銀暈：包圍銀河系的龐大熾熱氣體

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•  文／泛科學編輯部（曹盛威、郭令鈞、雷雅淇、侯郁家、劉品萱）

你看過黑洞嗎？不論有沒有，你都可以再靠近一點！這張就是黑洞近照：

還記得 2019 年 4 月拍攝到的第一張黑洞照片嗎？那是來自 5500 萬光年以外的 M87 星系。三年後的現在，也就是臺灣時間 2022 年 5 月 12 日晚間，「事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）」舉辦全球記者會，公布人類史上第二張黑洞照片。

• 延伸閱讀：【特輯】為什麼黑洞長得像甜甜圈？十個關於黑洞的快問快答，來測測你跟黑洞有多熟！

第二張黑洞照片主角的所在地，你一定很熟悉，因為它跟我們一樣都位在「銀河系」——沒錯，銀河系中心的超大質量黑洞首次亮相啦！這張轟動全球的照片為什麼如此振奮人心呢？一切都要從「銀河系中心」開始說起。

我們怎麼知道銀河系中心有黑洞？

銀河系的中心到底有什麼呢？整個 20 世紀，科學家都在猜測這個問題的答案。

1933 年，美國貝爾實驗室的工程師央斯基（Karl G. Jansky）在解決背景雜訊干擾無線電通訊的過程中，意外發現最強烈的干擾源是來自人馬座方向的無線電短波，而這個方向正好指向銀河系中心。後來，這個無線電波源的位置就被稱為「人馬座 A」。這是人類第一次使用可見光以外的電磁波段觀測銀河，從此開啟了無線電天文學的發展。

• 延伸閱讀：無線電天文學的誕生│科學史上的今天：5/5

二戰結束後，各國紛紛投入無線電天文學的領域。1970 到 1980 年代，隨著科技不斷進步，天文學家發現人馬座 A 是由多重結構所組成。

1974 年，巴利克（Bruce Balick）和布朗（Robert Brown）使用更精巧的電波望遠鏡，發現人馬座 A 的某特定區域釋放出明亮且緻密的無線電波，由於此特定區域是人馬座 A 最活躍的地方，因此以原子激發態—— *（唸作 Star 或「星」）來表示，將其命名為人馬座 A 星（Sagittarius A*）。

不知表面攝氏千萬度是何許天體也

根據不同波長的電波與射線得到的觀測結果，銀河系中心簡直是「金光閃閃、瑞氣千條」，各個波段的電磁波應有盡有！其中，最耐人尋味的是 X 射線。為什麼呢？

根據黑體輻射原理（Black-body radiation），如果一個物體主要發出的是 X 射線，那它的表面溫度估計超過攝氏 1000 萬度；相較於我們的太陽，主要發出的是可見光，表面溫度約為攝氏 5500 度。

天啊！這個「攝氏 1000 萬度以上」的天體究竟是何方神聖？

1960 年代，天文學家姑且把這些未知天體稱為「類星體（Quasar）」。一開始推測類星體可能是黑洞、中子星、脈衝星、超新星等等，而目前主流學界認為「類星體就是黑洞」。

在黑洞的吸積盤上，高速繞行的物質會因劇烈的摩擦、碰撞，而產生高溫與磁場，並且激發強烈的電磁輻射。因此，天文學家認為，銀河中心強烈 X 射線的來源可能是黑洞。

另外一種觀測黑洞的方式是長時間紀錄恆星的軌道。如果發現這些恆星正在繞著看不見的天體運行，這個天體就有可能是個黑洞。

2020 年的諾貝爾物理學獎得主是德國科學家根策爾（Reinhard Genzel）和美國科學家吉茲（Andrea Ghez）。他們透過當時世界上最大的光學望遠鏡，花了 30 年監看銀河系中心，追蹤附近恆星的軌道運動，發現人馬座 A 星附近，有很多恆星快速地環繞運行。

• 延伸閱讀：【快訊】你說的黑洞，是哪種黑？揭開宇宙最黑的秘密──2020 諾貝爾物理獎

地球的運行速度最快只有每秒 30 公里，但在人馬座 A 星附近，有一顆稱為「S2」的恆星，最快甚至能以每秒 7000 公里的速度運行！從 S2 的完整軌道與速度來計算，人馬座 A 星的質量相當於 400 萬個太陽，半徑卻只有太陽的 17 倍。這樣極端的密度指向了一種可能性，那就是超大質量黑洞。

所以啦，早在 1990 到 2000 年代，「銀河系中心有個超大質量黑洞」就成了整個天文界乃至全世界都有的共識。

至於超大質量黑洞是怎麼來的，目前還是個謎。

一般認為黑洞是恆星死亡後的產物，但根據觀測，這些超大質量黑洞在宇宙大爆炸後的七億年就存在了。矛盾的是，那時的宇宙可以說是處在幼兒階段，重力還在吸引星雲聚集，成形的恆星屈指可數，完全無法解釋為何會有恆星死亡變成黑洞。這也成了世界各地的天文學家爭相研究的謎團。

