大眾與科學

新研發的高效能電催化二氧化碳還原系統 旨在減碳排放 促進邁向碳中和

背景:全球暖化給人類社會和生態系統持續帶來威脅,而主導氣候變暖的溫室氣體中,佔最主要比重的正是二氧化碳。為應對氣候變化的問題和邁向促進碳中和的目標,香港理工大學(理大)的研究團隊成功研發一套耐久、高選擇性、高效的二氧化碳電還原系統,可以將二氧化碳轉化成具有重要戰略意義的基礎化工原料乙烯,作其他工業用途,以為減低二氧化碳排放提供有效的解決方案...

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透過改善腸道微生態紓緩新冠肺炎長期綜合後遺症:目前的研究進展

新冠肺炎長期綜合後遺症是指新冠病毒感染後長期持續而影響多個器官的症狀,又稱「長新冠」。長新冠影響全球超過6,500萬人,但仍缺乏有效的治療方法。香港中文大學醫學院的研究團隊完成了一項大型的雙盲、隨機、安慰劑對照臨床研究,證實患者透過服用香港中文大學研發的口服合生製劑(SIM01)有效紓緩多種長新冠症狀...

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羊駝與奈米抗體

談及羊駝,我們通常會想到假日農場或羊駝絨,但如果你問生物醫學範疇的科學家的話,他們卻可能會想起一種特殊抗體的片段 — 奈米抗體...

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2018年度邵逸夫天文學獎頒予尚-盧•普吉 (Jean-Loup Puget) 以表彰他對紅外到亞毫米光譜範圍天文學的貢獻。他探測了在過去恆星形成過程中的星系所放出的宇宙遠紅外背景,並提出星際物質含有芳香族碳氫分子。通過普朗克太空計劃,他處理了星際物質前景的影響,因而顯著地提升了我們對宇宙學的認識。

2018年9月, 香港天文學會理論天文組與尚-盧•普吉教授進行了一次訪問。這次訪問亦於香港天文學會2018年第四期會訊刊堂登(只刊登英文版)。我們很高興得到香港天文學會的提供並與大家分享訪問內容。

(香港天文學會) 教授,請問你,在過去的四十年中,你是如何將精力集中在紅外天文觀測研究上?

(普吉教授) 1971年,當我寫碩士論文時,我正在尋找實習機會。在出席了一個研討會之後,我喜歡從事宇宙學工作。我去了歐洲核子研究組織做研究,研究了質子和反質子的湮滅截面。然後,用伽馬射線衛星測試了破壞性的湮滅輻射,但沒有明顯的證據表明正物質超過宇宙中反物質的含量,這會影響星系團的大小。與普朗克函數相比,等離子體變形嚴重,甚至在宇宙背景探測者衛星(Cosmic Background Explorer, COBE) 之前的氣球實驗中也沒有看到。後來我放棄了宇宙學,專注於來自銀河系的伽瑪射線。我對宇宙天空背景、宇宙微波背景輻射(Cosmic Microwave Background, CMB) 和星系形成的背景天空感興趣。由於紅外線和長波長的電磁輻射會造成天體前景輻射污染,這些污染比較難在望遠鏡所接收到的數據中扣除,所以天文學家比較喜歡選擇相對容易做硏究的「點源」為目標,因為點源比天空背景輻射污染強得多,容易分離開。

我的天文數據主要是來自空間天文學的衛星數據,我處理了所有COBE衛星的天文背景天空的數據。在數據中,我發現數據的主要缺陷是來自銀河塵埃發出的污染,因此,要使得數據較可信,我們必須要扣除數據中這些污染之後,才得出觀測結果。在更高的觀測頻率下,更容易做到以上的效果。我們發現了紅外天文背景輻射(Cosmic Infrared Background, CIB),即星際塵埃吸收了星光的一半輻射,再重新釋放為CIB。橢圓星系沒有大量氣體和塵埃的恆星形成,因此在CIB中幾乎不可見。星爆星系則相反,你可以使用史匹哲太空望遠鏡(Spitzer space telescope) 進行深度調查。

你也可以進行深入調查,查看2萬個星系,然後對這些星系(即CIB) 計算平均值。 在3.3、6.2、7.7、8.8微米處存在未識別的紅外波段,這些紅外波段發出的輻射量並不相同,它來自極小的粘土和大分子的矽酸鹽和碳的輻射。這些星系中有50%的碳是這樣形式的。

(香港天文學會) 請問大多數紅外天文背景輻射(CIB) 來自恆星嗎?

