好山好水好宇宙，臺灣展望宇宙之眼： 鹿林天文臺——《蔚為奇談！宇宙人的天文百科》
- 文／國立中央大學天文研究所教授 陳文屏、國立中央大學鹿林天文臺臺長 林宏欽、國立中央大學天文研究所技士 張光祥
鹿林天文臺位於臺灣南投縣與嘉義縣交界之鹿林前山，緊鄰玉山國家公園，是臺灣最重要的光學天文基地，兼具研究與教育功能。
俯瞰鹿林天文臺的全貌（Credits：國立中央大學天文研究所）圖／三民提供
為什麼選在高山上建立鹿林天文臺？
鹿林天文臺的基本檔案
- 地理位置：東經 120°52′25″，北緯 23°28′07″
- 海拔：2,862 公尺
- 夜天光背景1：每平方角秒的視星等為 21.28 星等
- 大氣寧靜度2：星點平均視角為 1.39 角秒
- 年平均觀測時間：1,450 小時（約 180 個夜晚，以每晚 8 小時計）
此地受冬季東北季風、夏季西南氣流和颱風的影響較小；受惠於國家公園的優越環境，加上位處高山，空氣汙染和塵埃少，大氣透明度高，光害也較小；由於海拔高、大氣稀薄，所以消光較小，大氣寧靜度較好，秋冬兩季尤其適合觀測。
鹿林天文臺的開發緣起於 1990 年，由當時任職於中央大學天文所的蔡文祥教授與張光祥先生，考量臺灣各地的晴天率、海拔、後勤支援等因素，並歷經 3 年的大氣寧靜度、氣候、夜天光背景等條件調查後才選定臺址。
天文臺所使用的電力由臺電提供，玉山國家公園和中華電信的基地臺則分別提供用水和網路通訊服務。此外，天文臺內也設有自動氣象站、全天域相機以及雲量監測儀等儀器設備，可作為觀測參考。
鹿林天文臺有哪些設備？
基地內設置了數座小型可見光望遠鏡。除了有：
- 鹿林一米望遠鏡（Lulin Onemeter Telescope，簡稱LOT）
- 中美掩星計畫（TaiwaneseAmerican Occultation Survey，簡稱 TAOS）的 4 座 0.5 米自動望遠鏡
- 0.4 米超輕型望遠鏡（Super Light Telescope，簡稱 SLT40）
- 鹿林廣角望遠鏡（Lulin Widefield Telescope，簡稱 LWT）
進行天文觀測外，另有成功大學的紅色精靈3地面觀測與極低頻無線電波偵測系統（ELF）、中央大學的氣暉全天相機、土石流偵測預警系統，以及環保署的鹿林山大氣背景測站（LABS）等設備，記錄大氣、環境、太空、地震等觀測數據，為我國珍貴的高山科學基地。
鹿林天文臺配置的小型可見光望遠鏡（依口徑大小排列）
望遠鏡 | 口徑 | 種類 | 焦比4 | 運作期間
LOT | 100 cm | 卡塞格林 (Cassegrain) 反射式望遠鏡 | F/8 | 2003-
SLT76 | 76 cm | 里奇—克萊琴 (RitcheyChrétien) 反射式望遠鏡 | F/9 | 2000-2002
TAOS | 50 cm×4 | 反射式望遠鏡 | F/2 | 2005-2016
SLT40 | 40 cm | 里奇—克萊琴反射式望遠鏡 | F/8.4 | 2006-
LWT | 40 cm | 反射式望遠鏡 | F/3.8 | 2018-
L35 | 35 cm | 施密特—卡塞格林 (SchmidtCassegrain) | F/8.25 | 2012-2017
LELIS | 10 cm×3 | 攝影鏡頭 | F/1.8 | 2002-2008
鹿林一米望遠鏡（LOT）：
鹿林天文臺最大的望遠鏡—LOT，同時也是目前臺灣口徑最大的通用型光學望遠鏡。
LOT 具備良好的光學成像品質、指向和追蹤精度，並配備高靈敏儀器，包括專業天文相機，以取得天體影像，並測量在不同可見光波段的亮度。另外也配置低色散光譜儀及偏振儀等，藉以取得天體光譜或偏振訊息。
鹿林天文臺的一米望遠鏡（Credits：國立中央大學天文研究所）圖／三民提供
LOT 由德國 APM 公司製作，屬於卡塞格林反射式望遠鏡，由於採用鏡後端對焦座，因此卡焦儀器限重 50 公斤。LOT 觀測目標包括太陽系天體、銀河系中的恆星、變星、星團及鄰近星系等，除了提供中央大學師生研究與教學之用，也開放國內、外學者申請使用。
某些宇宙現象有時效性，例如星球爆發、掩星等，隨著地球自轉，只有面對該天體的觀測者才能夠看到。由於臺灣位處西太平洋，向東 6 個時區內缺乏其他天文臺，因此對於會隨時間變化，需連續監測的天象，或是國際間需要位在不同經度的天文臺（或太空望遠鏡）針對特定天體聯合觀測時，鹿林天文臺便扮演著舉足輕重的角色。
多年來，鹿林天文臺的望遠鏡積極參與此類計畫，例如：全球望遠鏡聯合觀測（Whole Earth Telescope，簡稱 WET）聯合不同時區的望遠鏡，接力監測恆星的亮度變化，以星震5手段探討恆星內部結構；全球蝎虎 BL 類星體聯合觀測（Whole Earth Blazar Telescope，簡稱 WEBT）監測活躍星系核，藉此研究黑洞與噴流的性質；年輕系外行星掩星觀測計畫（Young Exoplanet Transit Initiative，簡稱 YETI）則監測星團成員、搜尋系外行星造成的凌星事件等，均與國際天文臺建立良好合作模式，並取得優良成果。
