以南極冰層偵測宇宙訊號：「冰立方」讓高能微中子天文學曙光乍現

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

當你走進一棟建築，是否能感受到它對環境的友善？或許不是每個人都意識到，但現今建築不只提供我們居住和工作的空間，更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生，正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題，確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染，同時提升我們的生活品質。然而，要成為綠建築並非易事，每一棟建築都需要通過層層關卡，才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境，政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立，旨在透過標準化的建築評估系統，鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時，為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法，自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止，已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品，涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築，不僅提升建築物的整體性能，也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

說這麼多，你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程，要經歷哪些標準與挑戰？

綠建築標章	智慧建築標章	綠建材標章

第一招：依循 EEWH 標準，打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源，是綠建築（green building）的核心理念，但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單，而是涵蓋建築物的整個生命週期，也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內，都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準，讓我們先回到 1990 年，當時英國建築研究機構（BRE）首次發布有關「建築研究發展環境評估工具（Building Research Establishment Environmental Assessment Method，BREEAM®）」，是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後，於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」（Leadership in Energy and Environmental Design, LEED）這套評估系統，加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶，氣溫高，濕度也高，得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生，四個英文字母分別為 Ecology（生態）、Energy saving（節能）、Waste reduction（減廢）以及 Health（健康），分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級，設有九大評估指標。

我們就以「台江國家公園」為例，看它如何躍過一道道指標，成為「鑽石級」綠建築的國家公園！

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園，也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時，還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築，其外觀採白色系列，從高空俯瞰，就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落；從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊，生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構，設計自然護岸，保留基地既有的雜木林和灌木草原，並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物，採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙，不僅強化了環境的保護力，也提供多樣的生物棲息環境，使這裡成為動植物共生的美好棲地。

第二招：想成綠建築，必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築，使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中，對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出，一路到今日，國際間對此一概念的共識主要包括再使用（reuse）、再循環（recycle）、廢棄物減量（reduce）和低污染（low emission materials）等特性，從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時，使用自然材料與低 VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）建材，亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後，內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度，以建材生命週期為主軸，提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說，為確保室內環境品質，建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件；為了防溫室效應的影響，須使用本土材料以節省資源和能源；使用高性能與再生建材，不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性，也強調材料本身的再利用性。

在台江國家公園內，綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念，更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設，並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料，為鳥類和小生物營造棲息空間，讓「蚵殼磚」不再只是建材，而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆，整體綠建材使用率為 52.8%。

在日常節能方面，台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如，引入樓板下的水面蒸散低溫外氣，屋頂下設置通風空氣層，高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出，廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地，創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企，如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流，不僅提升了隔熱效果，減少空調需求，讓建築如同「與海共舞」，在減廢與健康方面皆表現優異，展示出綠建築在地化的無限可能。

在綠建材的部分，另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程，其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材，比方提高高爐水泥（具高強度、耐久、緻密等特性，重點是發熱量低）的量，並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」，還用再生透水磚做人行道鋪面。

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區，首先，他們捨棄金屬建材，讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是，他們也將施工開挖的土方做回填，將有高地差的荒地恢復成平坦綠地，本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪，無痛轉綠。

等等，這樣看來建築夠不夠綠的命運，似乎在建材選擇跟設計環節就決定了，是這樣嗎？當然不是，建築是活的，需要持續管理–有智慧的管理。

第三招：智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率，除了從建築設計與建材的使用等角度介入，也須適度融入「智慧建築」（intelligent buildings）的概念，即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性，使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器，用於蒐集環境資料和使用行為，並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

為了推動建築與資通訊產業的整合，內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度，為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂，目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例，為了掌握建築物生命週期中的能耗，需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標，評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面，則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境，以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中，充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術，來達成兼顧環保和永續發展的理念，也是利用建築資訊模型（BIM）技術打造的指標性建築，受到國際矚目。