有圖有真相，人馬座 A 星有照片嗎？

這不就來了嗎？2022 年 5 月 12 號，事件視界望遠鏡（EHT）公佈了人馬座 A 星的影像，請大家掌聲鼓勵！就讓我們來解讀這個最新的黑洞寫真吧！

由於黑洞本身不發光，我們要觀測的是黑洞周圍的光線被吃掉的範圍，也就是黑洞中央黑色區域的大小。不過，黑洞本身的尺寸其實比中心那塊陰影區域更小！

首先，「黑洞本身的尺寸」正確來說是「事件視界」的大小。事件視界的半徑即為「史瓦西半徑（Schwarzschild radius）」，只要知道黑洞質量就能推算出來，像人馬座 A 星的史瓦西半徑是 1200 萬公里。

當光行經事件視界外圍，也會沿著因重力而扭曲的空間彎折，最終被吸進黑洞，成了我們看不見的那塊圓形陰影，而「黑洞吃掉的影像範圍」（或稱為「陰影」）指的就是除了事件視界本身以外，還有多少範圍是全然的黑暗。

根據廣義相對論，「陰影」的半徑是史瓦西半徑的 2.6 倍。

包傑夫（Geoffrey Bower）是中研院天文所的資深天文學家，同時也是 EHT 計畫的成員。他在記者會上表示，「這次公布的影像捕捉到被強大的黑洞重力所扭曲的光線，而亮環大小也吻合愛因斯坦的廣義相對論」。

EHT 如何捕捉黑洞影像？

天文影像的解析度將整個天空分成 180 度，每度有 60 角分，每角分有 60 角秒，每角秒分成 1000 毫角秒，每毫角秒再分成 1000 微角秒。以黑洞成像而言，人馬座 A 星與 M87 黑洞的陰影尺寸分別是 50 微角秒和 42 微角秒。

因此，從地球觀測這兩個黑洞的難度相當高，可以想像成從地球看月球上的一顆橘子，需要直徑非常大，甚至等同地球直徑大小的望遠鏡才能辦到。所以，EHT 真的在宇宙中建造了和跟地球一樣大的……（不要瞎掰好嗎！）

EHT 使用了特長基線干涉（VLBI）這項技術。簡單來說，就是透過結合兩座或多座無線電望遠鏡的觀測資料，重組出宛如單一望遠鏡的觀測結果。望遠鏡彼此之間的距離越大，組合出的解析度越好！根據中研院天文所郭駿毅博士的形容，EHT 的解析度銳利到足以從臺北看見東京的一粒沙！

• 延伸閱讀：誰在海邊蓋天文台啊（惱）——世界第一座電波干涉儀、什麼是特長基線干涉儀？—GLT FAQs

那為何不是先拍到距離我們比較近的人馬座 A 星，而是先公布 M87 的影像呢？其實，在 2017 年時，EHT 就同時觀測 M87 星系和銀河系中心的超大質量黑洞。人馬座 A 星雖然離地球較近，約 27,000 光年，但質量較小，難以觀測。

美國斯圖爾德天文台（Steward Observatory）的 EHT 科學家陳志均解釋，黑洞附近的氣體移動速度接近光速，加上人馬座 A 星比 M87 黑洞小 2,000 倍，周圍的軌道也更小，其造成的氣體擾動導致影像變化速度過快，「就像在拍一隻追著自己尾巴跑的小狗」，必須使用更複雜的成像技術，才能取得足夠清晰的照片。

也因為這樣的速度差異，這次銀河系中心黑洞的照片才會跟 M87 長得不一樣，形成有三個亮點的圖片。不過，這些明暗差異並不是都卜勒效應造成的。師大物理系助理教授卜宏毅表示，只要拍攝物體移動過快，就會留下殘影。然而，這並不影響我們解析黑洞半徑。

這次並沒有明確觀測到噴流。科學家對於銀河系中心黑洞是否存在噴流，目前仍有待商榷。

特長基線干涉技術支援科學家黃智威表示，這次的黑洞圖像也替未來的黑洞觀測打下良好的基礎。目前，學界將「超大質量」定義為 100 萬倍到 10 億倍太陽質量的數量級，估計 M87 約為 35 至 66 億太陽質量，而這次的銀河系黑洞為 400 萬太陽質量。

也就是說，目前觀測到唯二有清晰影像的黑洞，正好就是超大質量黑洞的最小值與最大值，而這兩張影像所呈現的特徵有許多相似之處，比如皆具有黑洞剪影及光環。如果連極端值都具有這些特徵，那麼理論上，其他大小的黑洞也都會有。

