望向無垠的宇宙星際 (4)

望向無垠的宇宙星際 (4)
知識通訊評論第76期

「平方公里」望遠鏡陣列

其他方法，其他行星

歐洲太空總署在二○○六年啟動的「對流旋轉和行星橫越計劃」（COROT），已經花了兩年時間，試圖偵測行星遮擋所造成恆星亮度的低谷。今年稍後，美國太空總署的「克普勒任務」（Kepler mission）將加入此研究行列；歐洲也跟進規劃了預計在下一個十年中段推動的「柏拉圖任務」（PLATO）。所有計畫的目標，都是為了發現地球大小和稍小的行星，尤其是位居（或接近）恆星周圍「可居住區」（地表可能存在液態水）者。

E-ELT可能被用來確認和追蹤這些任務的發現；可能像是測量新發現行星的大氣層光譜等。將前述衛星從太空所作的探測和新一代大型望遠鏡（如E-ELT）從地球作的調查結合起來，天文學家將能開始拼湊其他行星系統的概況；其中一些可能類似於太陽系，有些則無疑是全然迥異的。

張望四界
「平方公里」望遠鏡陣列
收訊面積：可達一百萬平方公尺
開始觀測：二○二○年後
成本：十四億美元以上
特色：無線電波，必更好用

它連預定地點或資金都還沒蹤影。但是，「平方公里陣列」（SKA）的雄心，足以彌補甚至超越其缺乏的實質事物：它將是全世界任何形式的望遠鏡中最大的。波多黎各的阿雷西博（Arecibo）天文台有當今的最大的單透鏡無線電波望遠鏡，但其收訊面積也不過七萬三千平方公尺，而SKA的目標高達百萬。收訊區內將分配數以千計的小型碟形天線，有些在核心中成群，有些以許多類似「麥田圈」的多分支螺旋形向外延伸，總半徑達數千公里。遼闊的半徑將使該系統有足夠的解析度，而如此收訊面積將提供難以令人置信的高靈敏度。

此望遠鏡的適用頻率範圍將從七千萬赫到一百億赫，並擁有極寬廣的視野；在低於十億赫的頻率達兩百平方度，在更高的頻率也有約一平方度。望遠鏡的最終設計將納入為更高頻率設計的碟形天線，和適用較低頻的平板「相位陣列」天線。相位陣列技術的一個優勢，是觀測者可以同時研究天空的不同部份。這種設計使得此一儀器，比起能得到相近等級影像的無線電波望遠鏡，觀測天空快上一萬倍。研究課題將或多或少涵蓋整個天文學領域，從星系演化、類星體湧出的宇宙噴流，到脈衝星和超新星殘骸的研究無所不包。

這個陣列是一個真正的國際合作；十九個成員國包括歐洲大部分地區、阿根廷、澳大利亞、巴西、加拿大、中國、印度、南非、瑞典和美國。該聯盟成員希望看到它在二○二○年完成，並在接下來五十年中，持續產出科學成果。考慮到無法避免的拖延、後續的性能提升等，SKA的壽命可能長到足以成為二十二世紀第一個超級望遠鏡。

據美國SKA聯合會主席科德斯（James Cordes）表示，SKA將使我們對第一個星系、宇宙如何產生「金屬」（天文學家如此稱呼所有比氦重的元素）等的理解，產生革命性的影響。以往的研究證明，在宇宙大爆炸五億年後，星系中瀰漫著只可能來自早期誕生星球的一氧化碳氣體。陣列將能夠標示此擴散狀況，並測定在「前星系物質」（星系的「種子」）星際介質中的一氧化碳分子。

但是，就像每一個有了自己極端鍾愛的大望遠鏡的人一樣，科德斯還喜歡充滿感情地強調這個寶物可帶來的驚奇。他說，SKA 將是個「發現製造機」。誰知道它會看到什麼比較弱的天文觀測工具錯過的東西？「也許是太陽系外行星和新型的耀星。也許更新奇──例如蒸發的黑洞和外星文明。」

回到太空

地球上的望遠鏡要愈做愈大並不難；在太空中，限制就比較多了。但馬里蘭州巴爾的摩「太空望遠鏡科學研究所」，正在構想下一件龐然巨物的天文學家的願望，應該就是那麼大。

美國夏威夷莫納克亞山望遠鏡

先進技術大透鏡太空（ATLAS）望遠鏡，這個構想提議階段的望遠鏡，只能用美國太空總署計劃中的戰神V重型運載火箭（將是阿波羅計畫以降，最大的登月航空器）發射。ATLAS將有一個比當今地球上最大的望遠鏡更大的鏡子。它的直徑可能達十六公尺，靈敏度約是哈伯望遠鏡的四十倍。它將提供對暗物質和星系演化的新觀點。也許最令人興奮的應用，將是鑑定其他恆星周圍的適居行星，甚至是已有生物居住的行星。