天文

科學家發現決定性證據 支持長期受爭議的宇宙膨脹理論 (cosmic inflation theory)

宇宙的生成,生命的誕生,向來是科學、哲學,甚至是宗教學上讓人探究的議題。數百年來,在科學界中,多有天文物理理論輩出,然而卻始終因缺乏足夠的科學證據,沒有一個單一理論能完全排除其右。而在臺北時間3月18日凌晨時分,美國麻州哈佛史密森天體物理研究中心的團隊,發表震驚世人的研究成果,他們表示由BICEP2天文望遠鏡長期在南極觀測的結果,強烈地支持「宇宙膨脹理論 (cosmic inflation theory)」,其證據不僅充分,並解決了一些長期使天文物理學家困惑的謎團。

大爆炸紀念日:六個宇宙大爆炸的迷思

西元1964年,兩位來自美國新澤西州貝爾實驗室的工程師,試圖架設一個更好的天線,結果卻意外揭開了宇宙的起源。阿諾‧彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯‧威爾森(Robert Wilson)所接收到的無線電嘶嘶聲,為第一次證實宇宙微波背景輻射(CMB)的信號。這個遺留輻射(relic glow)源於大爆炸,並散布在整個宇宙。 這個發現證實了大爆炸理論,也是現今對宇宙起源的最佳解釋。彭齊亞斯和威爾森也因這項發現而獲得了諾貝爾獎。在五十年後的今天,宇宙微波背景輻射已經幫助我們了解宇宙的年齡、形狀和組成,以及相關的發展細節。但幾乎與每一個新發現一樣,隨宇宙微波背景輻射而來的是更加令人傷腦筋的新問題。

[新聞] 火星的新發現

對於火星上是否有水或其他生命的存在,是科學界長久以來所研究的熱門議題。根據美國太空總署(NASA)在2014年2月10日的報導,十年來服役於探測火星的太空偵測船機會號傳回美國太空總署的最新資料顯示,火星上有水存在的假設,似乎已經證據確鑿。 從美國太空總署所關公佈的衛星照片中顯示 (見附圖),每當氣溫上升時,有類似手指狀的黑體從火星地面的斜坡上移動下來。此外,新的線索也包括含鐵礦物在斜坡上的季節性移動,和火星地表溫度變化等,儘管有其它解釋的可能,證據在在顯示含有鐵礦物質的鹽水能抗冷凍,如硫酸鐵等。 這個前瞻性的發現將改變人類對於火星氣候變遷的認識,以及可能存在於火星上的生命的發現。研究團隊同時將現在的照片和往年的照片比對後,發現現在照片上斜坡的黑體較往年照片更普遍,然而,卻不是每個斜坡上都有移動黑體的存在,因此,究竟黑體在哪裡出現,以及為什麼在那裡出現,仍然是亟待火星科學家們探究的議題。
天體運動
2014年你不可錯過的觀星盛事

2014年你不可錯過的觀星盛事

無論是業餘的星象觀測迷,或是專業的研究員,都引頸企盼著將在2014年陸續登場的諸多觀星活動。即使你沒有專業的天文望遠鏡,以下介紹的許多天文星象都是可以用肉眼,或是使用雙筒望遠鏡就可以看到的。一月 2-3號的象限儀座流星雨:從一月1號到5號,你都可以用肉眼看到流星雨的景象,而從2號的晚上到3號破曉前為高峰期,你每小時將可以看到約40顆的流星。這場流星雨是來自牧夫座方向。 5號的木星衝日:所謂的「衝日」是指太陽、地球(在中)與特定星球呈一直線的現象。一月5號的木星衝日是整年裡最適合觀測木星的日子,除了因為那天在地球可正視木星的日光反射面而易於觀測外,那一天也可以藉充分的反射日光,一次看到木星旁的四顆衛星:埃歐、歐羅巴、蓋尼米德和卡利斯多。 三月 20號的庶女星活動:在天文觀測中,有時候小行星會穿越地球與特定星球之間,而造成完全遮蔽該特定星球的景象。庶女星(小行星163)將在20號完全遮蓋住獅子座最亮的軒轅十四星,時間長度約為12秒。這是很難得的天文景象,但是遺憾的是只有從美國紐約到加拿大安大略省才能觀賞到此景觀。

NASA行星科學家飯碗難捧

NASA行星科學家飯碗難捧
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯高英哲

原文作者/Alexandra Witze     編譯來源:NASA funding shuffle alarms planetary scientists

NASA行星科學部決定重新分配經費,並暫停接受一項重大研究計畫的申請案

史考特.古澤維奇(Scott Guzewich)在美國空軍擔任氣象預報員長達六年後,才轉換跑道成為他夢寐以求的行星科學家。他目前以博士後研究員的身分,服務於 NASA高達太空飛行中心,專研火星大氣。

