天文學(xué)和航天科學(xué)II香港太空館香港大學(xué)物理系聯(lián)合主辦香港教育局課程發(fā)展處合辦恒星與宇宙星等、光度光污染黑體輻射、顏色、表面溫度斯特藩定律譜型赫羅圖

譜線、多普勒效應(yīng)徑向速度紅移和宇宙重溫秒差距1pc(秒差距)=1個(gè)天文單位延伸1弧秒的距離≈

3.26光年≈

3.24x1016米10pc=32.6光年。注意：一顆于10pc的星會有0.1弧秒視差。

所用的單位為天文單位(AU)和弧度：p=1/d.視星等視星等系統(tǒng)首先由喜帕恰斯提出。他編派肉眼所見亮度最光的星為第一等，最暗的為第六等。視星等，符號為m，現(xiàn)在是由測量天體亮度來決定。根據(jù)定義，一等星比六等星亮一百倍，比十一等星亮一萬倍。一顆

m=1的星

比一顆m=2

的星亮1001/5

≈2.512倍。總的來說，兩顆星的亮度比是

2.512(m2-m1)

或100(m2-m1)/5。例子

名稱類別視星等絕對星等

太陽

恒星-26.84.8

滿月

衛(wèi)星

-12.6

天狼星

恒星

-1.41.5

昴星團(tuán)疏散星團(tuán)1.6-4.1

北極星(勾陳一

)

恒星2.0-3.6

市區(qū)內(nèi)肉眼的極限

~3.0

仙女座星座(M31)星系3.5-21.4

獵戶座大星云(M42)彌漫星云4.0-4.5

木衛(wèi)一

衛(wèi)星5.0M4球狀星團(tuán)5.6-6.7

郊區(qū)中肉眼的極限~6.0-7.0M54(天河外)球狀星團(tuán)7.6-10.0

蟹狀星云(M1)超新星爆發(fā)遺跡8.4-3.0

戒指星云(M57)行星狀星云8.8-0.3光污染(又名光害)這是地球夜間看起來的樣子。逃逸到太空的光是一個(gè)浪費(fèi)掉的能源，因?yàn)橹挥型庑侨?宇航員可以看到。同樣不幸的是，部分光線散射回地球上的觀察者，造成了一個(gè)光亮的背景。這就是所謂的天空輝光。其他形式的光污染：眩光，直接進(jìn)入眼睛，而又不需要的光。這可能導(dǎo)致視野減少。道路上，它可能影響汽車的安全。光侵入，這是進(jìn)入物業(yè)，而又不需要的光。這會導(dǎo)致很多問題，如睡眠被剝奪。光污染也影響到候鳥、海龜、生態(tài)系統(tǒng)的其他部分。絕對星等視星等依靠兩個(gè)物理量：光源每單位時(shí)間所排放的光能，即所謂光源的亮度；該光源離觀察員的距離（平方反比定律）例如，如果一顆離地球100pc的六等星，移離到10pc遠(yuǎn)，看起來亮了100倍，成為了一等星。為了比較不同恒星的亮度，絕對星等(M)定義為一顆離觀察者10pc恒星的的視星等。絕對星等僅由光度決定。上面例子的星其絕對星等為1。黑體輻射不論電磁頻率高低，黑體都吸收所有落在自己身上的電磁輻射，并根據(jù)普朗克法則，輻射出能量來。黑體光譜是連續(xù)的；它也是一個(gè)表面溫度的函數(shù)，用來解釋基本恒星的光譜和顏色。強(qiáng)度和峰值頻率隨物體溫度增加。右邊顯示感到的恒星顏色是一個(gè)表面溫度的函數(shù)。斯特藩定律最先從實(shí)驗(yàn)中獲得。強(qiáng)度(定義為物體每單位時(shí)間每單位面積輻射的總能量)可由下式得出：

I=σT4 因此，半徑為R的球形恒星，其亮度可由下式得出：

L=4πR2σT4斯特藩-波爾茲曼常數(shù)則由下式得出：斯特藩定律亮度以瓦特來量度。不給答案就搗亂？天文學(xué)上許多方程的常數(shù)，是很困難取得的；要不然就是獲得的過程繁瑣。但方程有時(shí)可以細(xì)分來幫助應(yīng)用。例一.應(yīng)用斯特藩法則于球形恒星

L=4πR2σT4

和

LSun=4πRSun2σTSun4

意味著

L/LSun=(R/RSun)2(T/TSun)4.

