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獨樹一幟—遠征極頂探尋微中子

科學月刊_96
・2012/12/12 ・4406字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

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天壇陣列國際共同發言人陳丕燊專訪

文 / 李鍾旻(《科學月刊》編輯)

2011年,距人類首度征服南極極頂屆滿一百周年,對全世界而言意義非凡,而台灣的科研團隊也在此時登上南極大陸。這是台灣學者首度遠征南極,不僅意味國內科學水平受到國際所肯定,更象徵台灣天文研究邁向了新的里程碑。

台大物理系暨天文物理所講座教授陳丕燊(ㄕㄣ-)與他的研究團隊,於去年年底立足世界上最南端的冰原,在攝氏零下40 多度的嚴苛環境進行實驗。此行的任務,是為參與國際團隊安裝微中子天文台「天壇陣列」(Askaryan Radio Array, ARA)的第一座無線電天線探測站。建造中的ARA 將由37 座天線探測站所組成,面積涵蓋100 平方公里,深埋於海拔3000 公尺高的南極冰原中。這些探測站將用於偵測穿透南極冰層內的高能宇宙微中子,藉此探索無垠宇宙的邊際。

天壇陣列的緣起

談到此行由來,陳丕燊表示,自己曾於2006 年在史丹佛大學主導一項捕捉宇宙微中子的計畫,研發一座「南極脈衝瞬態陣列」(Antarctic Impulsive Transient Antenna, ANITA)探測器。目的為將之搭載於美國航太總署的氣球,從南極冰層表面偵測微中子所產生之訊號。台灣大學的團隊,亦在陳丕燊的帶領下參與。然而因ANITA 探測器在操作上有較多雜訊干擾,以及電力的限制,因此若能將探測儀器建構於冰的表層之下則更為理想。

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2007 年返國服務後,陳丕燊奉獻自身所學,在他領銜下於2009 年與國際上有共同理想的專家學者共同發表了一份白皮書,促成了ARA計畫。ARA團隊在美國方面由美國國家科學基金會審核,台灣團隊則有賴國科會卓越領航計畫資助,全權負責天線研發。台灣於2011 年通過計畫,並成為國際合作的推手。陳丕燊即親赴南極參與實驗,安置首座測試性天線站,並擔任ARA 國際共同發言人之重任。ARA的37座天線探測站,台灣團隊將負責提供10 座,並預計在2012 年冬天正式進行安裝。

然而進行這樣的研究,究竟所為何事?陳丕燊解釋,微中子是一種質量極輕、不帶電荷的基本粒子。由於作用力非常微弱,在宇宙中不受阻擋,也不易偏折。因此若能測得宇宙中任一個角落的微中子,便能藉此推估該未知地點的資訊;假使能捕捉到來自宇宙邊緣的微中子,便有機會追溯到宇宙的起源。ARA 計畫的目的,便是期望透過這項研究,幫助人類去了解宇宙的起源,進一步解答未知的事物。而除了為增進人類對宇宙的認知,在南極冰原觀測到的微中子,亦能提供高能粒子物理方面的重要資訊。

探尋微中子,前進南極

接著,陳丕燊分享了前往南極的經歷。由於地理位置以及天候等因素,往極頂的路途,須從距離南極大陸最近的紐西蘭南島,搭乘軍用飛機前往。研究人員先在紐西蘭搭乘美軍C-17 運輸機,飛行6~7 個小時後,才能到達位於南極邊緣的麥克默多站(McMurdo Station),然而此時並未到達終點。至隔夜,須再轉乘另一架軍機,乘坐約3~4個小時,方抵達目的地研究站——位於南極極頂的阿蒙森– 史考特南極站(Amundsen-Scott South Pole Station)。

為避免突發狀況,乘坐軍機途中需事先穿好厚重的防寒裝備。抵達研究站後,陳丕燊便在當地環境下工作,於極頂停留了約兩個星期的時間。如此一連串的交通行程,從台北離開時算起,至最終到達研究站,共歷經了5 天之久。而回程時則約花費3 天的時間回到台北(因去程時需依規定在紐西蘭多停留兩日)。

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儘管身為首位登上南極的台灣學者,陳丕燊也表示,這一切並非個人的能力,而是由政府、私人捐贈及大學院校通力合作所促成。此行有賴台大「梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心」作為平台、行政院國家科學委員會的資助,以及國立台灣大學所提供的研究空間,這是台灣整體社會實力的展現。當然也由於國際上的共同努力,特別是美國方面的資助,才能達成此一理想。

▲降落南極的美國軍用C-17 運輸機。由於環境的限制,研究站中所需物資和人員往來,一般仰賴飛機運輸補給。

在地球的最南端生活

放眼望去,研究站方圓幾千公里幾乎沒有任何生物,這樣的場景也令陳丕燊留下深刻的印象。整座研究站,總計約有230位左右的人員在此生活,其中1/10 為科學家,其餘包括管理、清潔員、工程人員等,目的皆為支援科學研究。除了科學的目的,沒有別的企圖。

研究站內,一切資源皆仰賴外界輸入,因此任何活動須以儉約為首要原則,能源與物資的管制尤其嚴格。使用能源和水,每天均有報表管控,檢查有無超量使用資源。例如站內規定一週僅能洗二次澡,每次洗澡更不得超過二分鐘,以避免石油的過度消耗。為了不對南極當地造成汙染,資源回收也很徹底,站內所有廢棄物皆需回收。除了注重環保、重視能源效益,為了避免流行病發生,衛生條件也是一大要務,因此進入南極前的體檢也十分嚴格。

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「由於在南極生活並沒有商業價值,因此當地網際網路的涵蓋也相當有限。」陳丕燊說明,在當地,每天只有當衛星經過地區上空的時段可使用網路對外連線。這樣的時段,每一天有兩次,然而可想而之,頻寬相當的窄,因此有流量的限制。雖然每天可上網的時段均會公布在站內,但是這樣的時段與作息時間並不同步。有時,網路開通時正好是睡眠時間。在這樣的情況下,為了使用網路,必須犧牲睡眠,以避免錯過每天僅有的通訊時段。話說回來,儘管站內依照紐西蘭時區,有正常的作息與睡眠與三餐時段,其實在當時,戶外為長達半年的白晝狀態。

陳丕燊平時研究工作相當忙碌,因此在出國期間,部份國內事務尚需仰賴網路來達成。不巧的是,這段時間也正逢學校推甄、申請海外研究所的密集時期,有幾位自己所指導的學生即將畢業,因此陳丕燊也一面做研究,一面藉著網路替學生寫推薦信,甚至在南極期間仍發表了兩篇論文,同時完成了許多任務。

在南極生活,非但極其孤寂,部份留守人員尚且需在站內渡過8~9 月終日黑暗的「永夜」期,不僅看不到太陽,也無法返家,僅有狹窄的生活範圍。因而,站內設有健身房、美術工作坊,以及溫室等環境,用作休閒用途。「到南極後,除了在溫室,一直到回到紐西蘭上空,才見到綠色。」陳丕燊憶及,溫室中栽種許多綠色植物;於極頂的環境下,維持溫室中的溼度與光源,是非常不容易的。

▲冰天雪地的南極。陳丕燊於南極從事研究時所攝,桿狀物為ARA 的風力發電設備。

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為何選擇在南極從事研究?

