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Jun. 27 2016

世上最大望遠鏡該何去何從?

  • 世上最大望遠鏡該何去何從?

    世上最大望遠鏡該何去何從?

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這個世界上最大的單面口徑電波望遠鏡,鑲嵌在波多黎各叢林中的巨大凹穴內,一天中將近二十四小時掃瞄來自其他星系的訊息、難以捉摸的重力波和來自外星文明的雜音。在過去逾半世紀的時間裡,不論是來自宇宙深處或是從地球鄰居的訊號,都是阿雷西博天文台(the Arecibo Observatory)在負責接收。

但這座直徑達305公尺的超巨大望遠鏡,來日無多。

波多黎各的阿雷西博天文台(The Arecibo Observatory)不但常常出現在電影中,更是探索外星生命的象徵,但它的日子似乎不多了。惡劣的氣候迫使美國國家科學基金會(National Science Foundation)必須捨棄天文台的部分設施。這是個非常艱難的決定。(NSF/Wikimedia)

負責支出大部分阿雷西博每年1200萬美元維護費的美國國家科學基金會(NSF , National Science Foundation),在5月23日發布了聲明稿,有關這座天文台未來可能會造成的環境衝擊。

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這聽起來人畜無害,畢竟研究科學設備的週邊環境也是個不賴的點子。然而這次並不是什麼好事。如果美國國家科學基金會(National Science Foundation)打算停止挹注天文台任何資源並下令將其關閉,這次環境評估就是關鍵的一步。

該天文台前台長羅博·柯爾(Robert Kerr)說:「看來國科會打算依照1969年公布的《國家環境政策法》來讓這項設施除役。這嚇壞了天文台相關同仁。」

雖然還沒正式決定關閉天文台,但近年來發生了許多類似的不祥兆頭,而這些行動大多催促國科會將資源轉移到其他項目。如今,天文台未來的命運已經從持續目前研究,轉變成解體拆除並將原址還給大自然。國科會下的太空科學部門部長吉姆屋維斯塔(Jim Ulvestad),希望在2017年底前能取得輿論認同後,讓拆除成為定案。

這座重達九百噸的工作平台,藉由三座高塔懸吊在半空中。(Nadia Drake)

而最極端的作法,像是炸毀巨大碟盤炸毀,影響地下水、空氣品質和生態環境;而在未來可能的影響層面,對環境衝擊的研究,尤其是和關閉天文台有關的,將格外重要。

來自康乃爾大學(Cornell University),曾擔任過天文台台長的唐·坎伯(Don Campbell)說:「實際來看,短時間內這座望遠鏡對這個熱帶叢林造成危機;為了保護這裡,拆除勢在必行。」

這項意圖無疑備受大批天文學家和當地民眾的關注。阿雷西博是世上最精密的電波望遠鏡,儘管年事已高,它仍然具備著世界頂尖的科學水準,例如找尋重力波。更重要的是,它對積弱不振的地方經濟注入了一劑強心針,更啟發了許多波多黎各人追尋科學和思考宇宙的奧秘。

推動保留天文台請願,來自喬治亞大學的天文學研究生艾曼紐·多內特(Emmanuel Donate)說:「波多黎各覺得自己是這座天文台的主人,並以此為傲。我考慮繼續使用它,我過去幾週也在那裡操作,堪稱是我畢生最難忘的時刻之一,也是個人至高無上的榮耀。」

熱帶地標

阿雷西博天文台興建於1960年,當時美國政府想瞭解能否藉著大氣中帶電粒子的浮動,來偵測到蘇聯的洲際飛彈。剛開始望遠鏡運作不佳,但經過幾次升級之後,它成了全世界最精密的宇宙無線電波偵測器。除此之外,它還能蒐集來自太空的光子、傳送電波到太空,一些厲害的科學家更以此來觀測可能撞上地球的小行星。

The Arecibo Observatory, as seen on Google Earth.
Google Earth的阿雷西博天文台。

這幾十年來,這座天文台持續參與頂尖科學研究,其中一項研究更榮獲諾貝爾獎;它也成了人類探索地球、太空及宇宙的象徵,頻頻出現在電影和電視影集場景中,像《X檔案》、《接觸未來》(Contact)和《黃金眼》(GoldenEye)等等,其經典地位實至名歸。

山雨欲來

但捉襟見肘的預算讓國科會必須重新分配資源。經費生出的過程來自外部評鑑和單位、聯邦顧問委員會和美國國家研究委員會(National Research Council)的十年調查,判定接下來十年內的科學研究項目之優先順序。

屋維斯塔說:「國科會和其他聯邦科學機構一樣,具價值的科學研究項目一堆但資金不足。因此在有限的資源下,國科會在面對科學界和政府時,必須針對科學研究的優先順序和提議做出最適當的決策。」