在興建階段，為了保留基地內 4 棵原有老樹，團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描，並將大小等比例匯入 BIM 模型中，讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離，確保施工過程不影響樹木健康。此外，在大樓啟用後，BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」，透過 3D 建築資訊模型，提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護，包括保養計畫、異常修繕及耗材管理，讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用，從建造設計擴展至施工和日常管理，使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management，簡稱 FM ) 為例，該系統可在雲端進行遠端控制，根據會議室的使用時段靈活調節空調風門，會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣，而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率，保持低頻運作，實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現，從源頭減少碳足跡；綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小，並保障居民的健康；智慧建築標章運用科技應用，實現能源的高效管理和室內環境的精準調控，增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用，讓建築不僅是滿足基本居住需求，更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

• 文／陳明堂，中央研究院天文所及天文物理研究所研究員，兼天文所夏威夷運轉副所長。

去 (2019) 年，臺灣黑洞團隊與事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope, EHT) 公布第一張黑洞照片。一年後，他們雖然沒有呈現新的黑洞照片，卻推出一張所未見的黑洞噴流影像。黑洞噴流如同兩隻金魚的發光體，起初讓研究團隊摸不著頭緒。所幸 EHT 強大的解析能力逐漸解開噴流的真面目，原來圖片左上的影像是噴流的源頭，右下則是逐步遠離的噴流。此外，這把宇宙等級的噴火槍其實是耀變體，在觀測中展現出許多令人驚奇的特性。

宇宙級的噴火槍：3C 279

在去年公布的首張黑洞影像後，事件視界望遠鏡團隊今 (2020) 年又再次發表另一張超高解析度的影像（下圖）。這次的目標是一個叫做 3C 279 的星體，影像呈現出一對橢圓狀的發光體。這兩個光體的位置左上右下，似乎處在一種隨遇而安的狀態。與去年發表的黑洞甜甜圈不同，反而像在一潭黝黑的池水中，偶爾浮上水面的兩條金魚。

3C 279 是一個類星體（quasar，下圖），位在室女座（Virgo Constellation，又稱處女座）附近，靠近春季大三角 (Spring Triangle) 的角宿一 (Spica)。

雖然肉眼看不見 3C 279，但是從過去的觀測，天文學家知道它是銀河系外頭的另一個星系。它發出的訊號，從低能量的無線電波、紅外線到可見光、紫外線延伸至高能量的 X 光，應有盡有；甚至也會發出強烈的超高能量的射線。

與去年的 M87* 黑洞相比，為什麼這次的影像中沒有看到甜甜圈呢？

因為 3C 279 距離地球太遠了，相比之下，去年拍到 M87* 離地球「僅僅」5500 萬光年，而 3C 279 則幾乎是 100 倍遠的距離。不僅如此，根據天文學家的估計，3C 279 中心黑洞的大小還不到 M87* 的五分之一。由於又小又遠，因此以目前 EHT 的影像解析能力，還無法完全看到 3C 279的黑洞，所以在此影像中才看不到任何的甜甜圈。

黑洞物理參數的比較

看不見甜甜圈沒關係，EHT 還是有辦法解析！

雖然看不到黑洞，但是天文學家可以利用 EHT 的超級解析能力來研究黑洞外圍的物理現象。

當環繞黑洞的星際物質從吸積盤掉進黑洞時，並非所有物質都會進入黑洞之中。其中一部份的物質會以電漿能量包的形式，以極高的速度從黑洞的兩個極點朝外噴出，物質噴出的速度趨近光速，這就是所謂的噴流。目前科學家還不了解噴流的確切成因，但是一般認為是吸積盤與黑洞周遭的磁力場所造成，這也是 EHT  的科學家研究 3C 279 的主要動機。