那麼,為什麼尋找微中子,必須前往南極,而不考慮別處?這是因為,南極的極頂擁有數千萬年所累積的冰層,極為純淨,也因為冰層下極少雜訊。在這樣的環境裡,當宇宙微中子打到冰層中,會受到冰層裡的原子、分子所阻擋,並產生億萬正負電子對(electron-positron pair)的簇射(shower),以接近光速前進。由於正子的自由路徑較短,當簇射繼續在冰層中穿行時,會導致電子數量遠大於正子。於是這個帶電的簇射就會放出一種叫做「切侖可夫輻射」的脈衝效應。藉由觀測這些效應的無線電波頻段(因為無線電波可以傳得很遠),便能推測出微中子的特性,以此得知來自宇宙的訊息。

此外,幅員遼闊的冰原,能夠阻斷各種外來電波干擾,且因南極當地並無居民,故也無電信訊號干擾的問題。相對的,與南極相較,北極不但無陸地,當地浮冰亦具有漂移的缺點;再加上冰層零碎,輔助設施不易建構架設,因此北極並非恰當的選擇。

由於天線須安裝在南極冰層中約200公尺處,因此須行「鑽井」的過程,這樣的重責大任,便仰賴專業的工人,於嚴寒的戶外施工完成。而為何需要鑽井至冰層中,而不將儀器單純的放置在冰上?這是因為表面的冰層,相對較疏鬆、不均勻,為避免訊號受折射的影響,需往下裝於較緊密、相對均勻的冰層。每一座天線探測站,須鑿五個孔洞,其中四個洞安置天線,另一個洞則作為校準用。儘管目前架設施工上相當困難,但一旦架設完成,日後便能以電腦操作,未必需要派駐人力在南極留守。

儘管陳丕燊此行的初衷純粹是科學上的目的,為進行實驗而前往當地,但也正好在當時碰上了人類踏上南極極頂1 0 0 週年,因而有機會參與挪威於當地舉辦的百年慶典,成為一段難得的經歷。

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百年慶典,適逢建國百年

12 月14 日,陳丕燊受邀參加阿蒙森征服南極百年的紀念活動,挪威總理史托騰柏格(Jens Stoltenberg)在紀念儀式上,為阿蒙森冰雕揭幕,並在地面插上挪威國旗。象徵紀念人類征服南極百年的阿蒙森冰雕將會留在當地。恰巧,去年也是中華民國的建國一百年。為了紀念台灣人首度登上極頂,並慶賀建國百年,陳丕燊並於此行中,將中華民國國旗立於南極,與各國國旗共同飄揚。

這當中其實有一小段插曲,陳丕燊解釋,這件正反兩面的國旗,其實是他臨時花費10 個小時在南極所繪製。由於陳丕燊出國前太過忙祿,忘了帶上原先準備好的國旗。但也就那麼剛好,他發現研究站內的美術工作坊,內有各式繪畫材料,坊內並有一大型桌面空間足以用來繪製國旗。更驚訝的是,稍後又在坊內找到了一些大小合適的布料,原先曾苦惱若將衣物當作材料,則大小不足(面積無法與現場各國國旗相比)的問題,也因此迎刃而解。

因為陳丕燊在白天需專心進行計畫的實驗,因此他便利用晚上的時間,於美術工作坊內的桌面上親自製作手繪國旗。而因為唯有簽訂南極條約的國家,國旗才能長期立於此(因此當地只有十二國的國旗),因此在回國後,他也一併將國旗帶回台灣。這面曾在南極極頂飄揚的國旗,日後將由台大校史館收藏,成為台大校史的一部份。

由美國國家科學基金會所負責管理的阿蒙森–史考特南極站,每週日晚上慣例會有一場科學講座。研究站負責人非常重視陳丕燊的來訪,在他住在研究站的週日,特地安排了一場講座,請他介紹台灣在高能微中子方面的研究。當然陳丕燊也藉這個機會,將同樣於當年慶祝百年之喜的中華民國歷史介紹給來賓。

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▲陳丕燊與自繪的中華民國國旗,於地理南極點留下合影。地理南極點係地球自轉的南軸心,即南緯90 度之點,位於阿蒙森–史考特南極站附近。

天壇陣列的未來遠景

目前,首座ARA天線探測站已於2012年初完工,並計劃在未來四年內,安裝全數37 座探測站,完成面積達100 平方公里範圍之無線電天線陣列,屆時將成為全世界最大的微中子天文台。

陳丕燊說明,當前技術上最困難的部份,即為鑽井的工程。在鑽井工程上,曾於2011 年冬天,遭遇一些瓶頸。雖然,天線的安置,僅需約200公尺深的孔洞,但在冰天雪地中,須使用蒸汽的方式發熱,其實施工並不容易。此為當下團隊所面臨的一大挑戰,尤其是面對下個冬天,尚須安裝新的天線探測站,因而,所屬國際團隊目前正緊鑼密鼓的改善當前鑽井工藝。而台灣所承諾的10 座天線探測站,也將會持續進行研發。

另一方面,在建設完成後,將會是另一個實際觀測的階段。未來在結束所有安裝步驟後,預計將持續對宇宙微中子進行5~10年的觀測,持續收集所需數據。而此項中華民國百年以來的首次南極科學研究,亦將會持續扎根。陳丕燊表示,假若未來幾年真能如願以償,藉由天壇陣列對宇宙的面貌有了重大發現,他期望這項工作能進一步由100平方公里擴展至1000 平方公里,持續進行下去,更大量的蒐集資訊。如此,包括宇宙是否有額外維度空間的問題,以及基本粒子在最高能前沿的資訊,也許終能獲得解答。這樣一來,不僅能帶來歷史性的貢獻,更能使人類對宇宙的全貌有更透徹的了解。

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科學月刊 第四十三卷第五期

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上網也要有「技術」!從言論、隱私到國安,你我都該懂的界線
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/18 ・2366字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

以為鍵盤俠天下無敵?小心一個不留神就觸法!人們常忽略「網路並非法外之地」這個重要事實。不只現實生活中的法律同樣適用於網路空間,隨著科技發展,更多應網路特性而生的法律規範也相繼出現。從基本的言論自由到隱私權保護,從智慧財產權到國家安全,法律體系正全面性地回應數位時代的種種挑戰。