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RSS, JPL, ESA, NASA

然而古澤維奇的夢幻工作可能要變成一場惡夢了。NASA的行星科學部在12月3日宣布,將重新分配挹注各項研究與分析計畫的經費。這聽起來像是官僚作業的重新洗牌,卻挑動了美國行星科學家的敏感神經:他們覺得在這個經費日益緊縮的年代,自己即將成為被排除在外的一員。尤其是有一項包含近半數行星科學研究提案在內的新研究計畫,2014年卻不給研究員提出新的補助金申請案;那些從補助金裡支薪的研究員,到時候就會落到無處請款的田地。「這下我得跳過2014年,到2015年才能送案。」古澤維奇說。「要是到時候還領不到錢,我想我就得去渥爾瑪打工了。」

幾乎全美的行星科學家,或多或少都是靠NASA總金額達12億美元的行星科學部補助金在做研究。許多老資格或比較有名望的研究員,可以從火星登陸車「好奇號」(Curiosity)或是土星探測太空船「卡西尼號」(Cassini),這類的個別任務中拿到錢;像是古澤維奇這樣的年輕科學家,就相當倚賴總金額約2億5000萬元的研究與分析預算過日子——這筆錢是給對行星任務傳回的資料,進行研究分析的科學家拿去用的。根據位於美國亞利桑納州土桑市的行星科學研究所,在2010年所進行的調查顯示,美國有將近半數的行星科學家,倚賴這項計畫提撥他們一半以上的薪水。

NASA的管理階層在一場虛擬的市政廳會議中,提出研究經費重新分配的計畫,令許多人感到相當錯愕。喬治亞理工學院行星科學家布蘭妮.施密特 (Britney Schmidt) 說:「人們擔心他們快要沒頭路了,這消息真是嚇死人。」

沒有人會否認研究分析計畫的經費需要做調整。把經費重新洗牌,可以清掉一大串尾大不掉的資金挹注計畫,重整為五大主題:新行星、太陽系相關作業、可居住行星、外星生物學、以及太陽系觀測。這些新領域中最為龐大,也可能成為最受歡迎的,是太陽系相關作業;然而在那場NASA舉辦的市政廳會議中,有人卻說直到2015年2月前,該領域都不會接受請款提案。這是壓垮許多靠著不斷申請補助金,勉強度日的研究者的最後一根稻草,因為他們手頭上有的資金,大多會在可以申請新的補助金之前就用光光了。

讓專家傷腦筋的新行星

美國的研究團隊發現在太陽系之外有個行星正在形成,該行星離其恆星遙遠,約為太陽到冥王星的距離兩倍之長,該行星座落於長蛇座TW恆星充滿氣體與星塵的原行星盤之中,長蛇座TW的質量約為太陽的55%。 這個滿是塵埃的原行星盤是離我們最近的原行星盤,位於長蛇座,距離地球176光年遠,天文學家利用哈柏望遠鏡觀察太空,並用特別的方式塑造原行星盤的模型。他們發現星盤之中有約個缺口,寬度約20AU,只比形成一顆行星所需的寬度稍大,行星其大小約為6到28個地球的質量。研究團隊認為有充足的證據證明該行星的形成製造了這個缺口。 觀測計畫主持人艾莉絲‧溫伯格(Alycia Weinberger)表示:「長蛇座TW恆星的年紀約500萬到1000萬年之間,現應為行星形成的末期,行星將於原行星盤消逝之前形成……根據現有的科學研究成果,通常離恆星距離越近,行星的生成速度會越快,但是這次的觀察結果卻非如此。」

CCD影像光度測量原理

CCD影像光度測量原理
臺北市立中崙高中地球科學教師 林詩怡/國立台灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

當所觀測的天體影像已經做好分析前的影像淨化工作後,就可以進行影像中的星點光度測量或是其他的研究。

在底片時代,除非有經過校正後的透射式掃描機將底片上的星點影像數位化,通常以星點大小來作為星星亮度的分析依據,不僅誤差較大,分析速度也慢了許多。有了CCD觀測到的天體影像,只要將屬於星星的影像信號強度累加起來,再與已經經由天文學家確認過的參考星亮度作為換算依據,就可以知道影像中的星點亮度為多少。

同樣的,這樣的分析過程可以輕易的以電腦軟體完成,但是其背後的原理又是什麼?

所有的CCD影像分析都建立在一個假設上:假設CCD對光線強度的反應為線性反應。

星點亮度的估算方法,就是將星點所佔的所有像素信號強度加總,減去這些像素的背景值,所得到的即為此星的觀測信號強度。

下圖為CCD影像中其中一顆星星的信號強度二維分布圖,可以明顯看出中央信號較強的部份即是星點所在之處。

CCD數位影像淨化原理(一)

CCD數位影像淨化原理(一)
臺北市立中崙高中地球科學科吳昌任教師/國立臺灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

數位式的可見光感應器(CCD、CMOS等)已取代傳統底片,為大部份天文觀測所使用。數位感光晶片有其優點,包括光線造射後產生的信號強度,與入射光線強弱呈現線性反應(在絕大部份狀況下)、微弱光線下的量子效應較高等特性。

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