或以太陽參數(shù)單位表示,

L=R2T4,或

R=L1/2/T2.例二.開普勒定律：(R1/R2)3/(T1/T2)2=(M1/M2),(中心力體系)

以地球的軌道數(shù)據(jù)，即天文單位和年為單位，我們得出

R13/T12=M1,

M1

單位為太陽質(zhì)量看后面例子-有關(guān)銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞光譜吸收及發(fā)射

恒星化學(xué)黑體光譜是連續(xù)的恒星和觀察者之間的恒星大氣或氣體云吸收選定頻率的光，產(chǎn)生吸收線。光亮恒星附近的氣云可受到星光或紫外線輻射激發(fā)，因此產(chǎn)生特定光頻率的發(fā)射線。譜線頻率是氣體云化學(xué)成分的特性。氦便由觀察太陽而發(fā)現(xiàn)。發(fā)射線可于火焰實(shí)驗(yàn)中觀察到。譜型根據(jù)各自的吸收光譜，恒星歸入的不同譜型。不同的光譜，意味著不同的化學(xué)成分。吸收光譜取決于恒星的表面溫度。它們從高至低的溫度列為：OBAFGKM.顏色從藍(lán)色到白色，再到橙紅色。例如：太陽是顆G

型恒星，參宿七是顆B

型恒星，參宿四是顆M

型恒星普遍的記憶口訣：“Oh,

BeAFine

Girl/Guy,

Kiss

Me.”赫羅圖赫羅圖是一種恒星光度（或絕對星等）對表面溫度（譜型）的對數(shù)-對數(shù)繪線，或半對數(shù)繪線。傳統(tǒng)上，較高的溫度是在左邊。恒星并不均勻分布在圖上，反而形成組別，指明每個(gè)組背后不同的故事。大部分恒星上都在稱為主序的對角線上。右上角的恒星每單位面積的耗能低（T4

），但高亮度。因此，該些恒星非常大，稱為巨星。反過來，右下角的恒星非常小，稱為矮星。利用R=L1/2/T4，我們可以輕易計(jì)算赫羅圖上

恒星的相對大小。譜線、多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：

Δλ/λ=vr

/c,

vr

是徑向速度。注意即使偏移后，譜線的模式仍然可以辨認(rèn)。見右圖。例如，雙星系統(tǒng)中，兩顆星的光譜線可以看作在相反的方向轉(zhuǎn)移然而，在這課程我們只考慮B的質(zhì)量是可忽視的情況。另外，注意譜A和B可以有所不同。http://www2.enel.ucalgary.ca/People/ciubotar/public_html/Starsevol/specbin-anim.gif注意整個(gè)系統(tǒng)的譜線亦因此而偏移。一個(gè)簡單雙星系統(tǒng)的徑向速度曲線一顆小天體，在圓軌道繞著一顆大天體沿軌道平面運(yùn)行。沿軌道面觀察徑向速度曲線是余弦函數(shù)。函數(shù)形式為vr=vcosθ=rω