人們對黑洞的了解是建立在愛因斯坦的廣義相對論。黑洞是經由重力塌縮 (gravitational collapse) 後形成的星體，它具有質量、自轉和事件視界 (event horizon)。根據理論，任何發生在事件視界裡面的資訊都無法傳遞到外面，所以對外界的觀察者而言，黑洞的物理性質來自於事件視界之外的空間，因此事件視界代表黑洞的視覺大小。

2017 年 4 月的觀測期間，EHT 除了使用參與團隊的天文台之外，還另外動用其它兩組望遠鏡陣列，總共三組陣列透過不同的電波波長擷取 3C 279 的影像。其中，長波段的影像（超長基線陣列 VLBA 波長 7 mm）擷取到 3C 279 大範圍的相貌，影像明顯顯示左上角黑洞所在的熱點及從熱點衝往右下方向的噴流；中波段的影像（全球毫米波特長基線陣列 GMVA 波長 3 mm）把目光聚焦在靠近黑洞和噴流的起始點，期望從影像中能透露出關於噴流起源的訊息。但結果卻不盡人意，此波段呈現出來的影像幾乎是長波長的翻版，導致很難從結果中分辨出熱點和噴流之間的差別。

要看得更仔細， EHT 使用 8 座次毫米波電波觀測站同時朝熱點觀看，能提供更細微的影像解析能力（波長 1.3 mm），所得到的影像與中、長波段的結果相比，的確有出乎意料的發現。EHT 的影像出現左上與右下兩個獨立的部份，經由影像分析，EHT 團隊科學家認為右下部份訊號的移動方向與速度，和中、長波長影像中的噴流類似，因此他們認為右下部分的光影是大尺度噴流的一部份。此結論比較是可以預期，而沒有太多的爭論。可是該如何解釋位於左上的訊號就不是那麼容易了。

猶如宇宙噴火槍的耀變體

說到這裡，如果讀者對類星體有些認識，可能會猜測左上的光影應該是黑洞吸積盤發出的能量，黑洞就躲在巨大的吸積盤中間；而右下部份的狹長光影就是黑洞的噴流結構。噴流與吸積盤呈現接近 90 度的相對位置，此猜想符合天文學家想像中的類星體（下圖），可是問題卻沒有那麼簡單。

3C 279 是類星體中的特殊例子，特別的地方在於它的噴流方向非常接近觀測的視線。如果把噴流當作是一把宇宙噴火槍的火焰，那麼在地球上觀看 3C 279 的方向幾乎是往火槍的噴嘴裡頭看進去，高能量的噴流就只對著地球上的觀測者打出來。由於都卜勒效應 (Doppler effect) 的關係，此噴流看起來會特別亮，因此天文學家給這類型的類星體一個特殊的名字：耀變體（blazar，或稱耀星體）。

令人匪夷所思的觀測結果

換句話說，從地球的角度觀測，3C 279 除了具有一個非常強烈的中心訊號源外，天文家認為應該可以看到整個吸積盤才對，並認為從此角度觀測，吸積盤應該是接近圓形。但是在 EHT 的影像中，左上的光體卻是個狹長的橢圓形，該如何解釋異形怪狀的吸積盤，對理論學家是一大挑戰。

有一種解釋說法認為，左上與右下的光影其實是一樣的，都是噴流的高能量聚集的電漿能量包。二者不同之處在於，左上的能量包非常接近黑洞的噴嘴，並以更對準觀測者視線的角度而來，當然此角度並不完美，因此高能噴流的還是會在觀測的視線中投射出一個狹長的橢圓光影。雖然可以合理解釋觀察到的左上光影，但又該如何解釋左上與右下的能包移動的方向似乎不一樣？難道噴流會改變它的方向？

關於這一點，天文學家從其它類星體的觀測經驗，知道由於吸積盤附近的強大磁場作用，噴流的確有可能改變方向。在類星體中心的磁場作用下，噴流的路徑可能比上下 360 度翻滾的雲霄飛車還複雜，因而造成 EHT 觀測到的奇怪影像，所以目前 EHT 的團隊相信這是一個比較合理的解釋。

