2014 一月號

圖示

第九十九期電子報  出刊日期:1030115  

科學新文摘

 


 

等待超新星微中子

天文物理學家正準備迎接我們星系裡恆星爆炸產生的微中子,並希望這些次原子粒子能讓我們深刻了解恆星的死亡歷程。

撰文/賈雅沃德哈納(Ray Jayawardhana)
翻譯/李沃龍

重點提要 
■當恆星爆炸時,耀眼的光芒提醒天文學家有顆超新星正在爆發。超新星的爆發同時會噴發出大量的微中子,它們雖然較難以偵測,卻可能更有價值。 
■在我們銀河系附近發生的上一起超新星爆發事件是在1987年,當時物理學家偵測到24顆微中子,那些粒子提供了關於超新星與微中子的重要線索。 
■在我們銀河系附近隨時可能會發生超新星爆發,景象更加壯觀。先進偵測器可能會攔住數千至數百萬顆微中子,為恆星的物理學提供嶄新的視野。

1987年2月24日凌晨一、兩點左右,在智利拉斯坎培那斯的山頂上,薛爾頓(Ian Shelton)決定把當晚最後一片照相板顯影後再上床睡覺。薛爾頓是加拿大多倫多大學的駐天文台觀測員,他耗費了許多精力在山頂那具數十載的10吋望遠鏡上,並利用這台小儀器來觀測銀河系的一個夥伴星系——大麥哲倫雲(LMC)。他從顯影槽中取出這片照相板,檢視曝光三小時的拍攝結果。突然間,有件事吸引了他的注意:一個奇怪的亮斑出現在蜘蛛星雲(Tarantula nebula)的蜘蛛狀特徵旁。他不明白這不尋常的亮斑是什麼,因此推測它可能是照相板本身的瑕疵。為了確認原因,他走出天文台,步入山上乾燥的空氣裡,抬頭仰望天空。他看見LMC裡有顆明亮恆星,是今晚之前未曾見過的,於是急忙跑到山脊上另一座天文台去分享這則消息。

當他在控制室裡和天文學家馬道爾(Barry Madore)、康凱爾(William Kunkel)討論這項意外發現時,智利籍的望遠鏡操作員杜哈德(Oscar Duhalde)透過對講機說,幾個小時前他走出天文台休息片刻時,也看到了那顆恆星。他們四人一起確認了那顆「新」恆星應該是顆「超新星」(supernova),也就是恆星亮度能夠暫時比10億顆太陽更亮的恆星爆炸事件。在目前已知的天體中,沒有其他天體能有如此劇烈的亮度變化:前一晚因亮度太微弱以至於連照相板都記錄不到,今晚卻突然能以肉眼輕易瞧見。這表示薛爾頓與杜哈德剛在銀河系的衛星星系裡,發現了一顆超新星。幾個小時後,紐西蘭一位業餘天文學家也獨自發現了這起事件。

在上午10點左右,透過同事所撥的電話和國際天文聯合會(IAU)的電報,全球科學家都已得知這項發現。大家欣喜若狂,因為在人類發明望遠鏡將近四個世紀之後,「超新星1987A」(SN 1987A)是我們在鄰近星系裡發現的第一顆超新星。

天文學家急忙利用功能強大的觀測工具,包括位於南半球各地的可見光、紅外光與無線電望遠鏡,以及太空船上的X光與紫外光儀器,來觀測那正在LMC裡發生的重大事件。幾乎沒有科學家經歷過這麼一段滿是觀測活動的時期,就如某位興高采烈的天文物理學家所言:「那好像在過耶誕節一樣。」

這些對SN 1987A所做的研究,大致符合理論學家在超級電腦上利用複雜的數值模擬而發展出來的理論。超新星理論描述年老的大質量恆星如何自我毀滅,並預測恆星核心會塌縮成為極緻密的中子球(又稱中子星)或黑洞,整顆恆星的外層大氣則高速噴發、逸散而形成閃亮的殘骸雲。不過,並非只有天文學家在慶祝而已。對粒子物理學家而言,超新星的其他觀測將為微中子這種鬼魅般次原子粒子的本質提供重要線索。綜合SN 1987A在各方面的研究,科學家已經對我們星系裡發生類似的恆星塌縮事件充滿期待。這類事件隨時可能發生,並解答關於恆星死亡與微中子本質,這些長久以來、懸而未決的問題。這一次,微中子獵人可能是第一批偵測到這類事件的人。

比光速還快?