cosθ,，其中r是軌道半徑，ω是角頻率因此，可以很容易找出r和周期T。而中心體的質(zhì)量，可以用開普勒定律找出。http://www2.enel.ucalgary.ca/People/ciubotar/public_html/Starsevol/specbin-anim.gifhttp://www.roe.ac.uk/~pmw/RVorbit.htm星系和暗物質(zhì)物體轉(zhuǎn)動有多快，取決于它軌道內(nèi)有多少物質(zhì)。如果所有物質(zhì)都看得見，那么近銀河系邊沿的恒星軌道速度，便按照以上的紅線分布。不過，我們發(fā)現(xiàn)恒星移動得比預(yù)期的快，根據(jù)開普勒定律，當(dāng)中的物質(zhì)必須比我們所看到的更多。額外的物質(zhì)稱為暗物質(zhì)，因?yàn)樗麄儾粫懦鲭姶挪?，揭示它們是以重力的形式存在?970年代，維拉魯賓和她的同工發(fā)現(xiàn)了這件事。她測量傾角(inclinationangle)大約為0°的旋渦星系的多普勒頻移，測定了星系的旋轉(zhuǎn)曲線。紅移和宇宙http:///wiki/Hubble_law維斯特·斯里弗測量紅移，因此也測量了星系的徑向速度。哈勃測量距離、星系。結(jié)合徑向數(shù)據(jù)，他發(fā)現(xiàn)哈勃定律：v=Hd哈勃常數(shù)H最為接受的數(shù)值大約是

70km/s/Mpc.哈勃定律指出，離我們愈遠(yuǎn)的星系，遠(yuǎn)離我們的速度愈快。宇宙的膨脹可解釋這事。注意這個(gè)宇宙紅移不是由于多普勒效應(yīng)。星系遠(yuǎn)離我們，是因?yàn)橛钪妫臻g-時(shí)間）本身在擴(kuò)大，而不是因?yàn)樾窍翟谔找苿?。深入的問題問：香港的光污染有多嚴(yán)重？答：非常嚴(yán)重。知多一點(diǎn)：2005-2006年港大的光污染研究，顯示在香港的市區(qū)和郊區(qū)，每平方弧秒的視星等分別為16.4和19.7，而理想的數(shù)字是22。因?yàn)橐^察暗淡天體物體，它們和背景之間的對比是很重要的，故一個(gè)比較光亮的背景，與天體的光度變暗淡有相同的效果。此外，空氣中的水分顯著增加散射，從而令光污染更嚴(yán)重。因此，香港郊區(qū)的天空，只略優(yōu)于一些人口較少及較干燥的城市。http:///pnweb/jsp/comm/index.jsp問：有什么方法減少光污染？關(guān)閉不需要的燈光，減少過量的照明，并使用定時(shí)器或自動開關(guān)。使用適當(dāng)?shù)膽敉鉄艟摺Ｅe個(gè)例子，左邊的照明燈只照亮它下面的物體，比右邊的更有效率，造成較少的光污染。光污染使遠(yuǎn)處司機(jī)覺得刺眼，又向天空泄漏光。裝飾燈/建筑物的設(shè)計(jì)師，要就能源/環(huán)境影響和他們想達(dá)到的效果，權(quán)衡兩者的輕重?，F(xiàn)在，使用能源效率低、破壞環(huán)境的照明對商業(yè)推廣并不有利。這些措施還節(jié)省能源，從而節(jié)省金錢。約30-60％的照明是沒有必要的。http:///photosharing/enlargephoto.php?photoID=350951答：問：自然光線會影響觀察嗎？答：會。知多一點(diǎn)：舉個(gè)例子，月亮是眩光和天空輝光的一個(gè)來源。由于太陽的活動，導(dǎo)致的大氣放電也可以造成天空輝光的?！腹馕廴尽惯@詞通常是用來形容人工照明燈；有人泛用它來形容影響觀察的自然光。天空輝光和眩光這兩個(gè)術(shù)語較為適當(dāng)。天空輝光通常最影響觀察，因?yàn)樵谝欢ǔ潭壬峡梢宰柚寡９夂凸馇秩?。問：視星等與絕對星等有何數(shù)學(xué)連系？答：兩顆視星等為m1andm2的星亮度的比例是

100(m2-m1)/5

。用定義很容易便可以查核到這公式?，F(xiàn)在如果一個(gè)視星等為m、距離為d

的恒星遷移到離我們10pc遠(yuǎn)，而其新的視星等為

M，則亮度的比例是

100(M-m)/5

=(d/10)2,以10對數(shù)，并重新安排，得出M=m+5log10(d/10).根據(jù)這定義，M

也是絕對星等。知多一點(diǎn)：現(xiàn)實(shí)世界中，指明正在衡量哪些類型的電磁輻射是必要的。例如一顆恒星，可能有非常不同的紫外線、可見光、紅外光譜、視星等等。顏色指數(shù)B–V就是用藍(lán)色和「可見光」（綠黃色）過濾器得出該恒星的視星等區(qū)別。它可以用來顯示顏色，更換赫羅圖X軸的溫度。不過，在這課程里，我們就以它們都是一樣般的使用。另外，當(dāng)M涉及到亮度L

