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上周剛剛公佈了人類史上第一張「黑洞」照片,這是人類科學邁向新里程碑的標誌性成果。無數人都在關注這張照片,也有很多人在關注幕後英雄。在觀測成員當中,台灣團隊的表現格外亮眼。

8座望遠鏡 台灣負責3座

據了解,這張人類歷史上的第一張「黑洞照片」誕生非常不易,8座電波望遠鏡連線觀測1年半,最後解析才成功。而在這8座望遠鏡當中,其中台灣負責了3座的營運或建造。

難怪台灣中研院長廖俊智說,通過這個本世紀重大發現,顯示出台灣在重要科學發現領域已經佔有了一席之地。

廖俊智介紹,台灣負責的3座望遠鏡分別是夏威夷運轉的「次毫米波陣列望遠鏡」(Sub-Millimeter Array,SMA) 、位於東亞天文台的「 詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡 」(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT),還有一同合作建造的智利 「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列」(Atacama Large Millimeter Array,ALMA)。
可以說,從一開始,台灣就是「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope,簡稱EHT)聯盟的重要一員。台灣和哈佛架設的格陵蘭望遠鏡,關鍵電子技術都是來自台灣。特別是台灣還負責資料成像處理和黑洞模型電腦模擬。EHT董事井上允博士認為,這次突破性發現中,台灣扮演了「關鍵的角色」。

日本學者加入台灣團隊

大家知道,台灣團隊中,有不少日本學者,有的甚至到台灣投身研究已經長達10年了。包括中研院天文所副研究員淺田圭一、研究院松下聰樹、博士後研究員小山翔子和客座專家中村雅德等等。

日本學者們認為,台灣學術界擁有很強大的科學企圖心,還有高度的科學視界,加上有主導運作更高解析度的格陵蘭望遠鏡計劃的頂尖技術和實力,讓他們對台灣學術深具信心。

簡單說就是台灣本身的科技非常強,才吸引了這些外國專家學者紛紛加入。用中國老話來說,有了梧桐樹,才引來了鳳凰。

當然既然稱為台灣團隊,自然少不了台灣人。最引人注目的就是在執行觀測計劃的團隊中,錢玟澤只有22 歲,是台灣團隊中最年輕的學生。這麼年輕能夠入選,非常罕見,這得益於他大學期間的所學。他不僅學會了4種程式語言,還學會運用資料探勘、機器學習、數值計算和數值模擬等。這些都為他參與EHT計劃奠定了基礎。

大家知道,2017年創立的EHT聯盟由13個主要機構組成,台灣去年4月才正式加入。成員都是世界頂尖機構,包括中研院天文及天文物理研究所、麻省理工學院海斯塔克天文台、東亞天文台、法蘭克福歌德大學、電波天文毫米波研究所、大型毫米波望遠鏡等等。

他們首要目標就是全球陣列觀測,獲取黑洞影像。甚麼是陣列觀測呢?就是由8座散落世界各地的電波望遠鏡同時觀測,然後把觀測到的不同數據拼湊起來。換句話說,這就相當於是建了一個口徑和地球直徑同樣大小的望遠鏡一樣。

原計劃觀測2個「超大質量黑洞」,一個是位於銀河系中心、距離地球2.6萬光年的「人馬座A*」, 它的質量大約是太陽質量的400萬倍。另一個是位於室女座星系團、距離地球5500萬光年的巨型橢圓星系「M87」中央,它的質量大約是太陽質量的35億倍到65億倍。

但是「人馬座A*」太活躍,EHT捕捉不到清晰的影像。可是全球8座望遠鏡連線卻可以清楚地看到「M87」中央的「超大質量黑洞」。

「黑洞」照片將載入史冊

中研院天文所副研究員淺田圭一指出,這個黑洞影像直徑大約是180億公里,外圍呈現新月亮環。藉這個亮環,才勾勒出中間的黑洞。角度只有42個微角秒。

「微角秒」是甚麼概念呢?大家知道角的單位是「度」,1微角秒就是1度的36億分之一。

美東時間4月10日上午9點,全球六地聯合召開新聞發佈會,公佈一項重大科學成果,發佈人類有史以來第一張黑洞照片。(中研院提供)
美東時間4月10日上午9點,全球六地聯合召開新聞發佈會,公佈一項重大科學成果,發佈人類有史以來第一張黑洞照片。(中研院提供)

客座專家中村雅德指出,觀測時使用了多種不同的校正技術和成像方法,證實結果不是人為造成的。而且影像和相對論所預期的旋轉黑洞產生的陰影完全一致。

換句話說,100年後的現在,科學家們用「黑洞」照片,再一次證明了愛因斯坦的偉大 。

大家知道,愛因斯坦1915年提出了「廣義相對論」。第二年,德國天文學家史瓦希(Carl Schwarzschild)在「廣義相對論」的基礎上,又做了描述:任何一個物體,都有一個與其質量相對應的半徑。如果將物體的全部質量壓縮到這個半徑內,就會無止境向中心掉落,形成一個時空極端彎曲的奇點。任何物質,包括光在內,都沒有辦法從這個半徑逃出。這就是後來的「史瓦希半徑」。

直到1967年,美國物理學家惠勒(John Archibald Wheeler)結合前人研究成果,加上自己深入研究,才正式將其命名為「黑洞」。

上海天文台的左文文表示,如果評選出2019年最有價值和最受期待的照片,非「黑洞」莫屬。這張5500萬光年以外的黑洞陰影照片,是「黑洞」的直接「視覺」證據,從強引力場的角度,驗證了愛因斯坦的廣義相對論。

毫無疑問,這是人類科學里程碑,正如蔡英文所說,這是「全人類的一大步」。這張「黑洞」照片一定會載入史冊,而台灣團隊的貢獻,也一定會被人們銘記。

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