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若人有眼大如天–天文望遠鏡與天文學的演進

 
 
1609年伽利略開始使用望遠鏡觀測天體,天文學從此進入不一樣的時代。四百年來,天文望遠鏡的演進儼然是天文學演進的縮影。幾乎所有天文學的突破,都和天文望遠鏡的科技進步有關。伽利略的望遠鏡開啟了現代天文學的大門,四百年後,人類建造的望遠鏡使我們有能力探索宇宙。在這個演講中,我們以時間為主軸,介紹四百年來天文望遠鏡的演進,同時也介紹這些望遠鏡對天文學的影響。有些望遠鏡的研究成果,帶來了諾貝爾獎的榮耀,有些則永遠改變了我們對宇宙的認識。我們也將同時介紹臺灣在最近幾年中參與的天文望遠鏡建造計畫,以及重要的科學成果。

天文學是一門觀測的科學,研究天文學就是要「看」,天文望遠鏡改變了人類對宇宙的認知。綜觀天文望遠鏡的發展,可以用明朝大儒王陽明的詩句來概括:若人有眼大如天,還見山小月更闊。

望遠鏡 看到不一樣宇宙

由國科會主辦,台灣大學物理系及天文物理研究所承辦,聯合報、公共電視、科學人雜誌、NEWS98協辦的2009展望系列演講「窮究天人之際-從星際分子到人類文化」,第三場演講題目是「若人有眼大如天-天文望遠鏡與天文學的演進」,由中央研究院天文及天文物理所工程師顏吉鴻主講,從400年前伽利略的折射式望遠鏡,一路談到次世代的太空望遠鏡。

人類觀測天體幾百年,最早所謂「天文學」只是觀象授時、占卜吉凶工具;人類四、五千年來不斷問:我們從何而來?宇宙為何是這樣?沒天文望遠鏡前,人們歸因於神話、上帝,但天文望遠鏡改變了人類對宇宙的看法。

王陽明有首詩「蔽月山房」:山近月遠覺月小,便道此山大於月;若人有眼大如天,還見山小月更闊。顏吉鴻說,明朝的王陽明就瞭解,要發展「比眼睛還要大的觀測工具」,儘量蒐集光線,這是天文望遠鏡發展重點。

顏吉鴻指出,包括光學望遠鏡在內,我們對周遭環境,或是對天體的認識,都是利用電磁波。不同的電磁波波段可以看到不同的物理特性,像是利用紅外線波段可以看到太空中的塵埃、小有機分子;利用可見光波段可以看到恆星。

伽利略 首度用鏡觀天體

西元1609年,伽利略首次利用折射式望遠鏡觀測天體,許多學者把這一年當作近代天文學的肇始,他發現了木星的衛星。之後,牛頓發現光經過鏡片會發生色差的現象,為了改善折射式望遠鏡的色差問題,他發明了反射式望遠鏡。

現代天文物理學的誕生地、美國葉凱士天文台擁有世界上最大的折射式望遠鏡,主鏡口徑有1.02公尺。葉凱士天文台的催生者、美國天文學家海爾,曾經網羅知名天文學家哈伯在裡面做研究。而哈伯最大的貢獻就是利用威爾遜山天文台,發現越遙遠的星系遠離我們的速度越快,進而推演出宇宙可能在膨脹。

詹斯基開啟了電波望遠鏡的新頁,顏吉鴻形容詹斯基那時的電波望遠鏡,「就像是小時候樓頂的電視天線」。電波望遠鏡從1930年代發展至今,直徑最大可達近100公尺,由於體型龐大很難支撐,後來改用干涉儀陣列。

「干涉儀就像武俠小說中,武當派的劍陣或少林十八銅人陣」,顏吉鴻解釋,干涉儀陣列是組合所有望遠鏡,發揮加乘效果。原理就是:利用數座放在不同地方的望遠鏡觀測同一個電波來源,測量電波到達這些望遠鏡的時間順序,藉此解析出電波源的性質。干涉儀陣列也以用在可見光望遠鏡上。

電波望遠鏡 找外星生命

顏吉鴻說,天文學最吸引人的三個議題是:大爆炸、黑洞,以及外星生命,而電波望遠鏡是偵測外星生命的重要工具。要偵測宇宙中是否還有其他生命,一種方法是偵測他們所發出的電磁波,另一種方式則是偵測外太空是否有形成生命所需的分子。例如星際的氨基乙酸,就是由台灣天文學家利用電波望遠鏡發現的。

顏吉鴻介紹在夏威夷毛那基峰上幾個知名的現代天文台,包括Subaru、Keck、IRTF、C HT、UKIRT等。SMA(次毫米波陣列望遠鏡)是台灣在夏威夷的望遠鏡,主要觀測剛形成恆星。

而AMIBA是中研院天文所和台大物理系的合作計畫,主要測量宇宙背景輻射在小尺度中的變動。顏吉鴻曾經工作過的加法夏望遠鏡(CFHT),則包括可見光相機、紅外線相機、高解析度光譜儀等儀器。

太空中也有望遠鏡。顏吉鴻說,像是伽瑪射線會被地球大氣層阻擋,所以要觀測伽瑪射線的波段,必須把望遠鏡擺到太空中。太空望遠鏡的構想最早由天文學家史匹哲提出。

虛擬天文台 網路免費看

顏吉鴻說,現代人可以很輕易在網路上就進行天文觀測,他推薦了幾個網路上的虛擬天文台:如Google Sky(http://www.google.com/sky/)、美國太空總署的GLIMPSE VIEWER(http://www.alienearths.org/glimpse/)。如果想下載更專業影像,可利用法國史特拉斯堡天文中心開發的虛擬天文台程式Aladin(http://aladin.u-strasbg.fr/),這些資源都是免費的。

【2009/04/20/聯合報/記者李承宇/台北報導】
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