觀測「超光速」移動的噴流？

這次 EHT 共花了4 天的時間觀測 3C 279，而每天都會產生一組非常類似的影像，經過仔細檢查，EHT 的團隊發現影像中的兩個光體的距離每天都有些不同。事實上，兩個光體正在分開中。此觀察符合前一段的論證：左上的光影代表噴流的源頭，右下是正在離開的噴流。

有了 EHT 望遠鏡的超級解析度，天文學家可估計噴流的移動速度。EHT 的團隊發現右下的能量正以超過 10 倍光速的速度離開噴流的源頭位置。讀者可能會納悶，超光速運動是有可能的嗎？

其實天文學家在半世紀前就已經知道，類似耀星體所發出來的噴流「看起來」會有超光速現象 (superluminal motion)。如此奇怪的現象是因為高能量的噴流速度接近光速，但是由於觀測角度的關係，從遠方看起來噴流的速度超過光速。此現象其實可以用相對論解釋，所以看起來超光速並不代表真正超越光速。

宇宙的更多故事等著被挖掘

53 億年前，那時太陽系正在慢慢成形，地球根本還沒存在。然而，隨著科學的進展，一個發生在距離地球 53 億光年外的物理現象，竟然被天文學家看到了！

此次 EHT 發布的影像雖然沒有如同去年 M87* 黑洞的影像引起一陣轟動，然而 3C 279 的影像透露出來的新資訊，似乎讓天文學家產生更多的問題與好奇。這就是科學發展，隨著 EHT 突破性的觀測儀器發展，人們將會看到許多前所未見的現象，並引導好奇的科學家們，更進一步了解所處在的宇宙。

2017 年參與 EHT 的八座望遠鏡中，臺灣參與建造或運作的一共有三座，包含夏威夷的次毫米波陣列 (SMA)、詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡 (JCMT) 和智利的阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列 (ALMA)，再加上貢獻運作經費與觀測人力，讓臺灣團隊占有顯著的地位，這也是總共 13 席的 EHT 董事成員，臺灣中研院就占兩席的原因。

臺灣團隊一手主導的格陵蘭望遠鏡，直到 2018 年才加入 EHT，並參與 3C 279 的觀測。目前的觀測資料正在處理中，EHT 團隊期待格陵蘭望遠鏡的加入，能夠揭露更多噴流結構的細節，能讓天文學破解出黑洞周遭的祕密。如此的結果將會大大的提升臺灣天文學家在黑洞研究的地位，也讓臺灣獨特的貢獻受到世人的重視。

延伸閱讀

• Jae-Young Kim et al., Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution, Astronomy & Astrophysics, 2020.

本文轉載自《科學月刊》 宇宙中的噴火槍—黑洞噴流影像現蹤跡

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

古埃及的金字塔舉世聞名，數千年來，關於這些神秘建築的研究和傳說從沒停過，而最近在一項掃描金字塔的計畫（ScanPyramids）中，科學家更發現了一個神秘的魔術大空間（？），在解密的同時又為金字塔添上了不少想像空間。

古夫金字塔：被洗劫一空的世界奇蹟

透過筆者不專業不正統調查顯示，但凡提到「金字塔」三個字，大概有 87% 的人類會在大腦中浮現這張圖片：

為什麼吉薩三大金字塔的形象會如此深植人心呢？除了它們本身宏偉的外觀之外，其中最大的古夫金字塔（又稱吉薩大金字塔，Great Pyramid of Giza）更是古代世界七大奇蹟中，年代最為古老且目前唯一尚存的建物。這座金字塔約建於西元前 2580～2560 年間，高度達 140 公尺，曾經盤踞「世界最高建築」榜上第一名長達數千年時間。

