宇宙中最高能量的宇宙射線從何而來，至今仍是天文物理學的核心未解問題之一。超高能微中子（Ultra-high-energy Neutrino）幾乎不與物質作用，能從遙遠的宇宙射線源頭直線抵達地球，是追蹤宇宙射線起源最直接的信使。當這類微中子穿越地球、與物質作用後穿出地表，其產生的次級粒子簇射（Air Shower）會透過地磁輻射機制（Geomagnetic emission）釋放短促的無線電脈衝。臺大物理系粒子天文物理實驗室主導的 TAROGE-M 計畫，正是以無線電天線陣列在南極捕捉這類訊號，藉此探索宇宙射線的起源。
TAROGE-M 觀測站架設於南極墨爾本火山山頂，海拔約 2,700 公尺。高海拔提供了開闊的地平線視角，有利於接收來自地平線以下、穿出地表的微中子訊號；南極純淨的無線電環境則大幅降低人為干擾。觀測站鄰近韓國張保皋站（Jangbogo Station），直升機約 15分鐘即可從工作站抵達山頂。韓國極地研究所與張保皋站在後勤與飛行調度上給予了關鍵支援，是計畫得以持續運作的重要基礎。這套觀測系統的技術基礎，來自實驗室長年參與的 ANITA 計畫，以及過去在台灣東海岸長期建置與運作 TAROGE 計畫所累積的經驗。
將偵測器部署至南極帶來了一系列嚴苛的工程挑戰。極夜期間太陽能板無法作用，系統須依賴風力發電維持運轉；電子電路必須能夠在極端低溫下穩定運作，才能確保觀測不中斷。此外，南極的氣候遠比想像中惡劣——我們會遭遇比強烈颱風更猛烈的暴風雪，對設備的結構強度與密封性提出極高要求。為因應這些挑戰，實驗室針對極地環境自製了多項關鍵元件，每套系統在運往南極前都需在台灣通過多次模擬極寒的低溫驗證。這套驗證流程在實地得到了印證——自製元件確實在整個極夜中穩定運作，觀測站於無人維護的漫長黑暗後順利恢復運作。
在訊號辨識上，主要挑戰來自隨機熱雜訊。我們採用「一致性」（Coincidence）策略，要求多個天線陣列同時接收到特徵一致的脈衝訊號，方視為有效事件，以此有效排除偶發干擾。觀測站目前設有兩座朝向不同方位的測站，互補擴大觀測視野。在實際作業中，高海拔與低溫使所有現場工作的難度倍增——在台灣實驗室裡幾秒鐘即可完成的操作，在山頂往往需要數倍的體力與專注。每次上山前的夜晚，我們都會在腦中反覆演練隔天的每一個步驟，確認工具、零件與人力分配皆已就位——唯有如此，才能在有限上山時間內完成所有任務。
在剛結束的 2025-26 夏季任務中，我們順利回收了整年度數據，並對兩座測站進行了維護與補強。目前已能穩定觀測到來自地平線以上的宇宙射線訊號；來自地平線以下、穿出地表的微中子候選事件正處於數據分析階段。隨著數據持續累積，我們期望在宇宙射線起源的研究上取得更進一步的成果，並持續展現臺大在極地粒子天文物理領域的研究量能。
|