在臺灣,網路上的言論自由權利源自《憲法》第 11 條的明確規定:「人民有言論、講學、著作及出版之自由。」釋字第 509 號則指出,「國家應給予最大限度之維護,俾其實現自我、溝通意見、追求真理及監督各種政治或社會活動之功能得以發揮。」網路快速傳播的特性放大了言論的影響力,而大法官的解釋將言論自由的邊際刻畫得更明確,這在數位時代裡顯得格外重要。

網路與社群媒體的快速傳播,放大了言論的影響力。圖/unsplash

網路上的性、暴力與未成年保護

顯然言論自由並非是毫無限制,2023 年 11 月的一起案件就展現其中一種界線的樣貌。當時,一名 36 歲男子將他和網友在網咖的性愛影片上傳至推特,還寫下「《網咖包廂實戰計 1》我跟某公司 OL 戰鬥」等文字。這段影片一經發布,當事女子立即採取法律行動。最終,法院依其以網際網路「供人觀覽猥褻影像」的罪名,判處該名男子拘役 30 日,得易科罰金。這個判決清楚說明了,即便在虛擬空間,散布猥褻影像仍須承擔實質的法律責任。

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特別是在保護未成年人方面,法律的規範更加嚴格。《刑法》第 235 條明文禁止散布、播送或販賣猥褻物品,無論形式是圖文、聲音還是影像。而《兒童及少年性剝削防制條例》第 36 條更進一步禁止任何形式的兒童色情製品被製造、散布和持有。2019年彰化縣曾層發生過這樣一起案件:一名陳姓中年男子將9歲女童帶往居所,不僅強迫她觀看色情影片,還對她進行猥褻行為,甚至將過程上傳至 Google 雲端。儘管他後來試圖以資助女童就學表達悔意,法院仍以加重強制猥褻等罪,判處他 4 年 4 個月有期徒刑。

不實言論的散布同樣可能觸犯法律。2021 年 9 月爆發的「台大狼師案」就是一個警示。一名女大生在網路上指控教師誘騙她發生關係並傳染性病,幾個月後又指控對方對她進行強制性行為。當她提出告訴時,檢方卻查無性侵事實,加上她反覆的說詞,不僅性侵告訴失敗,還因誹謗罪反被加重判刑。

當駭客、間諜都轉戰網路戰場

2013 年,一名退役空軍上校赴陸經商時被情治單位吸收,返台後透過人脈網絡發展組織、刺探軍事機密,並以空殼公司掩護非法報酬,這個情報網持續運作了 8 年之久。

在涉及國家安全的議題上,法律的態度更是嚴厲。根據《國家安全法》第 2 條的規定,任何人都不得為境外敵對勢力及其控制的組織、機構進行資助、主持、操縱、指揮或發展組織,更不能洩漏、交付或傳遞公務機密,違反者將面臨嚴厲的刑事處罰。《刑法》規定,意圖破壞國體、竊據國土,或以非法方法變更國憲、顛覆政府者,處7年以上有期徒刑,首謀更要判處無期徒刑。

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抄襲與轉貼的邊界在哪裡?

在智慧財產權的保護上,臺灣也經歷了數位時代的轉變。台灣第一個網路著作權相關判決,就發生在傳統出版與數位平台的碰撞之中。南方社區文化網路負責人陳豐偉等三人在中山大學 BBS 上發表的文章,未經同意就被《光碟月刊》收錄在隨刊光碟中發行。三人向台北地檢署提告後,《光碟月刊》發行人兼總經理黃俊義被判處七個月有期徒刑,緩刑三年。這個判決為數位時代的著作權保護樹立了重要典範。

臺灣首例網路著作權案判決,為數位時代智慧財產權保護樹立典範。圖/envato

近年來,影音平台的著作權爭議更趨複雜。2022 年,知名 YouTube 頻道「觸電網」就因為片商車庫娛樂檢舉七十多支未經授權的影片,導致經營 12 年的頻道被迫下架。車庫娛樂透過律師聲明,這是針對「未經合法授權影音內容」的標準處理,並表明將追究民事與刑事責任。

受害了怎麼辦?申訴管道報你知

當我們在網路上的權利受到侵害時,可以根據侵害類型尋求不同的救濟管道。最基本的言論自由權利受到侵犯時,可以先向社群平台提出檢舉。若遇到更嚴重的情況,如散布猥褻影像、非法性私密影片等,除了平台檢舉外,還可以向警方提告,或是尋求衛福部「性影像處理中心」的協助。

在面對網路霸凌、不實言論時,可以向台灣事實查核中心、MyGoPen 等組織求助,協助澄清真相。若發現有害兒少身心健康的不當內容,則可以向 iWIN 網路內容防護機構提出申訴。這個由國家通訊傳播委員會支持的組織,會在受理後進行查核、轉介業者改善或依法處理。

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智慧財產權的侵害在網路時代極為常見,就像「觸電網」遭片商檢舉下架的案例。這類情況可以透過平台既有的著作權保護機制處理,情節嚴重者也可以提起民事訴訟要求賠償。若發現可疑的廣告或不公平交易行為,則可以向公平交易委員會檢舉;若是特定領域的違規內容,則應該向各該主管機關反映,例如藥品廣告歸衛福部管轄、證券期貨廣告則由金管會負責。

網路時代的法律規範正不斷演進,從個人隱私到國家安全,從言論自由到智慧財產權,每個面向都在尋求數位環境下的最佳平衡點。作為網路使用者,我們必須理解並遵守這些法律界線,同時也要懂得運用各種救濟管道保護自身權益。唯有每個人都清楚了解並遵守這些規範,才能共同營造一個更安全、更有序的網路環境。

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當心網路陷阱!從媒體識讀、防詐騙到個資保護的安全守則
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3006字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

網路已成為現代人生活中不可或缺的一部分,可伴隨著便利而來的,還有層出不窮的風險與威脅。從充斥網路的惡假害訊息,到日益精進的詐騙手法,再到個人隱私的安全隱憂,這些都是我們每天必須面對的潛在危機。2023 年網路購物詐欺案件達 4,600 起,較前一年多出 41%。這樣的數據背後,正反映出我們對網路安全意識的迫切需求⋯⋯

「第一手快訊」背後的騙局真相

在深入探討網路世界的風險之前,我們必須先理解「錯誤訊息」和「假訊息」的本質差異。錯誤訊息通常源於時效性考量下的查證不足或作業疏漏,屬於非刻意造假的不實資訊。相較之下,假訊息則帶有「惡、假、害」的特性,是出於惡意、虛偽假造且意圖造成危害的資訊。