，所有頻率便都包括在內(nèi)。這就是所謂的熱絕對星等。問：絕對星等與亮度有何數(shù)學(xué)連系？答：太陽和恒星之間亮度的比例是

LSun/L=100(M-MSun)/5以10為底取對數(shù)，并重新安排，得出M=MSun+2.5log10(LSun/L).太陽的絕對星等是

4.8，亮度是3.83×1026W。得出M=71.3-2.5log10(L)，而L以W為單位。知多一點(diǎn)：使用此公式和早前的公式，我們可以看到物理量m,d,M,L,R,T如何相關(guān)。

m

和T

都可直接量度，但

d

需要用如視差法獲得?？墒牵徽业絛

，M、L、R

很容易便算出來了。這是一個(gè)了不起的成就，迄今為止，都是很了不起的。只消解決盤狀星系內(nèi)一小百分比的恒星，便可以直接測量半徑。非恒星物體，如星團(tuán)，亮度可以求和或積分：L=ΣLi

(多個(gè)來源)。從以上方程可以找出絕對星等。問：星等系統(tǒng)為何是對數(shù)函數(shù)？答：天文學(xué)家試圖優(yōu)化喜帕恰斯系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)視星等減少，則亮度線性增加。假設(shè)人類的反應(yīng)是一個(gè)對數(shù)函數(shù)，他們便界定視星等和亮度的關(guān)系為一對數(shù)函數(shù)。不過，后來發(fā)現(xiàn)人類的反應(yīng)接近冪次法則，因此上述定義的推理并不成立。然而，星等與亮度的關(guān)系，仍然以此作定義。問：我們?yōu)楹涡枰胀h(yuǎn)鏡？答：大氣層只對可見光、部分紅外線、無線電波透明，其他波長的電磁波一律被分散或是被吸收。無法到達(dá)地面的電磁波必須用太空望遠(yuǎn)鏡觀察。知多一點(diǎn)：用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀察可見光，是因?yàn)榇髿馐д?稱為星象寧靜度)，限制了解象度。此外，地面物體的紅外輻射，造成紅外天文的噪音問：有沒有其他方式避免大氣失真？答：有的，這就是自適應(yīng)光學(xué)。其中的可變形反射鏡是用來抵消大氣失真的影響。知多一點(diǎn)：自適應(yīng)光學(xué)中，部分望遠(yuǎn)鏡射出的光由一部快速的計(jì)算機(jī)分析，而計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制變形反射鏡，抵消大氣失真。通常用一束特別的激光，在空中創(chuàng)造一個(gè)人造星，使計(jì)算機(jī)知道如何令鏡子變形。自適應(yīng)光學(xué)幫助大型望遠(yuǎn)鏡在地球上獲得理論的分辨極限。(1.22λ/D)問：天文干涉學(xué)是什么呢？答：是一種結(jié)合兩個(gè)或兩個(gè)以上的望遠(yuǎn)鏡/天線的信號，分辨率高的干涉測量。知多一點(diǎn)：可用大量的望遠(yuǎn)鏡來產(chǎn)生圖片，分辨率與單一大型射電望遠(yuǎn)鏡相似，而直徑則是分布的望遠(yuǎn)鏡的總和。

以電子方式或光纖，結(jié)合不同望遠(yuǎn)鏡的信號，來測量干涉。舉例來說，超大天線陣列

(VLA)

