單元16 各地天文台

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單元16 各地天文台（以毛納基山天文台為例）


天文台是指研究和觀測天文現象的機構。天文台觀測天文現象時，為了能更加精確地作出觀測結果，天文台的觀測站都會建於山上，因為地面上的城市燈光過亮，會影響天文望遠鏡觀測的準確性。

一、天文台的歷史：
公元前2600年，古埃及為了觀測天狼星，建立了迄今為止已知世界上最早的天文台；前2000年，巴比倫也建立了天文台。中國在大約2500年前，也開始有天文台，當時稱為清台、靈台、觀象台---。古代許多國家的天文台常常不但是天文觀測的場所，也是運用占星學的場所，也因此天文台一般都為統治者所控制。 15-16世紀，歐洲的一些天文學家開始建立自己的天文台，其中很著名的就是丹麥天文學家第谷1576年在哥本哈根建立的天文台，它配備了當時最先進的天文儀器。天文望遠鏡發明後，天文台得到了發展。1667年法國建立了巴黎天文台；1675年英國建立了格林尼治天文台。20世紀，天體物理學的發展進一步促進了天文台的發展，許多天文台裝備了大口徑的反射望遠鏡。目前世界上大約有400個大型的天文台。現代天文台可分為：

• 光學天文台：主要裝備各光學天文儀器，如光學天文望遠鏡、太陽鏡等，從事方位天文學或天體物理學方面的研究
• 無線電天文台：一般主要由巨型甚至超巨型的無線接受設備和基站等構成，裝備無線電望遠鏡，觀察的範圍更大，受干擾小，從事無線電天文學的研究
• 太空天文台，主要有一些用於太空觀測的人造衛星組成，配備非常先進的光學觀測系統。

另外還有一些教學天文台以及大眾天文台，教學天文台一般設置在一些大學學院，用於教學研究，而大眾型天文台主要起到普及天文的作用，對大眾開放。

二、毛納基山天文台(Mauna Kea Observatories)：

天文台坐落在美國夏威夷群島大島上的毛納基山頂峰上，是世界著名的天文學研究場所。所有的設施都在毛納基的科學保留區，佔地500英畝，被特別稱為「天文園區」的土地內。天文園區在1967年設立，由夏威夷大學的管理處承租該區的土地，並且由許多國家合作在科學與技術上投資了美金20億。天文園區位於對夏威夷文化有歷史意義的土地上，成為歷史保存行動要保護的土地，因為夏威夷的歌謠歷史故事稱毛納基山是夏威夷人祖先的發源地。他的高度和孤立在太平洋的中央，使毛納基山成為在地球上進行天文觀測很重要的陸上基地，對次微米、紅外線和光學，都是理想的觀測地點。在視象度上的統計，顯示在光學和紅外線上都有很好的影像品質，例如，加法夏望遠鏡一般都有0.43秒角的解析度。

為讓研究人員能適應環境，在海拔2,835米(9,300英尺)處建立了天文學家中心，並為訪客在2,775米(9,200英尺)建立了遊客中心。毛納基山的高度使得科學家或訪客都必須在此處停留至少30分鐘，才能在抵達山頂前能先適應高山的環境。在毛納基山的頂峰可以看見共有12座天文台在山頂或鄰近的地區上。以下就具特色的5座天文台介紹起：

1. 次毫米波陣列望遠鏡（Sub-Millimeter Array，簡稱SMA）
位於美國夏威夷毛納基山天文台，是由美國夏威夷大島上的史密松天文台與中華民國（台灣）的中央研究院天文所合作興建。首先由史密松天文台所建造的六座次毫米波陣列望遠鏡先行測試運轉，其後由台灣負責製造的兩座次毫米波陣列望遠鏡（Sub-Millimeter ARray of Taiwan, SMART）也設置完成，並於2003年11月22日共同舉行這八座次毫米波陣列望遠鏡及操控中心的啟用典禮。

次毫米波是指波長略小於毫米的電磁波。比起大家較熟悉的無線電波段和光學波段，次毫米波段無疑稱得上是天文學中相對發展較晚的領域。次毫米波段介於紅外線與微波之間，頻率為300～900秭赫，波長則介於1～0.3毫米，是研究恆星形成的最佳頻段，但因其透明度較低，只能在海拔4000公尺以上，氣候乾燥且氣流穩定的高地才能觀測到。 設置在毛納基山的這八座次毫米波陣列望遠鏡，個別直徑均為6公尺，能夠共同構成一個天線陣列，用以模擬出一座直徑508公尺、面積大約九座足球場大小的單一碟型望遠鏡。

2. 雙子星天文台（Gemini Observatory, 有譯雙子座望遠鏡）
是由美國、英國、加拿大、智利、巴西、阿根廷和澳洲等國共同建造的兩台位於不同地點、完全相同的望遠鏡，口徑為8.1米。其中一台位於北半球的夏威夷，稱為北雙子望遠鏡，另一台位於智利海拔2950米的帕穹山，稱為南雙子望遠鏡。

