坐鏡觀天

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主持人：張大春
來賓：前國立自然科學博物館館長 孫維新
主題：航海家1號 Voyager 1 & 航海家2號 Voyager 2
望遠鏡有各種形式，我們現在把望遠鏡的定義，不只是只有地面的望遠鏡，還包括發射到地球軌道的，甚至送至行星旁邊的，都把它稱之為「望遠鏡」。1977年8月20日航海家2號先發射，航海家1號於1977年9月5日才發射，因為兩者要前往的目標稍為有點不一樣，航海家1號要去的是木星與土星；航海家2號則是木星、土星、天王星、海王星，兩者所採取的軌道並不一樣。

航海家2號1977年發射，1979年到達木星，1981年到達土星，1986年到達天王星，1989年到達海王星，整整飛航12年，中間經過木星的重力牆過後，不單轉了彎，還加速。44 年前開始執行任務到現在，這兩艘太空船至今仍為人類提供第一手太陽系觀測資料。


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主持人：張大春
來賓：前國立自然科學博物館館長 孫維新
主題：哈伯太空望遠鏡 Hubble Space Telescope （HST）
哈伯太空望遠鏡於1990年4月發射升空，1990年6月發現望遠鏡2.4米的鏡面聚焦有問題，因為鏡面磨得過粗，從中心到邊緣的曲率錯了有2微米(百分之1米)，等於50分之1的頭髮直徑，因此1993年12月發射一個太空梭，重新把哈伯望遠鏡拉回來擺到太空梭的尾巴上，當時還發射一個冰箱大小的東西，那是一個尖角伸出一個小小的鏡片，把鏡片擋在原來的光路裡面，好像幫哈伯太空望遠鏡帶上一個眼鏡，「將錯就錯」，改善不能聚焦的問題。

哈伯太空望遠鏡在1993年修好之後做過了許多精彩的觀測，原本在2011年NASA說要把哈伯太空望遠鏡弄下來，因為維持團隊的經營龐大，後來在科學家的哀求下保留了哈伯太空望遠鏡。哈伯望遠鏡從1990年升空至2020年，已經30年，原本預計只會使用20年。

不過2021年新一代詹姆士韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)發射升空，其方式、波段、研究的目的和內涵都與哈伯太空望遠鏡不一樣，其中韋伯太空望遠鏡主要在紅外線，因為它要看整個宇宙，它會擺在地球的反面，跟著地球繞著太陽轉，永遠背對太陽，距離太陽有150萬公里；哈伯太空望遠鏡相對比較可憐，它繞地球只有400多公里，等於貼著地球繞，所以視野受到很大的限制，三不五時會被地球所擋住，不能持續累積觀測，這也是韋伯太空望遠鏡未來有可能取代哈伯太空望遠鏡的一個重大關鍵。


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主題：事件視界望遠鏡 Event Horizon Telescope （EHT）
黑洞觀測計畫「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope, EHT)，黑洞觀測計畫是一個以觀測星系中央超大質量黑洞為主要目標的計畫，也是全球性的大型望遠鏡陣列計畫。計劃以特長基線干涉技術（Very-long-baseline interferometry, VLBI）協調世界各地的電波望遠鏡，使許多相隔數十萬公里的獨立天線能互相協調、同時觀測同一目標並記錄下數據，形成口徑等同地球直徑的虛擬望遠鏡，期望藉此檢驗愛因斯坦廣義相對論在黑洞附近的強重力場下是否會產生偏差、研究黑洞的吸積盤及噴流、探討事件視界存在與否。

EHT不僅要證明黑洞存在與否，還包括去了解黑洞和落入黑洞中的周圍氣體。EHT的觀測波長設定於1.33毫米，並預計於未來提升至能更精細觀測的0.87毫米。EHT的觀測目標主要為位於南半天球、銀河系中央的超大質量黑洞人馬座A*以及位於北天球的橢圓星系M87星系中央的超大質量黑洞，其中人馬座A*在地球天空中佔的盤面較大，而Ｍ87的黑洞則以擁有一道長達5,000光年的噴流為著名特色。