已過世的巴寇(John Bahcall)當時任職於美國紐澤西州的普林斯頓高等研究院,SN 1987A的發現讓他興奮過頭因而失眠。其實巴寇的興奮是可以理解的,因為他知道這起宇宙劇變事件中最早也可能是最重要的報訊者,應該在天文學家使用傳統望遠鏡觀測超新星的幾個小時前,便抵達地球了。依據恆星演化理論的模型,他很清楚大質量恆星在臨終時的核心塌縮將造成微中子大爆發,而它們會毫無阻礙地飛離恆星深處的爆炸位置。當恆星外層的覆蓋物炸開之後,煙火大會才正式開始。在巴寇聽聞SN 1987A消息的幾分鐘之後,便與兩名同事著手計算地球上各種微中子偵測器應能記錄到的微中子數目。他們算出應該能記錄到數十顆微中子,並在一星期內把結論寫成論文,投稿到科學期刊《自然》,以便能在實際測量結果出現前搶先登出。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2014年第143期1月號】


 

 


 

 

十二年國教 103年正式上路

(中央社記者陳至中台北1日電)十二年國民基本教育民國103年8月正式上路,高中職免學費(設有排富條款),各項升學管道4月份開跑。

十二年國教最大變革是學費政策和升學制度。今年8月起,高職、五專前3年學生免繳學費,高中則以家庭年收入新台幣114萬元為門檻,收入以上者需自行付費。

十二年國教免學費政策,適用於103年高中職的新生。已在學生則維持舊規定,高職依「齊一公私立高職學費方案」計算學費補助,高中在學生則維持現行收費方式。

國中升高中職、五專升學制度將有重大變革,以往圍繞基本學力測驗(基測)設計的甄選、申請、分發等,都已走入歷史,改為「免試入學」和「特色招生」二元管道。

其中75%以上國中畢業生,將透過「免試入學」進入高中職。所有招生區免試入學超額比序都有採計的「國中教育會考」,首屆選定今年5月17日、18日登場,6月5日開放查詢會考成績,6月20日高中職免試入學(第一次)放榜。

特色招生的考試分發入學測驗則於7月12日、13日考試,7月23日開放查詢成績,8月2日特招放榜。不過特招因為和二次免試放榜時間過近,還有可能調整。

戲劇、美術、舞蹈、音樂、職業類科特色招生的招生時程更早,4月份就開始進行術科測驗,體育班則是5月份開始。

除了學費和升學制度,十二年國教還有包括高中職均優質化、適性輔導、課程教學改革等。其中關鍵的課程綱要,教育部採取「循序漸進」的策略,先微調舊課綱,預計103年6月份公告十二年國教課綱的「總綱」,105年公布正式課綱。詳細時程可參考十二年國教網站。1030101

 

全文網址: http://www.cna.com.tw/news/aedu/201401010114-1.aspx

 

 


 


 

學科中心近期研習活動

主  題:2014動手做物理教學研討會

日  期:103年至1月23日(四)

地  點:國立中興大學

參加對象:高中職自然科教師

物理學科中心102年度課綱微調課程教師增能研習-研習錄影

 

宇宙學示範教學(陳義裕教授)

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=Bypi-EQhOe4

宇宙學新知(高文芳教授)

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=WhNEseWWGrc

宇宙學Q&A

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=MoXo3ZHEees

 

 


科學活動及演講

 

主  題:物理教學之數位影像分析軟體-Tracker之操作與應用

日  期:103年2月13日(四) 13:30~15:00

地  點:國立中央大學健雄館102
參加對象:高中/高職 /國中相關物理科教師
活動網址:http://sci.ncu.edu.tw/

主  題:聽見宇宙的旋律──《星空協奏曲》書籍座談會

日  期:103年2月7日(五)18:00~19:00

地  點:臺北國際書展世貿一館主題廣場紅沙龍
參加對象:高中職自然科教師、一般民眾
主    講:高涌泉(臺灣大學物理系教授)、

吳俊輝(臺灣大學物理系暨天文物理所教授)

主  題:高中物理競賽初體驗冬令營(初階課程)

日  期:103年1月18日(四)

地  點:國立科學工藝館
參加對象:國一至高一學生

 

 

 

 

 

 

物理學科中心網址: http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/physical/index.html
聯絡電話:(04)22226081轉811          聯絡信箱:physics@tcfsh.tc.edu.tw
聯絡人:  蔡沛霖