【物理史上的五月】1933 年 5 月 5 日:《紐約時報》報導〈宇宙無線電波的發現〉

1933 年 5 月 5 日:《紐約時報》報導〈宇宙無線電波的發現〉

文|蕭如珀、楊信男(臺灣大學物理學系)(譯自 APS News,2015 年 5 月)

 

央斯基在福特 T 型車輪上架了一個天線系統,可以在圓軌道上旋轉,用來追蹤固定的無線電波來源,這開創了電波天文學。|來源:Wikimedia Commons

 

     在美國 1997 年的科幻電影《接觸未來》(Contact)中,大部分的戶外鏡頭都在新墨西哥州的特大天線陣(Very Large Array)天文台現場拍攝。聽過此電影的人比知道此天文台是以央斯基(Karl Guthe Jansky)命名的人多很多,央斯基在天文學家中是知名的電波天文學之父。

     央斯基出生於 1905 年,家中有 6 個小孩,父親是威斯康辛大學(University of Wisconsin)的電機工程學教授,3 個兒子在父親的灌輸下逐漸培養對物理的強烈愛好。央斯基的哥哥強調弟弟「並非書呆子」,舉出弟弟打網球與曲棍球的技術高超,後來還是新澤西州蒙茅斯郡(Monmouth County, New Jersey)的桌球冠軍,足以證明。

     央斯基在威斯康辛大學取得物理學位,還多花 1 年當研究生,但他並未完成他的論文,而於 1928 年加入貝爾電話實驗室當研究員。他在大學時被診斷出罹患慢性腎臟病,因此貝爾實驗室起初不願聘用他,但因為和父親一樣都是電機工程師的大哥,曾在貝爾實驗室工作,為公司建造美國最早期的一些無線電發射機,去為他求情,所以公司最後通融錄用了他。

     貝爾實驗室給央斯基的第一個任務是,研究間歇性的靜態雜訊,它們可能干擾了用來傳送跨大西洋電話的無線電波。此工作很有挑戰性;央斯基必須為此設計建造特別的儀器,最著名的是一個大型、架在由動力驅動轉盤上的定向天線系統,轉盤放置在福特T型車輪的圓軌道上,可以繞著中央垂直轉軸做 360° 旋轉。此系統因此被稱做「央斯基的旋轉木馬」。

     經過幾個月冗長沉悶的資料收集,央斯基分析所有資料,馬上確認了三個固定的基本型態:附近的雷雨、遠方的雷雨和第三個他描述為「未知來源很穩定的嘶嘶聲」。謹慎的措辭是他上司給他的忠告,叫他小心不要做太大膽的斷言,以防他的發現無法禁得起進一步的調查。但是央斯基猜想此訊號源自銀河系中心,這成了最早為人所知的外太空無線電信號的偵測。

     他的推論很簡單,他研究第三類的固定型態一年多,注意到它每天都會升高下降一次。起先,央斯基以為它是來自太陽的輻射,然而幾個月後,信號最明亮的點遠離了太陽的位置,而且,升降並非確切每 24 小時重複一次,而是每 23 小時 56 分鐘一次,這是太陽系外恆星和其他天體的特性。他下結論說,最可能的輻射源是在銀河系中心的人馬座,那裡的信號最強。

     後來他父親回想說:「雖然科學家會被大量的外來資料所混淆,但他們的任務是要認出基本的事實,然後在解釋時運用有創造性的想像力,央斯基即是這麼做。」

     結果他不只發表一篇論文,而是發表了三篇,包括 1933 年 4 月發表於國際無線電科學聯合會的一個會議中的〈明顯來自外太空的電氣干擾〉(Electrical disturbances apparently of extraterrestrial origin)。這進而促成 1933 年 5 月 5 日刊登於《紐約時報》一篇醒目的新聞故事,大力宣揚他的發現,所以威斯康辛大學基於他的三篇論文,終於授予他碩士學位。央斯基極欲繼續探測這些神秘的宇宙信號,想要為此目的建造一個 30 公尺大的碟形天線。但是貝爾實驗室在那經濟大蕭條的高峰期對於應用研究更感興趣。既然央斯基的研究顯示出固定的嘶嘶聲並不會對於越洋的聯絡造成困擾,他們評估此計畫已結束,所以指派給央斯基其他的計畫。央斯基雖開創了一個新的科學領域,但在其後的生涯都還是在貝爾實驗室,默默無聞地辛勤研究,只於 1948 年被選為無線電工程師學會的會士。

     這個電波天文學的新領域並非一夕之間產生的,當時經濟困頓,央斯基少了做為天文學家的專業地位,在在阻礙了各個天文台做進一步的研究投資。早期一個關鍵人物是雷伯(Grote Reber),他聽聞央斯基的發現,就於 1937 年在自家後院建造了一個無線電波望遠鏡,用它來進行宇宙無線電波第一個系統調查。

     第二次世界大戰期間發展的雷達,對於無線電天文學提供了一劑強心針,因此大戰結束後,另一位名為克勞斯(John Kraus)的天文學家得以在俄亥俄州大學建立無線電天文台。最後他寫了一本教科書,成了無線電天文學家的聖經。到了 196 4年,電波天文學發展為成熟的領域,那一年,彭季爾斯(Arno Penzias)和威爾森(Robert Wilson)使用一個巨大的喇叭天線,發現了宇宙微波背景輻射。

央斯基於 1950 年過世,年僅 44 歲,起因於他腎臟病導致大中風。當他 1933 年第一篇論文重登於 1984 年的《電機與電子工程師學會期刊》(Proceedings of the IEEE)時,編輯們提到說,如果央斯基不是這麼早逝的話,他的研究很可能會為他贏得諾貝爾獎。現在,「央斯基」(Jansky,簡稱為央,Jy)是電波強度(通量密度)的單位;月球上有一個隕石坑以他的名字命名,新澤西州在他關鍵的實驗場所立有一個紀念碑紀念他;當然還有超大天線陣被重新以他的名字命名。

央斯基(Karl Guthe Jansky)|來源:Wikimedia Commons

 

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