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 　　在夏威夷的「次毫米波阵列望远镜」（英文简称SMA，台湾中研院参与建造）、智利的阿塔卡玛大型毫米波及次毫米波阵列（简称ALMA，台湾中研院也参与建造）、美国的绿堤望远镜（GBT），还有法国、西班牙、德国、瑞典、芬兰等世界各处电波望远镜，它们有的隶属于「全球毫米波特长基线阵列」，有的是概念式虚拟望远镜「事件视界望远镜」的成员，在接下来这几天，大家将一起做同一件事、加入一次「全球大串连」！这项行动有几个重要目的，其中一个正是：准备仔仔细细观测银河系中心的－－超大质量黑洞。

　　「全球毫米波特长基线阵列」(Global mm-VLBI Array，缩写为GMVA) 和「事件视界望远镜」 (Event Horizo​​n Telescope，简称EHT)，各代表十几个电波望远镜成员，就像两个家族，串连起电波望远镜阵列的网路。它们透过一种特殊原理，能把距离几千公里的多座电波望远镜串连成像一个像地球一样大的望远镜，观测星空。

　　这次合作中，「GMVA阵营」把重点放在捕捉紧邻于银河系中心位置区域的吸积和喷流性质，而「EHT阵营」则将史无前例地，第一次尝试取得黑洞的黑洞阴影影像。

　　全球电波望远镜大会师的阵容浩大，横跨了整个地球表面，从南极、南美洲、欧洲，到太平洋上的夏威夷。其中，ALMA望远镜除了最大（有66个天线）、最灵敏（接收机技术最新）以外，它的第三项特色，让ALMA也成为无论GMVA或EHT两者都很需要的一位重要策略伙伴，那就是ALMA位于南半球的极佳站台条件。

　　台湾在这个在这个全球大合作中有很多贡献。首先，中央研究院天文及天文物理研究所是东亚天文台成员之一，此天文台现在负责运营James Clerk Maxwell望远镜（JCMT）望远镜，JCMT是一座15米望远镜，坐落地点为夏威夷毛纳基峰，这个大家或许不太陌生的山峰，同时也是拥有8座天线的「SMA次毫米波阵列望远镜」所在之处，中研院天文所并且是SMA的共同合作兴建者。此外，台湾更是ALMA望远镜计划的成员机构。这三座望远镜都是EHT网路的一部分。

　　前中研院天文所所长，现任东亚天文台台长贺曾朴院士表示：「来自东亚地区的同仁目前正在毛纳基峰上参加这次全球连线进行实验，后续也将支援在这次全球大连线中资料取得的任务。不但如此，中研院天文所还正在北极圈的格陵兰建造「格陵兰望远镜」。预计约一年后，格陵兰望远镜也可望参加下一次的EHT连线实验。我们已知银河系中心黑洞和M87星系中心黑洞这两个，就是科学家有机会能解析超大质量黑洞阴影的最佳目标，这也是我们台湾，日本，韩国及中国团队大家共同努力的目标。」

GMVA 和EHT的观测将分别于4月1~4日、4月5~14日展开。

目前，整个天文学界都非常热切期待看到这次观测的成果会是什么，因为这个观测隐含的科学可能性令每个人都很兴奋。为了让这次观测背后的科学能充分为大众所了解，ALMA国际合作团队准备好了七道料理，接下来两个月，准备每周推出一篇介绍短文，从各个角度说明和这个观测相关的科学、意义、目标。这七个料理包带领大家进入一场天文观光旅程，除了能获取新知，认识到做顶尖研究的过程、也看到追求顶尖成果伴随着哪些风险，短文还将回答一些天文学的常见问题：电波望远镜如何看见宇宙？黑洞最有意思的部分是在哪里？我们对银河系中心的那个黑洞知道多少？等等。

首先，打开第一个料理包，先来认识GMVA 和EHT这两个计画到底有什么来头。

什么是「全球毫米波特长基线阵列」和「事件视界望远镜」？

在我们的银河系中心藏匿着一头宇宙怪兽，是名叫做「人马座A星」的一个超大质量黑洞，拥有4百万个太阳的质量，重力强大到连光也无法逃脱它的拉力。但若不是它的重力这么大，连附近的恒星和气体都要受它摆布，我们其实根本也无法知道它的存在！现在，有个了不起的新尝试将启动，准备要去帮这个从未被看见过的黑洞「事件视界」拍下一张照片。(这里先卖个关子不解释事件视界，因为随后几周会有一篇专门的短文介绍！)

