上的大蟲吃掉了, 趕快敲鑼打鼓把大蟲趕走 今日科技進步, 能精確的預測出日食發生的時間和地點, 使我們能千里迢迢的到日全食帶上的慕尼黑, 觀看難得一見的天象奇觀 食甚過後陽光漸漸的增強, 大地重回光明, 大家感受到 2 分鐘天黑的氣氛後, 已值回票價, 全食的生光現象被烏雲遮住, 我們沒有看到, 當烏雲離開時, 太陽已形成另一條半弧線 ( 圖 5), 這時在太陽附近的雲突然散開, 陽光非常刺眼, 覺得雲散的時機不對, 如果在食甚時有這種天空多好, 就可看到最壯觀的鑽戒環和日冕, 大家覺得很遺憾, 持續約 1 小時, 都很清濋的看到復圓前的太陽 ( 圖 6), 到下午 1 時 30 分, 雲層又變厚佈滿天空而且下起雨來, 大家這時又覺得好幸圖 5 運, 趕快收拾觀測儀器, 結束日全食的觀測, 坐上遊覽車到市區的正統德國西餐廳用餐, 晚上由電視得知, 歐洲能看見這次日全食的地方寥寥無幾, 我們算是最幸運的一團 圖 6 今年七月廿二日的日全食, 臺灣可見被月亮遮蔽 82.6% 的日偏食, 於此預祝天公能做美, 讓大家能看見太陽變成彎月形的日偏食或能看到日冕的日全食, 體會天狗吃日的現象 邱國光 ; 臺北市立天文科學教育館館長 34 天文館期刊第四十五期

35 星座傳奇之秋季篇流星雨傳說星空故事 : 冬季星空 資料提供 / 陳揚新徐毅宏吳典諺彙整 / 張維元 秋季星空 經過了酷熱的夏天, 秋天晚上的天空忽然寂靜了下來 秋天的晚上想要看星星的話, 恐怕會覺得有些失望, 因為秋季的星座說實在的有些可憐, 星星都不太亮, 仔細找找天空, 最亮的星恐怕要算位在南方的水委一和北落師門, 在整個夜空中眼睛看到的恆星裡, 它們只排到第 10 名和 18 名, 更何況對我們台灣來說這麼的偏南, 地平線有個遮蔽物就再見了 但是別難過, 秋天的星座卻非常好記, 英雄救美的故事, 加上 一人得道, 雞犬升天 的關係, 讓秋天的重要星座很容易的串聯在一起 從格局方正的飛馬四邊形, 分別北方的仙族四個星座 ( 仙王 仙后 仙女 英仙 ), 和南方的水族六星座 ( 鯨魚 雙魚 南魚 寶瓶 摩羯 波江 ), 再加一隻小白羊就完工 亮星少還有個好處, 就是讓我們易看向宇宙的深處, 遍覽耀眼又神祕的天體, 星雲 星團 星系 類星體等, 讓你大飽眼福唷! 流星雨傳說 彗星在太陽系旅行時常會留下許多碎片, 這些小碎片落在大氣層中摩擦燃燒發出亮光, 通常就稱為 流星 如果小碎片很密集的掉下來, 產生很多流星, 就稱為 流星雨 流星雨發生時, 有數量頗多的流星劃過天際, 這些流星軌跡劃過夜空各處, 無法歸類為那個特定的星座 事實上, 這些流星雨的名字是由它們的 輻射點 所在星座或附近亮星而命名, 並非軌跡範圍所在的星座 由於造成流星雨的母彗星會週期地回歸, 也造成每年裡總會有一些流星雨在特定的日期重複出現, 這也是我們 35