2018 年的關西機場事件就是一個鮮明的例子。當時,燕子颱風重創日本關西機場,數千旅客受困其中。中國媒體隨即大肆宣傳他們的大使館如何派車前往營救中國旅客,這則未經證實的消息從微博開始蔓延,很快就擴散到各個內容農場。更令人遺憾的是,這則假訊息最終導致當時的外交部駐大阪辦事處處長蘇啟誠,因不堪輿論壓力而選擇結束生命。

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同年,另一則「5G 會抑制人體免疫系統」的不實訊息在網路上廣為流傳。這則訊息聲稱 5G 技術會影響人體免疫力、導致更容易感染疾病。儘管科學家多次出面澄清這完全是毫無根據的說法,但仍有許多人選擇相信並持續轉發。類似的例子還有 2018 年 2 月底 3 月初,因量販業者不當行銷與造謠漲價,加上媒體跟進報導,而導致民眾瘋狂搶購衛生紙的「安屎之亂」。這些案例都說明了假訊息對社會秩序的巨大衝擊。

提升媒體識讀能力,對抗錯假訊息

面對如此猖獗的假訊息,我們首要之務就是提升媒體識讀能力。每當接觸到訊息時,都應先評估發布該消息的媒體背景,包括其成立時間、背後所有者以及過往的報導記錄。知名度高、歷史悠久的主流媒體通常較為可靠,但仍然不能完全放下戒心。如果某則消息只出現在不知名的網站或社群媒體帳號上,而主流媒體卻未有相關報導,就更要多加留意了。

提升媒體識讀能力,檢視媒體背景,警惕來源不明的訊息。圖/envato

在實際的資訊查證過程中,我們還需要特別關注作者的身分背景。一篇可信的報導通常會具名,而且作者往往是該領域的資深記者或專家。我們可以搜索作者的其他作品,了解他們的專業背景和過往信譽。相對地,匿名或難以查證作者背景的文章,就需要更謹慎對待。同時,也要追溯消息的原始來源,確認報導是否明確指出消息從何而來,是一手資料還是二手轉述。留意發布日期也很重要,以免落入被重新包裝的舊聞陷阱。

這優惠好得太誇張?談網路詐騙與個資安全

除了假訊息的威脅,網路詐騙同樣令人憂心。從最基本的網路釣魚到複雜的身分盜用,詐騙手法不斷推陳出新。就拿網路釣魚來說,犯罪者通常會偽裝成合法機構的人員,透過電子郵件、電話或簡訊聯繫目標,企圖誘使當事人提供個人身分、銀行和信用卡詳細資料以及密碼等敏感資訊。這些資訊一旦落入歹徒手中,很可能被用來進行身分盜用和造成經濟損失。

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網路詐騙手法不斷進化,釣魚詐騙便常以偽裝合法機構誘取敏感資訊。圖/envato

資安業者趨勢科技的調查就發現,中國駭客組織「Earth Lusca」在 2023 年 12 月至隔年 1 月期間,利用談論兩岸地緣政治議題的文件,發起了一連串的網路釣魚攻擊。這些看似專業的政治分析文件,實際上是在臺灣總統大選投票日的兩天前才建立的誘餌,目的就是為了竊取資訊,企圖影響國家的政治情勢。

網路詐騙還有一些更常見的特徵。首先是那些好到令人難以置信的優惠,像是「中獎得到 iPhone 或其他奢侈品」的訊息。其次是製造緊迫感,這是詐騙集團最常用的策略之一,他們會要求受害者必須在極短時間內作出回應。此外,不尋常的寄件者與可疑的附件也都是警訊,一不小心可能就會點到含有勒索軟體或其他惡意程式的連結。

在個人隱私保護方面,社群媒體的普及更是帶來了新的挑戰。2020 年,一個發生在澳洲的案例就很具有警示意義。當時的澳洲前總理艾伯特在 Instagram 上分享了自己的登機證照片,結果一位網路安全服務公司主管僅憑這張圖片,就成功取得了艾伯特的電話與護照號碼等個人資料。雖然這位駭客最終選擇善意提醒而非惡意使用這些資訊,但這個事件仍然引發了對於在社群媒體上分享個人資訊安全性的廣泛討論。

安全防護一把罩!更新裝置、慎用 Wi-Fi、強化密碼管理

為了確保網路使用的安全,我們必須建立完整的防護網。首先是確保裝置和軟體都及時更新到最新版本,包括作業系統、瀏覽器、外掛程式和各類應用程式等。許多網路攻擊都是利用系統或軟體的既有弱點入侵,而這些更新往往包含了對已知安全漏洞的修補。

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在使用公共 Wi-Fi 時也要特別當心。許多公共 Wi-Fi 缺乏適當的加密和身分驗證機制,讓不法分子有機可乘,能夠輕易地攔截使用者的網路流量,竊取帳號密碼、信用卡資訊等敏感數據。因此,在咖啡廳、機場、車站等公共場所,都應該避免使用不明的免費 Wi-Fi 處理重要事務或進行線上購物。如果必須連上公用 Wi-Fi,也要記得停用裝置的檔案共享功能。

使用公共 Wi-Fi 時,避免處理敏感事務,因可能存在數據被攔截與盜取的風險。圖/envato

密碼管理同樣至關重要。我們應該為不同的帳戶設置獨特且具有高強度的密碼,結合大小寫字母、數字和符號,創造出難以被猜測的組合。密碼長度通常建議在 8~12 個字元之間,且要避免使用個人資訊相關的詞彙,如姓名、生日或電話號碼。定期更換密碼也是必要的,建議每 3~6 個月更換一次。研究顯示,在網路犯罪的受害者中,高達八成的案例都與密碼強度不足有關。

最後,我們還要特別注意社群媒體上的隱私設定。許多人在初次設定後就不再關心,但實際上我們都必須定期檢查並調整這些設定,確保自己清楚瞭解「誰可以查看你的貼文」。同時,也要謹慎管理好友名單,適時移除一些不再聯繫或根本不認識的人。在安裝新的應用程式時,也要仔細審視其要求的權限,只給予必要的存取權限。

提升網路安全基於習慣培養。辨識假訊息的特徵、防範詐騙的警覺心、保護個人隱私的方法⋯⋯每一個環節都不容忽視。唯有這樣,我們才能在享受網路帶來便利的同時,也確保自身的安全!

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和外星人的第五類接觸!《三體》中的微中子通訊是真的?
PanSci_96
・2024/04/08 ・6799字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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不要回答!不要回答!不要回答!

Netflix 版「三體」終於上線了,你覺得與外星人接觸是安全的,還是冒險的?

其實啊,人類早就多次嘗試與外星文明接觸,三體中的「那個」技術,甚至也已經驗證成功了?到底誰能先與外星人取得聯繫?是中國還是美國?