本来，在电波望远镜之间有两个国际合作计画，个别都有一群伙伴相连结，各自构成了「和地球一样大」的「虚拟」望远镜︰事件视线望远镜(EHT) 和全球毫米波特长基线阵列(GMVA)，两者差别仅在于观测频段的波长稍微不同，前者是1.3毫米，后者是3毫米。在这两个合作计画也一起合作之后，更壮观的望远镜连线形成了，远自南极延伸抵达欧洲、太平洋上的夏威夷，共同努力的观测目标就是银河系中心的超大质量黑洞。

为了达成这个目标，天文学家运用了一种特长基线干涉法的技术，让千里外的望远镜也能互连结成一体，好像一个单一的望远镜一样。这种合作技术能取得较高的解析力，那是远超过任何单一望远镜可做到的，这个解析力的数字比哈伯太空望远镜还更强两千倍。这么强的解析力在侦测黑洞时的确不可少，因为，这个黑洞虽然体积约有太阳的20倍，但是距离地球却有26,000光年远啊。

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全球摆阵大合作希望能取得第一张黑洞阴影影像
图中绿色线条代表EHT网路，黄色则代表GMVA网路。Credit: ESO/O. Furtak

　　听过「帮黑洞拍张照」吗？这个计画的筹画已有相当时日，但直到近几年，相关技术的进度才终于赶上了这个极具野心的计画。当然，电波望远镜中的重量级选手加入这个计画也有利于计划落实，这位选手就是：阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列望远镜，ALMA。

　　ALMA建造的位址是在智利的阿塔卡玛沙漠，是个海拔高达5千米的高原沙漠，以ALMA数量多达66座的高精度天线和先进接收机来说，有它加入EHT/GMVA合作计画之后，立刻把整体灵敏度提高了10倍。ALMA无疑是一座天文学界最先进的设施，但是在加入合作以前，它还是按部就班地升级了好几次。到目前为止，在ALMA上已完成安装的专门设备包括：新的硬碟（储存未来观测将产生的海量资料）、高度精确的原子钟，这座原子钟是ALMA和整个电波望远镜大网路相连的关键（这个大网路有个专门名称叫做VLBI，中文称为「特长基线干涉阵列」）。

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位于静僻荒野之境的ALMA阵列望远镜。透过这张全景图，我们可以认识ALMA所在位置的地理特征，那是智利安地斯山脉的查南脱高原，海拔有5千公尺之高。Credit: ESO/B. Tafreshi (twanight.org) -http://eso.org/public/images/potw1252a/

这个破天荒的观测，即将在2017年4月份展开，GMVA阵营在3毫米波段的观测是第一棒，时间从4月1日开始，将进行到4月4日；第二棒是EHT阵营在1.3毫米波段的观测，时间将从4月5日开始，进行到4月14日。观测以后，接棒的是资料处理，庞大的资料量处理起来需要不少时间，预计2017年底可以得到结果。

尽管这个计画没有必胜的保证，但是科学上它富于极多令人向往的可能，令人兴奋，这合作还有其他一些一流的目标，包括印证爱因斯坦的广义相对论－－爱因斯坦曾预测，在黑洞周围会环绕着一个「几近圆形的阴影」。其他的科学目的还包括，了解物质如何在黑洞周围「吸积」(物理上有很重要意义的一个词，意思类似累积、变多)，以及从黑洞以极快速度喷出的气体喷流，是怎么形成的。

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黑洞阴影的数值模拟图：广义相对论预测阴影应该是像中间图形那样，呈圆形，但是黑洞除了圆脸的可能以外，也可能是长脸（如左图），或宽脸（如右图）。未来EHT拍到的黑洞阴影影像可以帮我们印证一下看看。Credit: D. Psaltis and A. Broderick. - http://www.eventhorizo​​ntelescope.org/science/general_relativity.html

以上就是本系列大餐的第一份料理包，接下来欢迎大家一起加入天文观光之旅，除了获取新知，也认识到，要做出顶尖的研究，经历的过程是什么、并看看追求顶尖成果，偶尔相随着，可能是一些风险。

之后的短文中，还将探讨一些常见问题：大家都对黑洞存有好奇，到底黑洞是有意思在哪里呢？电波望远镜如何看见宇宙呢？我们对银河系中心的那个黑洞知道多少呢？下次见。

本文转载自中研院天闻网 ,2017.04.01,胡佳伶

yuanwenhttp://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1650