在今天看見明天
熱門: 0056 0050 輝達 00878 00940
投資理財
保險稅制
產業時事
職場生活
今周大耳朵 Podcast
富足今周起
幸福熟齡
ESG永續台灣
專題報導
今選頻道
存股助理
今周學堂
訂購優惠
活動報名

遠征極地、沙漠天文觀測...人類首張黑洞影像影像背後功臣 台灣造出「望向宇宙之眼」

遠征極地、沙漠天文觀測...人類首張黑洞影像影像背後功臣 台灣造出「望向宇宙之眼」

陳亭均

個人成長

陳明堂提供

1248期

2020-11-18 16:06

科學家陳明堂捎來幾支剛拍好的短片,他用毛線帽罩好光溜溜的腦袋瓜子,和太太登上夏威夷希洛(Hilo)西北方的大山「毛納基亞」。

在當地原住民毛利人的語言,「毛納基亞」意味「白色的山」。雖然還不到積雪時節,但海拔逾四千公尺的空氣總是稀薄冷燥,遍地磚紅色火山沃土上,架著幾座純白的機械,它們仰著像是外星人「E.T.」的碟面扁頭,脖頸朝天。

 

去年四月,全球六地(布魯塞爾、聖地牙哥、上海、東京、華盛頓和台北)召開新聞發布會,人類史上首張「黑洞影像」經過兩年處理分析,終於問世。圖片中的黑洞,就像泛著紅光的甜甜圈,語言學家木村(Larry Kimura)詩意地用夏威夷古曲為黑洞命名「Powehi」,意味「無窮創造的深美源頭」。

 

在陳明堂身旁的這些白色傢伙,就是「照亮」Powehi的八座電波望遠鏡之中的「次毫米波陣列望遠鏡」(Sub-Millimeter Array,SMA)。科學家撐開雙手,管弦樂團指揮似地上下揮舞,巨大的機械反射起啞色白光,帶點神祕學意味緩緩轉動,像是虔敬的朝聖者,凝神望向光年外的宇宙深邃之處。

 

黑洞影像是天文史上最震撼性的突破之一,在這張像甜點的影像出現之前,黑洞只是科學家推論出來的「數學解」。終於,黑洞影像將人類的智性與星辰的誕生殞滅聯繫在一起了,地球人因此見證了「深美源頭」的模樣。

 

這是地球各國科學家共同達成的里程碑,而陳明堂的故鄉:小小的台灣也沒有在這場盛會缺席,它自始至終扮演著關鍵的角色。

 

去年,突破獎基金會將二○二○年度「基礎物理突破獎」頒給了參與「事件視界望遠鏡」(EHT)合作計畫的三四七位成員。在台灣中央研究院天文及天文物理研究所中,就有五十三位成員或前成員獲獎,占獲獎科學家的十五%。此獎被譽為「科學界奧斯卡」,台灣天文學家在努力多年後,終於走上世界的「紅毯」。

 

一七年,參與「事件視界望遠鏡」的那八座望遠鏡中,台灣參與建造或運作了其中三座。一八年,台灣主導建造和運轉的格陵蘭望遠鏡也加入EHT,更讓台灣在世界天文界站穩了腳步。

 

黑洞

人類首張黑洞影像,黑洞外的「事件視界」彷彿甜甜圈,證實了這種天體的存在。(圖/EHT Collaboration提供)

 

黑洞

 

在「感性與理性」的冒險 陳明堂:成功向世人宣告台灣實力

 

陳明堂一九九五年開始在中研院天文所任職至今,已參與打造夏威夷SMA、擔任智利「阿爾瑪陣列」台灣部分總工程師,也負責格陵蘭望遠鏡計畫,建造出北極第一座天文觀測站。「台灣因為這張黑洞影像,向世人宣告了我們的實力。」陳明堂說。從上世紀中研院天文所誕生籌備期,他就加入了這場台灣「走向宇宙」的冒險,親身經歷、也親眼目睹台灣在國際天文研究領域茁壯的歷程。他常常露出靦腆的笑容,但也可以看出他以此為傲。

 

因為新冠疫情的關係,陳明堂今年都待在夏威夷。他笑說:「夏威夷的星空最漂亮了。上山以後,可以看見滿天星斗,那種感覺,像是你正在面臨宇宙,站在懸崖邊,看出去是一望無際的空間,有時你會有點怕,然後意識到自己的渺小!」