接下來的討論可能會暴雷原版小說的設定,但應該不會暴雷 Netflix 版的劇情。

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如果你也有一點想跟外星人接觸,那就來看看人類到底已經跟外星人搭訕到什麼程度了吧!

我們與外星文明接觸過了嗎?

對於是否要與外星文明接觸,每個人都有不同想法。三體小說作者劉慈欣在小說中提出一種觀點,那就是人類太弱小,最好避免與外星文明接觸,以免招致不必要的風險。

但是回到現實世界,如果我們真的身處在三體的世界的話,那人類可真的是不停作死啊。早在 1974 年,科學家就利用阿雷西博天文台,向武仙座的 M13 球狀星團發射了一條著名的訊息,也就是「阿雷西博訊息」。這個目標距離地球不算遠,星星又多,被認為是潛在的外星文明所在。阿雷西博訊息中,則包含人類的 DNA 結構、太陽與九大行星、人類的姿態等資訊。每次想到總覺得是新開的炸雞排在發傳單攬客。

航海家金唱片。圖/wikimedia

除了無實體的電波訊息,人類還向太空中發送了實體的「信件」。1977 年,航海家探測器載著「航海家金唱片」進入太空。唱片中收錄了包含台語在內,55 種語言的問候語、大自然與鳥獸的聲音、115 張圖像、還用 14 顆銀河系內已知的脈衝星來標示出太陽系的位置。是一封向宇宙表達人類文明與友好意圖的信件。恩,如果接收到這個訊息的外星人不是很友善的話,那麼……。

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好吧,就算現在說應該要謹慎考慮接觸外星文明的風險,或許已經來不及了。對方是善還是惡,怎麼定義善或惡,會不會突然對我們發動攻擊,我們也只能聽天由命了。

反過來說,過了這麼久,我們收到外星文明的來信了嗎?

要確定有沒有外星文明,接收訊號當然跟發送訊號同等重要甚至更重要。1960 年,天文學家法蘭克.德雷克,就曾通過奧茲瑪計畫,使用直徑 26 公尺的電波望遠鏡,觀察可能有外星文明的天苑四和天倉五兩個恆星系統,標誌著「尋找外星智慧計畫」(the Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI)的誕生。可惜,累積了超過 150 小時的訊息,都沒有搜尋到可辨識的訊號。

比較近的則是 1995 年的鳳凰計畫,要研究來自太陽附近一千個恆星所發出的一千兩百到三千百萬赫的無線電波。由於有經費支持,SETI 每年可以花五百萬美元,掃描一千多個恆星,但是目前還沒有任何發現。

中間有一個小插曲是,1967 年 10 月,英國劍橋大學的研究生喬絲琳.貝爾發現無線電望遠鏡收到了一個非常規律的脈衝訊號,訊號周期約為 1.34 秒,每次脈衝持續時間 0.04 秒。因為有可能是來自外星文明的訊號,因此訊號被開玩笑地取為 Little Green Man 1(LGM-1 號)。但後來他們又發現了多個類似的脈衝信號,最後證實這些脈衝是來自高速自轉的中子星,而非某個文明正在傳遞訊息。

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貴州天眼望遠鏡。圖/FAST

在中國也有探索外星生命的計畫,大家最關注的貴州天眼望遠鏡,直徑達五百公尺,是地球上最大的單一口徑電波望遠鏡。天眼望遠鏡在探索外星生命這件事,並不只是傳聞而已。2016 年 9 月天眼正式啟用後,也宣布加入 SETI 計畫。現在貴州天眼的六大任務之一,就包含探測星際通訊,希望能捕捉到來自其他星際文明的訊號。

而背負著地球最大單一口徑望遠鏡的名號,自然也引起不少關注。從 2016 年啟用到現在,就陸續出現不少檢測到可疑訊號的新聞。然而,這些訊號還需要經過檢驗,確定不是其他來自地面或地球附近的干擾源,或是我們過去難以發現的輻射源。可以確定的是,目前官方還未正式聲明找到外星文明訊號。

會不會是我們的通訊方法都選擇錯誤了?

即使電磁波用光速傳遞訊息,太陽系的直徑約 2 光年、銀河系直徑約 10 萬光年。或許我們的訊息還需要花很多時間才回得來,更別提那些被拋入太空的實體信件。航海家 1 號曾是世界上移動速度最快的人造物,現在仍以大約時速 6 萬公里的速度遠離地球,大約只有光速的一萬八千分之一倍。就算朝著最近的恆星——比鄰星飛去,最少也需要大約 7 萬 6 千年的時間才會到。

如果用電磁波傳遞訊息,又容易因為穿越星塵、行星、恆星等天體而被阻擋或吸收。不論是人類還是外星文明,都必須找到一個既快速,又不容易衰退的訊號,最好就是能以光速穿越任何障礙物的方式。

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在三體小說中,就給出了一個關鍵方法:微中子通訊。

微中子通訊是什麼?

微中子(Neutrino),中國通常翻譯為中微子,是一種基本粒子。也就是說它是物質的最基本組成單位,無法被進一步分割。這種粒子引起了廣泛關注,因為它與其他物質的交互作用極弱,並且以極高的速度運動。微中子能夠輕易穿過大部分物質,通過時幾乎不受阻礙,因此難以檢測。

在宇宙中,微中子的數量僅次於光子,是宇宙中第二多的粒子。有多多呢?地球上面向太陽的方向,每平方公分的面積,大約是你的手指指尖,每秒鐘都會被大約 650 億個來自太陽的微中子穿過,就是這麼多。但是因為微中子與物質的反應真的是太弱了,例如在純水中,它們平均需要向前走 250 光年,才會與水產生一次交互作用,以至於我們幾乎不會發現它們的存在。

藉由微中子撞擊氣泡室中氫原子裡的質子,進行微中子觀測,照片右方三條軌跡的匯集之處便是帶電粒子撞擊發生處。圖/wikimedia

但是對物理學家來說,更特別的是微中子展示出三種不同的「味」(flavor),也就是三種樣貌,電子微中子,渺子微中子和濤微中子,分別對應到不同的物理特性。 在粒子物理學裏,有個「標準模型」來描述強力、弱力及電磁力這三種基本力,以及所有基本粒子。在這個標準模型中,微中子是不具備質量的。 然而,當科學家發現微中子竟然有三種味,而且能透過微中子振盪,在三種「味」之間相互轉換,證明了微中子必須具有質量,推翻了標準模型中預測微中子是無質量的假設,表示標準模型還不完備。

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微中子在物理界是個非常有研究價值的對象,值得我們花上一整集來好好介紹,這邊就先點到為止。如果你對微中子或其他基本粒子很感興趣,歡迎在留言催促我們。

我們現在只要知道,微中子不僅推翻了標準模型。宇宙中含量第二多的粒子竟然有質量這件事情,更可能更新我們對宇宙的理解,以及增加對暗物質的了解。

但回到我們的問題,如果微中子幾乎不與其他粒子交互作用,我們要怎麼接收來自外星文明的微中子通訊呢?

