節目討論區
01集 邁向顛峰
02集 憲法改造與公民社會
03集 選制改了,政治會變嗎?
04集 全球氣候變遷與台灣
05集 節約能源愛地球
06集 給點顏色瞧瞧
07集 文學的秘密花園:經典與詮釋
08集 從廢墟到王城
09集 傾聽古早女性的聲音
10集 殖民性 VS 反殖民性 - 台灣現代化雙重奏
11集 探索肝炎病毒的奧秘
12集 台灣生物資料庫
13集 肥胖基因大改造
14集 一粒米打造新世界:水稻基因研究
15集 人類與病毒的拉鋸戰: SARS 經驗
16集 人造螢光蠶:基因工程揭密
17集 消失的海岸線 : 鱟知鱟覺
18集 植物抗逆境研究:蕃茄抗寒實錄
19集 台灣南島語言的奧秘
20集 大地的脈動:台北盆地的隱形殺手
21集 永續經營的藍色寶盒 : 墾丁珊瑚礁生態
22集 顛覆古典物理學:奈米超能力
23集 舞動旋臂的星系
24集 奈米鑽石的另類價值
25集 彗星:太陽系的古老化石
26集 數位化漢字之美
   

第 23 集 舞動旋臂的星系

本集影片: 《舞動旋臂的星系 》

梵谷畫作星空 (Starry Night) 裡,居中纏繞旋轉、充滿旺盛流動力量的星星,就像是真實宇宙裡耀眼壯麗的螺旋星系。我們地球所處的銀河系也是螺旋狀的星系。在可觀測的宇宙裡有三百億個星系,不少星系的模樣就像銀河系般,有個美麗的螺旋結構,這類星系是怎麼形成?運動?維持她舞動的旋臂?本集節目將帶領觀眾從銀河系來認識螺旋星系,並藉由林家翹與徐遐生提出的密度波理論;以及中研院天文所袁旂博士團隊的星系電腦模擬,進一步探究那舞動的旋臂,如何在星空調色盤上,持續揮灑著過去、現在和未來的故事圖畫。

本集來賓:

袁 旂 中研院天文與天文物理研究所籌備處 特聘研究員
蔡 駿 中研院天文與天文物理研究所籌備處 助研究員
曾耀寰 中研院天文與天文物理研究所籌備處 研究助技師 / 科學月刊 副總編輯

議題一:螺旋星系


旂: 在影片中我們看到,宇宙是從一次大霹靂開始產生,分子氣體聚集、塌縮,然後形成星系,在星系當中也有小的區域裡可能形成恆星。目前一般認為,是先有星系,然後再產生恆星。像我們銀河系已經非常老了,超過一百億歲,但是在當中有很多年輕的恆星,就在我們現在談話的時候,有許多恆星從銀河系裡製造出來……

曾耀寰 :不只星星和星系有誰先來後到的問題;星系和星系團也有這種爭論。宇宙裡的星系,是很大的結構,但是還有許多星系組成的星系團,是比星系更大的尺度結構。到底是先有大生出小的,還是由小的組成大的,比方說,是先有一團魚漿再擠出一顆顆的魚丸,還是先有像一大盤散佈的糯米粉,慢慢再搓出一顆顆湯圓?這一直有很多的爭論,蘇聯的天文學家提出是先有星系團再有星系,不過,現在普遍接受的理論是先有星系,然後星系再組成星系團……

議題二:螺旋星系的物理現象

駿 :觀眾朋友或許都聽過這個故事,就是牛頓坐在蘋果樹下,被樹上掉下來的蘋果打到,進而發現了”萬有引力”。萬有引力,是天文研究非常重要的物理概念。蘋果會往下掉,是受到地球的引力吸引;同樣地,月球也是受到地球引力的牽引而繞著地球轉,形成一定的運行軌道;再放大來看,地球繞著太陽、太陽系繞著銀河系,都跟蘋果掉到地上的力,是同一種力。所以,牛頓的萬有引力,無論在地球上、乃至於整個宇宙,都是放諸四海皆準的物理概念……

袁 旂 :我們以螺旋星系的密度波來看,它的這個波動,光是動上一圈就要花兩億五千萬年,但是人生不滿百,在人類極為短暫的生命裡,我們根本看不到星系一個圈的波動,更別說像銀河系的波,都已經轉上了四十圈。所以,電腦模擬是個很好的實驗工具,特別是我們現在對星系有比較多的研究和了解,加上電腦軟硬體的突飛猛進,我們有機會把星系的演化,放到一台 PC 電腦呈現出來。像剛節目中看到的星系模擬,每段影片只有短短 40 秒,卻能把星系數十億年的變化,呈現出來……

議題三:星系 / 銀河系的黑洞

駿 :其實黑洞的中心,連光線都跑不出來,理論上我們是看不見黑洞中心,但有趣的是,黑洞名字叫做黑洞,但他並不黑,觀測上我們看到最亮的中心就是黑洞,那是因為很多氣體掉入很小的黑洞裡,在外圍就會因為摩擦生熱,發出非常強的 X 光,這個過程就是把質量轉換成能量。以核融合反應來看,它把質量轉換能量的效率是 0.7% ,但是黑洞的質量轉換能量可達 42% ,比核融合要高出 60 倍。所以,我們能從外圍這些光線熱能,來推斷黑洞的質量和大小……

曾耀寰 :一般我們對螺旋星系的旋轉速度,多半認為中心轉得很快,但是外圍轉得很慢,不過,有位美國女天文學家 Rubin ,就針對這個做觀測,她發現螺旋星系外圍繞星系中央的旋轉速度,超過以前認為的預估值。所以,這表示,星系內還有很多我們觀測不到的質量,在牽引著外圍的螺旋,讓它轉得比預期的快。現在我們知道宇宙中有將近 20% 的暗物質,所以,星系裡頭這些看不見的暗物質或觀測不到的質量,對星系有什麼影響,也是一個很重要的研究……

議題四:人類與母親星系─銀河系


:銀河系形成已有一百多億年,當中有千億顆老少不一的星星,有年輕恆星也有年老恆星、密度波掃過去,就會在旋臂上製造出許多明亮年輕的恆星。所以,在銀河系裡,有氫、氦這些都是很古老的原子,像碳、鐵、是後來產生新的原子,特別像鐵這類重元素,必需要恆星發生大爆炸,所謂超新星爆炸才會產生。人的身體中含有鐵,就是銀河系超新星爆炸產生的,所以我們可說是超新星的子民……

曾耀寰 :要了解銀河系中那些區域,比較有其他生命存在的可能性,就必須要對所有和起源、生命物質相關的很多議題,有清楚的認識。有個科學家提出「德瑞克」方程式,可以計算在銀河系中存在其他文明和生命型態的可能性。但每個要放入這個方程式內的參數,我們現在都還沒有肯定的答案。銀河系當中哪些區域會產生適當大小的星星?有了星星不代表一定有生命物質,必須要有行星系統,那行星系統是怎麼形成?在什麼樣條件下才有生命物質的產生?我們目前的文明能夠延續多久,我們也不知道。所以,要運用方程式計算這個機率,目前也做不到。但可以這麼說,樂觀的覺得有可能、悲觀的覺得可能沒有……