為什麼在格陵蘭?

地球觀測天空的視野因觀測者位於南或北半球,略分為「南天」和「北天」,各對應著一些適合觀測天體。目前,南天方面的「次毫米波特長基線陣列已由三點形成三角:「南極望遠鏡」(位於南極,英文簡稱"SPT")、「SMA次毫米波陣列望遠鏡」(位於夏威夷,簡稱"SMA")、「ALMA望遠鏡」(位於南美洲智利,簡稱"ALMA")。

相對於南天,那麼北天呢?

十年前(2011年),中研院天文所的天文學家提議應該可以幫次毫米波望遠鏡如SMA及ALMA再去找個第三點、再去連一個三角形。第三座望遠鏡,就最大三角面積來說,最佳放置地點應該就是位於北極圈內的格陵蘭島。為什麼三角形的兩個點最優先考慮的必然最優先考慮的必然是SMA和ALMA?原來,這兩大望遠鏡計劃計劃自興建時期起臺灣就開始參與並持續貢獻,不僅有豐富經驗,也擁有使用權,已經形成臺灣投入次毫米波天文研究領域的既有資產,優勢獨特。

供格陵蘭團隊成員配戴設計的臂章圖樣,也表徵出格陵蘭望遠鏡計畫的經緯:建造一個口徑等於地球直徑的大望遠鏡--將之用於黑洞成像,探索天文物理的未知邊境。

上方偏右的的紅點所在位置是格陵蘭島,左邊的點是夏威夷,下方的點是南美洲ALMA。

(Credit: ASIAA)

算算看上面這張圖上有多少個三角形?三角形怎麼連本有多種選擇,選擇在「格陵蘭島」畫上SMA和ALMA之外的第三點,可能是最有利於臺灣對全球天文發展發揮貢獻的一種。

這張圖上出現了幾個次毫米波段的望遠鏡(天文臺),分別是:位於夏威夷的"SMA"和「東亞天文台(EAO)」,以及南美洲的ALMA,都是加入全球特長基線干涉陣列的成員。

從google earth 上看此三點連成的三角形,形成了9000公里長的基線。

在電波望遠鏡的干涉技術中,基線長度即望遠鏡口徑,因此這座用干涉法相連的望遠鏡可以說是「幾乎和地球一樣大」

Image source: https://www.cfa.harvard.edu/greenland12m/science/

選擇在北極圈內的格陵蘭島架設第三座望遠鏡,「大氣透明度」是與前述原因同等重要的另一考量,指的是大氣吸收電波訊號程度的高低,吸收得多,屏蔽掉的多,透明度較低,這是因為地球大氣含有水氣,會擋掉特定範圍波長的電波訊號,且波長越短的電波,越容易會被擋。為了把電波訊號遭大氣屏蔽的這種效應降至最低,所以電波望遠鏡多建造在高海拔乾燥地點,因為水都結成冰,所以大氣裡所含水氣自然較少。

綜合考量以上因素,位於格陵蘭島的峰頂站台基地海拔高度3,200米,大氣透明,經實測證實極適合次毫米波段觀測,成為金三角的第三點。

在這個由「格陵蘭-SMA-ALMA」組成的金三角組合完成後,預期角解析力是數十微角秒,是極精細的角解析力讓我們有機會解析星系中心超大質量黑洞的「事件視界」。

北極圈的氣候條件極為嚴苛,為了讓望遠鏡能勝任在極地環境運作,在中研院天文所及中山科學院的工程團隊通力合作下完成望遠鏡的性能升級,時工時的珍貴照片如下圖。

左圖中小圈小圈的纜線,是工程團隊為整個天線碟盤面佈上的「除冰系統」,準備好讓望遠鏡可以「吹暖氣」。右圖是工程團隊同仁在除冰系統部完線之後,開始在天線碟面上組裝鏡面,天線口徑有12公尺,面積相當於44坪,差不多快占滿一個籃球場的半場。(image credit: ASIAA)