36 觀測流星的好時機 除此之外, 觀測流星雨還有一些專有名詞你必須知道, 它們代表著流星雨的各項特性, 除了輻射點之外, 還有 ZHR 與母彗星等名詞喔 在 流星雨傳說 這堂課裡, 就讓我們一起來瞭解這些描述流星雨的名詞意義, 並且巡禮一年裡有哪些盛大的流星雨饗宴, 為自己規劃一個 許願未來 的觀星旅程吧! 星空故事 - 冬季星空 當你在晴朗夜晚, 抬頭看到點點的星星, 除了讚嘆之外, 會不會想更進一步認識它們呢? 如果是肯定的, 那麼冬季實在是個非常適合觀星的季節呢! 在冬季有幾個觀星條件, 比其他季節要來的好 首先, 亮星數目多, 全天空的亮星分佈, 在冬季星空中就佔了多數 ; 其次, 可觀星時間長, 冬季的太陽較早下山, 較晚升起, 天黑的時間也就比其他季節長 ; 再來就是冬季的大氣穩定度較高, 星星比較不會亂晃, 可以看得比較清楚喔! 當你看到獵戶座時, 相信你不難發現, 在他的東南側, 也就是將視線往你的左邊移動, 可以看到一顆非常亮的星, 這顆就是全天最亮的恆星 天狼星, 也就是大犬座的主星 若再將視線往左上移動, 是不是又看到一顆很亮的星呢? 它的位置和天狼星及參宿四大致形成了一個倒立的等邊三角形, 這就是小犬座的主星南河三, 他們所組成的三角形, 就是著名的冬季大三角! 認出冬季大三角後, 再依著星座盤或星圖, 就能夠一一找出象徵友愛兄弟的雙子座 駕車的御夫座 低頭牴角的金牛座 獵人腳下的天兔座及象徵和平的天鴿座 除此之外, 還有金牛背上的七姐妹 昴宿星團, 金牛臉部的勝利標誌 畢宿星團, 獵人腰帶上的寶刀 獵戶座大星雲, 也都爭相吸引你的注意 本演講活動將以淺顯易懂的方式進行, 有興趣的民眾, 不妨撥空來天文館參加 附上冬季的認星歌, 讓你更加容易記得他們哦! 三星高照入寒冬昴星成團亮晶晶金牛低頭沖獵戶群星燦爛放光明御夫五星五邊形天河上面放風箏冬夜星空認星座全天最亮天狼星 要認識冬季的星空, 你一定得先記住星座之王獵戶座長什麼樣子, 先找到他, 藉由他來搜索其他的星座 如果你真的不認得獵戶座長得什麼樣子, 看看星座盤或星圖便可知曉 其實要找到他也不難, 因為獵戶座是冬季中最亮的星座, 腰帶上排列整齊的三顆星成一直線, 是很好辨認的指標, 腰帶的兩側各有兩顆星包圍形成四邊形, 其中一顆在左上方明顯較紅, 它相當於獵戶座的右肩, 名叫參宿四 十月主題 : 星座傳奇之秋季篇 10 月 4 日及 10 月 18 日 ( 周日 ) 主講人 : 陳揚新十一月主題 : 流星雨傳說 11 月 1 日及 11 月 15 日 ( 周日 ) 主講人 : 徐毅宏十二月主題 : 星空故事 / 冬季星空 12 月 6 日及 12 月 20 日 ( 周日 ) 主講人 : 吳典諺作者 : 現任職於臺北市立天文科學教育館 36 天文館期刊第四十五期

37 文 / 孫桂琴 還記得上期我們所介紹的天秤座嗎? 那是一個在夜空中, 非常不易辨識, 也不容易尋找到的星座 而我們這期所介紹的星座, 則恰恰相反, 它可說是黃道十二個星座中, 最容易辨識 也相當容易觀看的星座了 這個在夏季星空中, 最不能錯過的星座, 就在南天星空, 靠近南天銀河附近, 一個大大的 呈現 S 形狀的天蝎座 這個佔據南天大半星空的天蝎座, 可說是南方夜空中最大 亮星最多, 最耀眼的一個星座, 也是夏季星空中不可忽視的主角呢! 