八月中，「低頻陣列 LOFAR」電波望遠鏡公佈了他們新一批觀測結果。他們在無線電波波段，以史上最高的解析度和靈敏度，拍攝了宇宙中十多個星系，其中多數都與超大質量黑洞產生的相對論噴流有關。藉此機會，想跟大家稍微介紹一下黑洞噴流和低頻的無線電波觀測。  LOFAR LOFAR 全名 LOw Frequency ARray（取名方法非常天文學家），這是一座由荷蘭無線電天文研究所（ASTRON）主導的低頻無線電望遠鏡陣列，其天線遍布英、法、德、義、瑞典、拉脫維亞等歐洲各地，使其擁有千公里級的有效口徑，是當前世界上最好的低頻（10 - 240 MHz）無線電望遠鏡之一。相比之下，大家可能比較熟悉的 VLA 與 ALMA，他們工作的頻段分別在 73 MHz ~ 50 GHz 和 35 to 950 GHz。在歐洲所有站點合作觀測（比如這次）的情況下，LOFAR 的解析度可以達到次角秒等級（就是比一角秒小一點的意思），靈敏度則可以達到 mJy。  LOFAR 在荷蘭總部的觀測站。Credit: LOFAR / ASTRON 對雷達或無線電觀測不熟的人，看到上面 LOFAR 觀測站的長相可能會感到疑惑：啊望遠鏡在哪裡？我只看到地上有一堆點點和一堆板子。沒錯，LOFAR 並不像其他比較高頻的無線電望遠鏡一樣，有一堆大大的盤面來匯聚無線電，它是一款 Phase Array（這個詞的中文比較混亂，有人翻相控陣，或是相位陣列）的電波望遠鏡。大家在圖片中看到那些點點和板子就是 LOFAR 的天線，這些天線並不會移動對準天體，而是藉由改變相位的方式去合成與操控波束的方向。我知道這樣說很玄，但是篇幅有限就敷衍一下就好XD。總之這是無線電領域的一項重要技術，不只適用於望遠鏡，也用於雷達（比如中央也有一座類似的東西，不過應該是拿來看電離層的？）、衛星天線等其他東西上。  各位在圖片中看到地面上一點一點的，是 LOFAR 的低頻天線，近看長這樣。啊一片一片的板子則是比較高頻的天線。Credit: A. R. Offringa  空自愛國者系統的雷達。事實上當代先進防空系統的射控雷達基本上已經全面採用相位陣列技術了，而且還可以再分成 PESA 和 AESA。不過再講下去就沒完沒了了......Credit: Tokoro_ten  順帶一提 Starlink 的天線也是 Phase Array，SpaceX 在這個東西上也是下足血本。參見[這部影片](https://youtu.be/iOmdQnIlnRo "這部影片")。 低頻無線電的觀測目標 在這個波段，我們能看到的宇宙跟使用可見光時非常不一樣。宇宙中這種低頻無線電波有兩個主要來源： 氫原子 21 公分譜線（21 cm line）。這是氫原子（只有一顆 H，不是大家熟悉的氫氣 H2 喔！）的電子在切換自旋方向時所會放出的光。在量子力學中，這類譜線有個酷炫的名字，叫做氫原子的超精細結構（Hyperfine Structure）。雖然說 21 公分譜線相當微弱（一顆氫原子的 21 cm line transition rate 只有 2.9e-15 s^-1），但畢竟宇宙中的氫非常的多，因此觀測這個波段，可以讓天文學家了解宇宙中氫原子的分布，對於銀河系的結構、宇宙學等領域都相當的重要。 同步輻射（Synchroton Radiation）。這是由接近光速運動的帶電粒子（天文上稱之為宇宙射線 Cosmic Ray）環繞著磁力線螺旋前進時產生的輻射。而這些接近光速運動的粒子，通常源自於宇宙中最高能的環境，比如超新星爆炸、黑洞噴流等等。也因此，天文學家常常用最低能的光子，去觀測宇宙中最高能的事件，相當有趣。 LOFAR 本次的觀測結果 這次 LOFAR 團隊一口氣發表了 11 篇論文，其中兩篇在描述 LOFAR 觀測的技術性細節，包括如何觀測、校準、整理與分析資料等等。另外九篇就是對觀測目標的科學分析了，包括早期宇宙的電波星系、被重力透鏡影響的類星體、附近的明亮紅外線星系、武仙座 A 的電波瓣（封面圖）等等。關於這些目標的詳細分析和討論，就留給有興趣的讀者自己去看吧（推薦可以先從 Dr. Becky 做的一系列訪談開始），筆者實在有點懶惰。如果你對驅動黑洞噴流的機制感興趣，可以來看看這篇。希望本文有讓各位認識 LOFAR 這個應該很重要但是沒什麼人知道的望遠鏡，也更理解低頻無線電觀測的一些事XD
