第 2 章 從地球看星空
2-1 認識星空 2-2 觀察星空 2-3 浩瀚的宇宙
2-1 認識星空 視星等絕對星等恆星的顏色與溫度 天球 星座 星星的命名 行星與衛星的 顏色
視星等肉眼觀察天體的亮度, 用視星等表示 視星等與觀察的距離有關係! 以織女星為標準星, 將其亮度定為 0 等, 星星愈亮, 則星等愈小 自觀測天體以來, 最亮的星為 1 等星, 最暗的為 6 等星 因為科技的進步能看見的天體愈來愈多! 出現負號的星等!
視星等 1 等星和 6 等星的亮度差了 100 倍 星等每相差 5 等, 亮度差 100 倍 每差 1 個星等 亮度約差 5 100 = 2.5 倍 星等差 (+-) 亮度差 ( ) 1 2.5 4 40 5 100
16 等星的亮度是 1 等星的幾倍? 解 : 1 1 1 10 (2.512) 15 [(2.512) 5 ] 3 (10 2 ) 3 6 29 等星的亮度是 10 等星的幾倍? 差 19 個星等 19 = 5X3 + 4 = 5X4 1 100 3 X 40 = 100 4 / 2.5
96 大學學測題 星等是天文學描述天體亮度的單位, 依據星等與亮度的定義,1 星等的亮度是 6 星等的 100 倍 ; 也就是說, 亮度每差約 2.512 倍, 星等則差 1 星等 目前已知滿月約為 -12 星等, 太陽約為 -26 星等, 則太陽的亮度大約是滿月的幾倍? (A) 超過 4 百萬倍 (B)1 百萬倍 (C)40 萬倍 (D)25 萬倍 (E)14 萬倍 (10 2 ) 3 2.512 = 4 10 5
視星等的數值愈小, 表示亮度愈亮 北極星是 2 等星 肉眼所能見到 最暗的約 6 等星
絕對星等 絕對星等表示天體真正的發光能力 絕對星等 各天體在距地球 10 秒差距 (32.6 光年 ) 處的視星等 亮度與天體的光度成正比, 與距離的平方成反比 距離模式 : 視星等 絕對星等 距離 三者的關係式 m-m=-5+5 log d
視星等與絕對星等 32.6 光年 -26.8 等星 太陽 1AU 26.5 光年 織女星 0 等星 4.8 等星 0.45 等星 視星等 絕對星等
3000 恆星的顏色與溫度恆星的顏色與其表面溫度有關 4500 6000 冬季大三角 10000 BONUS: 20000 請查詢春季大三角 / 夏季大三角 / 秋季四邊 形的所有天體名稱, 並個別附上一張圖片 ~ (0.5)
獵戶座的參宿四 ( 獵戶座 ) 及天蝎座的心宿二 ( 天蠍座 ) 皆偏紅黃色, 表面溫度較低 3000 4500 天蠍座, 白色箭頭指的是心宿二, 顏色偏紅黃 6000 10000 20000
30,000K 3,000K 太陽 6,000K 藍 --- 藍白 ---- 白 ---- 黃白 ---- 黃 ---- 橘 ----- 紅 高溫 低溫
行星與衛星的顏色行星與衛星不會發光, 而是反射恆星的光, 不同化學成分所反射 / 吸收的光不同 在太空看地球主要是藍色和白色 海洋和雲 火星呈現火紅色 表面氧化鐵
1 下表為四顆恆星之顏色 視星等與絕對星等, 依據此表回答以下問題 : 恆星 顏色 視星等 絕對星等 甲 黃 5 4 乙 藍 5 6 丙 紅 4 8 丁 白 8 5 (1) 下列哪一顆恆星表面溫度最低? 丙 (2) 上表四顆恆星, 光度最大為何者? 甲 (3) 丙 丁兩星亮度何者較大? 亮度差幾倍? 丙 / 40 倍 (4) 四顆恆星與地球距離由遠而近依序為何? 丁甲乙丙 31
