從衛星遙測到暗物質探索,台灣天文科研成果一覽

作者 | 發布日期 2019 年 02 月 26 日 15:11 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly

台灣自主研發的福衛五號、台美合作的福衛七號、安裝在國際太空站且運作中的阿爾發磁譜儀、格陵蘭望遠鏡……你對台灣的太空科技發展了解多少?也許「台美科學合作聯展──太空和天文」展覽能帶你一探究竟。



2017 年 8 月,台灣完全自主研發的福衛五號衛星成功升空,雖然發生「近視」意外(首批回傳的遙測影像模糊不清),但太空中心團隊耗費半年時間修復,終於讓福衛五號回到正常視力,也讓世界看到台灣自主研發衛星的能力。

但除了福爾摩沙衛星系列,台灣團隊於天文領域的其他開發成果你不可不知,比如 2011 年發射至國際太空站上、至今已運行近 8 年的粒子物理試驗設備「阿爾發太空磁譜儀」(Alpha Magnetic Spectrometer,AMS)。

國際太空站唯一的宇宙射線探測器

AMS 目的是探測宇宙奇異物質,包括暗物質及反物質,擁有數個超高精確度探測器:穿越輻射偵測器(TRD)、粒子追蹤器、電磁能量探測器(ECAL)、環形切倫科夫計數器(RICH)、飛行時間計數器(TOF),以及電子系統和一個巨大的永久磁鐵。

其中,AMS 的主電腦及觸發系統(650 微處理器、300,000 電子信號通道)由台灣中研院、國家中山科學研究院、中央大學團隊與美國麻省理工學院合作研製,處理速度比目前商用的太空電子系統還要快上 10 倍。

太空與地面的電子元件設計思維全然不同,在太空中,精密元件需承受陽光直射與背光的極大溫差、沒有空氣可熱對流散熱、面臨高能輻射衝擊、搭著火箭升空時會有劇烈晃動,因此發射前要經過極為冗贅的測試,包括震動測試、熱循環測試、熱真空測試、抗輻射測試等。

AMS 搜索奇異物質探討宇宙起源

如果宇宙起源於大爆炸,大爆炸之前是真空,則大爆炸之後,宇宙應該存有相同數量的物質與反物質,然而現實中所有探測器觀測的結論都是:正、反物質明顯不對稱,成了天文物理最大難題之一。

暗物質理論預測,暗物質碰撞會產生正電子,所以若精確測量正電子的流強,就能驗證暗物質理論。然而在 AMS 投入觀測之前,宇宙中的電子、正電子流強測量結果誤差很大,衍生出眾說紛紜的假設;而 AMS 展開實驗後,精確測量出電子與正電子流強強度不同,射向地球的宇宙線確定含有額外的高能量正電子,與正電子源自於太空的暗物質湮滅理論相符合,證明理論無誤,只是離我們真正找到暗物質可能還要幾年時間。

地表最強望遠鏡陣列

阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列(ALMA)由 66 座高精密望遠鏡組成,角解析力與靈敏度之高帶我們一窺太陽系外各種恆星系統銀河系中心的超大質量黑洞、甚至宇宙邊緣的超明亮星系蠶食附近星系,其中,台灣中研院、中科院也有加入 ALMA 的建造與運轉,包括高頻接收機元件研發。

另外一個為次毫米波陣列(Sub-Millimeter Array,SMA),8 座望遠鏡中有 2 座由台灣中研院天文所與美國哈佛─史密松天文物理中心共同製造;2017 年時,中研院天文所又與美國史密松天文台合作,在北極圈架設唯一一台次毫米波望遠鏡「格陵蘭望遠鏡(GLT)」。當 ALMA、SMA 與 GLT 利用特長基線干涉技術,構成一個直徑約 1 萬公里的虛擬望遠鏡時,將能挑戰直接觀測超大質量黑洞。

「台美科學合作聯展──太空和天文」將展出這些儀器、望遠鏡以及搭載福衛七號的 7 公尺 SpaceX 火箭模型。該展覽由美國在台協會(AIT)與科技部、國研院太空中心、中研院、國家中山科學研究院、台北市政府合作,於台北市天文科學教育館舉辦,展期自今日起至 3 月底。

(圖片來源:科技新報)

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