夏季星空最美麗的星座 的中央有一顆一等紅色亮星, 是它的第一亮星, 中文名叫 心宿二 或 大火, 因為這顆星正好位於蝎子的心臟部位, 所以又稱為 天蝎心星 在黃道十二個星座中, 天蝎座可說是其中亮星最多 形狀最完整的一個星座, 也就是最容易辨識成蝎子形狀的星座了 在夏季的南方星空中, 只要找到 S 形狀的天蝎座後, 就可以將它當指標, 在它的東方找到像茶壺般形狀的人馬座 這兩個形狀容易辨識的星座, 稱霸著整個夏季南方星空, 可說是夏季星空中最耀眼的星群 這個夏季南天星空的主角 - 天蝎座, 是黃道十二宮中的第八個星座, 可說是是夏天星空的象徵, 在夏 秋季的南方天空, 我們都可以很容易地看到它 這個星座群聚的星星, 呈現大大的 S 形狀, 有如一隻蝎子, 神氣地高舉著兩隻巨鉗, 並且把彎彎的尾巴浸在銀河中 而在天蝎座 S 形狀 因此, 在中國古代, 就將天節座的 天蝎心星 這顆星定為夏季星, 亦即當 天蝎心星 在傍晚出現在正南方時, 就表示盛夏到了 而這顆星在古時之所以又名為 大火, 主因詩經裡有一句 七月流火, 九月授衣, 表示 大火 在夏季現身時, 七月份人們就應該要特別注意 37

38 火警 而當七月份後, 大火 已接近地平線時, 再過兩個月後, 秋天就要到了, 也應該要開始準備保暖的衣物了 也由於天蝎座的一等亮星 心宿二, 實在是太火紅了, 在夜空中格外引人注目! 尤其是當火星接近這顆 心宿二 時, 兩顆紅色亮星相輝映, 所散發出的紅色火焰般的星光, 更加令人心驚膽跳, 怵目驚心! 因此, 古時有所謂 熒惑守心, 熒惑 指的是火星, 原因是它熒熒似火, 由於和地球的距離與相對位置的不同, 而使得亮度時有改變, 且在空中運行的路線複雜 ( 即所謂順行與逆行 ), 讓古時的人們深感困惑 ; 而 守心 的 心, 指的就是 心宿二 在古時每逢 熒惑守心 時, 亦即火星繞著 心宿二 打轉時, 往往有災禍 戰爭的發生 因此, 依中國古代的天文學, 熒惑守心 與 天狗食月 一樣, 都被視為大凶的徵兆!? 螫死獵人的毒蝎子 在希臘神話故事中, 天蝎座的故事與獵戶座密不可分 話說在古希臘有位有名的獵人奧利恩, 他是海神波賽頓和亞馬遜女王貝歐莉所生 由於遺傳自海神的天生神力, 奧利恩從小就善於打獵, 方圓百里的森林裡, 常常可見他捕獲獵物的英姿, 他常常驕傲地展示所捕捉到的各種珍禽猛獸, 森林裡似乎沒有他不能征服的獵物 於是他的名聲很快地就傳遍了全國 奧利恩因此自滿, 他更誇下海口說 : 在這世界上絕對沒有我獵不到的獵物 奧利恩的狂妄自大不僅讓附近的人民聽了不舒服, 這些誇耀之詞也傳到了天上, 天界的諸神也相當不滿奧利恩的自以為是 天后希拉尤其看不慣他的傲慢, 她決心要好好地懲罰這個年輕人 於是她派遣了一隻毒蝎子, 在奧利恩每天必經的路上等候著 終於等到了這一天, 毒蝎子逮到機會, 狠狠地就螫了奧利恩的腳一口, 儘管奧利恩有著龐大 雄壯的身軀, 但這蝎子的毒豈是凡人的他所能抵擋得住的 只見這毒蝎的毒很快地便傳遍奧利恩全身, 於是 咚 的一聲, 奧利恩高大的身軀就此栽了下去, 從此不省人事, 就這樣一命嗚呼了 然而當奧利恩倒下去的同時, 這可憐的毒蝎子因為閃躲不及, 也給壓死了 天后希拉為了紀念蝎子的 英勇, 於是將這隻毒蝎子升上 38 天文館期刊第四十五期

