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前進南極「天壇陣列」探索宇宙

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到南極極頂進行研究的臺灣大學梁次震宇宙學講座教授陳丕燊,將國旗插在極頂前,象徵臺灣第1個南極科學研究計畫。(梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心提供)

臺灣史上第一個南極科學研究!臺灣大學與國際合作,耗資千萬美金在南極打造100平方公里範圍、比一個臺北市中心還大的無線電天線陣列,也是全世界最大的微中子天文臺,接收外太空的微弱訊號,希望能解開宇宙起源的答案。

文 ◎ 趙芷菱

為探索宇宙起源,科學家致力觀測宇宙的「微中子」,中華民國歷史上第一個南極科學研究計畫:天壇陣列(ARA (Askaryan Radio Array) Observatory)為一個包括美、歐、日及臺灣的大型國際合作計畫,預定未來四年內,將耗資千萬美元打造100平方公里範圍之無線電天線陣列,屆時將是全世界最大的微中子天文臺。臺灣在行政院國家科學委員會和「梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心」的支持下注資7000萬元,約占四分之一,主導天線研發,有舉足輕重的地位,僅次於美國。

「天壇陣列」觀測微中子

「天壇陣列」研究團隊預測,南極冰原可觀測到微中子的數量,在未來將是唯一可以提供最高能粒子物理前沿的資訊管道。這個天文臺的「望遠鏡」是由埋在海拔3000公尺高的南極極頂冰原中的37座天線探測站所組成,涵蓋100平方公里的大面積,範圍相當於臺北市五個區的無線電天線陣列,來傾聽冰層下由極高能宇宙微中子所發出的訊息;臺灣團隊將提供10座,主導天線之研發,在此國際合作計畫中,占有舉足輕重之地位,臺灣參與計畫主持人、也是臺灣首位抵赴南極極頂的臺大講座教授、梁次震中心主任陳丕燊,並擔任ARA國際共同發言人之重任。

陳丕燊在過去幾年不斷積極地在國際場合提倡ARA微中子陣列望遠鏡。在他的倡議及領銜下,國際上有共同理想的專家們於2009年發表了一份白皮書,促成了ARA之誕生。臺灣團隊致力於設計製造最前端的天線探測器,甚至在理論上對微中子信號量測有極為重大的研究突破。

政府、私人捐贈及大學三位一體合作

陳丕燊表示,臺灣參與此計畫斥資7000萬元,6000萬元由國科會出資,他大學同窗好友、廣達副董事長梁次震補足1000萬元,才讓研究團隊無後顧之憂。臺大校長李嗣涔表示,這次的捐贈是臺灣第一次以純科學為對象,經費將運用在軟體運作,具有指標意義。

臺灣這一團隊,是國際上少數科學先進國家南極俱樂部的一員,係由政府、私人捐贈及大學三位一體,通力合作推動尖端科學的組織,世界上除美國以外,私人捐贈純科學計畫的,在歐洲、日本也極為少見,實為臺灣的驕傲、傳為佳話;由於南極幅員廣大,陳丕燊希望未來能擴大成1000平方公里的陣列,持續觀測宇宙微中子,進行科學研究。

回顧「梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心」成立的源起:2007年11月13日廣達副董事長梁次震有感於大學同學陳丕燊返國為母校服務,決定以個人名義捐款2億500萬元給臺大母校。陳、梁二人大學同窗時都是天文迷,還曾經一起創立天文社,自行磨製了臺灣第一架8吋望遠鏡。梁畢業後雖從商,但多年一直難忘情天文,他在捐贈儀式中提到:「大學同學用實際行動愛臺灣,讓我深受感動,覺得自己也應該付出;一方面是回饋母校,有一部分是圓了自己的夢!」

陳丕燊在美國史丹福大學「卡福立粒子天文物理學與宇宙學研究所」擔任宇宙學家,現應聘為臺大梁次震宇宙學講座教授,並且主持「梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心。」陳丕燊表示,當年踏出校門時,期許有朝一日能返校貢獻所學,數十年後的今天,不但得償宿願,希望今後能以「臺大梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心」為平臺,致力探究宇宙起源、構成以及預測宇宙的未來。

雙百巧合 意義重大

陳丕燊上周於臺大年終記者餐會中指出,2011年12月他在南極極頂安裝第一座「天壇陣列(ARA)」天線站,適逢人類(挪威探險家羅爾德.阿孟森)踏上南極極點100周年,也是中華民國建國100年,雙百巧合、意義重大;挪威於南極舉辦盛大慶典,總理嚴斯.史托騰伯格(Jens Stoltenberg)親自出席。陳丕燊笑稱,他是唯一東方臉孔,卻與人高馬大的挪威人相談甚歡,陳丕燊還對其中一位「Jens」先生開玩笑,說是否因為是維京海盜後代,所以身材才這麼高大;直到慶典時,才發現原來是總理,他事後向其致歉,但總理並不介意,還對著鏡頭向臺灣人民打招呼致意,歡迎科學家到南極探險研究,傳承科學家的精神。

陳丕燊並表示,雖事前知道南極的天候嚴峻,但「百聞不如一見」,當地正值夏天,呈永晝狀態,溫度卻仍只有攝氏零下40度,比冰櫃更冷,他因此長了不少凍瘡。此外,海拔約3000公尺的缺氧狀況也是嚴苛挑戰,但團隊們還是成功地完成首次安裝,陳丕燊以自繪的國旗並在白日中央畫了100,以資慶賀,併同美、日、歐等國國旗,共同飄揚在零下40度的南極極頂,寫下臺灣天文研究史里程碑。

浩瀚的穹宇,地球相比如塵埃。李嗣涔說過,20世紀物理學的進展迅速,但宇宙中只有5%的成分,可以用已知的物理學來解釋,其他95%的成分本質為何,仍在探究之中。

人類無盡的追索,然「奧妙」也許就在觀念的轉瞬之間。◇

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