『黑洞捕手』閱讀沙龍@新竹高中圖書館 109-12-17
今天參加新竹高中圖書館這學期最後一場閱讀沙龍【黑洞補手】，也是這學期圖書館舉辦的活動系列中，唯一屬於自然科學的一場，其他的影展、演講、實體展覽，幾乎都屬人文與社會科學主題的活動。
這一場的導讀人是學校物理科教師暨天文社指導老師顧子平，以及天文社的同學們。
前幾週市立圖書館的這本書就已被借走，而且被預約中，我借不到書，便從網路上可及的資料，粗略地認識它。(一週後領到書，又再更新過本文內容。) 書的書寫方式以類似作者的生命史自傳，回溯童年與青少年經驗開始，如何進入中研院天文所，與不同國家的科學家合作，參與國際天文計畫，展現臺灣在工程與研究上的實做實力，而在格陵蘭望遠鏡的建造著墨最多。
值得一提的是，從他早年的經驗回顧，好奇心與不安全感是他拓展知識的原動力。 他的專長原屬物理中的冷門，並且是以實作為主的技術型科學家，但學習過程所有的經歷都是有意義的，重要的是學習做研究的態度和方法，而即便在當初看似微不足道，都可能成為讓自己跨越邊界大放異彩的關鍵。
老師和天文社同學的導讀先介紹了本書作者陳明堂博士的經歷背景，從專長超流體、博士後凝態物理的實驗室工作，到跨入偏觀測的應用科學--天文學領域。
一、史上第一張黑洞照片：
由於黑洞是連光都會被吸入的超大質量星體，無法直接觀測與拍攝，只能觀測到它的陰影(它的邊界)，黑洞的邊界(事件視界)需要由光來定義(黑洞周邊明亮的黑洞吸積盤--是宇宙中的氣體/塵埃等星際物質落向黑洞時，在黑洞周遭形成的旋轉圓盤，當物質靠得很近，會摩擦產生熱，進而發出輻射電波)，因此稱為「事件視界」。
照片中的黑色陰影大小，是黑洞本身實際大小的2.5倍，包含黑洞以及被黑洞吸進去的物質，陰影周圍一圈是光子層(光子受到黑洞強大重力場影響而行進路線扭曲)，因黑洞以17度的偏斜自轉，照片中較厚者是距離地球較近處。
這第一個被觀測到陰影的黑洞位於M87(室女A星系)，距離地球5500萬光年，質量約65億太陽質量，自轉速度較慢，與其他黑洞相較，較容易觀測，並可以重覆拍攝。
過去使用VLT和哈伯望遠鏡觀測，只看得見星系核心的一片光亮(是黑洞周圍超大的吸積盤發出的光)，但哈伯望遠鏡能拍攝到很強的噴流(高能電漿噴流，是沿著恆星、黑洞等星體的自轉軸噴出的星際物質，氣體分子、塵埃等)，顯示超大質量黑洞的存在。
這次觀測的意義有三：
1. 驗證理論物理學家的推測，是證明黑洞存在的直接證據
2. 驗證愛因斯坦的廣義相對論
3. 開啟未來黑洞相關的研究
二、如何觀測黑洞？
光要夠強、光進入眼睛的角度要夠大。孔徑愈大的望遠鏡愈能觀察愈遠的事物。 由於可見光望遠鏡的限制，採用穿透力比光學望遠鏡佳、較不受天候大氣擾動影響的電波望遠鏡。擅長觀測星際氣體、恆星演化的次毫米波望遠鏡，最適合黑洞的觀測。此外，發射到太空中的哈伯望遠鏡，亦可避免大氣層干擾。
EHT：事件視界望遠鏡，是一個國際天文計畫，由全球的電波望遠鏡連線，組成口徑與地球一樣大的虛擬洲際望遠鏡，這些電波望遠鏡(至2017年底有八座，至2020年3月有11座加入計畫)組成的望遠鏡陣列，在同時間觀測，累積龐大的觀測數據，可提高解析度。
VLBI：特長基線干涉測量法，是這次觀測的關鍵技術。藉由距離很遠的幾個電波望遠鏡同步觀測，模擬出一個超大口徑的望遠鏡。干涉陣列裡的望遠鏡兩兩為一組同步觀測，產生干涉訊號，再以數學方法處理取得高解析度影像，構成陣列的望遠鏡數越多，成像速度越快，望遠鏡間距離越遠，獲得的影像越清晰。透過原子鐘對時，可將分散於地球各處的望遠鏡同一時間的觀測資料精確對時進行後續的運算處理。