北雙子望遠鏡也稱為Frederick C. Gillett望遠鏡，位於美國夏威夷的毛納基山山頂，海拔4200米，於1999年6月建造完成，2000年投入使用，控制中心位於夏威夷大學在希羅（Hilo）的校園內。南雙子望遠鏡位於智利的帕穹山，海拔2950米，於2000年開始使用，控制中心位於智利拉希雷納（La Serena）的托洛洛山美洲際天文台內。兩架望遠鏡分別位於南北兩個半球，可以完全覆蓋整個天區。雙子望遠鏡主鏡的厚度為20厘米，表面鍍了在紅外波段具有良好反射能力的銀，觀測室的內表面塗了鋁反射層，目的是獲得穩定的熱環境。望遠鏡還安裝了主動光學、自調光學、雷射導星系統，整個計劃耗資為1.84億美元，其中美國投資50％，英國25％，加拿大15％，智利5％，阿根廷和巴西各佔2.5%，並根據所佔份額向各國分配望遠鏡的觀測時間。具體管理工作由大學天文研究協會（AURA）負責實施。

3. 昴星團望遠鏡（Subaru Telescope）
是日本國家天文台在美國夏威夷建造的8.2米口徑光學望遠鏡，以著名的疏散星團——昴星團命名。昴星團望遠鏡的主鏡直徑為8.2米，焦距15米，建成時是世界最大的單鏡面望遠鏡。由於採用了薄鏡面技術，厚度只有20厘米。採用零膨脹玻璃ULE製作，重約22.8噸，鏡面誤差不超過14奈米，並且安裝了主動光學和自適應光學系統。

昴星團望遠鏡有四個觀測焦點，主焦點焦比為F2.0，凱塞格林焦點焦比為F12.2，兩個折軸焦點焦比為F12.6。整個望遠鏡裝置採用地平式支架，高約22.2米，重約555噸。和以往的望遠鏡不同，昴星團望遠鏡的圓頂採用了圓柱形，高約43米，直徑40米，並在頂部安裝有風扇，以改善空氣流動情況。昴星團望遠鏡位於夏威夷毛納基山的山頂上，緊鄰凱克望遠鏡，海拔高度為4139米。昴星團望遠鏡於1991年4月開始建造，1999年1月正式開始進行科學觀測，總耗資達到3.7億美元。

4. 超長基線陣列（Very Long Baseline Array，簡寫：VLBA）接收機
是由位於美國新墨西哥州索科洛的美國國家電波天文台陣列操作中心遙控的10架電波望遠鏡組成的陣列。這個陣列是全世界最大的天文超長基線干涉測量儀器。陣列於1986年2月開始建造，至1993年5月才全部完成，並在1993年5月29日首度使用全部的10架天線，全部的建設費用為8500萬美元。每個超長基線站都有一架直徑25公尺的碟型天線和一棟作為操控室的建築，用來放置電腦、紙帶記錄器和其他必須的儀器，並用來蒐集和儲存天線所獲得的訊號。每個天線的重量是240噸，當直立的指向上方時高度相當於10層樓。基線的最大長度為8611公里。

5. 凱克天文台(Twin Keck Telescopes)
位於美國夏威夷州的毛納基山4145米的頂峰，擁有世界上口徑最大的光學/近紅外線望遠鏡——凱克望遠鏡。凱克望遠鏡由兩台相同的望遠鏡組成，每台口徑都是10米，由36片口徑1.8米的六角形鏡片組合而成。每架凱克望遠鏡的架台都是經緯儀的設計，大量的計算機分析得以使用最少的鋼材獲得最大的強度，每架望遠鏡的重量約為270噸。在望遠鏡上的每個接合處，都由非常強固的鋼架結構支撐，並由可翹曲的鞔具系統保持穩定。望遠鏡安裝有主動光學系統，在觀測時，聯結在電腦的感測器和控制系統，能調整每一片鏡片和相鄰鏡片的位置偏差達到4毫米的準確性。每秒兩次的調整可以有效的矯正來自重力所造成的變形。

每架凱克望遠鏡都裝有自調光學系統，能夠補償大氣抖動的影響。另外，凱克Ⅰ和凱克Ⅱ還可以做為凱克干涉儀；相隔85公尺的距離，使它們聯合作業時在特定方向上的解析力相當於口徑85公尺的單一望遠鏡，比得上其他天文干涉儀的解析力，像是距離200公尺遠，但沒有干涉測量圖能力的VLTI。 凱克天文台由為研究天文而成立的加利福尼亞協會管理，理事來自加州大學和加州理工學院的非營利501(c)3組織。在1996年，美國國家航空暨太空總署加入成為天文台的一個夥伴。望遠鏡的基地是由總部設在檀香山的夏威夷大學向當地土著承租的。私人的W. M. 凱克基金會贊助了一億四千萬美金建造望遠鏡。凱克天文台的總部設在夏威夷的卡姆艾拉（Kamuela），望遠鏡的使用時間由工作夥伴共同分享。加州理工學院、夏威夷大學和加州大學受理自家研究員的提案，美國國家航空暨太空總署則接受來自全美國各地研究人員的企畫案，美國國家光學天文台（NOAO）受理來自世界的研究人員的提案。2001年3月12日，兩架凱克望遠鏡開始用於光干涉觀測，成功觀測了位於天貓座的恆星HD61294，其等效解析度相當於一台口徑85米的望遠鏡。


資料來源：
1. University of Hawaii Institute for Astronomy-Mauna Kea Observatories-http://www.ifa.hawaii.edu/mko/
2. 天文台<維基百科，自由的百科全書> http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%AF%9B%E7%B4%8D%E5%9F%BA%E5%B1%B1%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%8F%B0