2010年發布的最近一份十年調查中,要求新設施的科學研究在順位上超越那些可以在像阿雷西博此般現有設施進行的研究。而這份調查的結果加上慘澹的研究經費,使得國科會開始列出該放棄的目標和設施。

 

阿雷西博的碟盤懸吊在天然凹谷中,碟盤下方則雜草叢生。(Nadia Drake)

儘管具有指標性意義,阿雷西博的地位仍然岌岌可危。更新、更亮的望遠鏡紛紛上架;而在美國,電波望遠鏡的使用者數量遠遠不及光學望遠鏡,更何況大多數光學望遠鏡的維護費用更低廉。

過去十年來,縮編天文台預算的意見此起彼落,2006年國科會評估首次出現阿雷西博資金來源替代方案的議題。該報告中指出「(進階評估)建議要是2011年後出現資源短缺的狀況,便關閉天文台……而讓望遠鏡退役的龐大費用也成為一項重要議題。」

而這項審查隨後在2012年由國科會的太空科學部門評估補助。情況變得較為明朗,委員會建議將天文台作為國科會資產保留,並建議在這十年階段的尾聲,「根據研究機會和預算評估」再重新討論阿雷西博的財務狀況。

接著在2013年的一封審查信中提到,擬開始討論讓這個巨大望遠鏡退役的成本和衝擊;而望遠鏡特殊的歷史和生物多樣性的地理位置,使得情況變得更加複雜。「因此這些審查必須在可行的情況下盡快啟動。」

而至今年更是每況愈下。隸屬國科會的天文暨天體物理學諮詢委員會(Astronomy and Astrophysics Advisory Committee)不斷催促「在切實可行的情況下盡快進行」撤資事宜。很快的國科會便提議削減大氣暨地球科學部門(AGS,Atmospheric and Geospace Sciences division)75%的預算,從4100萬美元縮減至1100萬美元。

如今,天文台的前景可說是一片黑暗。

柯爾說:「聯邦官方公告和AGS的審查報告這麼一來一往下去,接受如此決案的人愈多,離阿雷西博天文台的大限也就不遠了。」

屋維斯塔表示塵埃落定前,倚重天文台的單位將有機會將擔憂傳達出去。第一場會議在6月7日於波多黎各舉行,而在6月23日前都開放公眾評論。在環評預估報告釋出後,將會有另外一場為期45天的公評階段。

接下來只能看著辦了。

坎伯說:「國科會、AST 和AGS 都陷入了財政困難,過去幾年來一直毫無改善,未來也不樂觀。」

 

鳥瞰阿雷西博的巨大碟盤。 (Nadia Drake)

掃描宇宙

如今透過阿雷西博進行的研究項目包含,偵測來自遙遠太空的神秘無線電波發射、研究小型星系以測試宇宙模型、潛在的殺手級小行星以及遙遠行星的衛星。

約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(Applied Physics Laboratory)的南西‧夏巴特(Nancy Chabot)說:「有太多事情要擔心了,這不只是關係到小天體社群,阿雷西博的未來更關係到整個科學界的整體性。」夏巴特同時也是NASA小天體評估小組的組長,他們在今年稍早發布了報告,以維護「國家的科學和安全資產」為由,希望NASA能夠繼續資助阿雷西博天文台。

而天文學家們則認為,新設施的崛起更助長了國科會欲使阿雷西博退役的念頭。其中一個對阿雷西博造成重大威脅的因素則是ALMA──不久前在智利阿他加瑪(Chilean Atacama)竣工的超精密陣列式電波望遠鏡。部分科學家推測若對ALMA持續挹注資源,國科會就能將電波望遠鏡的開銷轉到其他用途上。這種做法或許是合理的,尤其在中國的單碟電波望遠鏡接近完工之際,而且它比阿雷西博還要更巨大。這座被稱為FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, 五百米口徑球面無線電望遠鏡)的巨獸預估將在今年秋天開始運作。

儘管體型驚人,FAST並不一定比阿雷西博更精密,而且它並無內建雷達,這代表它將無法取得那些可能威脅到地球、最精確的小行星軌道數據。

康乃爾大學的吉姆‧寇德斯(Jim Cordes)指出,有了新設施不一定就要淘汰較老舊但高品質的設施,尤其它們仍具備的獨特功能、仍能有一定貢獻。他說,這些設備可以和可以和功能類似的光學望遠鏡相輔相成,例如位在夏威夷毛納基火山(Mauna Kea)的凱克望遠鏡。「人們都覺得電波望遠鏡和光學望遠鏡之間毫無關聯似的。」寇德斯說。

