宇宙最大磁場地圖SPICE-RACS發表：一文看懂ASKAP望遠鏡、法拉第旋轉技術，以及它所揭露的宇宙磁性之謎

ASKAP 之所以特別適合這項任務，主要歸功於兩大設計特點：

• 超廣角視野：一次可掃描極大範圍的天區，大幅提升巡天效率。
• 獨特的碟形天線旋轉系統：能快速、深入地觀測廣闊的星空。

研究團隊使用的數據來自「ASKAP快速連續巡天」（RACS）的第三輪低頻觀測（RACS-low3），中心頻率為 887.5 MHz，並運用了 ASKAP 寬達 800–1087 MHz 的頻寬以及精細的頻道分割能力。這使得他們能進行極為精確的「法拉第旋轉」測量。

2.2 核心技術：法拉第旋轉（Faraday Rotation）

何謂「法拉第旋轉」？這是一種物理現象：當線偏振的無線電波從遙遠的星系出發，在穿過充斥著磁場與游離氣體（電漿）的星際空間時，它的偏振面會發生旋轉。而這個旋轉的角度，恰好與路徑上的「磁場強度」和「熱電子密度」的乘積成正比，並且是沿著整條視線方向累積的結果。科學家把這個累積量稱為「法拉第旋轉測量值」（Faraday rotation measure，簡稱 RM）。

換句話說，只要我們能測量到足夠多背景來源的 RM，就能像「斷層掃描」一樣，反推出那些看不見的磁場在空間中的分布位置與相對強度。研究團隊就是這樣，從 ASKAP 的原始數據中，針對近400萬個星系逐一重建了它們的偏振訊號——這個RM樣本數，足足是過去最高紀錄的40倍。他們還以極高的精密度（RM中位數誤差僅 2.2 rad/m²），建立了一個平均每平方度就有約7個RM源的高密度網格，有效「解析度」可達23角分。

三、這張地圖揭露了哪些宇宙奧秘？

SPICE-RACS 讓天文學界首度能在大尺度上觀察到極為豐富的「隱形」磁性景觀，幾項特別值得關注的發現包括：

1. 銀極的巨大磁場絲狀結構：地圖在南、北銀極方向，清晰解析出一道道線性的RM絲狀結構，許多甚至完全橫跨兩極區域。它們的形態與中性氫或星際塵埃示蹤圖中見到的結構極為相似，暗示著這些磁場與星際物質之間有著密切的耦合關係。
2. 銀河系盤面的「拉鍊狀」磁場圖案：在靠近內銀河系的區域（銀經60°至270°），團隊發現了一種準週期性、且相對於銀道面呈反對稱的 RM 圖案。這可能意味著在銀河系的棒狀結構或中心區域，磁場方向沿著我們的視線出現了反覆翻轉。
3. 清晰的超新星遺跡磁場環（G353-34）：一個巨大的正 RM 環形結構被清楚解析出來。雖然早在數十年前，科學家就曾在瀰漫偏振觀測中瞥見其蹤影，但直到 SPICE-RACS 才真正將其面貌完全揭露。
4. 麥哲倫雲的交互作用磁場背景：地圖提供了銀河系與其鄰居「大、小麥哲倫雲」之間交互作用的磁場環境，為研究星系碰撞與合併中的磁性角色打下基礎。
5. 遙遠的磁化星系周邊氣體：在一項同步發表的伴隨研究中，科學家將 SPICE-RACS DR2 的數據與 DESI DR1 類星體目錄結合，編纂了史上最大的類星體視線 RM 樣本。其中包含 612 個有鎂離子吸收體的視線，揭示了在紅移 z ~ 1的早期宇宙中，星系周圍就已存在顯著的磁化氣體。

四、一覽眾山小：SPICE-RACS 與過去二十年的成果比較

SKAO首席科學家娜歐蜜·麥克盧爾-格里菲斯教授（Prof. Naomi McClure-Griffiths）指出，在 SPICE-RACS 出現之前，過去二十年來，天文學家基本上一直在使用同一套不完整的舊資料集，而且這套資料還未涵蓋南天。相比之下，SPICE-RACS DR2 帶來了跳躍式的進展：

這不只是一次數據量的擴增，更代表著研究範式的轉移：宇宙磁性，這個長久以來看似無解的基礎物理問題，如今終於有了被實驗驗證的可能。

五、未來展望：POSSUM計畫、ASKAP與SKA

SPICE-RACS 是「宇宙磁性偏振巡天計畫」（Polarisation Sky Survey of the Universe's Magnetism，簡稱 POSSUM）的早期成果展現。POSSUM 是一個國際合作項目，利用 ASKAP 的獨特性能來系統性研究宇宙磁性，其三大核心目標為：

1. 在約3萬平方度的天區內，建立一個全面的 RM 網格。
2. 精細描繪銀河系的磁場結構。
3. 探索星系、星系團以及宇宙網中的河外磁場。

近期發展（ASKAP時代）：在接下來的數年內，POSSUM 團隊將利用更深的 ASKAP 觀測，持續產出更優質的磁場地圖，進一步提升頻率覆蓋與靈敏度。

長遠佈局（SKA時代）：「平方公里陣列」（SKA）望遠鏡預計在本世紀稍晚開始初期運作，屆時將能以更精細的視角，繪製出宇宙網的磁場圖像。「宇宙磁性」本身就是 SKA 的五大關鍵科學目標之一，其 1–10 GHz 頻段的超高靈敏度，將能以前所未有的解析度追蹤星系盤、中央區域以及星系團遺跡中的磁場。值得一提的是，ASKAP 正是 SKA 的先導設備，而它的所在地——西澳大利亞的同一片偏遠地區——也正是**低頻SKA望遠鏡（SKA-Low）**的興建地點。

六、為什麼這很重要？

這項工作的深遠意義，在於它將一個曾讓頂尖天文學家都備感棘手的基礎難題——宇宙磁場的起源與角色——從看似遙不可及，轉變為一門實證科學。具體而言：

• 磁場影響著星系的成長方式、物質在空間中的運動，以及宇宙數十億年的演化歷程。
• 新數據讓科學家能夠研究星系尺度的磁場如何影響星系間的交互作用，例如銀河系與麥哲倫雲的互動。
• 它為回答「宇宙的磁場最早何時出現？」和「宇宙網中的磁場如何影響星系的形成？」這類長久以來的叩問，開闢了一條全新的道路。
• 伴隨的研究已開始利用該資料，探測紅移 z ~ 1 的磁化星系周邊氣體，將磁場與調節恆星形成的氣體循環聯繫起來。
• 最重要的是，所有資料皆透過 CSIRO 的資料平台免費公開。這確保了全球的科學社群都能重複驗證成果，並在這些數據的基礎上做出更多新發現。

SPICE-RACS 為人類開啟了一個觀測宇宙磁性的新時代，從過去對單一數據集的漫長依賴，轉向擁有一張豐富、全天域、高密度的RM網絡。這份星圖，將成為未來數十年天體物理學研究的基石。