天球 天空像個巨大空心圓球般籠罩著地 面, 稱為天球 天空看來就像個 圓形的球狀天幕 天球是個假想的球 面, 以地球為圓心
天球 我們將地球的經 緯線向天球 投射出去 即可在天球上形成 赤經 及 赤緯 另有天球 赤道 天球北極 天北極 也 是由地球赤道 北極延伸而成
天球 天球北極 秋分點 夏至點 天球赤道 冬至點 春分點 天球南極
星 座 在古埃及和巴比倫時期, 就有星座的概念 為了統一星座的名稱, 國際天文聯合會 (IAU) 在 1928 年時, 把全天球劃分成 88 個星座 各星座所涵蓋的天域大小不同, 且個數 明亮程度也不同
星 座 北斗七星
星 座 同一星座的成員各自和地球的距離可能 不同, 但投影使它們的位置看起來相近
星 座 天鵝座 以想像力將相鄰 恆星連成獵人形狀, 成為獵戶座 仙后座
星星的命名 星座名稱依照亮度加個希臘字母, 最 亮的為 α, 次亮的為 β, 依此類推
[ 答案 ] B 2 (1) 黃道為下列哪一個天體在一年中行經天球上的軌跡? (A) 月球 (B) 太陽 (C) 木星 (D) 金星 解析 (1) 黃道為太陽在天球上運行的軌跡 ; 白道為月球在天球上運行的軌跡 ; 赤道為地球赤道面與天球的交線 2 (2) 天球上天球赤道與黃道有兩個交點, 當太陽運行到天球上此兩點時太陽直射赤道, 此兩點名稱為何?( 應選兩項 ) (A) 天北極 (B) 天南極 (C) 春分點 (D) 夏至點 (E) 秋分點 (F) 冬至點 [ 答案 ] CE 解析 (2) 天球赤道與黃道交點為太陽運行至赤道時的位置, 即太陽直射赤道時, 為春分點及秋分點 34
(3) 關於星座 ( 宿 ) 的敘述, 下列何者正確? (A) 星座 ( 宿 ) 內的星體主要為行星 (B) 同一星座 ( 宿 ) 內星體亮度一致 (C) 同一星座 ( 宿 ) 內所有星體和地球的距離皆相同 (D) 西方星座天琴座 α β γ 星之訂定主要依據亮度排列 [ 答案 ] D 解析 (3) 組成星座 ( 宿 ) 的星體為恆星 ; 星座 ( 宿 ) 的恆星亮度 距離均不相同, 僅視方向一樣 (4) 下列哪一顆星主要在冬季夜空出現, 較不易在夏季看到? (A) 牛郎星 (B) 織女星 (C) 天津四 (D) 天狼星 [ 答案 ] D 解析 (4) 天狼星為冬季大三角之一, 故常出現冬季夜空 34
2-2 觀察星空 周日運動地球的公轉恆星周年運動太陽的天球軌跡 季節的成因不同季節太陽視軌跡恆星相對位置天文觀測 天球與四季
所有恆星看起來都繞著天球北極轉, 一天 繞一圈, 此現象稱為周日運動 一天轉 360, 平均每小時繞 15
天北極
因周日運動之故, 使得星星 太陽和月亮 一樣具有東升西落的特性 a.6 月中旬大約晚上 9 點鐘, 觀測者面向東方, 看到夏季大三角恰好從東方地平線升起 b. 一個鐘頭以後, 同樣三顆星升到更高的仰角
地球繞自轉軸由西向東自轉, 因此天上的天體看起來是繞極軸由東向西轉 周日運動 恆星在天空中的軌跡隨著觀測地點的緯度 而異
北極星的位置 a +θ=90 b +ψ=90 a = b a 北極星星光 θ 北極星星光 故 θ=ψ 北極星的仰角 ψ b 赤道 等於 觀測地點的緯度