要如何接收微中子?

Netflix 版《三體》預告片中,這個一閃而過,充滿金色圓球,帶有點宗教與科幻風格的大水缸,就是其中的關鍵。

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這個小說中沒有特別提到,但相信觀眾中也有人一眼就看出來。這就是位在日本岐阜縣飛驒市,地表 1,000 公尺之下,由廢棄礦坑改建而成的大型微中子探測器「神岡探測器」。

由廢棄砷礦坑改建而成,深達千米的神岡探測器。圖/Super-Kamiokande Construction

探測器的主要結構是一個高 41.4 米、直徑 39.3 米的巨大圓柱形的容器。容器的內壁上安裝有 11200 個光電倍增管,用於捕捉微小的訊號。水缸中則需灌滿 5 萬噸的超純水。捕捉微中子的方式是等待微中子穿過整座探測器時,微中子和水中的氫原子和氧原子發生交互作用,產生淡藍色的光芒。這與我們在核電系列中提到,核燃料池中會發出淡藍色光芒的原理一樣,是當粒子在水中超越介質光速時,產生類似音爆的「契忍可夫輻射」。

填水的神岡探測器。圖/Super-Kamiokande

也就是說,科學家準備一個超大的水缸來與微中子產生反應,並且用超過一萬個光電倍增管,來捕捉微小的契忍可夫輻射訊號。

但這樣的設計十分值得,前面提到的微中子可以在三種「味」中互相轉換,就是在這個水槽中被證實的。

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這座「神岡探測器」在建成後 40 幾年來,讓日本孕育出了 5 位的諾貝爾物理獎得主。

三體影集選在這邊拍攝,真的要說,選得好啊。

話說回來,有了微中子的捕捉方法之後,現實中還真的有人研究起了微中子通訊!

微中子通訊是怎麼做到的?

來自羅徹斯特大學與北卡羅來納州立大學的團隊,在 2012 年發表了一篇文章,說明它們已成功使用微中子,以接近光速的速度將訊息穿過 1 公里的距離,其中有 240 公尺是堅硬的岩石。訊息的內容是「Neutrino」,也就是微中子。

這套設備準備起來也不簡單,用來發射微中子的,是一部強大的粒子加速器 NuMI。質子在加速繞行一個周長 3.3 公里的軌道之後,與一個碳標靶相撞,發出高強度的微中子射束。

用磁場將微中子聚集成束的 NuMI。圖/Fermilab

用來接收微中子的則是邊長約 1.7 公尺,長 5 公尺的六角柱探測器 MINERvA,一樣身處於地底 100 公尺的洞穴中。

當然,這兩套設備的重點都是拿來研究微中子特性,而不是為了通訊設計的。團隊只是趁著主要任務之間的空檔,花了兩小時驗證通訊的可能性。

但微中子那麼難測量,要怎麼拿來通訊呢?團隊換了一個思維,目標只要能傳出0跟1就好,而這裡的0就是沒有發射微中子,而1則是發出微中子,而且是一大堆微中子。多到即使每百億個微中子只有一個會被 MINERvA 偵測到,只要靠著數量暴力,探測器就一定能接收到微中子。最後的實驗結果,平均一秒可以傳 0.1 個位元的訊息,錯誤率 1%。

MINERvA 實驗中的中微子偵測器示意圖。圖/wikimedia

看起來效率並不實用,卻是一個好的開始。

因為微中子「幾乎能穿透所有物體」的特性,即便我們還沒有其他外星文明可以通訊,或許還是有其他作用。例如潛水艇的通訊、或是與礦坑深處的通訊。進一步說,他幾乎可以在地球上的任一兩點建立點對點的直線通訊,完全不用擔心中間的阻礙。而對於現在最夯的太空競賽來說,月球背面的通訊問題,微中子也可以完美解決。

那麼,在微中子的研究上,各國的進度如何了呢?

除了前面提到的超級神岡,世界上還有幾個有趣的微中子探測器,例如位於加拿大的薩德伯里微中子觀測站(SNO),它有特殊的球體設計並且改為填充重水,專門用來觀測來自太陽的微中子。

薩德伯里中微子探測器。圖/wikimedia

而位於南極的冰立方微中子觀測站,則是將探測器直接埋在南極 1450 到 2450 公尺的冰層底下,將上方的冰層直接作為捕捉微中子的水。非常聰明的設計,這也讓冰立方成為地球上最大的微中子探測器。

除了已經在使用的這幾個探測器之外,美、中、日也即將打造更先進、更強大的探測器。

預計在美國打造的國際計畫——地下深處微中子實驗(Deep Underground Neutrino Experiment),預計成為世界上最大的低溫粒子偵測器。接收器位於南達科他州的地底一公里深處,用作研究的微中子訊號源則來自 1300 公里外的費米實驗室,百萬瓦等級的質子加速器,將產生有史以來最強的微中子束。這台地下深處微中子實驗(Deep Underground Neutrino Experiment)的縮寫非常有趣,就是 DUNE,沙丘。

中國呢,則預計在廣東的江門市,用 2 萬支 51 公分光電倍增管和 2 萬 5000 支 7.6 公分光電倍增管,在地底 700 公尺深處,打造巨大球形的微中子探測器-江門中微子實驗室,內部可以填充兩萬噸的純水。最新的消息是預計 2024 年就能啟用。

最後,經典的超級神岡探測器也不會就此原地踏步,日本預計打造更大的超巨型神岡探測器。容積將提升 5.2 倍、光電管從 11200 個變成 4 萬個,進一步研究微中子與反微中子之間的震盪。

超巨型神岡探測器設計圖。圖/Hyper-Kamiokande

結論

這些微中子探測器的研究目標必然是微中子本身的特性。但既然微中子通訊是有可能的,在任務之餘研究一下這個可能性,也不是說不行吧。

雖然我們現在還沒連繫上我們的好鄰居,但很難說明天就有哪個外星文明終於接收到我們對外宣傳的訊息,發出微中子通訊問候,甚至按圖索驥跑來地球。

至於那時我們應該怎麼辦呢?我們的網站上有幾篇文章,包括介紹黑暗森林法則,以及從《異星入境》看我們要如何與語言不通的外星文明溝通。有興趣的朋友,可以點擊資訊欄的連結觀看。在外星人降臨之前,也不妨參考我們的科學小物哦。

最後問問大家,你覺得我們應該主動聯繫外星文明嗎?