39 了天, 成了美麗的天蝎座, 而獵人奧利恩在死後也升上天成了獵戶座 但是毒蝎子與獵人的宿怨並沒有因此了結, 他們都因對方而步入黃泉, 死後也不願與對方相見 因此, 當蝎子登上夏季的星空成了天蝎座時, 獵戶座奧利恩則要到了冬天才會升空 這兩個星座死後在天空中還是永遠不願見到對方呢! 於是, 皇帝只好下了最後通牒警告兩兄弟, 但兩兄弟還是毫無悔意, 於是對兩人徹底死心的皇帝, 終於下了聖旨, 將兩人外放在不同的地方 大兒子就將他調到商丘, 那是歸商星所管的地方, 小兒子則調去大夏, 歸參星管, 這兩個地方隔的遠遠地, 於是兩兄弟再也見不到對方, 也無法鬥嘴了 而在中國古代也有關於天蝎座與獵戶座的故事呢! 在遠古時代, 有位皇帝高辛氏, 他有二個兒子, 但是這兩兄弟不僅不聽從古聖賢兄友弟恭的教誨, 反而鎮日只知道鬥嘴吵架, 這讓每日忙於國事的皇帝相當頭痛, 儘管如何的開導與勸誡, 兩人還是無動於衷, 吵鬧不休 到了後來, 更是變本加厲, 甚至天天動干戈 在詩人杜甫的詩句中 : 人生不相見, 動如參與商, 就是敘述這樣的情節, 深刻地形容這兩兄弟所外放的位置, 是難以相見的 另外, 古時也以 意見參商 來形容意見不合, 表示這兩兄弟的難以相容 孫桂琴 : 現為臺北天文館星姊姊說故事志工 39

40 文 / 高孝信 有人說不要為了喝牛奶而養一頭牛, 而我在因為想學習星象的偶然際遇下進入了天文館當起了第四中隊的志工, 而且感覺起來有如魚得水般的喜悅 有人常問我 : 為什麼要做志工, 這句話似乎一直出現在我的身旁, 彷彿做志工是不太可能而且遙遠的! 其實應該要反過來問那些問話的人 : 你為什麼還沒做志工呢? 這句話並非意味著每個人都要去做志工, 而是問你自己要等到什麼時機或有什麼好處才要去做志工的嗎? 事實上早已經有無數的人默默的在各領域做志工好久了, 是否他們發現了什麼了呢? 有人在菩提樹下開悟正道, 有人在蘋果樹下發現萬有引力, 在紛紛擾擾的人世間 在忙忙碌碌的日子裡, 漫漫長夜 你是否想到或是發現到了什麼呢? 是否你會覺得睡覺都來不及了, 哪還會想到什麼或是發現些什麼呢? 這一切的一切都等待著您親身去探索 來到天文館, 就像是進入了一座寶山, 縱使已經離開學校很久很久了, 對它仍有些許的記憶 彷彿又回到了那學生時代, 蓄勢待發, 等著我重新出發來學習 自從進入職場工作以後, 的確好一段時間離開了大自然, 遠離了自己的一些興趣, 不知道你是否跟我有一樣的感覺呢? 巧妙的是圍繞在我們週遭的所有一切, 都好像只差那麼一個偶然的因緣際遇, 便會開啟你生命的另一扇窗 一道雷射綠光輕易的解開了我工作的束縛轉而結合生活的趣味, 讓我的視野更加的開闊 其實我並不是第一次看到它出現 在天際, 然而當它從我身旁出現時, 它更加拉近了我與星空間的距離, 就這樣我重新拾回那沉寂已久的興趣 回憶起小時候有著成為科學家的夢想, 但不知何時卻也拋諸腦後而不自知 至今也已經四十好幾了, 雖然成不了科學家卻能悠遊於天文館中, 也算是人生一大樂事 想進入天文館當志工其實並不難, 重點是有一顆服務大朋友小朋友的心, 但是能進入到第四中隊卻是機會難得, 因為不論器材設備或是師資都是難能可貴的, 而且第四中隊並不是每年都招收新志工喔! 