天北極或天南極方向 緯度
地球上有哪些地方經過一整年的時間, 可以看遍全星空的 88 個星座? 在臺灣, 有哪些星座看不到? 這些臺灣看不到的星座, 到哪裡可以看得到? 不會落到地下 全年不可見 赤道地區經過一整年的時間, 可以看遍全天 88 個星座 在臺灣地區看不到赤緯約 -65~-90 間的星座, 觀測位置愈往低緯度, 能看到的星座愈多
3 1 下圖為甲乙丙丁四地某日星球移動示意圖, 其中曲線 ( 虛 實線 ) 為星球在天球上移動的軌跡, 橫向剖面為地平面,N 為北方 甲地北極星位於北方地平線 ; 乙地北極星位於天頂 ; 丙地北極星位於北方仰角 40 度 ; 丁地看不見北極星, 星體運行剖面與地平面交角 50 度 請依據此圖回答下列問題 :
1 3 (1) 丙地觀察北極星仰角為 40 度, 則當地觀 察星體運行剖面和地平面交角為多少度? (A) 40 度 (B) 50 度 (C) 90 度 (D) 0 度 [ 答案 ] B
3 1 (2) 請問甲乙丙丁所在緯度各為何? (A) (B) (C) (D) 甲 赤道 北極點 赤道 赤道 乙北極點 南極點 北極點 南極點 丙北緯 40 度南緯 40 度北緯 40 度 南緯 40 度 丁南緯 50 度北緯 40 度南緯 40 度 北緯 40 度 [ 答案 ] C
4 下列何處能看到的星空範圍最大? (A) 北極點 ( 北緯 90 度 ) (B) 臺灣嘉義地區 ( 北緯 23.5 度 ) (C) 新加坡 ( 緯度 0 度 ) (D) 巴西聖保羅 ( 南緯 23.5 度 ) [ 答案 ] C 解析緯度愈低能見到星空的範圍愈大
恆星周年運動 由於地球繞著太陽公轉, 在不同月分到不同的星空 一年後同時間同地點, 見大致相同星空稱 周年運動
周年運動 地球每日公轉 :360 365.25 日 1 / 日 地球自轉 1 需時 : 360 60分 1 4分鐘 24小時 1小時 故每隔一日天體會提早 4 分鐘出現
秋分 9/22 or 23 陽光直射赤道 23.5 地球的公轉 23.5 冬至 12/21 or 22 陽光直射南回歸線 23.5 春分 3/20 or 21 陽光直射赤道 23.5 夏至 6/21 or 22 陽光直射北回歸線 地球軌道 ( 黃道 ) 為橢圓形, 地球於一月運行至近日點, 七月時運行至遠日點 黃道與赤道夾角 23.5 每日陽光直射緯度地區不同
天球與四季
天球上的黃道十二宮 3/21
季節的成因 與垂直入射相比, 當相同光束斜射地面時, 能量會分散較大的面積上, 因此單位面積上的能量會減小 地球自轉軸相對於公轉軸傾斜 23.5, 在公轉時, 自轉軸的指向幾乎維持不變, 過程中陽光會直射地表不同緯度, 而造成季節變化
恆星相對位置
天文觀測 天體發出的電磁波抵達地球大氣層時遭到氣體吸收, 大多會被吸收或反射, 只有可見光 無線電波以及部分紅外線得以抵達地表
天文觀測 鹿林天文臺 _ 海拔 2862 公尺當地天氣晴朗, 氣流穩定, 適合進行天文觀測 照片中遮罩內為口徑一公尺之光學望遠鏡
哈伯太空望遠鏡 人造衛星具跨國界 無地理障礙及長時間觀測的優點, 適用於天文研究 將望遠鏡發射到太空中, 避免大氣阻隔與影響, 可以清晰觀測到更遙遠的天體