是一個(gè)有27只盤的系統(tǒng)，基線最長三十六公里，這是單一望遠(yuǎn)鏡不可能實(shí)現(xiàn)的。非常長基線干涉儀

(VLBI)可一邊為稍后的干擾信號記錄數(shù)據(jù)，而當(dāng)?shù)氐脑隅妱t一邊為此計(jì)時(shí)。因?yàn)樘炀€實(shí)際上沒有連接，基線可以長得多。問：什么是同時(shí)多波長觀察？答：在同一時(shí)間內(nèi)，調(diào)查天體不同波長的圖像。知多一點(diǎn)：上圖由左至右，分別是M81的光學(xué)、紫外線、X射線、紅外線和無線電波的圖像

。不僅從單一窗口，更可從多個(gè)窗口的波長得到更多的信息。舉例來說，紫外線的影像，可以用來找出非常炎熱的O型、B型星，而X射線圖像可用來尋找可能是黑洞的星體。其他如伽瑪射線暴，是同時(shí)用與伽瑪射線、光學(xué)影像的探究。研究顯示伽馬射線暴是來自宇宙遠(yuǎn)距離，從而解決了這個(gè)懸案。

圖像獲準(zhǔn)Prof.BillKeel,UniversityofAlabama的許可

問：人眼和儀器對光有如何反應(yīng)？答：正常的眼與適應(yīng)漆黑的眼對光的反應(yīng)如下圖所示。天文學(xué)家使用相機(jī)或其他儀器時(shí)，經(jīng)常使用過濾器。U（紫外線），B（藍(lán)色），V（視覺），R（紅色）過濾器是一些常見的過濾器。其他過濾器，如線過濾器也有人使用。例如，配上線過濾器，拍攝哈勃圖像都可以提高物理特征；往往同時(shí)應(yīng)用三種線過濾，充當(dāng)RGB通道，以獲得偽色圖像。知多一點(diǎn)：.使用不同的過濾器量度同一顆恒星的星等會不同。舉例來說，顏色指數(shù)(定義為MU-MB)，有時(shí)在赫羅圖用作X軸。問：我可藉斯特藩定律來理解普朗克黑體輻射定律嗎？答：可以，它只是一個(gè)積分罷了。知多一點(diǎn)：普朗克黑體輻射定律定明：這里，I(v)dv是在頻率范圍ν和ν+dν之間每單位表面、每單位時(shí)間、每單位立體角中產(chǎn)生的總能量。因此

L~∫I(v)dv.不用真正做積分，代入x=hv/kT，T4的依存關(guān)系就可得到。問：為什么譜型排得這么奇怪？知多一點(diǎn)：每級有一亞級，號碼從0-9。例如O1比O5熱。太陽是G2的星，參宿七是B9,參宿四是M2。有時(shí)，在尾巴附加一個(gè)羅馬數(shù)字來表明類型，如太陽是G2V，第五主序星。新發(fā)現(xiàn)的恒星類型已列入新的譜類型。例如：

高光度沃夫—瑞葉星(Wolf-Rayetstars)為WR級答：

歷史上，根據(jù)氫譜線的強(qiáng)度，得出光譜類型A至Q的標(biāo)示?；竟ぷ魇怯晒饘W(xué)院天文臺的女士(主要是安妮?坎農(nóng)和安東尼雅?摩麗)所做的。很久以后，才發(fā)現(xiàn)氫譜線的強(qiáng)度與恒星的表面溫度有關(guān)連。問：太陽是甚么顏色的？答：我們絕對不應(yīng)直接觀看太陽。色彩視覺是由于三類視錐體反應(yīng)和腦理解這些反應(yīng)的結(jié)果。中午猛烈的陽光會飽和所有三種類型的視錐體的反應(yīng)，甚至損害視錐體，得出白色的外觀。知多一點(diǎn)：一個(gè)相關(guān)的問題是：太陽，一顆G2恒星，遠(yuǎn)距離看，也就是說數(shù)光年以外會是什么顏色呢？太陽的表面溫度是5780K，但黑體頻譜只是一個(gè)良好的約數(shù)。頻譜峰接近470nm

，即是綠色。不過，由于太陽射出的光，由紅色到藍(lán)色，其強(qiáng)度都類似，大多數(shù)人看到色彩都會是白色，可能帶一點(diǎn)淺桃色。問：怎樣運(yùn)用雙眼觀星，效果更好？

