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哈柏XDF極深空影像圖穿越時空看見4.5億歲星系

臺北天文館_96
・2012/10/05 ・1806字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

一如攝影者總會將其最佳作品集結成photo portfolio,天文學家也為人類迄今對宇宙最深遠的凝視和認識做出最新詮釋,但是,只透過一張圖;NASA新公佈的哈柏極深空影像—”XDF”。

這張圖,匯集哈柏太空望遠鏡10年功力於一,被取名為”eXtreme Deep Field”(簡稱XDF),它是「哈柏深空圖像」(Hubble Ultra Deep Field,以下簡稱UDF)的新一代進階版,僅取景自UDF中央的一小塊天區,這塊區域,範圍相當的小,視直徑僅只有滿月的幾十分之一。

UDF特寫的是天爐座中一小塊天區,那是以哈柏望遠鏡2003年到2004年所取得的圖像為資料組合而成的一張圖。UDF使用不少觀測時間,取得了成千星系既微弱又珍貴的光線,以圖像為世人呈現了我們的宇宙裡,不分遠近、老少皆有、儀態萬千的各種星系。10年前,UDF是當代全宇宙最深景像的最佳代表作。

NASA最新公佈的全彩XDF圖像,影像比上一代UDF更銳利,雖然視野更小,其中卻塞滿多達5,500個星系,最黯淡星系的亮度甚至只有人類視力可分辨亮度的百億分之一。

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在這張圖像中,既出現形狀外觀上與銀河系及仙女座星系近似,以其壯麗而很有可看性著稱的「螺旋星系」;同時它也內嵌著許許多多已停止形成新恆星、比較大、但形狀模模糊糊的那些「紅星系」,紅星系是星系之間戲劇性碰撞後的殘骸,屬於星系已步入演化末期的「晚年」。另外還有許多暗淡、遙遠、微小的星系,像胡椒粉一樣灑滿在這整張圖像上–今天看來很壯觀的星系,在早期的幼稚園階段,樣貌大約就是如此。從宇宙中的第一代星系直到今天像我們銀河系這樣巨大的星系,它一律兼容並蓄的這麼一張銳利圖像裡,蘊含著如此廣博的星系宇宙歷史,精采得令人驚嘆。

哈柏太空望遠鏡過去10年中,上千次地重覆造訪了這塊位於南天的天區,並拍攝影像,總曝光時間達200萬秒。哈柏望遠鏡上兩個主要相機:先進巡天照相機和哈柏3號廣角相機,在這塊天區裡共拍攝了近2,000張以上的圖像。哈柏3號廣角相機並且將哈柏太空望遠鏡的視野推到近紅外光波段。

「哈柏超深空2009計畫」(HUDF 2009)的計畫主持人表示,XDF是目前為止,景深最深的一張天空圖像,它為我們揭露了最暗、最遙遠星系的樣貌,也讓我們的探索領域可以朝宇宙更早時期更推前一步。

目前的宇宙是137億歲,XDF影像中我們可以看到來自132億年前的星系所發出的光。在XDF這張影像中我們所看見的大多數星系,因為其實都還極為年輕,所以很小,後來它們將會在碰撞和合併事件中經歷到猛烈地成長。在宇宙早期,含有明亮的藍色恆星的星系大量活潑地誕生,那些藍色恆星,遠比我們的太陽還明亮得多。源自遠古的過去事件而來的光,經歷了漫長旅程,直到現在才抵達地球。XDF,等於像是一座讓我們可直通遙遠過去的時空隧道。在這張XDF圖像裡所找得到的最年輕星系,距離宇宙誕生的「大霹靂」,僅僅只有4.5億年而已。

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哈柏太空望遠鏡是發射升空於1990年。在此之前,只要遠於70億光年以外,一般正常的星系,天文學家幾乎是看不到的,那意味著人類看宇宙的能見度僅只及於整個宇宙的一半。當時,單單透過地面型望遠鏡的觀測,想了解早期宇宙中星系如何形成和演化似乎是遙不可及的目標。

因為有了哈柏望遠鏡開始捎回地球的那些影像,天文學家才第一次看得見星系早期實際形式和形狀如何,那也是直接證據能證明:宇宙的確會隨著時間進程而改變。像一齣每一楨畫格都停格一次的動畫,哈柏深空調查向我們展現了嬰兒時期的宇宙如何出現結構,隨後,星系又經過了哪些活力四射的演化。

專精於紅外線波段的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(簡稱JWST),未來它的觀測重點即將會是放在這張XDF圖像的視野之中。JWST的任務是,找到存在於宇宙只有幾億歲時那些光線更微弱的星系。因為宇宙膨脹的關係,從遙遠的過去而來的光線會被拉長,位移到波長較長的紅外光波段區。JWST的「紅外視線」能力因此特別適合於將XDF裡所暗藏的影像再做進一步更深入的探索,以求得第一代恆星和星系形成時,發出了光、照亮了宇宙黑暗時期的那些珍貴影像。JWST預定於2018年發射。

至於這張哈柏XDF圖像的探索之旅,可能最快在今年年底就會有更進階版的公佈,根據BBC報導指出,由美英兩國天文學者合組的一個團隊已經再多取得了哈柏望遠鏡100小時以上的時間,進行進一步觀測,屆時可望能看得到更古老的星系。(Lauren 譯)

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資料來源:Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest-Ever View of the Universe. NASA [SEP.25.12]

轉載自 網路天文館

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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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