可見光望遠鏡 無線電波望遠鏡 紅外線望遠鏡 等 天文學家使用各種波段的望遠鏡進行天文觀測, 例如 : 有些望遠鏡安置在環繞地球的軌道中, 有些望遠鏡則安 置在地面上 下列哪一個選項中的望遠鏡, 一定要安置 在太空中運作? 96. 學測 (A) 可見光望遠鏡 紅外線望遠鏡 (B) 無線電波望遠鏡 X 光望遠鏡 (C) 紅外線望遠鏡 γ 射線望遠鏡 (D) X 光望遠鏡 γ 射線望遠鏡 (E) 無線電波望遠鏡 紅外線望遠鏡 [ 答案 ] D 解析地表能接收不被大氣吸收的電磁波段有可見光 無線電波及部分紅外線, 其他必須要安置在太空中運作, 才能觀察到 4
試回答下列有關天文觀測的問題 : (1) 下列何者不是設立天文臺地區需要具備的條件? (A) 氣流穩定 (B) 光害少 (C) 海拔高 (D) 晴天率高 (E) 氣溫高 (2) 下列哪一個太空船任務的目的在於探索月球? (A) 阿波羅太空船 (B) 航海家一號太空船 (C) 羅塞塔太空船 (D) 卡西尼 - 惠更斯號太空船 [ 答案 ] (1) E;(2) A (1) 天文臺設置地點條件有 :1 光害少 ;2 海拔高 ;3 晴天率高 ;4 氣流穩定 (2) 各太空船主要任務 :(A) 阿波羅太空船 執行登月任務 ;(B) 航海家一號太空船 觀測類木行星為主要任務 ;(C) 羅塞塔太空船 登陸及觀測彗星 ;(D) 卡西尼 惠更斯號太空船 近距離拍攝土星 環以及其衛星
星座盤的構造 星圖 標示天體 恆星 星團 星雲 銀河 標示坐標 赤道 ( 圓心在正中 ) 黃道 ( 圓心不在正中 ) 標示日期與月份
2-3 浩瀚的宇宙 宇宙的結構銀河系星團星雲恆星 星系的形狀仙女座星系星系群天體尺度
宇宙的結構 夜空中除了恆星之外, 還有許多星團 星雲和星系 千億顆恆星因萬有引力聚集構成星系 太陽以及夜空中看到的恆星都是位在稱為銀河系的星系內
宇宙的結構 宇宙 星系團 星系群 > 星系 > 星團 星系 星雲 星團 恆星系統 ( 太陽 ) 行星 ( 地球 ) 小行星 彗星
銀河系 10 萬光年 銀河系的外形呈現螺旋狀, 大多數恆星聚集在盤面上
銀河系 根據研究得知, 銀河系的外觀應和仙女座星系一樣屬於螺旋狀星系 大麥哲倫雲與小麥哲倫雲為銀河系周圍的衛星星系, 屬於不規則星系, 距離銀河系只有十幾萬光年
星 團 一群恆星因引力聚集在 一起, 分為球狀星團與 疏散星團 球狀星團由成千上萬的恆星密集形成, 外觀呈球狀對稱 疏散星團由約數百到上千顆恆星聚集, 結構較鬆散 球狀星團 疏散星團
星 雲 散布在恆星之間的塵埃和氣體 馬頭星雲
恆星恆星由星雲收縮而形成, 藉由核熔合反應產生能量, 當無法再進行核反應來對抗向內收縮的萬有引力時, 恆星就會快速向內收縮, 終致爆發 蟹狀星雲是恆星爆發所產生的雲氣
星系的形狀星系有些像橢圓球體, 有些呈螺旋狀, 有的形狀不規則, 有些星系除了螺旋結構, 在核心還有棒狀結構 橢圓星系螺旋星系不規則星系棒旋星系
仙女座星系外觀 大小 質量皆和銀河系相當, 也有螺旋結構 兩個衛星星系呈橢圓光團
星系群星系非均勻分布, 常集結成群, 依星系數量多寡稱為星系群或星系團 銀河系所屬的本星系群, 有數十個成員, 包括大麥哲倫星系 小麥哲倫星系和仙女座星系在內 有些星系團包含多達上千個星系, 構成超星系團或更大尺度的結構
天體尺度