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文/陳明堂

  2019年4月10日,大批新聞媒體湧進中央研究院活動中心,準備見證一件世界科學大事。就在這一天晚上,中央研究院與全球的科學家共同發布人類史上第一張「超大質量黑洞陰影」的影像,這場世界同步發表會的焦點,就是後來被通稱為「黑洞影像」的圖片。

  發表會當下,中央研究院院長廖俊智說:「這張人類史上第一張超大質量黑洞的影像,是科學上一個空前的成就。」這消息一公布,蔡英文總統立刻在直播線上振奮留言:「人類首次!」隨後又再度留言:「全人類的一大步,很高興台灣參與在其中!」

  這張照片是由一個長達數年、橫跨國際的大計畫——「事件視界望遠鏡」(EHT)所拍攝。EHT使用了世界上所有能夠運作的「次毫米波」觀測站,模擬出一座跟地球直徑一樣大的望遠鏡,專門用來研究宇宙中像黑洞這樣的緻密物體。目前EHT有超過兩百位來自世界各地的科學家,過去幾年來的心血結晶就是這張「黑暗中的光環」。

  「黑暗中的光環」看似簡單,其實有三層意義。首先,它是「黑洞是否存在」的第一個直接視覺證據。其二,它確認了愛因斯坦百年前廣義相對論的預言。其三,這個突破性的成果是台灣的學界與工業界,結合世界一流科學團隊的成果。如果人類的知識是一幅巨大的拼圖,那麼這張黑洞影像,就是遺失百年的重要圖塊。如今,台灣與世界聯手,一起填補了拼圖中的關鍵空白。

  中央研究院天文及天文物理研究所(簡稱「中研院天文所」)參與了2017年的EHT觀測活動,經歷資料處理、分析、成像,再經由嚴謹的科學論證,終於在2019年,與EHT的成員一同提出黑洞存在的第一個視覺證據。

  2017年參與EHT的八座望遠鏡中,台灣參與建造或是運作的一共有三座,再加上貢獻運作經費與觀測人力,讓台灣團隊占有顯著的地位。這也是為什麼總共十三席的EHT董事成員,台灣中研院就占了兩席。

  台灣的天文研究規模跟科技大國比起來,算是相對小型。但自中研院天文所創所時,即以相對年輕的電波天文學做為主要研究方向,無論是星球的形成、宇宙論、甚至黑洞天體,都有非常重要的科學題目可以讓學者一展身手。

  中研院天文所從吳大猷院長任內創立籌備處,在過去近三十年來受到幾位深具遠見的主事者的支持與鼓勵,例如李遠哲院長任內決定發展「次毫米波陣列」和支持「宇宙背景輻射陣列」、翁啟惠院長任內加入「阿爾瑪計畫」,乃至廖俊智院長,無不深耕易耨,注入珍貴的研究資源。另外,國家中山科學研究院在天文所創所初期,即成為儀器發展的重要夥伴,與天文所各任所長一同努力,在天文領域播種。而且,台灣有著強大的工業(半導體與電子業)能力基礎,能從事科學儀器的創新,讓中研院天文所可以參與世界上最尖端的天文儀器建造,置身於天文研究的最前端。

  靠著這些前輩對台灣基礎科學的支持,還有許多非常優秀的科學家、工程師們的奮鬥,中研院天文所不但在台灣搭起一座世界性的科研舞台,也讓台灣以及世界各地,具有天分的年輕學子們能發揮所長,為人類知識做出最佳貢獻。正是因為前人闢出一片沃土,台灣研究黑洞的團隊才有機會,在這個晚上開出迷人的花朵。

  不過,在熱鬧非凡的氣氛中,我其實帶有一絲遺憾。近十年來我們團隊一手主導的格陵蘭望遠鏡以參與EHT觀測、擷取首張黑洞影像為目標,終於在2018年加入EHT。可是首張黑洞影像的資料來自2017年的數據,並不包含格陵蘭望遠鏡的觀測資料。終究,我們還是慢了一步。

  事實上,格陵蘭望遠鏡加入EHT的資料正在處理中。我們團隊期待格陵蘭望遠鏡的加入,能夠透露出隱藏在陰影下的細節,能讓天文學們破解出黑洞陰影下的祕密。如此的結果將會大大的提升台灣天文學家在黑洞研究的地位,讓台灣獨特的貢獻受到世人的重視。

  雖然格陵蘭望遠鏡沒趕上第一張黑洞影像的列車,但是我們團隊的工作顯現出,台灣的學界與工業界可以站在世界科學研究的第一線,與一流的科學團隊共同主導研究方向,這樣的成就仍值得自豪。我自覺非常的幸運,能夠在工作生涯中,找到一群志同道合的夥伴,參與了一段台灣非凡的創新年代,心中只有感激。

  在1995年,我從本行凝態物理轉進天文研究的領域,開始參與台灣的天文儀器發展,見識到天文所創所先輩們從零開始的序幕,他們招兵買馬、訪賢任能,組織起一群優秀的國際團隊,到世界各地開疆闢土。隨後,我自己也成為舞台上的眾多演員之一,經歷台灣在國際之間合縱連橫,爭取最佳位置的故事。

  在這些故事裡,我們的足跡從亞熱帶的台灣、到熱帶夏威夷火山的熔岩管(Lava Tube),然後穿越到智利安第斯山的鹽水湖,再跨越到北極因紐特人的冰原、鑽進格陵蘭的冰河。以往火裡來、冰裡去的歷練,讓我們在捕捉黑洞影像的任務中,扮演關鍵角色,更完成了格陵蘭望遠鏡這項被人稱為瘋狂的計畫。

  在這段漫長的時空道路裡,一群由各國人士組成的科學工程團隊,因緣際會,聚集在這塊土地上,為台灣的科學界建立堅固的天文研究根基。我親身經歷過這段科學開創的驚奇旅程,深深的被這些前輩和同伴們所感動。為了讓這群為台灣科學舞台做出卓越貢獻的人物,能夠留下一點歷史的足跡,我僭越動筆寫下故事中一些個人的經歷與感想,還望這些前輩和同伴們不要見怪。

  我寫這本書時,是以一般大眾為目標,一方面告訴台灣社會,我們很感謝各位支持台灣的科學研究,另一方面也想鼓勵那些對基礎科學研究有興趣的人,你們的耕耘總有一天會化為養分,帶動社會的進步。

  書中的主要內容來自過去幾年我在台灣各處的科普講稿,當中參雜了許多我個人的主觀回憶與不太連貫的筆記紀錄;此外,為了提高年輕學子,或是不熟悉科學的讀者們的興趣,我在敘述上刻意避免使用艱深的科學和工程專業術語,不免使得一些科學現象的描述過於簡化,或是無意中有所偏頗。如果有爬梳不順或錯誤的地方,那實在是我個人的專業限制與學養不足,希望讀者們能不吝賜教,讓我有機會再次學習,進一步去除我個人認知的死角。

  如果讀者對本書所講的一些有趣概念意猶未盡,那就是主動求知的時候了,這是現代人必須具備的能力。讓我們一同追求知識,拓展人類的智慧版圖,總有一天我們能從浩瀚的星空當中,找出萬物運行的真理。

※ 本文摘自《黑洞捕手:台灣參與史上第一張黑洞照片的故事》,原篇名為〈作者序 榮耀下的遺憾〉,立即前往試讀►►►

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