 

其實,在這之前,他早就體會過渺小人類生存的苦辣酸甜。「很多記者問我,是不是從小就愛看星星?」他苦笑說:「其實我沒有……。」現在的陳明堂言談中很有尺寸,像個中年紳士。然而,他出身窮困,生在台南一條泥巴巷子裡。陳家收入並不穩定,母親長年做家庭代工維持生活。「我家旁邊就是墳墓。」在他記憶中,兒時最常看到的不是星星,而是那些送葬隊伍,抬著「好大的棺材」經過他家門。

 

「我的確知道有種職業叫作科學家,也知道有種職業叫作工程師或企業家,但我不能想像那是什麼。我以為自己將來會做的就是油漆工,一度覺得去當軍人也不錯。」國中時,陳明堂成績不怎麼樣,直到考上私立高中,親戚冷言冷語讓他感到憤慨,才開始刻苦讀書,沒想到最後考上成功大學物理系,人生開始新的可能。

 

他雖然上了成大,「錢」依舊是非得面對的大問題。「我三舅是有名的樂師。」陳明堂說的樂師,是道教法會上吹奏北管嗩吶的樂師,「他問我要不要跟他去打工,我三舅很厲害,在我去成功嶺時,已經幫我把道士樂譜全寫了下來。」當年「鄉下地方會在路邊搭一個道壇,紅衣黑頭作法,一場下來就能賺上萬!」陳明堂於是就邊抱著物理學原文書,邊在玉皇大帝、十殿閻羅跟前吹嗩吶打零工。

 

醮壇和物理學、感性和理性,陳明堂走在兩個極端,一路度過了他的大學生活,最後不但以物理系第一名畢業,申請到美國伊利諾大學香檳校區獎學金,赴美讀書還帶了他「吹嗩吶」賺來的存款。

 

原先,陳明堂在伊利諾大學學的是「物理學」,博士時期鑽研的是「超流體」。雖然他不信命運,但陰錯陽差下,陳明堂畢業後卻正式從「超流態氦」領域走向了外太空。

 

鑽研電波望遠鏡「心臟」 開光後,屹立「白山」昂首朝向宇宙

 

一九八九年國際知名的「史密松天文台」開始主導夏威夷SMA計畫後,天文所的籌備科學家們,就把參與建造這座電波望遠鏡設為願景,遠在美國的陳明堂也在《今日物理》(Physics Today)雜誌上看到草創中的「中研院天文所」徵才,儘管陳明堂不是天文專業,他卻有能力成為天文「工程儀器發展」技術上的領導人才。

 

加入中研院後,在醮壇吹嗩吶的物理學家,就一路隨著台灣天文摸石頭向前走了。九五年,台灣加入史密松天文台建造計畫,負責七號機、八號機。陳明堂直接被派到哈佛-史密松天體物理中心學習「次毫米波陣列」。「我本來也不是這一行,就像突然之間派一個小朋友跟你學東西,你會怎麼做?當然是先要他學鎖螺絲。我當時常常被人笑說,你那個螺絲數完沒、鎖完沒?」陳明堂靠一股牛脾氣,硬是把所有技術都背進腦海。

 

中研院天文所更和中山科學院牽起線,中科院負責建造望遠鏡的主體,陳明堂九六年回台後,則埋首在中研院研究電波望遠鏡的心臟——接收機。這是台灣在世界天文界初試啼聲的一役,只准成功,望遠鏡「開光」前一晚,「我壓力大到根本睡不著!」最後,七號機、八號機真的屹立在「毛納基亞」頂上,它們和同在夏威夷另一座「毛納羅瓦」山上的望遠鏡「李遠哲宇宙背景輻射陣列」,一起代表台灣這個亞熱帶的小島,昂首朝向宇宙

 

接下來,台灣沒有停下腳步,○六年在智利的「Atacama計畫」於五千公尺高的查南托高原(Chajnantorplateau)興建「阿爾瑪陣列」電波望遠鏡,由陳明堂擔任台灣部分總工程師。「大國造勢,小國乘勢。」台灣分別和美國、日本取得合作關係,順利承擔「射頻前端接收器」整合測試的責任,並成立全球第三座測試中心。

 