答：用視線中心，觀察光體的細(xì)節(jié)和顏色。用視線周邊，檢測或觀察暗體。

知多一點(diǎn)：顏色受體，所謂錐細(xì)胞，主要密集分布在視野的中心附近。較敏感的桿細(xì)胞只能檢測光照強(qiáng)度，并且主要分布在中心視野之外。從光明到黑暗的地方，飽和的桿細(xì)胞需要7-10分鐘，甚至更久來適應(yīng)黑暗，才可檢測暗淡的星光，因此，向觀星的人照射光線是無禮的。黑暗中可亮起紅燈來閱讀，因?yàn)闂U細(xì)胞對紅燈并不很敏感。暗淡恒星、星系看起來無色，是因?yàn)樗麄兊墓馓?，激發(fā)不了錐細(xì)胞。反之，錐細(xì)胞飽和，非常光亮的物體看起來就是白色的。因此，感覺到的顏色也取決于光的強(qiáng)度。光源不是單色，顏色就不是一個(gè)客觀量。不同的人/儀器可以報(bào)告感覺到不同知覺的色彩。視覺和顏色的專題，是一個(gè)很好的多學(xué)科研究例子。這涉及物理學(xué)和天文學(xué)，化學(xué)（光敏色素），生物學(xué)，心理學(xué)（顏色感覺，幻想），科技（顯示器，CCD的，印刷業(yè)，照明）和藝術(shù)（繪畫，攝影，電影）。問：太陽黑子Lsurf/Lspot=(6000/4000)^4=5

，星等小于2，為什么他們看來好像是黑色的？

注意，所有波長都為亮度出力。然而，只有可見光有助于可見亮度。太陽黑子的譜峰在紅外，與可見光的總量有個(gè)較顯著的差異。單獨(dú)的太陽黑子仍然是光的，看來是黑，是由于和光面對比。有關(guān)光譜反應(yīng)時(shí)，始終要小心。例如：頻譜峰在綠色，并不是說在人眼看來恒星為綠色。答：因與太陽表面上與可見光比較。問：為什么赫羅圖上的星星是一組組的？答：赫羅圖是在瞬間時(shí)間內(nèi)，對恒星群的一種統(tǒng)計(jì)看法，如一個(gè)星系或星團(tuán)。赫羅圖上擁擠的地區(qū)，是指有更多的恒星處于這狀態(tài)下；也可指恒星在其有生之年花更多時(shí)間處于該狀態(tài)。

知多一點(diǎn)：恒星的命運(yùn)主要取決于其質(zhì)量。如圖，在低溫的一面，恒星開展它的生命，亦隨溫度上升而演變。當(dāng)溫度高得氫氣能夠融合，它就成為主序星，它大部分時(shí)間保持這種方式。大部分的氫燒盡后，重恒星開始燃燒較重的元素，踏入擴(kuò)張時(shí)期（冷卻，巨星）和收縮時(shí)期（變熱），直至他們最終爆炸，成為超新星，或死去成為白矮星。質(zhì)量少于約0.4個(gè)太陽的恒星，會安靜、穩(wěn)步地燃燒氫氣成氦氣，直到它成為白矮星為止。問：視差太小，如何量度距離？答：遠(yuǎn)距離星團(tuán)、星系的視差太小了，測也測不準(zhǔn)。使用已知亮度的物體如標(biāo)準(zhǔn)燭光。使用它，由L，M

，就可找到d。知多一點(diǎn)：最有名的標(biāo)準(zhǔn)燭光是：造父變星是一種變星，其變異性周期和絕對亮度嚴(yán)密地相關(guān)在一起。造父變星約有103至104個(gè)太陽那么亮，因此適合測量星團(tuán)和星系的距離。哈勃測量星系中的造父變星，從而導(dǎo)出了著名的哈勃法則。Ia