(普吉教授) 是的,主要來自旋渦星系和星爆星系中的恒星,其一半輻射覆蓋到星際的氣體和塵埃,它們吸收後,便會放出紅外背景輻射。

(香港天文學會) 請問紅外天文背景輻射是否來自芳香族化合物吸收線嗎?

(普吉教授) 不是。它們是來自發射線。

(香港天文學會) 請問可以詳細講解1996年的第1次紅外天文背景輻射觀測嗎?

(普吉教授) 我們想要擺脫與紅外輻射和氣體混合的銀河塵埃的影響,所以我們要查看中性氫區域中與塵埃相關的氣體,好讓我們的觀測結果不受影響。另外,我們觀測了銀河平面的高緯度處位置,星際介質很少使得結果可信。 我們還檢測了黃道帶光的影響。我們檢測到一些有趣的東西,但是很難計算。例如,宇宙學參數之一是電離參數,它是一個光學深度來的,是從第一代星系形成到我們的電子的光學深度。這可以從類星體中測得。其他示例是極化參數和塵埃估計。

(香港天文學會) 教授,請問你是否很難觀測到北天區域的紅外天文背景輻射?

(普吉教授) 是的,很難檢測到北天區域的紅外天文背景輻射,但是近期荷蘭國家天文團隊做得很好。另外,信號在極點處區域微弱。

(香港天文學會) 請問對於普朗克衛星任務的宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background, CMB) 觀測中,你如何選擇高頻儀器的5個頻段以進行觀測?

(普吉教授) 我們根據感興趣的參數選擇了不超過GHz的頻率。我們原想硏究CMB ,但因噪聲太大而影響硏究成果。我們還對威爾金森微波各向異性探測器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP)之前的低頻段同步加速器輻射感興趣。它對高頻儀器的技術要求不高,例如使用製冷劑系統冷卻探測器將輻射熱計從太空中的20K冷卻。當中有3個主動冷卻器加被動冷卻器,被動冷卻器尤為關鍵,最後它讓檢測器冷卻至0.1K。 這真是一個非常具挑戰性的任務!

(香港天文學會) 請問你是否希望可以從宇宙學尺度檢測到更複雜的物質,例如氨基酸? 我們知道你已經檢測到芳烴分子。

(普吉教授) 是,現在我們非常了解如何在太空中建構低溫恆星。例如,眾所周知,大冰塊中的不同形式及其形成方式;我們知道巨分子雲內部根本沒有pH值。 但是,對於B型恆星,我們知道其邊緣處具有pH值,因此我們知道生命可能來自星際介質或銀河系中間介質。

(香港天文學會) 教授可以推薦一些書本給我們的會員和同學嗎?

(普吉教授) (教授當時沒有推薦書本給我們,但叫我們的會員和同學一定要多做天文觀測和模擬。)

(香港天文學會) 教授,我們知道詹姆斯·皮布爾斯教授(Jim Peebles) ,他是2004年的邵逸夫天文獎得獎者,在1960年代,他對CIB輻射有一些預測和文章。 你知道你在CIB的發現與他的建議和預測有關嗎?

(普吉教授) 當然有關。 我提到了他的預測,也提到了他的論文。 他給我一些關於CIB工作的想法。

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圖1說明古老星系在200微米發出紅外離散背景輻射
(Modified from an original figure by H Dole et al. The cosmic infrared background resolved by Spitzer. Contributions of mid-infrared galaxies to the far-infrared background. A&A, 451:417429, May2006)

 

文: 梁振聲博士, 馮寶基老師,吳國偉先生