  1. 當然要,我相信探索一定是好的,我覺得引力波通訊更有機會!
  2. 先不要,我已經可以想像被外星文明奴役的未來了!
  3. 為了維繫美中之間的平衡,由台灣來率先接觸外星人,當仁不讓啊!

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參考資料

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獨樹一幟—遠征極頂探尋微中子
科學月刊_96
・2012/12/12 ・4406字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

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天壇陣列國際共同發言人陳丕燊專訪

文 / 李鍾旻(《科學月刊》編輯)

2011年,距人類首度征服南極極頂屆滿一百周年,對全世界而言意義非凡,而台灣的科研團隊也在此時登上南極大陸。這是台灣學者首度遠征南極,不僅意味國內科學水平受到國際所肯定,更象徵台灣天文研究邁向了新的里程碑。

台大物理系暨天文物理所講座教授陳丕燊(ㄕㄣ-)與他的研究團隊,於去年年底立足世界上最南端的冰原,在攝氏零下40 多度的嚴苛環境進行實驗。此行的任務,是為參與國際團隊安裝微中子天文台「天壇陣列」(Askaryan Radio Array, ARA)的第一座無線電天線探測站。建造中的ARA 將由37 座天線探測站所組成,面積涵蓋100 平方公里,深埋於海拔3000 公尺高的南極冰原中。這些探測站將用於偵測穿透南極冰層內的高能宇宙微中子,藉此探索無垠宇宙的邊際。

天壇陣列的緣起

談到此行由來,陳丕燊表示,自己曾於2006 年在史丹佛大學主導一項捕捉宇宙微中子的計畫,研發一座「南極脈衝瞬態陣列」(Antarctic Impulsive Transient Antenna, ANITA)探測器。目的為將之搭載於美國航太總署的氣球,從南極冰層表面偵測微中子所產生之訊號。台灣大學的團隊,亦在陳丕燊的帶領下參與。然而因ANITA 探測器在操作上有較多雜訊干擾,以及電力的限制,因此若能將探測儀器建構於冰的表層之下則更為理想。

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2007 年返國服務後,陳丕燊奉獻自身所學,在他領銜下於2009 年與國際上有共同理想的專家學者共同發表了一份白皮書,促成了ARA計畫。ARA團隊在美國方面由美國國家科學基金會審核,台灣團隊則有賴國科會卓越領航計畫資助,全權負責天線研發。台灣於2011 年通過計畫,並成為國際合作的推手。陳丕燊即親赴南極參與實驗,安置首座測試性天線站,並擔任ARA 國際共同發言人之重任。ARA的37座天線探測站,台灣團隊將負責提供10 座,並預計在2012 年冬天正式進行安裝。

然而進行這樣的研究,究竟所為何事?陳丕燊解釋,微中子是一種質量極輕、不帶電荷的基本粒子。由於作用力非常微弱,在宇宙中不受阻擋,也不易偏折。因此若能測得宇宙中任一個角落的微中子,便能藉此推估該未知地點的資訊;假使能捕捉到來自宇宙邊緣的微中子,便有機會追溯到宇宙的起源。ARA 計畫的目的,便是期望透過這項研究,幫助人類去了解宇宙的起源,進一步解答未知的事物。而除了為增進人類對宇宙的認知,在南極冰原觀測到的微中子,亦能提供高能粒子物理方面的重要資訊。

探尋微中子,前進南極

接著,陳丕燊分享了前往南極的經歷。由於地理位置以及天候等因素,往極頂的路途,須從距離南極大陸最近的紐西蘭南島,搭乘軍用飛機前往。研究人員先在紐西蘭搭乘美軍C-17 運輸機,飛行6~7 個小時後,才能到達位於南極邊緣的麥克默多站(McMurdo Station),然而此時並未到達終點。至隔夜,須再轉乘另一架軍機,乘坐約3~4個小時,方抵達目的地研究站——位於南極極頂的阿蒙森– 史考特南極站(Amundsen-Scott South Pole Station)。

為避免突發狀況,乘坐軍機途中需事先穿好厚重的防寒裝備。抵達研究站後,陳丕燊便在當地環境下工作,於極頂停留了約兩個星期的時間。如此一連串的交通行程,從台北離開時算起,至最終到達研究站,共歷經了5 天之久。而回程時則約花費3 天的時間回到台北(因去程時需依規定在紐西蘭多停留兩日)。

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儘管身為首位登上南極的台灣學者,陳丕燊也表示,這一切並非個人的能力,而是由政府、私人捐贈及大學院校通力合作所促成。此行有賴台大「梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心」作為平台、行政院國家科學委員會的資助,以及國立台灣大學所提供的研究空間,這是台灣整體社會實力的展現。當然也由於國際上的共同努力,特別是美國方面的資助,才能達成此一理想。

▲降落南極的美國軍用C-17 運輸機。由於環境的限制,研究站中所需物資和人員往來,一般仰賴飛機運輸補給。

在地球的最南端生活

放眼望去,研究站方圓幾千公里幾乎沒有任何生物,這樣的場景也令陳丕燊留下深刻的印象。整座研究站,總計約有230位左右的人員在此生活,其中1/10 為科學家,其餘包括管理、清潔員、工程人員等,目的皆為支援科學研究。除了科學的目的,沒有別的企圖。

研究站內,一切資源皆仰賴外界輸入,因此任何活動須以儉約為首要原則,能源與物資的管制尤其嚴格。使用能源和水,每天均有報表管控,檢查有無超量使用資源。例如站內規定一週僅能洗二次澡,每次洗澡更不得超過二分鐘,以避免石油的過度消耗。為了不對南極當地造成汙染,資源回收也很徹底,站內所有廢棄物皆需回收。除了注重環保、重視能源效益,為了避免流行病發生,衛生條件也是一大要務,因此進入南極前的體檢也十分嚴格。

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「由於在南極生活並沒有商業價值,因此當地網際網路的涵蓋也相當有限。」陳丕燊說明,在當地,每天只有當衛星經過地區上空的時段可使用網路對外連線。這樣的時段,每一天有兩次,然而可想而之,頻寬相當的窄,因此有流量的限制。雖然每天可上網的時段均會公布在站內,但是這樣的時段與作息時間並不同步。有時,網路開通時正好是睡眠時間。在這樣的情況下,為了使用網路,必須犧牲睡眠,以避免錯過每天僅有的通訊時段。話說回來,儘管站內依照紐西蘭時區,有正常的作息與睡眠與三餐時段,其實在當時,戶外為長達半年的白晝狀態。

陳丕燊平時研究工作相當忙碌,因此在出國期間,部份國內事務尚需仰賴網路來達成。不巧的是,這段時間也正逢學校推甄、申請海外研究所的密集時期,有幾位自己所指導的學生即將畢業,因此陳丕燊也一面做研究,一面藉著網路替學生寫推薦信,甚至在南極期間仍發表了兩篇論文,同時完成了許多任務。

在南極生活,非但極其孤寂,部份留守人員尚且需在站內渡過8~9 月終日黑暗的「永夜」期,不僅看不到太陽,也無法返家,僅有狹窄的生活範圍。因而,站內設有健身房、美術工作坊,以及溫室等環境,用作休閒用途。「到南極後,除了在溫室,一直到回到紐西蘭上空,才見到綠色。」陳丕燊憶及,溫室中栽種許多綠色植物;於極頂的環境下,維持溫室中的溼度與光源,是非常不容易的。

▲冰天雪地的南極。陳丕燊於南極從事研究時所攝,桿狀物為ARA 的風力發電設備。

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為何選擇在南極從事研究?