然而，也正是因為它們如此顯眼，從古至今，盜墓者始終絡繹不絕，因此，古夫金字塔中原先已知的兩個墓室──國王墓室、皇后墓室內早已被洗劫一空，讓不少研究者只能扼腕。

想探索金字塔，就來掃描一下吧！

不過，如果要科學家們就此罷手，那可就太小看他們了。正所謂人外有人、天外有天，墓室外可能也有墓室（？）秉持著不放棄的研究精神，「掃描金字塔計畫」於焉誕生。

此計畫顧名思義，旨在「掃描」埃及金字塔的內部，期望在不傷害古文物的狀態下，採用 μ 子透視圖（muography）的成像技術，對金字塔進行更深度的研究。這種技術在過去 50 年間日臻成熟，曾被用來研究冰川、火山以及福島的核子反應爐。

透視了這麼多東西，這種透視到底是怎麼個透法？

說到這透視，就不得不談談「宇宙射線」，也就是來自宇宙的高能粒子衝擊。地球無時無刻都會受到這些高能粒子的衝擊，而當這些粒子與大氣層頂部的空氣原子互相碰撞後，便會產生 μ 子（亦稱：緲子，muon）。這些 μ 子會以接近光速的速度，如一場雨般衝向地面，平均每分鐘約有 1 萬 μ 子落在每平方公尺內。（老師請幫我下 F4 的《流星雨》謝謝～）

μ 子具有很強的穿透力，可以深入岩層，不過，部分粒子會在經過石頭時被吸收、偏移。科學家利用這個原理，將 μ 子探測儀放置在金字塔中，以探測自空中射入金字塔的 μ 子，而如果在行進過程中有任何較大的空洞，探測儀就會偵測到為數較多的 μ 子。藉由這種方式，科學家得以更精確區別中空結構以及實體結構。

神秘大空間，多謎題未解

這麼厲害的掃描方法，果然讓研究團隊在金字塔中掃出了一個神祕的大空間。為了確認這項結果，分別有三個來自日本、法國等地的研究團隊，利用不同類型的 μ 子探測儀進行反覆確認，最後三個團隊都得出了同樣的結果。

這個空間位於古夫金字塔內「大走廊」（the Grand Gallery）的上方，推估至少有 30 公尺長、數公尺高，大小接近於一架兩百人座的客機。在過去的研究和相關文獻中，全都沒有出現過有關這個神秘空間的敘述，換言之，過去 4500 多年來，從沒有人知道這個獨立空間的存在。

然而，這個發現雖然證實了科學家們對於金字塔的想像，卻也帶來了更多謎題。

由於目前研究者無法確定空間的作用為何，所以盡可能的不稱其為墓室（chamber），而是叫它「大空間」（Big void）。根據目前的資料，科學家尚不確定這個空間是水平或是傾斜，也不清楚它是一個單一結構或是由多個連續的結構所組成。

• 說明影片參見：

空間功能猜猜看，你會選擇哪一邊？

針對這個空間，目前有許多不同的猜測。雖然許多人都期待著這個神秘空間中藏著金銀財寶（電影看太多！）不過，根據埃及學者 Aidan Dodson 的觀點，這其實不太可能，因為金字塔內已經另有一處置有石棺的墓室，所以新的空間中可能沒有什麼文物。

他認為，這個空間可能是一個「減壓室」（Relieving Chamber），目的是為了減少「大走廊」上方石頭的重量。在國王的墓室上方，以及古夫他老爹的金字塔中，都可以看到類似的設計。

但是，也有人持不同看法。一位來自英國的獨立地質學家、工程師 Colin Reader 覺得這個新的空間距離「大走廊」太遠，因此不太可能是它的減壓室。另一方面，他猜想這個空間可能跟大走廊的作用相似，大走廊通往國王墓室，那新的空間也可能通往一個更高的墓室。

而長島大學的埃及學者 Bob Brier 則提出了第三種可能性。根據他和 Jean-Pierre Houdin 在 2007 年所提出的假設，大走廊其實是金字塔中一個巨大配重系統的一部份，他認為，藉由這個起重系統，工人可將重物滑下大走廊，並將國王墓室所使用的花崗岩向上搬運。Brier 推測這次發現的新空間可能是第二個位置更高的配重系統。