不管你的背景為何或有沒有滿肚子的天文常識都不重要, 因為在第四中隊裡不怕學不會, 只怕沒時間來學 值班內容從劇場場務到星象解說非常具有彈性, 而且在沒有壓力的環境中做起志工是更加的自在, 不知道你是不是有那麼一點衝動想來看看呢? 從志工招募面談開始便見到了組長 保母以及隊長, 為的便是了解你的需求以及澄清你的疑惑, 有什麼問題大概都可以在志工室裡得到答案, 所以說也就沒什麼特別想問的了, 倒是個人想參與的動機為何似乎自己要有個譜 新生訓練的日子終於來臨, 來自各行各業的社會份子齊聚一堂, 在兩天的密集課程中, 除了讓我們了解第四中隊的場地與功能之外, 當然也身歷其境的欣賞了 3D 的立體電影與宇宙劇場裡 IMAX 電影, 沒想到新生訓練就有如此的福利, 還真是不錯呢! 特別是星象節目的介紹更能開啟你對於四季星空的認知與了解, 而且在宇宙劇場中 IMAX 電影讓你感受視覺與聽覺的震撼, 還能聽到資深講師的星象解說, 還真是物超所值買票也要來! 在執行場務的時候, 有許多與民眾接觸的時機, 交談中可以了解他們的背景, 對於天文喜好, 有時候還可以讓情侶在進入宇宙劇場時, 體驗牛郎織女期待相遇的感覺, 也讓劇場增添幾分趣味, 希望您也一起來加入我們的行列吧! 經過了三個月的實習, 授證的時刻終於來到, 40 天文館期刊第四十五期

41 在天文館, 志工授證可是館長親自跟你個別握手致意後, 親手為您掛上志工證的喔! 你就可以感覺到你所受到的尊重 而且從瑞青保母起頭對志工的照顧以及做事用心與真誠的對待都可以感受到她對於志工業務的推動真是不遺餘力, 組裡的職員也都是我們的老師, 有問題可以請教任何一位, 他 ( 她 ) 們可都是上通天文 下知地理呢! 為了推動星象解說在第四中隊中還特別隨著季節的替換來辦理四季星空的解說認證, 何以分四季認證呢? 為的就是能將星空切割成較小的區塊方便來學習, 所以說千萬別等到四季全部都熟了才來參加測驗, 這樣就浪費了第四中隊方便大家的美意了 第四中隊到目前為止只有兩個梯次的志工共 60 人, 雖然人數不多, 可是一年四季的教育訓練課程從來少不了 有科技新知, 有經驗分享還有當季星空介紹, 以及夜觀的戶外活動 如果這些還不夠那麼兩天一夜的戶外觀星活動或許就可以滿足你的需求, 如果真的這樣還不夠, 到天文館來吧, 相關的天文活動資訊應該就可以滿足你了吧 另外特別的是在宇宙劇場中因為有得天獨厚的星象儀設備, 全天的星空可以在你的操控下轉動, 當然你得要慢慢學, 有這樣的誘因是不是更加的心動呢? 天文學習亦像那修行者, 開始的時候見山是山, 過一個階段竟是見山不是山, 當最後清楚透徹後才又是見山是山, 也難怪古人常有閉關修練一詞 剛到天文館以為全天八十八星座搞清楚就可以了, 正所謂見山是山, 卻不知還有星團 星雲 星系 雙星 雙雙星 變星, 哇! 