12月7日晚間，秋季展望的第四場演講，由中央研究院天文及天文物理研究所陳明堂博士擔綱，陳博士以「打造一座黑洞照相機—兼談格陵蘭望遠鏡」為題，道出心所嚮往，遠走他鄉的格陵蘭前瞻跨國計畫。十年磨一劍，歷經艱辛的倡議說服，拆卸組裝作業，到組織一支國際團隊，對抗極區低溫，公開這段被認為「極」端瘋狂，但齊心協力成功打造全球第一座在北極圈內特殊望遠鏡的過程。讓我們飽覽永晝和永夜交替的極地風光，體驗極高解析到「微角秒」的世界，摸黑「洞」察神祕現象，掀開「星系中心黑洞」的面紗！
為什麼要把望遠鏡擺到格陵蘭？回答這個疑問前，陳博士首先談起臺灣體驗不到的工作環境。自己是熱帶長大的孩子，到那麼冷的地方，光是怎麼穿衣服，就成為了一大挑戰！現在的工作讓他和同事有機會到世界各地冒險，對他個人意義重大，而他也希望能藉由科普演講和大家分享這難得體驗。
今天的主題是愛因斯坦的廣義相對論下的產物：「黑洞」。近年來多項觀測證據指出，黑洞是宇宙中的自然現象，其中最顯著的是在銀河系中心的超大質量黑洞。他進一步強調，宇宙中有上千億個像銀河系這樣的星系，但目前瞭解，幾乎所有星系的中心，都能夠找到一個超大質量黑洞，這種黑洞的質量從數十萬個太陽到數十億個太陽質量不等。
如果黑洞真的存在的話，那它看起來應該是什麼模樣？陳博士放上模擬影像，憑想像我們可以確知黑洞是黑的，但黑洞周遭會有強烈的光環。從理論上說，黑洞是質量被壓縮到一個臨界空間（事件視界）的範圍裡，產生無可抗拒的重力，當物質、訊號、能量進入這個事件視界，它們將無法離開這個範圍，連光都跑不出來！從觀測證據上看來，我們知道宇宙中存在著許多黑洞，而黑洞可視為恆星的墓碑（有些恆星死亡後會成為黑洞），但今天的演講主題將聚焦在「超大質量黑洞」（百萬到百億個太陽質量）。
黑洞是怎麼產生的？陳博士指出，最經典的一種方式是在恆星死亡時產生的黑洞。我們知道恆星一開始是星雲中的物質由重力凝結，太陽就是這樣的例子：內部發生核融合，產生能量與壓力往外推，同時它本身的質量則驅使它往內縮，這兩者平衡的結果，即是我們現今所看到的太陽表面。未來有一天，核心的核融合燃料是會用光的，那時會像是氣球爆炸，外面的部分炸到太空，而內部劇烈地往內縮，沒有力量能夠與重力抗衡，持續內縮到臨界空間時，中心就出現一個黑洞了。
不過並不是所有星球死亡時都能成為黑洞，太陽的質量就不足以將核心壓縮到臨界空間，因此核心部分只能成為白矮星。若為太陽的兩倍到十倍的星體死亡時，其質量則足以壓縮其成為中子星，密度高達白矮星的10的13次方數量級以上。依照目前的研究，靠近地球的100顆星星中，約有8顆到10顆是白矮星，而最靠近我們的黑洞則位在3,000光年遠處，可以算是安全的距離，大家不用擔心！他進一步以1到2個太陽質量的天體來推測分別成為白矮星、中子星，和黑洞後的體積：白矮星將會跟地球一樣大，中子星則約為台北市的大小，黑洞則將僅有大安區那麼大。從這樣的比較中，我們就能認識三者之間的密度差異！
黑洞是黑的，並不會發光，那麼該如何觀測它們？陳博士表示要利用黑洞超大重力造成的「重力透鏡」效應。陳博士舉Abell 2218（一個超大星系團）為例，我們發現星系團後的星體的光要到達地球，並不會走直線，反而是「繞過來」的，呈現弧狀式的光，這樣的效果即近似於透鏡。而當我們拿自己的銀河系做例子，若是銀河系的前方有一個黑洞，那銀河的影像將被扭曲，重力會把我們原本無法看見的影像拉過來，黑洞還會使影像壓縮扭曲，出現繞射和折射的現象，更驚奇的是靠近黑洞表面的光線會繞上好幾圈，出現聚光的效果，將亮度放大加強，在靠近黑洞的部分將出現一圈光環。模擬出的黑洞中心並不是正圓，那是因為黑洞會自轉，造成有些光被加強，有些光被減弱。黑洞巨大的質量會將周遭物質都吸引過來並開始旋轉，形成會發光的「吸積盤」，結構上像是一個甜甜圈，上下形成黑洞噴流。伽瑪射線的望遠鏡確實可以偵測到黑洞，然而這類望遠鏡的解析度過低，分辨不出臨界空間，而可見光則傳不出來，會被吸積盤內的物質遮住，於是無線電波就成為最佳的手段！
目前已知有兩個超大質量黑洞，就是位於銀河系中心的SgrA*和位於M87橢圓星系核心的巨大黑洞。陳博士在分別介紹它們過後，也提及其觀測難度：從天文的術語來說，它們都僅有十幾個微角秒。他解釋說，當我們把眼前的視野分為180度，伸出的拳頭約為十度，大拇指約為兩度，小拇指則是一度，太陽跟滿月差不多，兩者視角約為半度（30角分），銀河系之外的星系就更小了。因此，觀測黑洞的望遠鏡解析度即成了一大挑戰。對此，他們用孔徑合成法來克服，發展出高解析力的黑洞照相機。不過這樣的技術也有限制，首先它只能接收較高的能量，另外它對中心和細節較為敏感、對大結構則不容易看出確切的輪廓，需要後續處理來釐清疑點。
陳博士最後播放了格陵蘭望遠鏡的紀錄片，讓大家加深對整體計畫內容的概念。為讓望遠鏡得以在格陵蘭酷寒的環境下正常運作，團隊在各地進行改造，終於在2017年集合在一起，並且架設組裝成首座極圈內的電波望遠鏡。他也強調格陵蘭望遠鏡已加入事件視界望遠鏡（EHT）計畫，目標是在透過與其他電波望遠鏡包括：夏威夷的次毫米波陣列（SMA）、JCMT（James Clerk Maxwell Telescope）、智利的 ALMA、南極望遠鏡（SPT）等相連，利用特長基線干涉技術（VLBI）形成全球大型虛擬望遠鏡，逐漸得到初步成果。儘管各地望遠鏡相距可能遠達數千公里，但透過 VLBI 技術，讓這些望遠鏡同時偵測來自太空的同一訊號，就可大幅提升其解析度，為世界的天文探索邁進一大步。
陳博士對此計畫也有感而發，這除了是一個獨特的科學貢獻之外，他們也在創造一個「故事」。無論結果如何，除了獲得激勵人心的知識，也希望能傳達一個重點：在這個島上，只要你勇敢去嘗試，去執行，你都可以做得到。就像陳博士勇於去嘗試各式各樣的挑戰！在這個溫度下降的夜晚，聽到如此堅定的鼓勵，讓我們被這群科學家的熱誠打動，也因為獲得正向的能量內心雀躍不已！