那麼,為什麼尋找微中子,必須前往南極,而不考慮別處?這是因為,南極的極頂擁有數千萬年所累積的冰層,極為純淨,也因為冰層下極少雜訊。在這樣的環境裡,當宇宙微中子打到冰層中,會受到冰層裡的原子、分子所阻擋,並產生億萬正負電子對(electron-positron pair)的簇射(shower),以接近光速前進。由於正子的自由路徑較短,當簇射繼續在冰層中穿行時,會導致電子數量遠大於正子。於是這個帶電的簇射就會放出一種叫做「切侖可夫輻射」的脈衝效應。藉由觀測這些效應的無線電波頻段(因為無線電波可以傳得很遠),便能推測出微中子的特性,以此得知來自宇宙的訊息。

此外,幅員遼闊的冰原,能夠阻斷各種外來電波干擾,且因南極當地並無居民,故也無電信訊號干擾的問題。相對的,與南極相較,北極不但無陸地,當地浮冰亦具有漂移的缺點;再加上冰層零碎,輔助設施不易建構架設,因此北極並非恰當的選擇。

由於天線須安裝在南極冰層中約200公尺處,因此須行「鑽井」的過程,這樣的重責大任,便仰賴專業的工人,於嚴寒的戶外施工完成。而為何需要鑽井至冰層中,而不將儀器單純的放置在冰上?這是因為表面的冰層,相對較疏鬆、不均勻,為避免訊號受折射的影響,需往下裝於較緊密、相對均勻的冰層。每一座天線探測站,須鑿五個孔洞,其中四個洞安置天線,另一個洞則作為校準用。儘管目前架設施工上相當困難,但一旦架設完成,日後便能以電腦操作,未必需要派駐人力在南極留守。

儘管陳丕燊此行的初衷純粹是科學上的目的,為進行實驗而前往當地,但也正好在當時碰上了人類踏上南極極頂1 0 0 週年,因而有機會參與挪威於當地舉辦的百年慶典,成為一段難得的經歷。

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百年慶典,適逢建國百年

12 月14 日,陳丕燊受邀參加阿蒙森征服南極百年的紀念活動,挪威總理史托騰柏格(Jens Stoltenberg)在紀念儀式上,為阿蒙森冰雕揭幕,並在地面插上挪威國旗。象徵紀念人類征服南極百年的阿蒙森冰雕將會留在當地。恰巧,去年也是中華民國的建國一百年。為了紀念台灣人首度登上極頂,並慶賀建國百年,陳丕燊並於此行中,將中華民國國旗立於南極,與各國國旗共同飄揚。

這當中其實有一小段插曲,陳丕燊解釋,這件正反兩面的國旗,其實是他臨時花費10 個小時在南極所繪製。由於陳丕燊出國前太過忙祿,忘了帶上原先準備好的國旗。但也就那麼剛好,他發現研究站內的美術工作坊,內有各式繪畫材料,坊內並有一大型桌面空間足以用來繪製國旗。更驚訝的是,稍後又在坊內找到了一些大小合適的布料,原先曾苦惱若將衣物當作材料,則大小不足(面積無法與現場各國國旗相比)的問題,也因此迎刃而解。

因為陳丕燊在白天需專心進行計畫的實驗,因此他便利用晚上的時間,於美術工作坊內的桌面上親自製作手繪國旗。而因為唯有簽訂南極條約的國家,國旗才能長期立於此(因此當地只有十二國的國旗),因此在回國後,他也一併將國旗帶回台灣。這面曾在南極極頂飄揚的國旗,日後將由台大校史館收藏,成為台大校史的一部份。

由美國國家科學基金會所負責管理的阿蒙森–史考特南極站,每週日晚上慣例會有一場科學講座。研究站負責人非常重視陳丕燊的來訪,在他住在研究站的週日,特地安排了一場講座,請他介紹台灣在高能微中子方面的研究。當然陳丕燊也藉這個機會,將同樣於當年慶祝百年之喜的中華民國歷史介紹給來賓。

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▲陳丕燊與自繪的中華民國國旗,於地理南極點留下合影。地理南極點係地球自轉的南軸心,即南緯90 度之點,位於阿蒙森–史考特南極站附近。

天壇陣列的未來遠景

目前,首座ARA天線探測站已於2012年初完工,並計劃在未來四年內,安裝全數37 座探測站,完成面積達100 平方公里範圍之無線電天線陣列,屆時將成為全世界最大的微中子天文台。

陳丕燊說明,當前技術上最困難的部份,即為鑽井的工程。在鑽井工程上,曾於2011 年冬天,遭遇一些瓶頸。雖然,天線的安置,僅需約200公尺深的孔洞,但在冰天雪地中,須使用蒸汽的方式發熱,其實施工並不容易。此為當下團隊所面臨的一大挑戰,尤其是面對下個冬天,尚須安裝新的天線探測站,因而,所屬國際團隊目前正緊鑼密鼓的改善當前鑽井工藝。而台灣所承諾的10 座天線探測站,也將會持續進行研發。

另一方面,在建設完成後,將會是另一個實際觀測的階段。未來在結束所有安裝步驟後,預計將持續對宇宙微中子進行5~10年的觀測,持續收集所需數據。而此項中華民國百年以來的首次南極科學研究,亦將會持續扎根。陳丕燊表示,假若未來幾年真能如願以償,藉由天壇陣列對宇宙的面貌有了重大發現,他期望這項工作能進一步由100平方公里擴展至1000 平方公里,持續進行下去,更大量的蒐集資訊。如此,包括宇宙是否有額外維度空間的問題,以及基本粒子在最高能前沿的資訊,也許終能獲得解答。這樣一來,不僅能帶來歷史性的貢獻,更能使人類對宇宙的全貌有更透徹的了解。

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科學月刊 第四十三卷第五期

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