第一章 夜空導覽
  夜空導覽:

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清澈璀璨的星空,常能勾起人們無限的幽思與遐想,亮星與星座常有奇妙的傳說或神話附會。「牛郎與織女鵲橋七夕會」淒涼而美麗神話,在我國不知己經流傳了多少世代。

現在我們知道星座圖案,只是人類一廂情願的空想而已。我們也了解,恆星和凡人相同,一樣有生老病死,人類對各種星體的基本性質也有相當的了解,但這些皆無法減損星空的美麗。在遠離都市光害的郊區,唐朝詩人杜牧在《秋夕》:「銀燭秋光冷畫屏,輕羅小扇撲流螢,天階夜色涼如水,臥看牽牛織女星。」中所敘的意境依舊不減。

在有系統的介紹天文學的知識之前,讓我們先對現在宇宙中的所見的各種天體,作簡單巡禮,而所謂〝看〞為裸視或透過各式天文望遠鏡所見。

太陽系 (Solar system)

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宇宙有多大?

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  • 宇宙有約數千億個星系∼1012
    平均每個星系約包含一千億個星∼1011,所以目前所〝觀測〞到整個宇宙約包含有1011*1012=1023 個恆星。
    100,000,000,000,000,000,000,000 = 1 千億兆
    假設每個恆星都有一顆行星伴隨著,亦即整個宇宙約有1023個行星。
  • 距離太陽最近的一個恆星 Proxima Centauri(半人馬座之毗鄰星)約 4.28 ly (~1.31PC),半人馬座αA,B約 4.39 ly,毗鄰星和半人馬座αA,B為一個三合星系統。
  • 目前所觀到最遠的星系約100∼150億光年∼1023 km,所以是目前所觀測的宇宙體積約為 (4/3)*π* (1023)3=1070 (立方公里)
天文學中常用的單位

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  • 1AU (Astronomical Unit)(1 天文單位)
    =地球與太陽之間的平均距離
    =1.495*108km(∼1.495億公里)
    (地球直徑=1.275*104 km,地球赤道周長 4*104 km)
    在探討或研究行星系統,最常用「天文單位」作為距離的基本量度單位。
  • 1 ly (light year) (光年)
    = 光走一年的距離
    = 9.46*1012 km
    (Note:光每秒走了 2.997925*105 km∼3*105 km)
    (1ly = 3*105*365*24*60*60=9.46*1012 km)
    光年是天文描述距離的重要單位之一,但常被誤認是計時的單位。在浩瀚的宇宙裡,光年是個微小的距離,更常見的是 "千光年" (Kly)和百萬光年 (Mly)。
  • 1pc (1parsec,1秒差距)
    = 3.09*1013 km=3.26 ly (造成視差角為1弧秒之距離)
    1 Kpc = 1 kilo parsecs=103 PC
    1 Mpc = 1 mega parsecs=106 PC
    例如:
    1. 太陽距離本銀河系的中心約 8 Kpc。
    2. 室女座(Virgo)超星系團距離地球約 17 Mpc。
    相信嗎?天文學家更常用秒差距 (或說 千秒差距、百萬秒差距)來描述距離。
如何描述星體的大小與位置

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  • 大小或延伸範圍的描述通常是用視角來描述
    例如:
    (a)月球在夜空中所張開的角度約 1/2°。
    (b)大熊星座的兩顆用以找北極星的恆星之間的張角大小約5°

  • 如何描述星體所在的位置

星座(constellations)-一群天體的組成
國際天文學聯合會將全球四季夜空,劃分成八十八個大小不一的天區,分屬於八十八個星座。屬於同一星座的群星或天體,可能只是恰好在同一個天區,而它們彼此之間可能是毫無關係,以獵戶座為例,參宿七與地球的距離為910光年,而參宿四與地球的距離是540光年。

  1. 星座的命名:
    有一半是在古時候就已命名了,其命名的方式有依照古文明的神話與形狀的附會(包含了美索不達米亞、巴比倫、埃及、希臘的神話與史詩)。另一半(大部是在南半球的夜空中)是近代才命名,經常用航海的儀器來命名。
    例如:
    美索不達米亞:金牛座 (Taurus),獅子座 (Leo)。
    希臘的神話:獵戶座 (Orion),仙女座 (Andromeda)。
    航海的儀器:六分儀 (Sextans),羅盤座 (Pyxis)。
  2. 恆星的命名:
    主要亮星大多有它專屬的星名,例如:Altair (牛郎星)、Vega (織女星)、Polaris (北極星)等。但是記憶這些西名實在不很方便,例如記誦 Zubenelgenubi (氏宿一) 和 Zubeneschemali (氏宿四),就不是最有趣的工作。為解決這個難題,Johann Bayer在1603引進了以希臘字母來命名的方法。在星座中的恆星依其亮度,以24個小寫的希臘字母來命名。例如:牛郎星 (Altair)是天鷹座 (Aquila)α星,記為 (αAql),但是獵戶座 β(參宿七)卻比α星﹙參宿四)亮,這是當時目測法的疏失。請參考台灣地區四季星空的主要亮星資料。