GLT格陵蘭望遠鏡：是一座次毫米波天文望遠鏡，由於次毫米波易被大氣中的水氣吸收，必須建造在乾燥、高海拔地區，而建造在北極圈內，需要有耐低溫、雜訊處理的能力。
三、2020諾貝爾物理獎：
數學家潘洛斯（Roger Penrose）發現黑洞的形成是對廣義相對論的有力預測；天文學家根策爾（Reinhard Genzel）與吉茲（Andrea Ghez）發現銀河系中心的超大質量緻密天體(一個超大質量黑洞，位於銀河系中心的人馬座A*，距離地球10萬光年，質量400萬太陽質量，自轉速度較M87快，較不易觀測)。
從老師和同學們的導讀，深感校內人才濟濟，即便是高一高二同學們，也能夠條理分明地講述科普知識，面對群眾侃侃而談。 或許學校圖書館可考慮舉辦更多讓學校學術性社團同學們發表的活動。
我覺得黑洞捕手這本書也可說是一個「跨越邊界」的故事。有時機會在於能夠面對困難、努力創新突破，就像面對尚待探索與定義邊界的未知黑洞一般。
自然界還有許多值得探究的領域(如：黑洞、深海海溝、宇宙的邊界、微觀的世界...)，等待研究者去發現與揭曉。
一個研究的突破性進展，就像一把鑰匙，將開啟一連串的後續研究。就像第一張黑洞照片，是一個重要的里程碑。
許多學門之間的界線不見得那麼壁壘分明。雖然有時隔行如隔山，但許多新的研究都需要跨領域的人才。
「天文研究的特色，就是讓每個參與者，看著天空上的目標，總是往外看、往遠處看，只有合作才能看得更廣更遠。」(~『黑洞捕手』P80)
隨著新的技術發展，跨領域、跨國團隊合作，人類比以前更有機會「跨越邊界」，理解或解決過去覺得遙不可及的、複雜的問題，如：黑洞。
但我覺得，人類其實更應該時時提醒，不忘保持對於自然界的敬畏與謙卑。
*謝謝新竹高中圖書館、新竹高中天文社、社師顧子平老師。
延伸閱讀：
1. 穹頂天眼：從格陵蘭看黑洞 (關於黑洞、事件視界、噴流，有言簡意賅的解釋) https://www.youtube.com/watch?v=mREwS0wMeq4
2. 新竹高中天文社社刊撰寫的兩篇文章【M87 觀測史】以及【黑洞】 http://hchsastronomy.blogspot.com/2020/03/m87-observation-history.html http://hchsastronomy.blogspot.com/2020/03/black-hole.html
3. 事件視界望遠鏡全球記者會
https://m.youtube.com/watch?v=_GsTBTenBZY&feature=emb_title
4. 關於黑洞捕手一書的簡介
https://www.books.com.tw/products/0010853467
https://i-chentsai.innovarad.tw/2020/04/blackhole_catcher.html
5. 2020諾貝爾物理學獎》揭開黑洞的宇宙奧秘
https://www.storm.mg/article/3088381
後記：持續閱讀，勤做讀書筆記，能夠以書寫與自己的學習歷程和經驗背景持續對話，是件幸福的事。收益最多的，絕對是我們自己。在一年的尾聲，很榮幸得到新竹高中圖書館贈送的『黑洞捕手』這本書。(109-12-25)