型超新星是爆炸造成的，是白矮星從附近的一個(gè)同伴巨星扯出吸積物所致。當(dāng)白矮星和吸積物的總質(zhì)量趨近1.4個(gè)太陽質(zhì)量，融合的碳、氧便放出足夠的能量打碎恒星，亮度約50億個(gè)太陽。由于爆炸時(shí)的質(zhì)量總是約1.4個(gè)太陽質(zhì)量，所有Ia型超新星的亮度大致相同。正因如此，測量遠(yuǎn)距離星系時(shí)，它們十分有用。問：固有運(yùn)動、徑向速度與切向速度如何相連在一起？一個(gè)天體的固有運(yùn)動，是由其真實(shí)運(yùn)動所生，每單位時(shí)間的角度變化?？捎蒬θ/dt=vtang/d

得出，其中d是離觀察者的距離。量度到固有運(yùn)動和d

，便可找出切向速度。徑向速度是用光譜測量的。vtot2=vtang2+vr2.http://www2.enel.ucalgary.ca/People/ciubotar/public_html/Starsevol/totalvel.gif問：當(dāng)雙子星系的軌道是橢圓形時(shí)，徑向速度曲線看來是怎樣的？答：知多一點(diǎn)：徑向速度曲線仍然適合用來找到軌道參數(shù)。見http://www.roe.ac.uk/~pmw/RVorbit.htm

顯示的Applet。問：如何發(fā)現(xiàn)太陽系外行星(系外行星)？

知多一點(diǎn)：以多普勒光譜測量徑向速度一直都是最成功的方法。主星微小變化的徑向速度可用于計(jì)算這顆星球的軌道和質(zhì)量。天體測量學(xué)則依靠因行星引力，位置的小擺動。答：由于行星及其寄主恒星之間亮度差異甚高，直接觀察外行星是非常困難的。只有一個(gè)外行星直接拍攝到（在紅外）。目前已知的外行星，約200顆是由多普勒光譜、天體測量學(xué)、中星儀、脈沖星計(jì)時(shí)、星周盤，或微重力透鏡間接發(fā)現(xiàn)。注意：大部分找到的系外行星質(zhì)量都很高，因?yàn)樗鼈儽容^容易便發(fā)現(xiàn)到。不過，較細(xì)小的行星可能亦相當(dāng)普遍。大多數(shù)已知的系外行星繞著似太陽的F、G、K類恒星運(yùn)轉(zhuǎn)。O型顆星形成行星之前，可能已蒸發(fā)掉塵云。M型矮星可能有質(zhì)量較小的行星，更難讓人偵測到。問：在銀河系中心真的有超大黑洞？答：可能性甚高。知多一點(diǎn)：幾年來，從測量靠近人馬座A*的恒星、恒星的軌道，從而找到其質(zhì)量。估計(jì)一下：考慮恒星SO-20，忽略傾角，半徑≈1500AU，周期≈30年，由開普勒定律知道軌道內(nèi)質(zhì)量是15003/302≈400萬個(gè)太陽質(zhì)量。

使用SO-2的公布結(jié)果，有370萬±150萬個(gè)太陽質(zhì)量局限在一個(gè)120AU的地區(qū)里。只有黑洞才能叫如此小的地區(qū)有那么大的質(zhì)量。注意：1.從銀河系中心來的可見光受塵云遮掩，但紅外線能穿透塵云。2.人馬座A*是一個(gè)很強(qiáng)的射電源。3.雖然中心是一個(gè)超大黑洞，充分遠(yuǎn)離中心的恒星軌道仍然服從開普勒定律。Sky&Telescope,April03,p.49問：觀察到遠(yuǎn)端星系的紅移，是由于多普勒效應(yīng)嗎？經(jīng)典或（狹義）相對論的多普勒頻移。用來測量恒星的徑向速度、恒星旋轉(zhuǎn)、星系，偵查靠近的雙子星系。引力紅移（廣義相對論）。當(dāng)一粒光子爬升引力場，測量到的波長便減少?？拷|(zhì)量大的物體，效果最為突出，如中子星、黑洞和近地球的表面（微小但可衡量）。宇宙學(xué)紅移（空間膨脹）。由于宇宙尺度因子a