我的天阿, 你可知道, 星象只佔天文的一小部分而已, 到了見山不是山, 唉! 施主, 學海無邊回頭是岸吧! 其實這是玩笑的話, 大家都知道活到老學到老, 學到老學不 了, 既然是這樣幹麼管它有多少, 有興趣才是最重要的, 就像開頭所說的, 不怕學不會, 就怕沒時間學, 正所謂 學海無邊唯勤是岸, 也唯有不斷的學習, 如此才能融會貫通, 當然還在學習中我還繼續努力 自從開始學習看四季星空, 彷彿得了職業病, 沒事就會抬頭往上看一下天空, 比對一下星座盤, 看看電腦軟體天體的運動, 漸漸的你會發現你原本不知道的東西其實它一直都在那裡, 只是你有沒有注意到它而已, 好像有人說過 : 從不曾忘記, 只是一直無法想起, 就好像兒時記憶的趣事, 你不曾忘記, 一旦你去回想便呈現在你的腦海裡 在街上看到的星星與屋頂上的截然不同 在街道上你只能看到個別的恆星, 無法看出星座的輪廓, 在屋頂上可就不同了, 依照認星歌的導引下星座間的相對位置就能清楚辨識 我家雖在市中心, 但上了屋頂也都可以看到南北天空的景象, 因為有光害, 剛好就可以先認識明顯以及較亮的星座, 瑞青說今年先學習認識大的星座, 明年再學習認識較小的星座 當然凡事都得要按步就班, 就怕 吃快弄破碗, 失去了耐心與興趣可就前功盡棄了 每當仰望天空細數著那些星點時, 時間總是過得特別快, 你可知道那個閃爍光點, 可是從多少年以前就出發最後映入我們的眼簾之中, 與人類的生命相比較, 活在當下的人們更應該要好好珍惜時間與那短暫的生命 心情放輕鬆是希望你能夠看到更多, 想得更遠, 就像是晚上剛上到屋頂, 瞳孔還沒適應時, 只見少數星點, 澆花洒水緩衝一下之後相信你應該可以看得更多, 想得更遠, 終究能欣賞夜空也是一件幸福的事, 你覺得呢? 高孝信 : 臺北市立天文科學教育館第四中隊志工 41

42 立體劇場 新片介紹 文 / 陳麗如 天文館立體劇場將於 7 月 7 日暑假期間上映 2 部新片 : 一 侏羅紀寶貝蛋 (The Jurassic Warrior Jena) 恐龍媽媽 Jena 在森林裡守護著她的蛋, 不知不覺地打起盹來, 突然, 天空出現了一個巨大的不明飛行物體, 發出一道道神祕光束, 在地面上四處搜索著 睡得十分香甜的 Jena 醒來後, 發現她的蛋竟然不見了, 著急的 Jena 趕緊四處張望, 抬頭一看, 幽浮正用光束把蛋往上吸走了,Jena 拚命地追趕, 匆忙跳上了幽浮, 卻迎面撞上一根柱子, 順著柱子一路往下滑到幽浮底部, 回過神的 Jena 赫然發現自己的蛋就在這裡, 興奮得趕緊叼起蛋, 正要 離開時, 卻受到一群群機器恐龍的阻撓, 展開一場又一場驚險的激戰 歷盡千辛萬苦,J e n a 終於帶著蛋, 離開幽浮回到了森林, 這時蛋殼裂開了,J e n a 看著探出頭的小恐龍大吃一驚 這不是她的寶寶! 同時它的母親翼手龍正在空中對著 J e n a 兇惡地示威呢! 失望到了極點的 J e n a 垂頭喪氣地回到家, 突然, 她發現 自己的小寶寶竟然好端端地在窩裡打盹呢! J e n a 開心地輕撫自己可愛的小寶貝, 滿足地笑了 42 天文館期刊第四十五期