另外，黑洞也扮演著孕育恆星的重要角色。只要能夠深入了解黑洞的結構，想必也能更加深刻地了解銀河系的歷史。

• 延伸閱讀：毀滅與新生：超大質量黑洞觸發的恆星形成

天文所紀柏特（Britton Jeter）博士將拍攝人馬座 A 星的過程描述為「將一部電影濃縮成為一張影像」。這整個過程費時 5 年，有賴美國、加拿大、歐洲及臺灣的努力，利用世界各地的超級電腦運算龐大的觀測資料，再經由多次模擬、調校，才得以成像，讓我們能夠親眼看到這個「潛伏在銀河系中心的巨獸」。

臺灣在黑洞計畫中扮演的角色

這次公布的黑洞影像，由全球各地 8 座望遠鏡共同完成，其中有 3 座和臺灣淵源匪淺，分別是由中研院參與建造或負責運轉的「次毫米波陣列（SMA）」、「馬克斯威次毫米波望遠鏡（JCMT）」，以及「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）」。

從 2017 年黑洞計畫啟動以來，中研院天文所就參與其中，合作夥伴包括國立中山大學、國立臺灣師範大學、國家中山科學研究院。從觀測、分析數據到成像，尤其在疫情之下，能夠持續投入，並且有如此卓越的成果，實屬不易。

未來展望

目前，EHT 團隊正在分析 2018 與 2021 年的觀測資料。除了上表 8 座天文望遠鏡以外，這些觀測活動還有格陵蘭望遠鏡（Greenland Telescope）與另外兩個望遠鏡參與，想必可以讓我們更清楚地看到 M87 和人馬座 A 星的黑洞影像。未來，團隊也期許能夠透過更高頻率的觀測，一窺更小的黑洞。

• 延伸閱讀：北極圈內唯一！格陵蘭望遠鏡開張，連線「全球陣列計畫」把宇宙看得更清楚

• 文／施奇廷│東海大學應用物理系暨研究所 教授兼系主任

y編按：一日科宅，終生科宅。而身為終極科宅，只有科學家這個身份還不夠！當然要製作一部滿滿熱血的動畫啊！

而這麼科宅的計畫，泛科學怎能缺席！不只電影要看，更要讓我們一起來好好吐槽聊聊《重甲機神》裡的那些科學與不科學！這次就讓我們來看看，身為科宅，到底該怎麼幫角色取名字吧（無誤）XD

當《重甲機神 Baryon》的企劃決定了之後，馬上就要開始為故事裡面的角色、機械、地點取名字了⋯⋯實際上並不是這樣。

一開始討論劇情大綱的時候，都還是以「主角機」、「男主」、「女主」、「男二」、「博士」、「基地」⋯⋯這種普通名詞來進行，因為要為這麼多人事地物取名字真的是一件很傷腦筋的事情啊！所以大家第一個動作都是先逃避現實。

不過真的開始進行製作之後，就無法迴避了。首先當然是「片名＝超級機器人的名字」啦！既然我們走的是像「無敵鐵金剛」的「超級系」，而不是像「鋼彈」的「寫實系」路線，講究的當然就是「威力與氣勢」了！

而且因為是海洋及海底的故事，所以需要「厚重的裝甲」（耐壓殼）抵抗水壓；再來是「巨大機器人」這種意象，影射了「人依照自己的形象創造了機械神」，「人憑藉著科技的力量逆天行事」的意涵，所以是「有著厚重裝甲的機械之神」，因此「重甲機神」這個名字就浮現了！

當然啦，我們也不會否認是向「超獸機神」、「魔裝機神」這些名作致敬啦！

能「變形合體」是阿宅的終極夢想：Baryon 的命名由來

決定了中文名字之後，接下來就是英文了。「巨大機器人魂」發作完，當然就輪到「物理魂」爆發了，既然有「重」這個字，當然就是用「Baryon」（重子）囉！

物理學是研究「物質的基本組成」與「物質之間的交互作用」的科學，目前的物理學已經知道的基本粒子包括「夸克」、「輕子」、「規範玻色子」與「希格斯玻色子」這幾個種類。

我們日常看到的各種物質，都是由原子組成的，原子又由電子（輕子的一種）以及質子、中子所構成的原子核組成，質子與中子都是有三個夸克透過「膠子」（一種規範玻色子）傳遞的強交互作用力「黏」在一起。

凡是由三個夸克結合而成的粒子都是「重子」。重子的質量比輕子大很多（看名字就知道），也就是說，我們目前看到的大部分的物質，質量幾乎都來自重子。

其實會用「Baryon」這個名字還有一個原因，「無敵鐵金剛」固然經典，但是講到超級機器人，能夠「變形合體」，才是阿宅們究極的夢想啊！所以重甲機神一開始的設定是「三機合體」的機器人，這三部合體前的機械就稱為「真夸克」（Truth）、「魅夸克」（Charm），以及「奇夸克」（Strange），分別由男、女主角以及第二男主角駕駛。