然而，另一方面，這次的掃描計畫卻也推翻了兩人過去的部分理論；他們曾認為，金字塔的工人在建造時使用了一個內部的斜坡將石頭搬運到高處，但是，依據目前的掃描結果，似乎並沒有發現這樣的斜坡存在。（關於此理論的詳細說明，參見本影片）

謎題解不完，探索正要展開

來自法國國家資訊暨自動化研究院（INRIA）的 Jean-Baptiste Mouret 表示，研究團隊對於如何進一步探索這個空間已經有了想法，然而這些計畫都需先經過埃及當局的核可。

「概念是鑿一個非常小的洞來探索這樣的建築，我們希望可以有個能夠鑽進 3 公分洞裡的機器人。」根據他的說法，研究團隊正在考慮飛行機器人的可能性。有了飛行機器人的技術，不知道是否可以解開更多的金字塔謎團呢？看到這裡，你對於這次發現的神祕空間，又有什麼猜想呢？

說了這麼多，這個空間究竟跟《刺客教條》有什麼關係呀～

原來，在這個驚人的新發現被公布後，便有眼尖的網友發現：這個密室居然已經藏在《刺客教條：起源》裡了！這厲害的神預測究竟是怎麼回事？

其實，遊戲的神預測可不是空穴來風；為了細膩呈現這個以埃及為背景的遊戲，遊戲開發團隊做了不少相關的研究功課，在眾多建造金字塔的理論中，設計團隊是 Houdin 和 Brier 派的忠實擁護者，所以早早就在遊戲的金字塔中設置了密室！（玩遊戲也要走在時代尖端 XD）團隊中負責歷史研究的 Maxime Durand 更直言：「我們打賭在不久的將來，考古學家也會找到這間秘密房間，所以我們就先把它放到了遊戲中」。

這樣的自信是不是讓這款遊戲感覺更吸引人了呢？如果你也對埃及文化有興趣，就來跟我一起探索金字塔吧！（大力推坑）（本篇文章絕對沒有刺客教條的贊助）

參考資料：

• Cosmic-ray particles reveal secret chamber in Egypt’s Great Pyramid nature [2017.11.02]
• ‘Big void’ identified in Khufu’s Great Pyramid at Giza bbc [2017.11.02]
• 緲子 維基百科

原始論文：

• Kunihiro Morishima, Mitsuaki Kuno, Mehdi Tayoubi “Discovery of a big void in Khufu’s Pyramid by observation of cosmic-ray muons” Nature [2017.11.02] doi:10.1038/nature24647

• 金升光／任職於中央研究院天文及天文物理研究所。

微中子在所有已知的基本粒子中，可算是科學家最不了解的一種。

粒子物理標準模型裡的微中子只透過弱交互作用和其他粒子起反應，和光子一樣沒有靜止質量。電子、緲子（muon）、陶子（tauon）和分別對應這不同三代的微中子及它們的反粒子共同組成了輕子（lepton）家族。

近年來，實驗證實微中子振盪的存在〔註一〕，電子微中子、緲子微中子與陶子微中子彼此之間可以相互轉換，顯示微中子靜止質量應該不等於零。然而，沒有人知道微中子的確切質量，也不確定微中子和它們的反粒子是否相同。另一方面，地球的大氣層持續受到高能量宇宙射線轟擊，主要成份包含質子和其他更重的原子核，這些帶電粒子受到銀河系與地球磁場的影響，很難去追蹤它們的來源。

