新新聞》從國防跨界天文,中科院參與黑洞觀測,險淪北極熊大餐

2019-04-25 12:00

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位於智利Atacama5000米高山上的ALMA陣列天線。(翻攝自ALMA網站)

位於智利Atacama5000米高山上的ALMA陣列天線。(翻攝自ALMA網站)

史上第一張黑洞照片於四月十日呈現在世人眼前,在中研院所舉行的記者會中,中科院跨國計畫主持人韓國璋受邀出席現場。他和全球觀眾一樣,看到照片時發出驚嘆聲:「哇!原來黑洞長這樣子。」

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六國參與、八座望遠鏡同步觀察

「事件視界望遠鏡」(EHT)是由台灣與美國、日本、中國、智利、比利時等六國合作,以八座天文望遠鏡組成與地球直徑一樣大的望遠鏡,透過原子鐘校正,同步觀察這個距離地球五五○○萬光年,位於室女座星系團中最大星系「M87」的黑洞。

其中有三座天文望遠鏡由中研院委託中科院參與基座與系統整合測試等工程。團隊成員歷經凍傷、被電到,甚至差點淪為北極熊大餐等嚴苛考驗,成功一圓天文夢想。

中科院集結航空所、電子所、系發中心、材料所等團隊投入,開啟天文望遠鏡跨國合作。時隔多日談及此事,韓國璋仍難掩心中激動。

主辦單位事前並未透露,大家心中都在猜「應該是這件事」,所公布的圖片與過去電腦模擬差不多。但看到愈久以前的光,就愈接近宇宙起源,讓他不禁感嘆:「人類真的很渺小。」

在夏威夷海島、智利高山設置天線

首項計畫是中研院於一九九六年與美國史密松天文台(SAO)合作,打造世界首座「次毫米波陣列望遠鏡」(SMA),因為時任中研院院長為李遠哲,因此這座天線又被稱為「李遠哲陣列」,也是EHT核心計畫。

經六國科學家的努力,史上第一張黑洞照片終於呈現在世人眼前。(中研院提供)
經六國科學家的努力,史上第一張黑洞照片終於呈現在世人眼前。(中研院提供)

SMA位於美國夏威夷毛納基山天文台,支撐架基座必須適應海島氣候,如有鏽蝕會影響結構穩定度,中研院因此找上中科院。

當時中科院透過航空所、材料所,以應用在新式戰機的碳纖維複合材料進行設計,不但可以「減重」,還能承受上百噸重的望遠鏡和附屬設備,結果一炮而紅,並且打開後續合作計畫大門。

接下來是二○○六年在智利的「Atacama計畫」。在這處海拔五千公尺的高山上,氣候乾燥有如火星,天文觀察不易受到濕氣與光害影響,設置由六十六座陣列天線(ALMA)所組成的十二公尺超大天線盤。

最核心的裝備為「射頻前端接收器」(Front-end,註:接收訊號組件),是由中科院負責整合測試作業,為此成立了全球第三座整合測試中心。接收器通過測試再送往天文台,技術與先進國家併肩。

測試的高難度,第一步就是規格問題。韓國璋解釋,因為商用甚至軍用觀測光譜,僅在三十到五十GHZ(十的九次方)赫茲,但是主持團隊所開出的規格要到三十到九○○GHZ,超出過去所能測量範圍非常多,最後透過工程師合作,才能實現這項科學家的十足創意。

中科院不但準時完成這項不可能任務,還伸出援手,協助另外兩座落後的天文台趕進度。完成測試後,如何運送射頻前端接受器到天文台又是一大考驗。中科院經過設計,由磁震公司打造出兩套「前級維護特種車」(FESV),分別命名為「藍鵲號」、「梅花號」。

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