目前夸克一共有六種，分成三代。組成質子與中子的 up 跟 down 是第一代；第二代則是 charm 與 strange；第三代 bottom 與 top，它們一度被部分人稱為 beauty 跟 truth，不過可能大部分的物理學家覺得這兩個名字太過浮誇，所以採用了比較平實的名字。

但是我們要用的話，當然要用浮誇版的「Truth」啦！至於女主角本來應該用相對於「Truth」，同一代的「Beauty」，不過比較起來「Charm」似乎在語感上更勝一籌，所以在懂得粒子物理的人眼中，採用「Charm」的女主角跟採用同屬第二代的「Strange」夸克的第二男主角反而被「送作堆」了。

考慮我們的觀眾群中，粒子物理專家應該不多（吧？），所以還是以「語感」作為命名的優先考量。

包辦陸、海、空：男女主角命名由來

然後三個主要角色的名字，以海為家，因劇情需要經常得怒吼的男主角就叫「雷鳴海」。

身為偶像歌手，擁有天籟歌聲的女主角則是「苗天音」。

第二男主角是個「出生於英國的前美國空軍飛行員」，加上要向「蓋特機器人」的「陸、海、空」三機合體致敬，所以就把「全世界試飛過最多飛機、在航空母艦起降最多次的世界紀錄保持人，英國傳奇飛行員 Eric Brown」加上英國的名門飛機製造商「Westland Aircraft」合起來，叫做「Eric Westland」好了！

附帶一提，Westland 出品最有名的是活躍於 1950 年代的泛用艦載攻擊機「Wyvern」（飛龍），這個代號也使用於押井守導演的名作「機動警察」電影版第二集中，「疑似叛變」的日本空軍 F-16J 戰鬥機，所以本片出現的 F-35 戰機，自然就是叫做「Wyvern」囉！

不過雖然機器人以及主角的名字想了這麼多，可是很不幸的，「三機合體」這個設定被取消了，因為這會讓作畫複雜度與製作成本大幅增加，只好忍痛放棄！

不只如此，一開始「由各種物理研究儀器拼裝而成的機器人」也因為機械設定與作畫的難度太高而做罷，改成探勘海底資源的作業機器人「重甲機兵」以及對抗侵略者的戰鬥用超級機器人「重甲機神」，不管哪一個，都是「一開始就是個機器人的機器人」！

再會了！我們的「物理儀器拼裝機器人」！

還好至少「重甲機神 Baryon」這個名字就這樣定下來了，三個主角也沒有特別要改名的理由，維持「陸海空」三人組。

創造重甲機神的博士：命名「司空」、「弦」來自「物理語感」

接著是兩位物理系老師的代言人，製造出重甲機神的瘋狂博士，取名為「司空弦」！「司空」字面上可以引申解釋成「掌管宇宙的物理定律」之意，「弦」則是影射目前試圖統一解釋所有物理現象的「弦論」（string theory），當然，本片中並沒有碰觸到任何跟弦論有關的物理學，純粹只是「語感」很物理！

另一方面，阿宅們大概也猜得到，是在向「無敵鐵金剛」中的「光子力研究所」所長「弓弦之助」致敬。

最後是重甲機神的家，為人類開拓海洋新邊境的海底都市。決定這個海底基地的名字花的時間連一秒鐘都不到就達成共識，當然是叫「鸚鵡螺」啦！鸚鵡螺是存活在地球上已經數億年，有「活化石」之稱，是古生物學家與演化學家眼中的寶物。

因此，法國科幻小說先驅凡爾納，在他的經典名著「海底兩萬哩」中的超先進潛艇，就命名為「鸚鵡螺號」。之後美國海軍第一艘服役的核子潛艦，也以此命名。目前在太平洋巴布亞新幾內亞海域水面下 1600 公尺，執行人類第一個深海採礦計畫「Solwara 1」的公司，名字就叫做「鸚鵡螺礦業」……

嫌老氣又誇張？這種文字的魔力中二中年才懂得

在創作的過程中，「命名」其實是一個相當奇妙的作業。「名字」只是一個代號，不管名字怎麼取，故事都不會改變，但是「語感」還是有可能會微妙的影響閱聽者看這個故事時的感受，這就是文字的魔力吧！

此外，趁著為角色命名時，可以任意加入自己的各種惡趣味與執念，也算是創作者的特權。至於本片陸續公開情報之後，不時有聽到這樣的抱怨：「雷鳴海、司空弦什麼的，也太老氣又誇張了吧！」由於創作者是幾個中二中年，想出來的名字會有這種感覺也是剛好而已，還請各位多多包涵啊！