【鳳凰講座】澳洲天體物理學家馬修．貝爾斯教授帶領成大師生「穿越時空：探索愛因斯坦的宇宙」
文／理學院、圖／翁進忠
國立成功大學鳳凰講座 5 月 23 日下午邀請到澳洲斯威本理工大學（Swinburne University of Technology）馬修．貝爾斯教授（Professor Matthew Bailes）蒞校演講，他以四維模擬技術生動地呈現當今我們對於宇宙星體模擬的各種樣貌，再論及宇宙科學歷史上有名的觀點，包括托勒密運行觀點、哥白尼行星運行觀點、牛頓的重力理論及愛因斯坦重力理論之廣義相對論等，在生動的演講以及如同電影般的星體動態模擬影像中，帶領眾人穿越時空，一探浩瀚宇宙。
澳洲斯威本理工大學馬修．貝爾斯教授帶領眾人穿越時空一探浩瀚宇宙
包括張始偉副校長、研發長劉全璞、理學院院長蔡錦俊、物理系系主任羅光耀等師長出席聽講外，也吸引許多對宇宙有科學有興趣的學生來聆聽大師演講。張始偉副校長熱情歡迎馬修．貝爾斯教授到來，謝謝他擔任鳳凰講座講者，為成大師生帶來關於天文及宇宙科學的科普盛宴，更以虛擬實境技術來呈現科學家所模擬的宇宙樣貌，將抽象具象化呈現。
張始偉副校長（右）感謝馬修．貝爾斯教授帶來天文及宇宙科學科普盛宴
馬修‧貝爾斯教授演講一開始，就利用模擬技術，逐一呈現如今我們對於宇宙星體的模擬樣貌，就像看電影一般。這些星體會依照各自的自轉週期旋轉，甚至表面活動的樣貌都能呈現。
貝爾斯教授帶領身處於地球的我們由地球出發，先是上到太空看到地球的全景，並且看到地球的衛星「月球」，月球因為潮汐鎖定的關係，長年以同一面對向著地球。隨著調控我們的視角及時間尺度，可見到地球開始加速轉動，我們附近的星體金星、火星、水星、木星、太陽開始繞著我們的地球運行，這些星體並非同方向運行，例如木星某些時段是會有逆行的出現，這些星體也用一定的大小比例呈現出它們之間的大小關係，在這樣的行星系統尺度下，太陽自然成為涵蓋這整個行星系統的最大背景。貝爾斯教授解釋到，這樣星體繞著地球運行的相對運動觀點，正是宇宙科學歷史上著名的托密勒運行觀點，其中就利用本輪（epicycle）等說法來解釋以地球為中心的其他星體繞地球運行的規則。
接著，貝爾斯教授將我們的視野範圍拉大，讓整個太陽系都囊括其中，並且把時間加快，可見各個行星奮力的全速旋轉，並在自己的運行軌道走出明顯的橢圓軌跡，並且可以明顯看出這些橢圓軌道雖然不是中心重合但繞著一個天體運行，那就是太陽，而這正是宇宙科學歷史上著名的哥白尼行星運行觀點。貝爾斯教授接著把我們的視角做一些迴旋，來到橢圓軌道的側邊，可看到多數的行星軌道幾乎都落在同一平面上，只有一個特異獨行，那就是冥王星。
觀眾聆聽精彩演說
其中貝爾斯教授特別帶領我們來到行星系統中最大的星體「木星」來看看，在木星的上空，可清楚看見木星大氣系統在星體表面的大紅班結構，另外也述說木星的幾個主要衛星，其中有這些衛星是不甚規則的隕石形狀。
另外，貝爾斯教授又帶領我們到太陽系中受到重力影響最深的水星看看，水星因鄰近太陽，使得它面向太陽的那面溫度高達地球表面均溫的 2 倍至 3 倍，而背離太陽的陰影面則可低到攝氏零下 100 多度，溫差甚大。再來，貝爾斯教授將我們看水星的視野範圍拉大至能看清它的軌道，並且時間加快使軌跡涵蓋到多個週期，可見水星的軌道漸漸偏移，並不能接成完整的橢圓，它的最遠點位置會逐漸地繞太陽朝一個迴旋方向偏移，這就是水星軌道的進動。以牛頓的重力理論可以對此現象解釋到一定程度，但仍有些微的誤差，而這需要愛因斯坦的重力理論「廣義相對論」的引入，才能合適地解釋。廣義相對論除了水星軌道進動的解釋外，也有幾個著名的預測，例如：光線在重力源的影響下會偏折；重力波的存在。
接著，貝爾斯教授利用在學界著名的電梯想像實驗，解釋了重力的等效原理，並且用以說明在這樣重力場之中，光的行進會受重力場的影響而彎曲或偏折，這就衍生出所謂的重力透鏡效應。而當作為重力源頭的天體質量大到一定程度，光線將無法逃脫重力的拘束，因而有黑洞的形成。以地球目前的質量來估算，需要壓縮至小於1公分才能成為黑洞。最後，也介紹了恆星經歷演化後最終的樣貌，例如中子星以及脈衝星等等。
大合照
馬修．貝爾斯教授是澳洲天體物理學家，2015 年憑藉對快速電波爆發的研究，獲得Australian Laureate Fellowship。其研究方向包括脈衝雙星與毫秒脈衝星的誕生及演變，以及利用為發現快速電波爆發設計的毫秒脈衝星陣列和射電天文數據處理系統探測引力波。貝爾斯教授目前率領研究團隊利用為觀測脈衝星及快速電波爆發新設計的系統，重新改進莫隆格洛天文台合成望遠鏡。2022 年，當選澳洲科學院院士，2023 年邵逸夫獎，2024 年獲頒澳洲「總理科學獎」。
維護單位:
新聞中心
更新日期:
2025-05-28
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