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黑洞真的長這樣?格陵蘭望遠鏡拍給你瞧瞧

電影「星際效應」劇照

電影「星際效應」劇照

電影「星際效應」最令人印象深刻的,除了那位堪稱世上最美的生物學家之外,大概就是那顆電影史上首次真實呈現的黑洞了吧!鏡頭緩緩移動,巨大又寧靜,滿足我們對時空旅行的想像。但是嚴格來說電影的真實並不那麼「真實」,它是根據愛因斯坦廣義相對論去計算並模擬的畫面。

黑洞與時空旅行的話題脫不了關係,又因為重力場特性造成它很難被看到,總是給人神秘的印象,但現在我們有辦法親眼見見它囉!

模擬在不同頻率觀測M87超大質量黑洞 Credit: Hung-Yi Pu, Chin-Yin Tseng (ASIAA)

模擬在不同頻率觀測M87超大質量黑洞 Credit: Hung-Yi Pu, Chin-Yin Tseng (ASIAA)

「格陵蘭望遠鏡與次毫米波(submm)特長基線干涉儀計畫(GLT/VLBI)」,由中研院天文所、史密松天文台(SAO)、美國國家電波天文台(NRAO)和海斯塔克天文台(Haystack Observation)合作,已經鎖定可能存在超大質量黑洞(SMBH)的位置,最快在2017年為黑洞拍下第一張有史以來最細緻的照片。

北天次毫米波VLBI

北天次毫米波VLBI

 

科學家已經知道望遠鏡對天體的解析能力與發射訊號的波長成反比、與收訊盤面的直徑成正比,也就是說只考慮解析力,觀測波長越小越好、盤面的直徑越大越好。

GLT/VLBI計畫正是為了實現這個概念,結合位於夏威夷的次毫米波陣列(SMA)、位於智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)、與最新定址的格陵蘭望遠鏡(GLT),組成基線(baseline)長達9000公里的submm-VLBI。這個觀測系統彷彿一個朝著北天球的超大望遠鏡,可望達到幾十萬分之一角秒的解析力,連月球上的一枚錢幣都能看得清清楚楚。

GLT的前身為ALMA-北美團隊興建的12公尺Vertex原型機,自從2011年美國國家科學基金會(NSF)同意提供給中研院天文所帶領的團隊之後,GLT/VLBI團隊即為此座望遠鏡該落腳何處展開測試工作。最後選定北極圈內海拔3200公尺高的格陵蘭Summit Station。

這個地點不但能與其他兩個天文台形成夠長的基線,天氣狀況也極好,能使用次毫米甚至更小的波長觀測。經由分析大氣中的水蒸氣資料以及檢測微波輻射量,得知此位置的大氣透明度極高,能呈現高品質的觀測結果,甚至能進行單碟高頻率(single-dish THz)的其他觀測工作。

但這個最佳位置仍有些不利的情況需要克服。格陵蘭屬於冰河地形,建在冰層上的天文台會隨著冰河緩緩移動,冰層厚度隨四季消長也會改變天文台的高度。因此除了地球曲率造成不同觀測站在接收訊號時會有時間差之外,還有冰層變化造成的位移需要校驗。

望遠鏡天線攝於新墨西哥索科魯 Credit: ASIAA

望遠鏡天線攝於新墨西哥索科魯 Credit: ASIAA

拆解望遠鏡情形 Credit: ASIAA

拆解望遠鏡情形 Credit: ASIAA

在考慮放置地點的同時,GLT/VLBI團隊則在新墨西哥索科魯(Socorro, NM)的VLA觀測站進行望遠鏡的功能測試,並處理航空攝影測量的地表資料和安裝新的天線控制軟體與光學指向望遠鏡。

緊接著2012年11月,天線被分解送往幾個地方翻新,為了能夠在-55°C的環境中運作。

預計2015年在格陵蘭北部的美國圖勒(Thule)空軍基地,進行初步組裝與低溫環境測試,開始首個觀測任務。大約2016年,望遠鏡才會被搬到其最終位置-格陵蘭Summit station-並稱為格陵蘭望遠鏡(GLT)。

直接證明黑洞存在,一直是近代物理和天文學的終極目標之一。這個觀測計畫讓我們第一次有機會一窺極強重力場下物質和電磁場的情形,對許多科學主題,包括超大質量黑洞(SMBHs)邊緣活躍星系核(AGNs)的吸積與外流過程、廣義相對論的強場效應、AGNs與微類星體(microquasars)噴流爆發與準直(collimation)、脈衝星(pulsar)和磁星(magnetar)噴發過程,宇宙的化學組成歷史以及宇宙時間、邁射科學、天體測量學基本常數的發展,都有很大的影響。

參考網站:

格陵蘭望遠鏡與次毫米波特長基線干涉儀計畫

The Greenland Telescope (GLT) Project

關於作者

張鳳茹

PanSci 實習編輯 | 主修大氣科學。喜歡弄文字、玩音樂。傾向自然,不管是拿來讀的那種,渾身散發出來的那種,還是可以去野餐的那種。