中研院拍黑洞竟需「和地球一般大」的望遠鏡?他揭秘黑科技:以前被說太瘋,現在都讚厲害!

2019-04-10 17:28

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最初打算把望遠鏡搬到格陵蘭,十個人有九個回應:「你們太瘋狂了!為什麼要花這種錢?又不會成功。」如今陳明堂笑著說:「本來說我們 crazy 的人,現在都說我們好厲害!」(圖/張語辰攝,研之有物提供)

最初打算把望遠鏡搬到格陵蘭,十個人有九個回應:「你們太瘋狂了!為什麼要花這種錢?又不會成功。」如今陳明堂笑著說:「本來說我們 crazy 的人,現在都說我們好厲害!」(圖/張語辰攝,研之有物提供)

為什麼建造格陵蘭望遠鏡?

中研院天文及天文物理研究所主導的「格陵蘭望遠鏡」(GLT),在 2017 年底開光,並在 2018 年成功與夏威夷的次毫米波陣列 (SMA)、智利的阿塔卡瑪毫米波與次毫米波陣列 (ALMA) 連線觀測。利用特長基線干涉技術,三組大型望遠鏡形成接近地球那麼大的大三角形,相當於一個超大望遠鏡,有望拍攝到人類史上第一張黑洞的照片。

在格陵蘭建造望遠鏡,除了靠天吃飯,也需要有經驗的天文工程團隊。(圖/研之有物提供)
在格陵蘭建造望遠鏡,除了靠天吃飯,也需要有經驗的天文工程團隊。(圖/格陵蘭望遠鏡網站)

天文學家的極地生活

在格陵蘭的生活是怎麼樣呢?格陵蘭望遠鏡計畫執行負責人、中研院研究員陳明堂說,冬天很麻煩,要穿厚重的衣服,一回到住處就不會想再出門了。格陵蘭的夏天是永晝、冬天是永夜,永夜的時候「會覺得怎麼睡都睡不飽」。

一般人想不到的是,格陵蘭的夏天有個很擾人的東西,那就是極地的大蚊子。穿著牛仔褲都會被蚊子叮咬,夏天工作必須戴網狀的帽子防蚊。使用臺灣帶去的電蚊拍,聞起來還會有 BBQ 的味道。

格陵蘭望遠鏡所在的圖勒空軍基地,設備還不錯,有福利社、餐廳、交誼中心、健身房。不過生活單調,每天閒暇就是與當地軍人、科學家串門子;因紐特人並不住在圖勒基地附近,平時不會遇見。

每年有三天的時間,圖勒基地會舉辦雪橇比賽,在結冰的海面上,比賽狗拉雪橇。這時因紐特人就會來到基地,順道帶一些土產來販賣。(圖/研之有物提供)
每年有三天的時間,圖勒基地會舉辦雪橇比賽,在結冰的海面上,比賽狗拉雪橇。這時因紐特人就會來到基地,順道帶一些土產來販賣。(圖/「穹頂天眼—從格陵蘭看黑洞」紀錄片)

人類即將看見黑洞

「黑洞影像,我覺得遲早會被拍到,事件視界遲早會被證實。」陳明堂說,格陵蘭望遠鏡的主要觀測目標,是 M87 星系中央的超大質量黑洞。黑洞本身是「黑」的,事實上看不到,但是我們可以看到它的陰影。陰影的亮光,來自於黑洞周圍的吸積盤。

▲黑洞模擬影像:因為大黑洞在中間,光線會轉彎,造成左側比右側更亮。
中間黑色部分是黑洞的「陰影」,就是天文學家試圖拍攝的影像。

從地球看過去,黑洞實在太小,解析度必須達到幾十個「微角秒」,所有光學望遠鏡都無法達到,只能仰賴特長基線干涉儀。

以現在的技術而言,有機會看到的黑洞只有兩個:銀河系中央和 M87。銀河系中央黑洞位在南方,而格陵蘭望遠鏡是在北方,觀測目標自然就是 M87 了。

陳明堂解釋,M87 黑洞與銀河系中央黑洞,特質其實不太一樣。銀河系中央黑洞離我們比較近,較容易看到,但是 M87 黑洞其實是銀河系黑洞的 1000 倍重。

左圖為電腦模擬 M87 黑洞陰影,右圖是次毫米波特長基線干涉儀在格陵蘭望遠鏡加入後,在較高頻段 (230GHz) 可望取得的 M87 黑洞陰影。影像解析度為 40 微角秒。(圖/研之有物提供)
左圖為電腦模擬 M87 黑洞陰影,右圖是次毫米波特長基線干涉儀在格陵蘭望遠鏡加入後,在較高頻段 (230GHz) 可望取得的 M87 黑洞陰影。影像解析度為 40 微角秒。(圖/中研院天文所 VLBI / GLT 團隊)

為什麼科學家想看見黑洞?

晚上一個人在荒野,你會想要點火、拿手電筒去照,看有什麼東西。好奇和不安全感,有時候是一體兩面。

陳明堂說明,看星星固然浪漫,但是科學家更關心的是「地球和太陽系的關係」、「地球是怎麼來的」這些問題。求知的過程中,得到了答案,會讓人感到安心。好比說我們知道月球、火星不會突然爆炸,而令人安心。最終,是想了解人和自然界的關係。

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