地表最強星空!世界第一觀星地點在哪裡?

  • 文/陳子翔(現就讀師大地球科學系, EASY 天文地科團隊創辦者)

說到動人的美麗星空,各位會想到哪裡呢?如果你的答案是陽明山就有點遜掉啦!又或者各位都是經驗老道的行家,想到的是最近新成立的「合歡山國際暗空公園」呢?但不論大家的答案是什麼,可能都會被這個研究認證的「地表最高品質星空」給比下去,究竟這麼棒的星空在什麼地方呢?

答案是:南極大陸中央

啊?那我想欣賞世界上最美星空還要跑到南極中央去啊…… Well yes, but actually no, 因為這個研究所指的最佳星空,是針對設置研究用天文台所考量,而對於一般人觀星或是攝影而言,其實在其他沒什麼光害的地方看星星,品質其實都不會輸給南極啦! 

什麼樣的星空適合進行天文觀測呢

話說回來,對於專業天文觀測而言,要怎麼判定觀測條件的好壞,南極的星空又究竟有什麼特殊之處呢?

有個天文界的玩笑是這麼說的:「天文學家最討厭三樣東西,這三樣東西分別是陽光、水和空氣」。

陽光對於天文研究絕對算得上是巨大的「光害」,當然啦,對研究對象就是太陽本身的人除外,而這句話中的陽光其實也泛指一切的光害。而水,撇除雲霧和下雨這些天文觀測會遇到的討厭鬼,就算是晴朗的天氣,大氣層中的水氣也會吸收掉很多不同波長的電磁波,對於天文觀測也是一種干擾。最後是空氣,如同水氣一樣,大氣中其他不同的分子也會吸收許多波段的電磁波,就算是能穿透大氣的光線,卻也躲不過大氣擾動的魔掌。

對於研究用大型天文台的選址來說,避開光害和經常性的爛天氣可說是最基本的條件,而最後「決勝負」的關鍵,就落在大氣的條件了。

而好的大氣條件,就是大氣擾動越小越好。

大氣擾動或許不是對每個人都很熟悉,但相信大家一定都看過,兒歌中的小星星「一閃一閃亮晶晶」這樣閃爍的現象就是大氣擾動的傑作。再舉個極端一點的例子,當我們注視游泳池裡面時,會發現水面的波動和泳池中的水流都會讓池底的物體看起來不斷扭動,而且難以看清楚,這個現象套用在空氣中就是大氣擾動,事實上當使用高倍率望遠鏡觀測天體時,如果大氣擾動很嚴重,效果也真的很像是天體泡在水中一樣,想必這樣得到的影像和資料品質絕對會大打折扣。

使用高倍率望遠鏡觀測天體時,若大氣擾動嚴重,就會像注視水池內的物體。圖/Pexels

而大氣擾動的嚴重程度其實是可以量化成數值的,這個數值天文學家將它叫做「視寧度」(Astronomical Seeing*)。

  • *註: Astronomical Seeing 中文亦可翻作「視相」或「大氣寧靜度」

一般表示視寧度的單位是「角秒」,一個角秒是三千六百分之一度,給個比例尺:月亮在天上的大小大約是半度,也就是一角秒在天空中大約是一千八百分之一個月亮。而當視寧度是一角秒,代表在這樣的大氣條件下,不論望遠鏡的口徑再大,解析能力再好,能解析的極限就是一角秒,因此如果天空中有兩顆分布在一角秒以內的星星,在這樣的大氣條件下不論怎麼努力觀測都無法分辨出那是兩顆星而不是一顆。

以現在的望遠鏡技術來說,限制地面上的大型天文台的極限解析度的因素,可說是已經是取決於大氣的擾動,而不是望遠鏡與訊號接收器的解析力了,可見要建置天文台,選擇一個視寧度好的觀測地點絕對是非常重要的。

在南極找到「極品星空」

就在去年,經過了半年「夜以繼夜」(別忘了南極的夜晚長達半年)的測量後,研究團隊發現在南極大陸地最高點:「冰穹 A (Dome A) 」是世界上大氣視寧度最佳的地點之一。除此之外,這次的觀測也發現在此處還有一個得天獨厚之處:這邊的「大氣邊界層」特別薄。

冰穹A在南極大陸的位置。

大氣邊界層簡單而言是指「受到地面摩擦力干擾的底層大氣」,也就是我們平時所生活在其中的這層大氣。而位於大氣邊界層上方,沒有直接受到地面干擾的大氣則被稱為「自由大氣」。邊界層受到地面影響勢必會有很多亂流與擾動,想當然其中的視寧度一定也會比起自由大氣中來的差。

南極的冰穹 A 海拔高度是四千公尺左右,但有別於其他大陸上的高山通常有著崎嶇的地形起伏,冰穹 A 基本上是一望無際的平坦冰原,這樣特殊的地形條件讓地面對大氣的干擾極小,使這裡的大氣邊界層變得非常薄,薄到甚至只要把天文台基座「稍微蓋高一點」就幾乎能享有自由大氣的超棒視寧度!這也是為什麼這裡是個極具潛力的觀測地點的最大原因之一。

冰穹 A為南極東部最高處。圖 / antarctica.gov.au

天文觀測新天地?

世界上有很多大型天文台都會聚集在一起,例如著名的夏威夷毛納基山 (Mauna Kea) 和智利的高山上,都有矗立著許多知名的大型天文台,這些地點通常也都有著良好的大氣視寧度。

夏威夷毛納基山 (Mauna Kea)上的天文台。圖 / pikrepo

如今科學家又找到了另一個擁有絕佳觀測條件的新天地,未來會不會有一天能看到南極像夏威夷一樣天文台林立呢?

考量到南極中央畢竟還是相對難以到達,氣候也非常嚴峻,建造和維護大型天文台的難度都會大大提升,或許南極不會這麼容易進行大型天文台設置;但這樣的高品質星空,還是有很多潛在的天文觀測價值。

像是廣域巡天類型觀測這樣建置難度較低,但對星空品質要求又很高的觀測,就很適合在這裡進行。未來會不會有更多天文觀測計畫進駐南極大陸,就讓我們拭目以待吧!

參考資料:

關於作者

活躍星系核

活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策