新聞中的科學～宇宙嬰兒照現身
歐洲太空中心2009年發射普朗克人造衛星，拍到比以往更清晰、精確的「宇宙微波背景」畫面。此微波輻射在宇宙流浪138億年，是在大霹靂之後產生、遺留至今而成。 圖／取自NASA網站
宇宙在「大霹靂」之後誕生，爆炸後第38萬年產生的光，隨著宇宙不斷擴張，
慢慢降溫到約攝氏零下270度，變成看不見的「宇宙微波背景」，
在宇宙流浪了138億多年後，如今被歐洲太空中心的普朗克衛星（Planck）拍下歷來最清晰的畫面，形同宇宙混沌初始的嬰兒照片，更能印證「大霹靂」的宇宙學模型。
普朗克升空3年之後，歐洲太空中心3月23日在巴黎首次發表其研究成果，台大「梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心」美籍研究員高提耶參與研究計畫，台大當天特別連線轉播巴黎舉行的記者會，向國人介紹「宇宙微波背景」（cosmic microwave background，CMB）的奧秘。
梁次震宇宙學中心主任陳丕燊指出，1929年，美國天文學家哈伯首次發現，遠方的星系正離地球加速遠去，推測宇宙仍不斷在膨脹，為大霹靂的理論奠下基礎。後續天文物理學家發展出更完整的學說，認為宇宙最初只是一個小小的點，經過一場「大霹靂」才誕生。
陳丕燊說，宇宙誕生的一剎那，瞬間「暴脹」到10的32次方倍，打個比方，相當於在10的負35次方秒內，101大樓由0.5公分大小的模型，膨脹到實體建築那麼大。
初始的宇宙，像一個高溫高熱的爐子，充滿了活躍的質子、電子，和光交換能量。隨著宇宙不斷膨脹、降溫，到了宇宙誕生後的第38萬年，質子和電子結合成氫原子，能量減弱的光，不足以拆散質子、電子，就在宇宙各處流浪，持續減能、降溫、波長也越來越長，變成肉眼看不到的「宇宙微波背景」。
陳丕燊指出，1964年，美國貝爾實驗室的工程師阿諾‧彭齊亞斯和羅伯特‧威爾遜架用天線接收人造衛星微波信號時，發現一種無法消除的雜訊，進而確認這就是宇宙微波背景，為大霹靂理論，提供有力證據，兩人因此獲諾貝爾物理獎。
美國太空總署1989年發射人造衛星「COBE」，首次拍到CMB的畫面，更加鞏固大霹靂理論。學者馬瑟和史穆斯在1992年發現CMB從各個不同方向測量，溫度有10萬分之一的些微差異，因為這種溫度的不平均，星系、地球、人類才得以出現。兩人在2006年獲諾貝爾物理獎。
陳丕燊解釋，因為溫度、能量高的地方，重力較強，會吸引其他能量，集結成星球、星系；而能量低者，弱者越弱，最後化為一無所有的太空。
2009年5月，歐洲太空中心發射觀測CMB的第三代人造衛星普朗克，溫度精確10倍，拍到更精確的CMＢ影像。陳丕燊說，透過3月23日發表的相關數據分析，可斷定宇宙的年紀約138億8200萬年；也可推估，組成所有星球及星系的常態物質，僅占宇宙的5%，「暗質」約占25%，被視為加速宇宙膨脹的神秘力量「暗能」，則占70%。
全球最大天文計畫
位於智利北部的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列，是全球最大的天文計畫，共66座天線。 （路透）
其中54座直徑達12公尺寬。圖為工作人員檢測天線。 （路透）
台灣在國際天文研究領域中逐漸嶄露頭角，參與的大型的國際合作觀測計畫有7個。其中包括目前全球最大的天文計畫─阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array, ALMA）。
林凱揚指出，宇宙太大了，天文研究無法一個國家悶著頭自己做，要與全球各國合作才行；並且要做最新的天文研究，觀測儀器也要盡可能自己蓋，才能掌握一定的研究權，不會凡事都需要別人幫忙。
林凱揚說，ALMA計畫在智利北部設置了66座天線，其中54座的直徑達12公尺寬，「非常巨大」；科學家能透過這些天線，把宇宙的訊號截取下來，再把訊號拿給超級電腦運算，一張張觀測星雲的圖就能顯像出來。
中研院參加的國際天文計畫
林凱揚表示，有17國參與ALMA計畫，美國、日本、歐盟國家都是成員，台灣的經費貢獻約占總計畫5%，但在科學觀測及科研結果上，卻能拿到7%的研究，可見台灣的天文研究越來越受肯定。
宇宙會放熱 人體也也電磁波
中央大學天文研究所教授陳文屏表示，人眼只能看得到可見光，但除可見光外，大自然還有X光、紅外線、紫外線、伽馬射線等眼睛看不到、必須用特殊的儀器才能照出的電磁波。