寇德斯補充,更重要的是有許多實驗的確需要非常精密的望遠鏡。例如其中一項被稱作「NANOGrav」的研究,便使用阿雷西博和位於維吉尼亞州西部格林班克(Green Bank)的國家電波天文台(National Radio Astronomy Observatory)來偵測重力波。這研究主要透過觀測脈衝星和星體殘骸,以了解宇宙年紀。當這些密度極高、演化進入末期的恆星高速自轉時,會發射出無線電波束為地球偵測到。一如其他在今年稍早被雷射干涉儀重力波天文台(LIGO)偵測到的重力波,會掃過並擾亂來自那些宇宙深處的訊號;而只要這些精密的「天眼」持續運作,科學家就能繼續偵測到這些現象。

「NANOGrav的目標是開啟一扇能和LIGO並駕齊驅的重力波窗口。」寇德斯說,這兩項專案研究的目標來自於完全不同的宇宙碰撞。「NANOGrav和LIGO 的不同,就有如調頻收音機和牙醫用的X光之間的不同。要了解整個宇宙,需要各種儀器來擷取不同的頻率樣本。」

失去阿雷西博便代表,NANOGrav約五十個脈衝星中,將有半數無法被精確觀測。「這將會使整個研究倒退好幾年,就在我們即將成功研究的這節骨眼,」來自威斯康辛大學密爾瓦基分校的NANOGrav主席沙佛耶‧西門斯(Xavier Siemens)說。

 

一匿名科學家曾實驗能否把摩托車騎上望遠鏡天臺走道。答案是肯定的,因為007就曾在上頭打鬥奔跑過。(Nadia Drake)

國家啟示錄?

看來阿雷西博在一陣唇槍舌戰之前是不會定案了,但我們不確定這場爭執會以什麼形式進行。有趣的是,前天文台台長柯爾的起手式,便是將阿雷西博申請名列美國國家歷史遺跡。

「我試圖利用國家歷史遺跡的登記註冊(National Historic Registry),避免讓阿雷西博關門大吉。」他還補充「贊成這項提案者或許有其他動機,像是旅遊業者。」

而贊助阿雷西博「行星雷達實驗」的NASA,對於國科會想關閉天文台的舉動也有話要說。另外,其他資金雄厚的投資者或是組織或許願意介入。

「我希望他們可以找到其他贊助者,但這一切都得取決於現實狀況,」坎伯說,「這對科學研究、天文台員工和波多黎各,尤其當地的目前情況,都是嚴苛的選擇;這些員工工作努力,並提供我們非常大的支援。」

的確,不同世代的波多黎各人都造訪了天文台,有些人還在那工作、讀書、甚至居住。

「我從小就在阿雷西博市長大,我從小就知道城市南邊的山上進行著偉大的實驗。」波多黎各大學里約皮也德拉斯校區(University of Puerto Rico, Rio Piedras)地理學家帕伯羅‧勒朗迪—羅曼(Pablo Llerandi-Román)說。對他而言,學生時期去天文台並和研究員對話後,科學不再只是一門學校科目。「要是它關閉的話,我就失去了身為阿雷西博人和波多黎各科學家的驕傲。」他說。

波多黎各大學學生卡洛斯‧艾斯特維茲‧加拉薩(Carlos Estevez Galarza)說,他希望波多黎各人有一天會像他們對體育和藝術的熱情一樣支持科學,而他認為天文台在此中扮演了非常重要的角色。

「阿雷西博天文台和他的員工是唯一在沒人相信我時,相信我的人。」加拉薩說。他以學生身分在天文台當研究助理,主要鑽研火星,而在那之後他在國際研討會上發表研究,並將首篇研究論文投到科學期刊。

「最重要的是,我在阿雷西博天文台的經驗中找到了理想,」他繼續說,「許多有天分的波多黎各學生應該也得到和我一樣的機會。」

其中一位學生仍在讀高中,今年十六歲的赫南德茲(Wilbert Andres Ruperto Hernandez)打從孩童時期就想當太空人,而他希望能得到一些科學和工程學方面的經歷。因此他進入了阿雷西博天文台太空學院,院方提供高中生設計實驗、蒐集分析數據等機會。赫南德茲說他現在發現了他對宇宙運作之道的興趣,這是他在和天文台科學家工作和談話的過程中逐漸發展出來的。

他說:「當我們尚未探索並學習了解自己時,我們的家園和周遭環境會引發投入相關研究的動力。作為阿雷西博天文台和太空學院的一份子,是我人生中最棒的經驗。」

滿天晚霞下的阿雷西博天文台。(Nadia Drake)

 

撰文:Nadia Drake

編譯:林品竹

 

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