隨國際計畫一個個展開,中研院、中科院順利達成任務,也逐漸培養起一批很有實力的工程師。「很明顯,台灣快速竄起,日本起步早我們一、二十年,但我們在SMA讓他們刮目相看,接下來就很願意合作。」台灣在SMA和阿爾瑪陣列上的貢獻不小,陳明堂知道我們已經在次毫米波天文學上簽下了自己的名字。

 

「阿爾瑪陣列」開發時,曾留下三台分別由北美、歐洲和日本建造的原型機。台灣爭取到其中一台原型機的使用權,並選擇到北極圈內的格陵蘭架設起這台次毫米波望遠鏡。陳明堂還記得他和團隊搭乘著號稱「全球霸王」的C-17空軍運輸機飛到圖勒(Thule)空軍基地,在極地極端的氣候環境下,「永夜讓人覺得自己從來沒有醒過來。」巨大的「北極蚊」隔著厚襪子,都能吸人血。

 

「有天晚上,我們聽到風聲,知道離基地不遠有北極熊在吃麝香牛,隔天一早醒來,我們到望遠鏡旁邊,還真的看到熊的腳印。還有一次,一群剛去沒多久的同事,他們開車子往餐廳去。開到餐廳,才發現每個人都驚訝地看著他們,原來基地早有警報。」北極熊就在窗外晃來晃去。

 

更不用說,在極地重新改造「原型機」,從纜線製作、鑽孔、挖洞、軟硬管安置像是醫師開刀,要把神經、血管都歸位,即使頂著大雪和低溫,科學家和工程師還是得把一切精細地搞定。

 

黑洞團隊

中研院黑洞團隊一路見證台灣在天文觀測上的進步,現在台灣已是國際天文界的重要成員。左為陳明堂。(圖/中研院天文所提供)

 

「無窮創造的深美源頭」 千萬光年外的視界,是永恆進步動力

 

一七年十二月二十五日耶誕節,格陵蘭望遠鏡終於測到「第一道光」,在一八年正式加入EHT觀測,儘管格陵蘭望遠鏡趕不及加入拍攝「黑洞影像」的期程,但這次來自台灣的科學家,又進一步在世界天文界站妥了一個重要的位置。

 

陳明堂坐在夏威夷的電腦前,接受《今周刊》採訪,SMA離他不遠,那是一切開始的地方。短短四分之一個世紀,台灣已經迎頭趕上世界天文觀測的步伐。

 

「當我們可以上太空,可以看見五千五百萬光年外的黑洞,那麼,眼前還有什麼挑戰,是我們沒有勇氣面對的?」總統蔡英文先前這麼說。「要有種!」陳明堂大聲地說,這群默默苦幹的科學家,確實因為有種,為我們呈現了「事件視界」上的甜甜圈。

 

其實黑洞是看不到的,因為裡頭根本沒有光,「事件視界」是所有準備進入黑洞的東西,最後能被「看見」的地方。這個甜甜圈發出微弱的信號,人類終於用電波望遠鏡捕捉到它。「我們到現在仍不會知道,洞裡發生了什麼事。」陳明堂坦率笑道;但就像Larry Kimura命名的「Powehi」,正因如此,黑洞才是「無窮創造的深美源頭」。電波望遠鏡或許也像為神演奏的北管嗩吶那樣,畏敬而謹慎地為「崇高」獻上禮讚。

 

SMA無聲地轉動,「白山」上的科學家,又一次舉起他指揮家似的雙手。

 

黑洞

▲點圖放大

延伸閱讀
拼命照顧別人,你會像黑洞;先關愛自己,你便是太陽—了解「這件事」的影響,學習過「不起壓力的生活」
拼命照顧別人,你會像黑洞;先關愛自己,你便是太陽—了解「這件事」的影響,學習過「不起壓力的生活」

2019-10-31

解開黑洞之謎!  原來黑洞就是心,意識就是儲存在黑洞裡?
解開黑洞之謎! 原來黑洞就是心,意識就是儲存在黑洞裡?

2019-04-11

愛因斯坦神預言!世界第一張黑洞照片這樣拍出來的…
愛因斯坦神預言!世界第一張黑洞照片這樣拍出來的…

2019-04-11

黑洞影像如照片失焦?孫維新解答科學家感動的原因
黑洞影像如照片失焦?孫維新解答科學家感動的原因

2019-04-11

愛情天文學 ― 愛是個執念
愛情天文學 ― 愛是個執念

2016-08-01