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大英雄天團在泛科學

活躍星系核_96
・2015/02/02 ・2249字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 488 ・五年級

文/張鳳茹 蕭汎如

去年十月底至今有去舊京山旅遊的朋友,可能會聽到當地居民討論一起關於卡拉漢博士的案子,甚至推薦你去存放時空傳送門殘骸的景點拍照留念。這起案件中還有幾位重要人物,但他們相當低調,民眾往往只注意到經常跟在他們身旁、長得像大型會走路棉花糖的醫療用機器人。

這次泛科學團隊非常榮幸邀請到這幾位低調的宅宅-阿廣、阿費、哈妮蕾夢、芥末、雷葆(下圖由左下順時鐘),也就是大家時有所聞的「大英雄天團」,來分享他們各自在科學上的想法。

另外阿廣還帶來了從哥哥阿正的電腦中翻到的錄音檔,讓我們有機會聽聽阿正怎麼說,也節錄一段在本文最末。

大英雄天團

古靈精怪阿廣

Q:請問Hiro,除了高額獎金的誘惑之外,格鬥機器人到底有什麼魅力啊?
A:和哥哥設計的杯麵(大型會走路的棉花糖!)不同,格鬥機器人講求的是:裝甲、力量還有速度!但是,這也是最基本的條件,而且一般來說,難以同時存在,像是「曾經」稱霸舊金山地下世界機器人格鬥賽的阿山老大,他的大塊頭機器人就是很好的例子。我設計的格鬥機器人可不一樣!我認為,格鬥擂台的獲勝的技巧,在於出奇不意的戰術攻擊!欸嘿!這就需要非常快速移動的能力了。然而,若想要格鬥機器人擁有敏捷的身手,就得拋棄笨重的裝甲,最終勢必得會面臨力量不足的窘境。總之,就看你要點滿哪個技能啦,如果要我來選的話,當然是大腦遠勝於一切,比起安穩的強壯金剛機器人,我更愛能夠完成我的戰術指令的機器人。這就是格鬥機器人的魅力,滿足設計者的每一個小小夢想!對了!聽說Robot Boxing League(RBL)競賽在台灣和香港也逐漸盛行呢!實在超級酷!

更多細節請看:《大英雄天團──站上機器人格鬥擂台》

色彩魔法師哈妮蕾夢

Q:很多粉絲形容你是把科學當藝術來念,很好奇你是否曾想過從事設計,又你對色彩的熱情是否對科學研究有影響?
A:與其問我的色彩品味對研究工作的影響,不如來說說繽紛的科學世界如何開拓我的視野,我實在對化學材料的多變深深著迷,比方說改變溫度就可以重複塑形的記憶塑膠、改變張力導電性就會不一樣的碳原子,或是可以自我修復的水膠,就像關注流行穿搭一樣!你永遠不知道類似的配件排列組合之後,又會蹦出什麼最新潮流!像我現在做關於非晶質金屬的事情,也可以說是鎵合金和電壓混搭出來的新潮流呀!

更多細節請看:《大英雄天團-液態金屬》

變裝阿費

Q:你本身沒有從事科學研發工作,但對於科學的瘋狂及親身試驗的精神,與大英雄天團的其他成員相較卻有過之而無不及,想請問是什麼原因讓你常保這樣義無反顧的動力呢?
A:其實也沒什麼特別的啦,就小時候太無聊了,只有管家陪我玩,就開始胡思亂想自己有超能力,可以變身長出外骨骼什麼的,在世界各地冒險。後來遇到這群宅宅,當時他們正在做「動力服」,超酷的阿,就是那個時候一天到晚跟他們窩在實驗室,才會被說內褲反穿啦!只不過後來發現不是要拿來冒險,是要拿來幫助別人走路的……

更多細節請看:《大英雄天團-穿戴式的超能力》Walk Again Project

一絲不苟芥末

Q:聽說你連半夜過馬路遇到紅燈都不會闖,是一個非常有原則的人,那如果有狀況和你心中所秉持的原則衝突的話,你會怎麼辦?
A:你問到重點了,其實到現在我也還不知道該怎麼辦。我是愛好和平的人,但我最自豪的是能夠發展出手持式雷射武器……雷射很好用,用在顯微鏡上可以看到很小的東西,用在3D光嫁接上有很高的精確度,用在印刷品除墨可以節省很多紙張,反正我不可能放棄研發更多雷射的應用。對了,你不覺得結合雷射雕刻與3D列印的工藝品很美嗎?

更多細節請看:《大英雄天團-雷射武器》

神形蛋葆

Q:你發明的無阻力單車,騎乘的時候是否安全呢?為什麼想要發明無阻力單車?
A:就老實跟你說吧,我實在受夠了鍊條的折磨。速度卡卡的不順暢就算了,有時候還會「落鏈」,修它還要弄髒手(其實我不會修QQ)!因為我超喜歡騎腳踏車,除了非常環保之外,我很享受自己身體持續運轉的那種刺激感,會讓我整個人都充滿活力。所以,我就開始思考,有沒有辦法能夠克服鍊條的阻礙,發明出磁浮單車呢?目前也都還在改良的階段啦。你不要問我安不安全,你知道的,「科技始終來自於人性」,當然,一個東西是否危險,最重要的就是看使用它的人技術好不好囉!

更多細節請看:《大英雄天團──未來世界的磁浮自行車》

阿正

Q:請問阿正如果還有機會的話,會希望替杯麵增加什麼功能,或是改良什麼地方呢?
A:杯麵啊…….我希望它可以更為直覺的偵測到受傷的人的需求,除了單純的讓傷者自行評估傷痛等級一分到十分,也可以更具有人性化的自動分級的功能。還有最讓我頭痛的一點就是,杯麵有點太胖啦,在圓圓的療癒系外型和功能敏捷的救護機器人的天平上,其實我也非常苦惱呢。理想中的長照機器人,究竟該具有什麼不可或缺的特質呢?又有哪些可以增加的特殊功能呢?我想我是有點江郎才盡啦!希望阿廣可以幫我,讓杯麵能夠幫助更多的人,讓醫療救護更為普及、迅速而且照護到每一個人。

更多細節請看:《大英雄天團──Baymax V.2理想中的長照機器人》

 

大英雄天團劇照

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活躍星系核_96
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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


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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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