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edushare 發表於 2012-1-30 20:50

微中子解析/太陽輻射引爆地球? 別傻了

2012/01/15  【聯合報╱記者 沈育如】

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人類擔心太陽粒子會引爆地球,但對動物而言,牠們更擔心人類會先汙染所有生物的生存環境。 (歐新社)

有些描述世界末日的電影,會用太陽表面爆發強烈風暴,炙熱陽光與太陽風襲擊地球,導致地層下的熔岩抬升地殼等畫面,表示這些天文現象會引起全球性的地殼變動、火山爆發與強烈地震,導致人類全部毀滅。但在真實生活中,有可能發生嗎?

聯合大學能源工程系副教授黃明輝表示,這樣的情節太誇張,幾乎不可能發生。

他指出,太陽微中子來自太陽核心深處,太陽核心的反應很穩定;若是太陽核心反應大量增加,微中子可以迅速逃離太陽,但是光線(也就是電磁波)從太陽的核心,約需要1萬年到17萬年才傳到太陽表面;也就是說,一旦太陽產生變化,太陽的光與熱要延遲數萬年的時間,才能到達地球。

太陽微中子能穿透地殼到地心,有可能加熱地心岩漿,產生火山爆發嗎?黃明輝說,日本超級神岡偵測器使用5萬噸的水,一天約收到十幾個太陽微中子,其實約只有1卡而已,「隨便搓動雙手,就能產生1卡熱量」。微中子是弱作用粒子,即使地球核心有很多物質,但依比例而言,微中子能貢獻的能量極其微小,微中子加熱地心所釋放出來的熱量極小,不足以影響地殼或火山活動。

在科幻電影中曾出現,太陽核融合反應停止,人類為了避免滅亡,派遣太空船攜帶氫彈投入太陽,試圖重新啟動太陽的核融合反應。黃明輝也說,這樣的情節,想像多於現實。

黃明輝表示,人類可以靠偵測太陽微中子來知道太陽的核融合反應有沒有在進行。即使太陽核心真的「熄火」了,人類生命也還有數萬年才會受到影響。相對於太陽巨大的質量,就算用了地球上所有氫彈與核子彈,都是微不足道的小能量,無法改變太陽的命運,也無法解決這個問題。

太陽有一定壽命,依照太陽的質量,估計其壽命約是100億年,目前約45億歲,因此還可有約55億年壽命。

不過黃明輝說,太陽年紀越大,表面輻射光強度就越強,約70億歲時,地球人類可能就會因為太熱而滅亡了,距離現在還有25億年,「人類是否能再存活250年都是一大問題,其實不用煩惱25億年後的事」。

edushare 發表於 2012-1-30 20:52

微中子解析/宇宙微中子 南極冰層Hold得住

2012/01/15  【聯合報╱記者 陳幸萱】

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國際團隊在南極將架設37座無線天線,以觀測冰層中「微中子」所發出的輻射,希望從中找到宇宙遙遠星系放出來的線索。 (法新社)

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南極極頂3千公尺厚、幾千平方公里廣的冰層就像一個體積很大的「靶」,罩得住微中子。 (歐新社)

去年12月,台大「梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心」主任陳丕燊,將中華民國國旗插上南極極頂,他是南極「天壇陣列」(ARA Observatory)計畫的國際共同發言人。這個研究團隊在南極架設無線天線,觀測冰層中「微中子」發出的輻射,希望從中找到宇宙遙遠星系放出來的線索。

天壇陣列計畫由國科會的「卓越領航計畫」以及台大梁次震中心共同資助,陳丕燊團隊在南極的實驗就是要觀測「宇宙最高能量的微中子」。

他表示,高能物理實驗室裡幾乎每天都會看到微中子,但由人造加速器產出的微中子能量較低,大強子對撞機產生的微中子能量,就比宇宙射線中的高能微中子小1百萬倍。

目前科學家僅觀測到來自太陽以及SN1987A超新星爆炸產生的天體微中子,至於宇宙中最高能的微中子則可以穿透宇宙、「打」到地球上,科學家判斷它必然存在,但是到目前為止尚未觀測到。

要如何找出傳至地球的高能微中子?陳丕燊解釋,中子和一個正電子作用會產生質子和微中子,反之,質子與微中子相撞也會跑出中子和正電子。

若把很多個原子核集合起來變成一個「靶」,只要密度夠高,微中子就能打到原子核中的質子,再由衍生物得知微中子的存在與特性。

南極極頂3千公尺厚、幾千平方公里廣的冰層就像一個體積很大的「靶」,微中子與冰作用會產生許多次級粒子,粒子間碰撞又產生更多次級粒子,如樹狀發展,稱為「簇射(shower)」。

