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作者：王士豪博士後研究學者（本院天文及天文物理研究所）

你知道嗎，在那無法一眼望穿、浩瀚無垠的宇宙中，偶爾會閃現一道不到千分之一秒就快速消失的神祕電波——「快速電波爆（Fast Radio Burst，FRB）」！這個被偶然發現的天文現象，一直是天文界的重要謎團之一。FRB能量強大、一閃即逝的爆發事件究竟從何而來、如何產生，人類又該如何精準捕捉這來自宇宙的微小訊息？本篇文章將帶領讀者跟著本院天文及天文物理研究所「BURSTT計畫」的腳步，開箱科學家們如何深入偏遠地區、不畏強風暴雨，打造FRB觀測站，仰望星空，捕捉及分析來自銀河系外的神祕訊息。

什麼是快速電波爆？

「快速電波爆（Fast Radio Burst，以下簡稱FRB)」是近20年來前被天文學家偶然發現的未知現象。如同它的名字，FRB是在電波頻段觀測到的某種快速脈衝，可在約千分之一秒的瞬間、釋放出等同於太陽數天能量的爆發電波。由於FRB轉瞬即逝的特性，現有使用長時間曝光來聚焦觀測深遠幽暗天體的望遠鏡，難以將它們捕捉與定位。

從第一個FRB被發現至今，人類已共觀測到約4千個FRB事件。當FRB的脈衝訊號穿越宇宙中的游離氣體時，低頻電波傳播的會比高頻慢，這個延遲會導致「色散」的現象，而延遲的多寡則正比於穿過了多少游離物質量，從這物質量的多寡，我們即可得知目前只有1例FRB來自我們所處的銀河系，而其它數千個FRB皆來自銀河系之外。

而在銀河系之外的FRB中，能定位出來源星系的也只有約100個，且因位置太遙遠，訊號微弱，我們難以知曉它們的確切位置，也很難用不同波段的望遠鏡觀測了解其源頭。此外，當中僅有約50個FRB會重複爆發，表示這些爆發不會導致星體毀滅。不過，由於人類現存望遠鏡的視野限制，尚無法對FRB的爆源作長期監測，所以，究竟其中會有多少FRB重複爆發？此比例仍無定論。綜合以上，FRB雖被已觀測出來，但其從何而來，至今仍是未解之謎。

BURSTT計畫：捕捉閃現的宇宙密碼

「BURSTT計畫」全名為「臺灣宇宙電波爆廣角監測實驗(Bustling Universe Radio Survey Telescope in Taiwan)」，自2022年由本院天文及天文物理所彭威禮所長發起，並擔任計畫主持人，與國立臺灣大學、國立清華大學、國立中興大學、國立彰化師範大學等單位共同合作，試圖在國內、外各地打造多個天線陣列，組成一個專門巡天觀測並精準定位「快速電波爆」的電波望遠鏡。

為長期監測並找出FRB的具體位置，BURSTT採取兩項主要設計：第一是擁有寬廣視野、能隨時監視約四分之一的天空，並專門偵測300-800MHz頻段的脈衝訊號。如此一來便能夠觀測更多在銀河系附近的FRB，並長期監測它們是否反覆爆發。為此，研究團隊利用波束成形 (beamforming) 的訊號處理技術，將天線陣列中的每個天線訊號合成多個方向的觀測波束分布於視野中，讓每個波束的靈敏度等效於一面大型望遠鏡。

第二項設計，則是由一個主站與多個相隔數百到數千公里的小支站進行同步觀測。研究團隊於2024年在宜蘭福山植物園建造一個主站，又分別在本院綠島研究站及南投臺大實驗林建設二個支站(圖一、二、三)，三站彼此相隔100至200公里；研究團隊也正在距離數千公里外的日本小笠原父島、美國夏威夷、印度南部拓展新的支站。透過長距離傳播所導致的脈衝訊號到達時間差，可實現1角秒 內的高解析度，不僅能確認FRB所屬的星系，還能精確地定位其在星系中的具體位置。

1角秒的解析度有多高呢？人眼的角解析度約為100角秒，與現今單座電波望遠鏡能定位FRB的解析度相當，而BURSTT計畫預計能將其提升100倍。想像一下，若你身在臺北101大樓上，想要看到是誰在臺北市河濱公園放煙火(兩地距離約5至6公里)，100角秒的解析度只能找到施放者粗略的人影，而1角秒除了能看到清楚的人影外，還能辨認出他的五官及表情！

隨著BURSTT計畫偵測到越來越多距離較近並定位更精確的FRB事件，天文學家便能開始與其他波段的望遠鏡協同觀測，從更多面向研究這些神祕電波的來源天體與爆發機制，逐步揭開其成因之謎。

架設觀測站的挑戰：抵抗強風豪雨　

在電子通訊發達的時代，為了避免天文訊號受影響，我們需將觀測站點選在偏遠山區或離島等人為電波干擾較少的地方，因此，研究團隊除了在電腦前開發天文觀測及分析程式，也常需親赴現場場勘、架設設備並持續維護(圖四、五、六)。

此外，因主站每秒需即時處理超過100 GB的大量資料，並從中辨認出毫秒尺度的色散脈衝，所以也需要數臺高效能運算的伺服器。面對臺灣高溫多雨、常有颱風侵襲的氣候，需要額外的防護設計，才能順利在戶外運行這些設備，例如：天線需要有低風阻的設計、天線及訊號放大器需要能夠防水及防鏽等。不過計畫有時候仍趕不上變化，像綠島觀測站在完工不久後，馬上就遇到強颱侵襲，機箱門栓不幸被吹壞，多項儀器泡湯故障，好險研究團隊已有多次搶救、維修的經驗，並藉此不斷改進系統的韌性。

我們準備好了　來吧！快速電波爆！

BURSTT計畫的主站從今（2025）年4月開始進行巡天偵測，不過，目前的事件大多是來自脈衝星的訊號和來自閃電和衛星的電波干擾，尚在等待首個FRB事件的出現。但是，研究團隊要怎麼判斷望遠鏡是否按照設計順利運作呢？就是透過觀測每天經過我們上空的「螃蟹」——蟹狀星雲脈衝星(Crab pulsar)。

蟹狀星雲脈衝星是約1千年前，超新星爆發後產生的高速旋轉的年輕中子星，它會發出與FRB訊號極為類似、但強度較高、色散較少的巨電波脈衝 (Giant Radio Pulse) 。從其訊號強度對頻率(縱軸)和時間(橫軸)變化的瀑布圖 (waterfall plot)（圖七）來判斷，代表系統已有能力偵測FRB，而研究團隊每天都會偵測到數十個此類事件。

我們目前正持續改進軟硬體以提升靈敏度。預計在不久將來，每年能偵測並定位100個以上的FRB事件，為破解這項天文謎團邁出關鍵的一步。