相較於傳統的可見光望遠鏡，事件視界望遠鏡觀察的是人眼不可見的電波，波長處於毫米／次毫米範圍，主要用來偵測星際塵埃的熱輻射，或是星際雲氣的分子譜線。2019年4月10日，事件視界望遠鏡合作組織發布了最新的觀測結果，成功捕捉到超大質量黑洞M87的影像，這是第一次正式的黑洞「視覺證據」。這張黑洞照片於2017年4月5日至11日之間的4個晚上，由7個遍佈全球(夏威夷、美洲、歐洲)的電波望遠鏡共同觀測所得到。這個影像有兩個重點，一是中間的黑洞陰影（形狀與黑洞自身的旋轉有關），二是不對稱的光暈（稱為光子環，不對稱乃黑洞陰影所致）；事件視界便隱藏在黑洞陰影之內。


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主題：觀測太陽的太空天文台 SOHO & SDO
觀測太陽的太空天文台，包括在L1點上的太陽和太陽圈探測器 (Solar and Heliospheric Observatory, SOHO)，以及太陽動力學天文台 (Solar Dynamic Observatory, SDO)。

SOHO使用洛克希德馬丁的擎天神2號運載火箭於1995年12月2日發射升空，任務是揭開太陽內部結構、大氣層特徵、太陽風變化等，上頭攜帶了12台主要科學儀器，每一個都能獨立觀察太陽整體或局部。

SOHO位於 L1點，繞著太陽公轉，這個點距離太陽0.99天文單位，距離地球0.01天文單位。SOHO是第一艘使用反作用輪作為虛擬陀螺儀的三軸穩定太空船，截至2018年2月，SOHO發現超過3000顆慧星，觀測日冕大爆發兩萬多次，更證實了g模式日震，是SOHO最重要的發現之一。除了對太陽物理的研究之外，SOHO也是太空天氣即時資料的主要來源，對通訊、太空與航空
安全、電力網絡等的保護與預警非常重要。

至於SDO則是美國國家航空暨太空總署觀測日地關係的「與恆星共存」（Living With a Star，LWS）計劃的一部分，於2010年2月11日發射升空。SDO的科學目標是以小尺度的時間和空間下，以多波段研究太陽大氣層，以了解太陽對地球和近地球太空區域的影響，預期SDO將能研究太陽的磁場如何產生以及磁場結構、如何儲存電磁能量與能量如何以太陽風、高能粒子和多種波長的輻射等形式釋放進太陽圈和外太空。

SDO衛星本身有三項科學儀器：日震與磁成像儀（Helioseismic and Magnetic Imager, HMI）、極紫外線變化實驗儀（Extreme Ultraviolet Variability Experiment, EVE）、大氣成像組件（Atmospheric Imaging Assembly, AIA）。

日震與磁成像儀主要用來研究太陽變化與判斷太陽內部結構和磁場活動與結構，資料可用以確定太陽活動能量的內部來源與機制，以及與太陽表面磁場活動有關的太陽內部物理機制，也可以記錄資料以判斷日冕磁場以研究太陽外大氣層變化。極紫外線變化實驗儀是以物理模形深入了解太陽極紫外線輻射強度變化和太陽磁場變化的關聯。大氣成像組件則是可拍攝高時間與空間解析度的完整太陽盤面的數個不同波長紫外線和極紫外線影像，儀器內有四個各自獨立操作的望遠鏡。


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主題：甚大天線陣 Very Large Array （VLA）
無線電波天文望遠鏡—甚大天線陣 (Very Large Array,VLA)。甚大天線陣位於美國新墨西哥州的聖阿古斯丁平原上，海拔2124公尺，隸屬於美國國家無線電天文台（NRAO），於1981年建成，由27台25公尺口徑的天線組成，是世界上最大的綜合孔徑無線電望遠鏡。

甚大天線陣架設在鐵軌上，可以移動，所有天線呈Y形排列，組合起來最長基線可達36公里。甚大天線陣工作於6個波段，最高解析度可以達到0.05角秒 (arc second)，與地面大型光學望遠鏡的解析度相當。天文學家使用甚大天線陣做出了一系列重要的發現，例如發現銀河系內的微類星體、遙遠星系周圍的愛因斯坦環、伽瑪射線暴的無線電波段對應體等。


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主題：布蘭科望遠鏡 Víctor M. Blanco Telescope & 甚大望遠鏡 Very Large Telescope （VLT）
甚大望遠鏡是歐洲南方天文台在智利建造的大型光學望遠鏡，位於智利安托法加斯塔以南的帕拉納天文台，海拔高度為2,632公尺。當地氣候乾燥，一年當中晴夜數量多於340天，十分適合進行觀測。