    當然星座裡的恆星遠遠超過24個,那其他的恆星怎麼辦?為解決這個問題,有許多天文學家曾經做過恆星編錄,而這些恆星目錄通常以人名或天文台名來命名。例如:Bonner Durchmusterung (或稱 BD恆星目錄,這是以天文台命名) 編有324,188顆恆星,BD +5° 1688是麒麟座的一顆暗星。另一常見的恆星目錄為 Henry Draper Catalogue (HD目錄)共收錄了225,300顆恆星,HD 87901是老人星 (Regulus, αLeonis)。現今最完整的恆星目錄是 Hubble Space Telescope Guide Star Catalog (哈伯太空望遠鏡導星目錄),共收錄15,169,873顆肉眼看不到的暗星,恆星的編號型式為 GSC 1234 1132。Vega, α Lyrae, BD +38° 3238, HD 172167, 3 Lyrae, HR 7001, GC 25466, SAO 67174, ADS 11510都是指織女星,真是洋洋大觀。
  3. 天球座標:赤經 (Right Ascension, R.A.)與赤緯(Declination, Dec.)
    星座對描述某一天區的天體相當方便,但如果要進行天文觀測,又顯得不夠精確。。天球的座標提出如何畫分天球和替天球定下座標,在天文觀測上應用非常廣泛。
  • 赤緯線是地球的緯度線在天球的投影。
  • 北天球的緯度為0到+90°,而南天球的緯度記為0到-90°。每度再分成60分,而每分再細分成60秒。
  • 地球的赤道面與天球的赤道面是重疊的。
  • 天球的南、北極與地球的南北極是重合的。
  • 地球經度線在天球的投影,成為天球的赤經線。
  • 但是地球會自轉,所以我們選定春分那天中午十二時 (格林威治時間),通過格林威治上方的天球子午線為0時,往東每隔15°增加一小時,以此類推,赤經共分成24小時,每小時再細分為60分,每分又分成60秒,例如:參宿四的位置是 (5h55m10.3s,+07°24'25'')。

例如:

恆星名稱 所屬星座 天球座標 (R.A.,Dec.) 英文名稱
天狼星 (αCMaA) 大犬座 (7,-20) Sirius
南河三 (αCMiA) 小犬座 (8,+5) Procyon
織女星 (αLyr) 天琴座 (19,+40) Vega
牛郎星 (αAql) 天鷹座 (20,+5) Altair
恆星的亮度:

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  • 視星等(mV
    在地球上實際觀測到的恆星亮度規約差5等,亮度差100倍。
    一開始是以畢宿五(金牛座α星)(Aldebaran)與牛郎星(天鷹座α星) (Altair),這二顆星為mV=1.0的標準星,後來改以織女星(Vega)﹙天琴座α星﹚為mV=0.0的標準星來定義其它恆星的視星等
    例如:
    恆星/望遠鏡 視星等或可見視星等 (mV)
    太陽 -26.5
    滿月 -12.5
    金星最亮時 -4.0
    天狠星 -1.46
    北極星 2.02
    裸視極限 6.0
    5米口徑望遠鏡 24.0
    哈伯太空望遠鏡 30

 

視星等 (mV) 亮度比
-10 1002=10000
-5 100
0 1
5 1/100
10 1/1002
15 1/1003
20 1/1004
恆星的視運動

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恆星和其他的天體因地球自轉的緣故,在地球人的視覺上會有東昇西落的周日運動。也由為地球的公轉運動,在軌道上地球每天會前進一度,造成恆星比前一晚提前大約4分鐘昇起。一年之後,在同一日期和時刻才能看到相同的星空,這種現象是恆星的周年運動。所以恆星的視運動包含周日與周年等兩種視運動。

古詩中有「斗轉參橫欲三更」的字句,意指北斗七星流轉而參宿(獵戶座)打橫了,這時已經快近三更(約子夜),這是指恆星的周日運動。而「物換星移幾度秋」指的是恆星的周年運動。

以下為恆星周日與周年視運動較詳盡的解釋。

  • 為什麼夜空中星斗會流轉?

    從星流跡攝影很容易就能看出來,夜空中的天體會東昇西落,我們稱這種現象為恆星的周日運動 (diurnal motion)。嚴格來說,天體並不會東昇西落,恆星和其他天體的周日運動只是人類的錯覺而已。因為地球對人類來說實在是很龐大,以至於我們感受不到地球的自轉和公轉。如果我們能遠離地球的拘拌,就能清楚的看到事實的真象。

    天球是說明星斗流轉現象很理想的工具。如果我們從北極的上方往下看,將會發現地球是由西向東自轉。因為天體幾乎是固定在天球之上,隨著地球自轉,天球上的天體在地球人的視覺上,就由東向西流轉,產生周日運動

  • 四季星空為什麼會不一樣?

因為地球自轉同時也繞太陽公轉,地球每天在軌道上約前進1度,以致恆星太約每天提前4分鐘昇起。經過一 年之後,在同一地點又看到相同的星空,這是恆星的周年視運動。經過十五天後,恆星已經提前一小時昇起。所以在天文書籍後面常附錄的每月星圖,常是每月1日晚上10時、15日晚上9時和30日晚上8時,共用一張簡易星圖