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| 文／陳輝樺 天文望遠鏡裡的秘密 因為在星空中所看到的星體都距離我們非常遙遠，這些星體所發出來的訊息當然需要相當長的時間才能被我們觀測到，所以天文望遠鏡正彷如時光隧道般，可以 觀察到遠古時代這些星體所發生的事情。甚至，我們期望能看到宇宙剛開始形成時大霹靂的情景，以及宇宙各個演化階段的史實，甚至探究宇宙未來的可能發展。 |
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時間的起源——大霹靂學說 宇宙是什麼時候誕生的？是怎麼誕生的？它又是如何演變成今天的浩瀚無際呢？這些在你我心中的疑問，一直到六十多年前，科學家們才有 共識地告訴我們：我們生存的宇宙是在一次大霹靂後，經過暴漲和相變的過程將超巨大的能量轉變成輻射和粒子，終於形成了目前的宇宙。此大霹靂的理論依據是 「從一點爆發」、「宇宙膨脹」和「宇宙背景輻射」等三個論點。美國於1990年4月發射哈柏太空望遠鏡，主要任務就是用來探索宇宙的起源與演化。 1918年，哈柏（Edwin P. Hubble，1889～1953）以具有直徑2.5公尺反射鏡的胡克耳望遠鏡，觀察出銀河中看似微弱的星雲，其實是位在距離我們有幾百萬光年的其他星系中。 他的研究有助於天文學家瞭解宇宙的浩瀚。 圖1是哈柏站於所使用的122公分史密特望遠鏡前， 和現今我們所瞭解的銀河和星系團、超大星系團、宇宙的大小關聯示意圖（圖1）。 1930 年，天文學家加墨 (George Gamow)提出形成宇宙的「大霹靂」（Big-Bang）理論。 它的基本論點是建立在宇宙始於一次難以想像的巨大爆發 ，這次爆發創造了今日圍繞著我們的每件事物。 它從爆發的一點逐漸延伸至現今我們周圍的廣大天空（圖2）。1949 年，加墨進一步解釋大爆發後的宇宙，如今也逐漸地冷卻，現在，它的溫度約為絕對溫度2.7度（約攝氏零下 270 度）。 1965年，經由微波的偵測，將微波望遠鏡指向任何方向，影像都是一樣的，微弱的冷輻射均勻地來自各個方向， 這是宇宙開啟時「大爆發」的殘留。即微波望遠鏡所偵測到支持宇宙大霹靂理論的「餘溫」證據（圖3）。 在大霹靂理論中宇宙過去的密度和溫度比現在高，密度和溫度趨近無限大的那個時間就是宇宙的開始。我們可依時間順序略述如下：（圖4）大霹靂：宇宙起源 於一次大霹靂中，在誕生的那一瞬間，從「無」急速膨脹，逐漸演化成巨大的宇宙。 時空生成：爆炸使得宇宙開始膨脹，就是所謂的「真空暴漲」，因而生成了時空。 粒子時代：時空生成的初期，溫度高到只有基本粒子、反粒子和輻射的存在，這就是粒子時代。核子過程：大爆發之後3分鐘左右，溫度降到10億度，質子、中子 等開始進行核融合反應，形成了氫、氘（重氫）和氦的原子核。 原子過程：大爆發10萬年後熱輻射溫度降到 4000 度，物質與熱輻射之間的作用減弱，使得氫原子核與電子停止游離，組成氫原子。引力過程：電磁力和接續的重力之引力過程促使原子逐漸由均勻狀態凝聚成團，熱 輻射則繼續均勻而無方向性地冷卻到今天所看到的 2.7 度宇宙背景輻射。星系形成：從大爆發後數十萬年到數億年間是物質聚合成星系的時代，我們的銀河系和太陽系便是在此時形成的。現在：在大爆發的10億年後， 我們今日所見的宇宙已大致形成，只不過各星系間隨著宇宙的膨脹而繼續遠離。 |
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| 似星體：3C273揭露的時間訊息 近四十年來，一種類似恆星發光的天文現像一直吸引著天文學家的目光，我們稱它們為「似星體」。 它們到底是什麼呢 ? 到現在仍尚未有定論。從觀測的特徵來看， 似星體是有極大「紅位移」現象且暗淡仿如恆星的一群，許多天文學家相信，它們可能是距離我們極遙遠且具尚未得知活躍能量的星系，也有的相信它們是擁有百萬 甚至千萬倍於太陽質量的超巨型黑洞。如圖5是被一個橢圓星系所遮蔽的似星體3C273，從照片中的明亮程度不難看出它所發出驚人的巨大能量。此似星體 3C273的移動速度，從觀測的數據分析它正以 6.2倍的光速遠離我們而去，如此違反愛因斯坦「狹義相對論」對於光速定值的假定之結果，你相信嗎？這會不會和最近所發現的星系的噴流、 黑洞兩極噴流等現像有著什麼樣的關聯？還是和恆星的演化過程有關？ |
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| 未來的時間——預報未來？ 未來將會有什麼在等著我們呢？我們要怎樣才能知道？又有誰可以告訴我們這些答案？從古至今，預言家常談論到人死後的來生等尚難以證實的事。算命者憑著 觀看水晶球、身旁物體的排列、判讀掌紋、面相、體態、祖先遺物，或是算命紙牌、算命盤、出生年月日時辰、紫微斗數等來預測人們的命運。 「科學家」靠著不斷的實驗、記錄和資料歸納與分析結果，有時可以預測未來可能發生的事。例如，他們指出保護地球生物免受輻射傷害的大氣層，其中的臭氧 層出現個破洞，且還在擴大中，如果我們不停止使用某些噴霧劑和化學品，破洞將會變得更大。預測未來諸如天氣、股市、房地產等經濟景氣將會如何變化的人，被 稱之為「預報員」。預報員仔細地研究過去已經發生的事及現在正在進行的情形，來判斷將來可能發生的情況。不過，憑著現今的科技仍是會犯錯，而且也尚不能作 太久的預報。同樣地，天文學家正運用望遠鏡裡所觀測到的訊息協助我們瞭解宇宙的過去，也預測宇宙未來的可能發展。 |
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| 未來的時間——黑暗宇宙射出的超新星巨光所揭露的新奧秘 時間流向哪裡去？未來的時間有終了嗎？未來是否會延伸另一個150億年，還是會更久呢？我們的宇宙會不會停止膨脹，轉而開始收縮，使得眾星辰又彼此靠近而回到「宇宙大霹靂」的瞬間呢 ？雖然這是20世紀初的一種科學假設，也沒有人知道真正的情況會如何，但是在20世紀末的天文觀測告訴我們，宇宙現在仍在加速地膨脹，並沒有減緩的任何跡象。 據美國太空總署最近的觀測資料分析報導 ，一個哈柏太空望遠鏡曾經觀測到已形成100億年之久的1997ff超新星（圖6中央的亮點），它是天文學家目前所觀測到最遙遠的超新星 。天文學家從測量它的餘輝，發現這顆爆發於100 億年前初始宇宙的超新星正在膨脹中，更加支持了一種曾令人難以理解的宇宙正加速膨脹的現象，那就是宇宙一開始就有的互斥力，使得星系間相互遠離的速度越來 越快。而不符合過去數年間，許多科學家所爭議的宇宙膨脹速度逐漸減慢的看法。至於促使宇宙加速膨脹的神秘黑暗能量（黑暗物質）到底為何物？目前仍未找著它 們的存在證據和對它們的直接觀測方式。當然也就仍不曉得宇宙的未來是否會無限地膨脹下去，還是會在一次的關鍵時刻停下來？ |
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