趙軒翎/夏威夷報導

有一群台灣科學家時常往返夏威夷,卻不似一般遊客去追尋陽光、沙灘,而是在高山上追逐星光。中央研究院天文與天文物理研究所在夏威夷大島的山上,建造了兩座望遠鏡—SMA和AMiBA,就帶著天文科學家看進星空的深處,也讓世界看見台灣。

夏威夷最大的一座島,就稱為大島(Big Island),面積一萬多平方公里,不到台灣的三分之一。一條橫越島中央的東西向道路Saddle Road,成為居民來往東部的希洛(Hilo)和西部的科納(Kona)、島上兩大城市間最重要的交通要道。而這條路也是前往兩座建設天文望遠鏡高山的重要道路,往北是往毛納基山(Mauna Kea),往南則可達毛納羅亞山(Mauna Loa)。

毛納基山八座天線陣列 台灣貢獻兩座

夏威夷大島的第一高峰,也是整個太平洋島群的第一高峰,海拔高度達4200公尺的毛納基山(Mauna Kea)。山上看過去是一片光禿禿的寒漠,終年平均溫度在攝氏10度以下,夜晚更是低於攝氏零度,幾乎沒有任何植被。然而它的晴朗氣候條件、乾燥的環境,卻塑造了極佳的天文觀測條件。對於忌諱觀測時水氣影響的遠紅外線、電波望遠鏡而言,無疑是絕佳的觀測點。

毛納基山山頂上有13座天文望遠鏡,台灣也參與建設其中一座望遠鏡的建設。在毛納基山的天文學家宿舍,大廳一整排國旗,代表參與建設和營運的國家,中華民國的國旗就是其中之一。

掛在毛納基山上供天文學家住宿的宿舍,掛著14面旗幟,代表參與建設望遠鏡的國家。旗幟由左而右為美國、阿根廷、澳洲、巴西、加拿大、智利、中國、法國、印度、日本、韓國、中華民國和英國的國旗,最右邊的是夏威夷州的州旗。趙軒翎/攝影

中研院天文所在籌備處時期,就參與了美國史密松天文台建設全球第一座次毫米波陣列望遠鏡(Submillimeter Array; SMA)的計畫。從1995年簽訂合作備忘錄到2002年啟用,中研院天文所為SMA增加了兩座天線,讓整個陣列的天線數增加到八座,大大提升它的觀測能力。

次毫米波陣列(SMA)其中一座天線,在這個計畫中台灣負責製作其中兩座天線。趙軒翎/攝影

照片中可以看到次毫米波陣列(SMA)八座天線中的五座,天線擺設位置會依照觀測需求而調整。趙軒翎/攝影

如今SMA面對的是一個強大的勁敵,阿塔卡瑪大型次毫米/毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array; ALMA)陣列2013年全面正式啟用,66座天線組成的壯觀陣列,佇立在智利海拔5000公尺的沙漠高原中。相對而言只有八座天線的SMA,只能退居其後。

「無庸置疑,ALMA是個這個領域頂級的新觀測儀器。」中研院天文所資深微波系統工程師Derek Kubo說,全世界的天文學家都渴望能爭取到觀測時間,但這不容易。由於ALMA太過搶手,卻也讓SMA保有一絲生存空間。Derek表示,天文學家在提出ALMA觀測計畫申請前,多會先透過SMA的初步觀測數據來證明自己提出的計畫有觀測潛力。「SMA的數據,是他們申請ALMA觀測時間的門票。」Derek說。

中研院天文所資深微波系統工程師Derek Kubo,在他身後為SMA的其中一座天線。趙軒翎/攝影

毛納羅亞山上的AMiBA望遠鏡 從設計到製造都是MIT

Saddle Road往南開上Mauna Loa Observatory Road,大致上只能容納一台車的小路兩旁,都是特殊的火山熔岩。一路往上開,會抵達毛納羅亞火山上的天文台。不同於毛納基山,毛納羅亞火山很少遊客,路上很難遇到其他車輛。

中研院天文所自己設計、製作的望遠鏡「宇宙微波背景輻射陣列」(Array for Microwave Background Anisotropy; AMiBA)就在毛納羅亞山上。中研院天文所研究副技師韓之強,從AMiBA建設初期就參與其中。

他說到,在建設過程中,除了有中研院天文所投入外,更加上的臺大電機系教授瞿大雄團隊的參與,這才將這台望遠鏡從無到有建立起來。瞿大雄團隊中參與研發的學生,也曾在落成後,實際來到毛納羅亞山上參訪。韓之強說:「我們要告訴他們,他們的研究真的被應用在這個望遠鏡上。」

中研院天文所在毛納羅亞山上,建設的「宇宙微波背景輻射陣列」(Array for Microwave Background Anisotropy, AMiBA),已加入天文研究的行列。趙軒翎/攝影

中研院天文所研究副技師韓之強,在夏威夷和AMiBA合影。趙軒翎/攝影

AMiBA啟用至今10年,也已經歷了多次修正。從最初第一階段的7個天線,2009年增加到13個天線,目前則回到7個天線的狀態運作。中研院天文所在宇宙背景輻射的觀測,也已告一段落,但這不代表AMiBA將要退休。「我們要把AMiBA從第一代升級成第二代,」負責營運中研院天文所夏威夷辦公室的研究員陳明堂說。

他接著解釋,他們將增加AMiBA觀測的靈敏度和能力,並且調整觀測目標。「我們將要看很遠、宇宙剛形成時候的星系。」陳明堂補充,透過觀測宇宙中一氧化碳(CO)分子的訊號,能讓天文學家更了解這些星系。

在夏威夷山上台灣的兩座望遠鏡,經歷十多年發展與升級,期待這些「Made in Taiwan」的望遠鏡,能在接下來的十年、二十年,繼續帶領天文學家探索宇宙。