微中子不帶電，不受磁場影響，還能輕易穿透星球的核心，是電磁波、重力波之外，天文物理學家夢寐以求的第三隻眼。然而，此特性卻也是微中子偵測的困難處，必須透過 10 公尺以上甚至公里等級的大型裝置才能捕捉分析少數來自外太空的微中子。多年的研究只確認太陽和超新星1987A發出的微中子，直到去（2017）年9月，位在南極的「冰立方（IceCube）」微中子天文台偵測到一顆高能微中子 IceCube-170922A，才露出一線曙光。

冰立方與高能微中子

基本粒子的質量和能量通常用電子伏特（eV）為單位。電子質量約 0.5 MeV；質子質量約 938 MeV，接近 1 GeV；目前估計微中子的質量約在 eV 數量級以下。太陽微中子的能量大部分處於 100 keV~1 MeV 量級之間；超新星微中子的能量能夠達到 10 MeV 的量級，爆發時的激震波有可能產生 TeV（10¹² eV）級的高能微中子。

當年偵測到超新星的日本神岡偵測器，是個寬、高約16公尺的大水箱；後續建造的超級神岡微中子偵測器（Super-Kamiokande）則寬、高約40公尺。高速的微中子與水中的質子、電子等粒子碰撞產生高速的電子或正子。當帶電粒子運動速度超過水中的光速時，就像超音速戰機產生音爆，會發出契倫科夫輻射（Cherenkov radiation），由密布的光電管接收並偵測分析。

而冰立方則使用南極的冰層代替神岡的純水，86 條垂直的洞穴深入約 2450 公尺的冰層，在每個洞穴最底端的 1 公里處都布置 60 個 10 吋大的光電裝置（digital optical modules），含數位處理電腦，將之串成 1 串。相鄰洞穴間隔 125 公尺，總共 5160 個光電裝置在地底形成 1 個體積立方公里等級的 3 維陣列，是目前世界上最大的微中子偵測器之一。

神岡測得的信號多半來自電子微中子。高能緲子微中子產生高速的緲子放出契倫科夫輻射，會在光電裝置陣列中留下明顯的軌跡，是冰立方主要的偵測目標之一。回溯分析緲子軌跡，反推微中子的入射方向，可達0.3°的準確度。

宇宙射線在大氣層中碰撞後產生的緲子或微中子數量可能是外太空信號的 10 萬倍或百萬倍，數公里厚的岩層或冰層則有助於降低雜訊。南極的偵測器對於來自北半球天空的信號比較靈敏，而且，大氣層產生的微中子有特定的能量分布，超過 100 TeV或 1 PeV（＝10¹⁵eV＝1000 TeV）多來自外太空，IceCube-170922A即為一例。分析冰立方所窺見的緲子能量（約24 TeV），估計這顆從地平線下入射的緲子微中子能量約 290 TeV。不到 1 分鐘，2016 年 4 月才啟用的即時自動警報系統隨即向全球網路 GCN∕AMON Notice〔註二〕發出通告。

這並不是系統頭一次發出類似的微中子警報。觀測網上的成員，包含位在地中海海底的微中子偵測器和地面或天上的望遠鏡，通常不是沒看到特定目標，就是無法從眾多目標中辨別出真正的來源。直到 6 天後，NASA 的費米太空望遠鏡團隊 Fermi-LAT 透過《天文電報》（Astronomer’s Telegram）報告他們的分析，指出 1 顆已知的「耀變體（blazar）」TXS 0506+056 正處於活躍期（亮度增加 6 倍），和冰立方估計的方位相符，接續的多波段觀測進一步支持這個結論。

包括上千位共同作者的綜合研究報告和相關論文在今（2018）年7月13日正式刊出。冰立方計畫的主要資助者美國國家科學基金會（National Science Foundation, NSF）照例先在華府召開記者會，此間各媒體多有轉述報導。依照 2004 年美國國家科學院報告中的估算，總建造經費含開辦費用應該超過 2億 5000 萬美元。

