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2011/11/12 第205期 訂閱/退訂 看歷史報份
  深度報導

銀河系的黑暗面

  總編輯的話 總編輯的話<第117期>
  科學馬戲團 妝點馬祖的石蒜   
  最新活動 能預知壽命的神奇端粒與端粒酶

銀河系的黑暗面

撰文/布里茲(Leo Blitz)
翻譯/李沃龍

謎般的暗物質,其實是揭露銀河系真面目的關鍵。  

重點提要
■暗物質是我們這個年代最大的科學謎團之一,不過一旦接受了它們的存在,宇宙裡許多其他的謎團,答案也就一一浮現了。
■不論此不明物質是什麼,它似乎能夠解釋銀河系的外緣為何如此明顯地扭曲變形。環繞著銀河系的衛星星系自然能夠彎折星系盤,但若欠缺暗物質提供的放大機制,它們的重力效應仍太微弱。
■暗物質可解答的另一個問題是,為何銀河系的衛星星系數量比理論模型的預測少很多?事實上,衛星星系可能就存在於某些地方,只不過幾乎全由暗物質所構成,因此很難偵測到。

雖然天文學家花了很長的時間,才了解暗物質在宇宙裡的重要性,但我卻是瞬間頓悟的。1978年,我在美國加州大學柏克萊分校擔任博士後研究員時的第一個計畫裡,我測量了我們銀河系盤較外側區域裡正在形成恆星的巨型分子雲之旋轉速度。我用當時最精確的方法來測量,並坐在天文系的交誼廳裡用手在繪圖紙上將結果畫出來。兩位銀河系的專家徐遐生和金恩(Ivan King)恰巧在旁邊,看著我填上最外側星雲的速度。當我們看到最後的圖案時,立刻清楚意識到銀河系原來處處充斥著暗物質,特別是在最外緣的部份。我們毫無頭緒地坐下,思考著暗物質的本質是什麼,並很快發現所有我們能想出的主意都是錯的。

1970與1980年代,包括上述研究在內的許多研究結果迫使天文學家不得不承認暗物質(一種既不發射也不吸收光,僅能透過重力效應來確認其存在的神秘物質)不但存在,並且是構成宇宙的最重要物質。威金森微波異向性探測器(WMAP)所做的測量,證實了暗物質的總質量是一般物質(質子、中子、電子等)的五倍;但其本質為何,卻仍然難以捉摸。這顯現出我們對於未經證實的物質理論所做的最保守假設,是多麼地無知——那些理論推測暗物質是由一種仍未被粒子加速器所偵測到的奇特粒子所構成。最不可思議的假說甚至認為,牛頓的重力定律與愛因斯坦的廣義相對論錯了,最起碼需要一些令人不怎麼舒服的修改。

無論暗物質本質為何,對於銀河系如何擁有某些特定性質的古老謎團,暗物質提供了解答的關鍵。例如,天文學家50多年前就已經知道銀河系的外緣部份,就像被遺忘在暖爐上烘烤的黑膠唱片般扭曲變形。除非考慮暗物質的效應,否則他們無法解釋這種變形。還有,依據暗物質的假想性質所做的電腦模擬預測,應該有成千上百個衛星星系正環繞著銀河系運動才對,但天文學家只觀測到20幾個衛星星系,人們不禁懷疑暗物質的性質是否和想像中不同。但近年來 …more

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2011年第117期11月號】

總編輯的話 <第117期>

撰文╱李家維

黃金十年、十年政綱或許是用心的未來擘劃,但若聽者藐藐也不必苛責,舉世對人類社會的持續榮景已不那麼確定了。歐美債務停滯了全球的經濟發展,荷包縮水之餘,想想那淹了三分之一泰國的大水,亞洲稻米糧倉泡水三個月,總理盈拉魅力再大,也只能鎖眉束手。隔鄰的柬埔寨情況更糟,洪水又已湧進了越南;隔個太平洋,同緯度的玉米產區尼加拉瓜、薩爾瓦多和瓜地馬拉也陷入了汪洋。聯合國警告,今明兩年的糧災已是明確。這時你想起在北極斯匹茲卑爾根的糧食方舟了嗎?那裡永凍土層中有個長隧道,存放了全球各地的作物種子,希望現在還不到啟封的窘境。