甚大望遠鏡由4台相同的8.2公尺口徑望遠鏡組成，組合的等效口徑可達16公尺。4台望遠鏡可以單獨使用，也可以組成光學干涉儀進行高解析度觀測。4台望遠鏡被用當地的馬普切語分別命名為Antu、Kueyen、Melipal和Yepun，含義為太陽、月亮、南十字、金星。

甚大望遠鏡的研製工作始於1986年，耗資超過5億美元，於2012年2月全面完成建設。第一架望遠鏡太陽（Antu）在1998年建成，1999年4月正式使用，主要儀器是紅外和光學波段照相機和攝譜儀。第二架望遠鏡月亮（Kueyen）於1999年3月建成，2000年4月正式使用，主要儀器是兩架大型攝譜儀。第三架望遠鏡南十字（Melipal）在2000年1月建成，第四架望遠鏡金星（Yepun）於2000年7月建成，主鏡表面研磨精度達到了8.5奈米。

甚大望遠鏡是最富有生產力的陸基天文學設施，例如追蹤到在銀河系中心超大質量黑洞周圍的移動的單個恆星、觀測已知的最遙遠的伽瑪射線暴餘輝；2018年，甚大望遠鏡利用自適應性光學系統新技術拍攝首批圖像並發表，與哈伯太空望遠鏡相比，海王星看起來更漂亮也更清晰。


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主題：昴星團望遠鏡 Subaru Telescope & 布蘭科望遠鏡 Víctor M. Blanco Telescope
布蘭科望遠鏡是位於智利托洛洛山天文台(Cerro Tololo Inter-American Observatory)的4米口徑望遠鏡。

托洛洛山天文台是美國國家光學天文台的一部分，位於智利首都聖地牙哥以北的托洛洛山山頂。托洛洛山海拔2200米，屬於安地斯山脈，氣候乾燥，全年有300多天可用於天文觀測，是世界上條件最好的天文台台址之一。

布蘭科望遠鏡於1976年建成，曾經是南半球最大的光學望遠鏡 （由1976年至1998年）。2020年天文學家把望遠鏡上的高性能暗能量相機（DECam）當作嬰兒監護器，監測著「恆星苗圃」。DECam是一台大型相機，專為觀測數百萬個星系而打造，目的是瞭解暗能量如何將星系分離，但也是關注麥哲倫星系年輕恆星的完美工具。


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主題：凱克望遠鏡 Keck Telescope & 昴星團望遠鏡 Subaru Telescope
美國夏威夷州毛納基山的頂峰的望遠鏡，分別是凱克望遠鏡 (Keck Telescope)與昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope)。

美國夏威夷州毛納基山的頂峰被形容為世界公認地面光學觀測條件最好的地方。凱克望遠鏡位在凱克天文台(W. M. Keck Observatory)海拔4145米（13,600英尺），由兩台相同的望遠鏡組成，凱克I (The Keck I) 1993年5月啟用；凱克II (The Keck II) 1996年10月啟用，每台口徑10米，主鏡片由36片口徑1.8米的六角形鏡片組合而成，是世界上口徑最大的光學/近紅外線望遠鏡。觀測時，連結在電腦的感測器和控製系統，能調整每一片鏡片和相鄰鏡片的位置偏差達到4毫米的準確性；每秒兩次的調整可以有效的矯正來自重力所造成的變形。凱克I、凱克II也可以組成光學干涉儀進行觀測，在特定方向上的解析度相當於口徑85公尺的單一望遠鏡。

凱克望遠鏡開創了設置在地面的望遠鏡的新時代，它的規模是美國帕落馬山天文台的海爾望遠鏡(Hale Telescope)的兩倍。2001年3月12日，凱克望遠鏡使用光干涉觀測，成功觀測了位於天貓座的恆星，其等效解析度相當於一台口徑85米的望遠鏡。2020年諾貝爾物理學獎得獎者之一，美國天文學家吉茲(Andrea Ghez)也是使用凱克望遠鏡，確定銀河中心存在黑洞，且質量大約是400萬個太陽質量，距離地球3萬光年。

至於昴星團望遠鏡則是屬於日本國家天文台的8.2米口徑光學望遠鏡，望遠鏡的焦距15米，安裝了主動光學和自適應光學系統，並且設有四個觀測焦點。昴星團望遠鏡1998年完成建設，1999年1月拍攝到第一個科學圖像。從開始服役直到2005年，昴星團望遠鏡曾是世界上最大的單片主鏡。2006年7月昴星團望遠鏡發現了宇宙中最巨大的結構；2019年昴星團望遠鏡更捕捉到 1,800 顆爆炸恆星。


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