高能宇宙射線與「耀變體」

人造的加速器還沒有能力產生 PeV 甚至 EeV（10¹⁸ eV）的高能粒子束，宇宙射線卻可以。許多可能的天文物理機制和可疑的天體，像是伽瑪射線爆（GRB）、超新星殘骸（SNR）、波霎、黑洞雙星和活躍星系核（AGN）等都是熱門的候選者。

某些理論認為，產生高能粒子的相同機制或相關環境也會伴隨產生能量等級相當的伽瑪射線。2008 年升空的費米太空望遠鏡觀測到的伽瑪射線源已經編成目錄定期追蹤，2015 年發表第三版，通稱「3GFL（the third Fermi Large Area Telescope source catalog）」，包含 3033 個伽瑪射線源和它們逐月的亮度變化，其中超過半數是活躍星系核，以耀變體為主。先前有研究將微中子信號和這些特定天體比對，不過都沒能成功確認微中子的來源。

粒子能量越高，受銀河系內磁場的偏轉影響越小。專門偵測高能宇宙線次級粒子射叢（shower，或稱簇射）的奧格天文台（Pierre Auger Observatory）團隊在去年發表論文指出，能量超過 8 EeV以上的超高能粒子應該是來自銀河系以外。8 EeV 接近 1.3 焦耳，也就是說，單單這一顆粒子的動能就足以抬高 1 公斤的物體離地 13 公分！理論上，宇宙射線（如質子）的能量如果太高，會和遍布的宇宙微波背景輻射光子產生反應，產生 GZK截止點（GZK cutoff），這是以提出此理論的 3 位科學家 Greisen、Zatsepin和Kuzmin 姓氏首字母來命名的宇宙射線能譜截止點。如果宇宙射線粒子是鐵原子核，此截止能量還會再高一點。

TXS 0506+056是3GFL目錄上亮度排名前 50 的耀變體，可見光星等約 15 等，不算是特別突出。耀變體是活躍星系核的一種，可參閱《科學月刊》527期〈類星體 50 年〉一文的介紹。原文 blazar 一詞是在 1979 年所提出，將「蠍虎天體（BL Lac objects）」和部份有亮度劇烈變化的類星體合稱，並寫在1980年天文與天文物理年度評論裡遂成為正式名詞。在TXS 0506+056非熱輻射的連續光譜中幾乎看不出任何譜線，無法確認它的距離，也不能計算真正的光度。透過加納利群島上口徑10.4公尺的望遠鏡（Gran Telescopio Canarias, GTC），最近終於辨認出幾條微弱的譜線，紅移0.3365，約相當於57億光年，這使得TXS 0506+056成為在此方圓之內光度最強的耀變體之一。

高能微中子天文學

活躍星系核、黑洞或中子星系統中的高能噴流，甚至一般吸積盤噴流的組成、構造和起源向來都是理論和觀測研究的焦點之一。高能微中子的存在意味著強子（可能是質子）加速及後續的碰撞與衰變過程，透露噴流的秘密。高能微中子的產生究竟是正比於伽瑪射線強度、伽瑪射線的變化、特高能（very high energy）伽瑪射線強度或另有其他，真正的關連仍有待釐清。

另一方面，縱使耀變體是高能微中子的來源，恐怕也只能解釋一部份偵測到的高能微中子。除持續累積觀測數據，提升多元訊息天文學（multi-messenger astronomy）多波段聯合觀測的效率，新一代的微中子偵測器KM3NeT、Hyper-Kamiokande、IceCube-Gen2可望能將高能微中子天文學，乃至於宇宙線、暗物質與基本粒子研究推展到新的境界。

• 〔註一〕此項實驗獲得2015年諾貝爾物理獎。
• 〔註二〕GCN／AMON Notice

延伸閱讀

• IceCube Collaboration et al., Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A, Science, Vol. 361: eaat1378, 2018.

〈本文選自《科學月刊》2018年10月號〉

一個在數位時代中堅持紙本印刷的科普雜誌，

讓你在接收新知之餘，也能感受蘊藏在紙張間的科學能量。