啟用至今，鹿林天文臺的望遠鏡共發現 15 顆超新星、800 餘顆小行星，以及一顆彗星。每年通常約有十幾個研究計畫利用 LOT 執行，使用 LOT 數據發表的研究論文已超過百篇。除了研究之外，LOT 也支援大學、高中及社教機構進行觀測教學實習，另有多座小型望遠鏡提供特定課題使用。
中美掩星計畫（TAOS）：
TAOS 計畫原理示意圖。圖／嵌入自中央大學天文所 中美掩星計畫簡介
天文臺原來設有 4 座 TAOS 望遠鏡，由中央研究院天文所、中央大學天文所、美國哈佛史密松天文物理中心，以及韓國延世大學共同合作。每座望遠鏡的口徑 50 公分，具備 3 平方度6的超廣角視野，全年監測可能由柯伊伯帶天體造成的掩星事件，藉以估計分布在太陽系外圍的小型天體數量。
TAOS 計畫自 2005 年開始運行，累積 6 年的觀測結果一共收集超過 10 億筆恆星光度的測量數據，因為沒有偵測到任何掩星事件，提供了柯伊伯帶天體的數量上限。
第一代 TAOS 的設備已於 2016 年拆除、撤離，第二代的海王星外自動掩星普查計畫（Transneptunian Automated Occultation Survey，簡稱 TAOSII）選在墨西哥的聖彼德羅瑪蒂爾天文臺（San Pedro Mártir Observatorio）落腳，一共有 3 座口徑 1.3 米的望遠鏡。
超輕型望遠鏡（SLT）：
中央大學天文研究所於 1997 年獲得太空計畫室（現在的國家太空中心）補助，興建鹿林第一座天文臺 “SLT”。1999 年 SLT 完工後，內部安裝自行設計、製造的 76 公分超輕型望遠鏡（SLT76），並從 2000 年開始進行觀測，是鹿林天文臺初期最重要的觀測設備。
SLT76 於 2005 年換裝口徑 40 公分的超輕型望遠鏡（SLT40），並自 2006 年開始進行鹿林巡天計畫（Lulin Sky Survey，簡稱 LUSS），搜尋太陽系小天體。計畫進行 3 年期間共發現 800 多顆小行星，其中有 400 多顆已獲得永久編號，小行星發現數量排名世界第 47。
鹿林天文臺的 40 公分超輕型望遠鏡（Credits：國立中央大學天文研究所）圖／三民提供
目前鹿林天文臺發現的小行星已有 100 多顆得到永久命名，名稱涵蓋臺灣的代表性人物、團體、地理、山水及原住民族等。2007 年 LUSS 首度發現彗星（C/2007 N3）與近地小行星（2007 NL1），該彗星後來被命名為 鹿林彗星 （Comet Lulin）。LUSS 計畫結束後，自 2010 年起 SLT40 投入變星、彗星的長期監測工作。
除了硬體設備，還能善用地理優勢進行觀測
鹿林天文臺的主要策略是利用小型望遠鏡的機動性，以及臺灣本身的觀測條件優勢，與其他的天文臺合作、競爭。
臺灣的地理位置緯度較低，因此可以觀測範圍較大的南半球天空；而經度方面則可以跟國際間的其他天文臺互補。對於需要長期監測或瞬變的天文現象（如超新星及伽瑪射線爆等），鹿林天文臺參與跨國合作，在全球天文觀測網和太空與地面的聯合觀測中占據不可或缺的位置。
比如 2006 年中央大學天文所參加夏威夷大學主導的 泛星計畫 （PanSTARRS），另外近年加入由加州理工學院主導的 茲威基瞬變探測利器 （Zwicky Transient Facility，簡稱 ZTF），並加入 伊甸園觀測網 （Exoearth Discovery and Exploration Network，簡稱 EDEN），以搜尋鄰近太陽之 M 型恆星周圍可能位於適居區內的系外行星等，都因為地理位置的優勢，能藉由鹿林天文臺的設備追蹤並確認新的科學發現。
在臺灣近百年的天文發展史上，鹿林天文臺締造了多項紀錄，包括首度發現小行星、首度發現超新星、首度發現彗星、首度發現近地小行星及首度進行小行星命名。天文臺的望遠鏡口徑雖然小，但做為天文教育與基本研究工具，多年來配合規劃的課題立基，亦取得良好的成果。
註解：
- 夜天光背景：夜空背景的亮度。星等數字越大，表示亮度愈低，意即光害愈小，能夠觀測愈暗的天體。
- 大氣寧靜度：大氣擾動對星光成像的影響程度。以星點的視角表示，視角愈小表示大氣寧靜度愈好，觀測到的星像愈清晰。
- 紅色精靈：積雨雲層上方發生的放電現象，由於主要發出紅光，而且發生的時間非常短暫不易捉摸，因此被稱為紅色精靈。
- 焦比：口徑與焦距的比值。
- 星震：利用亮度變化或光譜都卜勒效應研究天體的震動，藉此瞭解無法直接觀測的恆星內部結構，其原理類似利用地震波研究地球的內部結構。
- 平方度：一度乘以一度的天空範圍。例如滿月的張角約半度，3 平方度相當於 10 個滿月的天空面積。
——本文摘自泛科學 2019 年
12
月選書《蔚為奇談！宇宙人的天文百科》，2019 年 11
月，三民出版。
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