災難本是地球的宿命,而近年來各地頻仍破紀錄的高溫、水患和乾旱,禍首直指人為的氣候暖化。恫嚇之言盈耳,總其成的是今年初出版的《2050人類大遷徙》,12種譯文全球暢銷。作者史密斯大預言:2050年時總人口突破92億,糧食與水資源嚴重短缺;全球暖化加劇,天災肆虐,唯有環北極海國家適合人居,當地水源潔淨、氣候宜人,作物欣欣向榮。

受龍應台基金會之邀,史密斯9月底在台北中山堂開講「最後的大拓荒:北極資源戰意味著什麼?」滿座500人,凝神聚聽又踴躍發問,台灣人對這問題關心極了。儘管我們對這資源毫不沾邊,又遠離這將來會流著鮮奶與蜜汁的北極。這期《科學人》報導了史密斯的重要觀點〈北極石油爭奪戰〉給向隅讀者,再配讀〈阿富汗的稀土寶藏〉,您該會同意擘劃未來是缺不了全球觀點。

史密斯的大膽預言之所以吸睛,主因是他自己親赴北極深入研究,第一手資料加上邏輯分析,聳動的結論就更服人了。有另一群科學家也深入北極,在方舟隧道所在的斯匹茲卑爾根鑽岩取心,要研究5600萬年前的氣候大變遷。〈史前大暖化〉是敘述這遠古事件的警世之作,當時來自地底的溫室氣體使全球升溫5℃、冰雪全融、海平面大幅上升、海水酸化,歷時20萬年這場高燒才退。然而目前我們的溫室氣體排放速度 …more

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2011年第117期11月號】

 

妝點馬祖的石蒜

撰文╱黃士元、郭曜豪、蔡錫鍊

紅花石蒜經過四年漫長的生長期,千呼萬喚後,才能綻放驚人的紅色誘惑。

馬祖列島位在中國大陸閩江口外海,在自然環境上承襲了海島與大陸特性,氣候四季分明。在動植物方面,承接了大陸、日本與台灣的物種交會,曾經是冰河期的生物避難所,同時也屬東亞生物分佈的樞紐地帶,再加上海島的特殊地理隔離,孕育出許多獨特的物種。馬祖的面積約為台灣的1/1200,但是維管束植物(包含原生及歸化)至少有515種,為台灣的1/8,其植物資源的豐富,令人讚歎。

馬祖有很多的特色植物和台灣不同,甚至是台灣沒有的,以主要分佈在中國、琉球和日本的石蒜科石蒜屬(Lycoris)植物而言,全球總計有20多種,就有15種在中國。台灣的原生石蒜只有花色金黃的金花石蒜(L.aurea),分佈於北部及東部海邊山崖潮濕處,野生族群稀少,幸好近年來發展出切花經濟栽培。而在馬祖則有稀有的紅花石蒜(L. radiate)和換錦花(L.sprengeri),均是亮麗搶眼的美麗球根花卉,並經連江縣政府列為「馬祖地區保育珍稀植物」,非經主管單位許可,不得挖採亦不得出口至馬祖以外地區。

紅花石蒜分佈於中國大陸長江流域以南、日本、韓國、尼泊爾以及馬祖和金門,馬祖人因為它狀似螃蟹的特殊花形而稱為螃蟹花,是馬祖地區原生石蒜中最早發現、分佈最廣、數量最多的一種,植株約85公分高,鱗莖近球形,花莖長40~60公分,繖形花序由6~10朵小花組成。花被顏色多樣,由粉紅、桃紅至深紅色,呈連續性變化…more

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2011年第117期11月號】

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更多專題文章請參閱《科學人》雜誌2011年11月號

1. 上帝粒子在何方?(本期雜誌P.36)
2. 銀河系的黑暗面(本期雜誌P.56)
3. 左手算物理,右手拉提琴 -- 馬中珮(本期雜誌P.70)


 

 
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