大量的正、負電子在冰層中前進時,正電子較易被吸收,因此簇射就成了帶電體,在物質中以接近光速前進時,會放出「切仁可夫輻射」,內含穿透力強的無線電波。

「天壇陣列」計畫在南極的冰層下面2百公尺裝設無線電波天線陣列,來測量由極高能宇宙微中子所引發切仁可夫輻射的無線電波脈衝。陳丕燊說,ARA實驗去年已做初步冰下測試,結果一切和預期吻合,「相當鼓舞人心」。

未來ARA打算建造涵蓋1百平方公里的37座天線站,已經在2011年6月向美國國家科學基金會提出計畫,其評審結果即將揭曉。

其中10座將由台灣出資,已獲國科會及台大梁次震中心資助。此一ARA-37如能正式上馬,台灣將是美國之外出資最多的國家,也因此佔有主導地位。

ARA預計4年內完工,屆時將是全世界最大的極高能宇宙微中子天文台,之後至少進行5至10年觀測。藉由極高能微中子,我們可以推算出極高能宇宙射線是從哪裡來,以解開「宇宙加速器」如何產生極高能量粒子的謎團。

此外,由於極高能宇宙微中子和冰層中的質子作用時,其總能量將比位於瑞士日內瓦的全世界最高能加速器「大強子對撞機」(LHC)還要大10倍以上,預料天壇陣列可以成為唯一提供最前沿粒子基本作用力、額外維度空間存在與否等的珍貴數據。

edushare 發表於 2012-1-30 20:53

微中子解析/「細漢」微中子 足跡遍及星海

2012/01/15  【聯合報╱記者 陳幸萱】

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微中子與其它物質的作用力,因此難以捕捉。想要觀測宇宙中的微中子,最好的觀測站就在南極。 (法新社)

100多年前,元素周期表逐漸成形,人們開始了解元素是物質的基本組成。20世紀,科學家接著發現質子、中子,才知道元素是由更小的粒子構成。20世紀中期,科學家發現原來「夸克」才是組成質子、中子的基本粒子,於是發展出「基本粒子周期表」。

台大「梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心」主任陳丕燊說,微中子是基本粒子的一種,基本粒子有兩大類:「重子」和「輕子」,各有3個家族,每個家族有2個成員。其中輕子的6個成員分別是電子、渺子、濤子,還有對應的電子微中子、渺子微中子及濤子微中子。

陳丕燊表示,微中子是目前所有基本粒子中所知最少的,1930年代,透過理論證實應該要有微中子存在,1950年代開始在實驗看到微中子,但直至近十年,科學家才發現微中子具有質量,但還無法準確測量,只知道質量約為一個電子質量的百萬分之一。

微中子可以在元素貝塔(beta,β)衰變的過程中產生,或是元素釋放一個中子時,此中子在約1千分鐘衰變成質子與電子,還有一個相應的電子微中子。核融合反應也會放出非常多相應的微中子,因此當太陽進行核融合,產生大量能量時,也有許多微中子跟著產生、射到地球上。

微中子由「弱作用力」主導,它的作用力非常弱,平時不易與其他物質相互作用,但能和電子、渺子、濤子「綁」在一起。

陳丕燊解釋,目前物理學中認為有4大基本作用力,分別為重力、電磁力,將質子與中子聚在一起形成原子核的強作用力,以及弱作用力。而正是因為作用力弱,微中子過去很難被觀測,也因此能穿過大量物質,傳遞非常遠的距離。

陳丕燊比喻,這就像是一個身材很瘦的人和一位身材壯闊的運動員,同樣要穿越熱鬧街區,身材壯碩易與人相碰,如同粒子間相互的強作用,身材很瘦的人就像微中子,即使是以同樣路線行走,也不易被擋住,有機會抵達遠的地方。由於可穿透大量物質,科學家也希望透過來自遙遠星系的微中子,探索宇宙深處。

edushare 發表於 2012-1-30 20:54

微中子解析/延伸閱讀

2012/01/15  【聯合報╱記者 陳幸萱】

.《物質探微︰從電子到夸克》(簡體中文)/陸(土炎)、羅遼復/科學出版社

.《世界只有方糖那麼大》/馬克斯.尚恩(Marcus Chown )/商周出版

ABC必學單字大閱兵

Neutrino 微中子

Muon 渺子

Solar 太陽

Atmospheric 大氣的

Galaxy 星系、銀河系

Cosmic rays 宇宙線

Antarctic 南極

Cube 立方體、三次方

Radio wave 無線電波

Detector 偵測器、探測器

Antenna 天線

Array 陣列

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