他解釋，物質散發熱度時會發出電磁波，溫度越高會發出越高能量。
「人體會發熱，就會放出電磁波」，陳文屏說，只是因人體不會發出可見光，所以大家不容易查覺到，但只要透過特殊儀器，電磁波一樣無所遁形。例如消防隊員或警察要救人或攻堅時，會用紅外線透視鏡，查看有無發出熱能的物體存在，用來判斷敵人或受困者所在的位置。
看得更遠一點，我們存在的宇宙會發熱，也有電磁波，這要從「宇宙大爆炸 」說起。
陳文屏表示，根據大爆炸理論，宇宙一開始是個密度極高、溫度極熱的「點」，約138億8200萬年前大爆炸後，散發出很高能量的光和熱，且宇宙體積還持續不斷地膨脹。
不過，因宇宙的能量是固定的，當宇宙不斷膨脹的過程，溫度就會降下來。從大爆炸初期，無法以數字描述的高溫，到後來慢慢降溫，現在已減弱到3度絕對溫度。而3度絕對溫度散發出的電磁波，就屬於微波的波長。
宇宙輻射是一種熱輻射，也是大爆炸留下的痕跡，這份殘存在宇宙間的能量，以微波的型式存在著。
歐洲太空總署的普朗克人造衛星上，也有能感應微波的裝備，「兩方就這樣對上線」，普朗克的儀器具有極高的靈敏度及解析度，才能把收集到的宇宙微波，繪製成宇宙大爆炸38萬年後的「宇宙嬰兒照」。
微波妙用多 生熱能、做通訊
微波是電磁波的一種，波長1公尺至1公釐，比可見光或紅外光的波長還長，但比無線電或電視的波長短。中研院天文所計畫科學家林凱揚表示，通訊用的微波及微波爐用的微波，都是同一種，只不過是波長不同，像手機用的微波波長約在30公分，微波爐的微波是12.2公分，而人造衛星的微波波長僅1至3公釐。
微波爐是怎麼讓食物變熱？林凱揚表示，微波爐的微波波長是12.2公分，對應頻率是2450MHz，這種波長與頻率，對於水的加熱效率最高。
微波爐產生的微波能穿透絕緣體，當這些微波遇上有水份的食物，微波會與水分子以相同的頻繁激烈振盪，振盪中，分子與分子互相摩擦，便產生了熱能。水分子在微波間每秒約振盪24億次，這種極高速振盪能在短時間內，替食物均勻加熱。
微波通訊也是微波的另一大應用。林凱揚說，微波能將信號以3000到30000MHz的微波作為載體傳輸，把資訊裝在這個波段裡，讓手機跟基地台之間通訊。最大的優點是微波能用最小的頻寬服務大量的用戶，而且訊號穩定、不易斷訊，適合用來做短程的通訊。
暗物質可能存在 台灣自製電子儀出力
阿爾伐磁譜儀（AMS）位於國際太空站（ISS）外部（圖左方標出AMS處），2010年5月19日安裝完成並開始收集宇宙射線的數據。 圖／中研院院士李世昌提供
為了更了解宇宙的起源與演化，中研院院士丁肇中領導由16國組成的阿爾伐磁譜儀(AMS)實驗，在2011年5月成功發射的全球最靈敏的粒子譜儀，繞行地球收集宇宙射線。
前天AMS團隊在美國公布前18個月的觀測資料，目前共觀測到約40萬個「反電子」(電子的反物質)，總量是科學界歷史觀測總和的10倍，可能證實「暗物質」確實存在，可望開啟新的物理領域。研究成果將發表在今天出刊的「物理通信評論」。
中研院院士李世昌也參與AMS計劃的分析工作，昨天在中研院公布這個消息。
他表示，根據科學界的「宇宙模型」及觀測結果，宇宙演化的過程中需要存在肉眼看不到的「暗物質」。這些暗物質與我們知道的物質不同，沒有強作用力、弱作用力及電磁作用，但具有重力，也可能存在其他新的作用力。不過，過去科學界一直無法找到暗物質。
這次研究找到更多反電子，代表宇宙中存在新的「反電子源」；這有可能是兩個暗物質相撞產生的。
根據物理理論，兩個暗物質相撞會產生電子與反電子，因此科學家認為觀測到比過去更多的反電子，可能是暗物質存在的證據。但反電子也有可能是由中子星或黑洞產生，李世昌表示，仍須進一步分析，才能證實這些反電子的能量是否符合暗物質相撞的特性。
李世昌負責統籌台灣AMS計畫，他指出，台灣是AMS觀測計畫5個主要參與國之一，AMS上有台灣中科院自製的電子儀器，經過近兩年運作狀況良好，讓美國太空總署（NASA）相當驚艷。
他並說，台灣團隊的電子儀器成本比NASA過去使用的太空材料便宜、運算速度更快，NASA已表示希望與台灣及美國麻省理工學院（MIT）合作，開發下一代太空電子系統，顯示台灣製作太空電子儀器的實力。
閱報秘書》 什麼是反物質？
什麼是反物質？基本粒子一般都有對應的反物質粒子，如電子的反物質稱為反電子，夸克的反物質稱為反夸克，質子的反物質稱為反質子等。物質與反物質的質量等性質相同，但電荷、磁矩等性質相反。