以時(shí)間函數(shù)增加，在時(shí)間

t，一個(gè)偏遠(yuǎn)的銀河發(fā)出光子，觀察到的波長為

λobserve=λemit

anow/a(t)。答：不是知多一點(diǎn)：紅移有三個(gè)原因：/apod/ap031102.html問：宇宙的年齡有多大呢？答：目前科學(xué)界的共識認(rèn)為宇宙的年齡約137億年，這是憑測量宇宙背景微波(CMB)的小變化所得的。知多一點(diǎn)：可以做一個(gè)粗略的估計(jì)：兩個(gè)星系以等速v互相遷離，要多久兩者距離才達(dá)到d

呢？所需時(shí)間d/v=1/H

，即所謂的哈勃時(shí)間，大約是140億年。當(dāng)然，這只是一個(gè)近似值，因?yàn)関

并不一定是個(gè)常數(shù)。不同模型預(yù)測的加速度一是正、一是零，要不就是負(fù)。注意：20世紀(jì)90年代，通過研究非常遙遠(yuǎn)的Ia型超新星的亮度，有一些證據(jù)表明，暗能量密度和質(zhì)量密度的總和大約相等于臨界密度。因此，我們可能活在一個(gè)平面宇宙內(nèi)。這些研究還表明，宇宙膨脹正在加速。而加速度由質(zhì)量密度和暗能量密度的總和決定。暗能量是真空的能量，也稱為宇宙常數(shù)。雖然可以測量，但我們知道的不多。問：宇宙有多大，抑或是無限大？答：我們通用的術(shù)語「宇宙」為「可觀察的宇宙」，半徑是465億光年，中心點(diǎn)接近著我們。注意現(xiàn)在我們看著星系時(shí)，我們正觀看不同時(shí)間的歷史。星系愈遠(yuǎn)，光愈早射出。知多一點(diǎn)：從宇宙的模型可以看出，如果宇宙的密度小于/等于/大于一個(gè)稱為臨界密度的值，那么宇宙是開放/平面/封閉的。宇宙是開放而平面，就應(yīng)該是無限的；如果是封閉，則是有限的。一個(gè)有限的宇宙，有可能從時(shí)間開始以來，從一些偏遠(yuǎn)星系發(fā)出的光都未到達(dá)我們這里。因此，宇宙可能比我們可以觀察到的大。然而，在有任何物理后果或證據(jù)證明可觀測宇宙以外的東西存在之前，它們對我們并不重要。問：宇宙以外是什么？答：如果可觀測宇宙以外有物體存在，大爆炸以來，所有的光/信息都不能從它們到達(dá)我們這里，所以不會有什么證明，真的有東西在那里。一個(gè)相關(guān)問題：大爆炸前是什么？

這個(gè)問題問得不好，就像問北極的北面是甚么。在北極，如果你走任一方向，你都朝南方走；縱然你向相反的方向走，你仍然朝南方走。問：如果宇宙年齡是137億年，最遠(yuǎn)看得見的物體怎能在465億光年遠(yuǎn)？答：因?yàn)槲覀冋務(wù)撝餐苿泳嚯x，共同移動距離告訴我們物體今天的距離。知多一點(diǎn)：雖然從最遠(yuǎn)的可觀測物體出發(fā)的光只須旅行一百三十七億年，但同一時(shí)間內(nèi)空間正在膨脹；因此，物體比現(xiàn)在的137億光年更遠(yuǎn)。因?yàn)橛钪嬲跀U(kuò)張，有幾個(gè)有用的物理定義是關(guān)于距離的。最常提到的一個(gè)是如上定義的共同移動距離。要更多詳細(xì)信息，見/redshift.html

。http:///expansion.gif問：若d>c/H，便違反了狹義相對論？答：沒有違反。當(dāng)

d>c/H，v=Hd>c。不過，這并不違反了狹義相對論，因?yàn)殂y河的后退是由于空間膨脹，而不是由于星系間的運(yùn)動。知多一點(diǎn)：可觀測宇宙的半徑約14000Mpc，c/H≈4000Mpc

，若超出這數(shù)值，星系遠(yuǎn)離我們的速度就超過光速。

答：暗物質(zhì)也是物質(zhì)，但不放出或反射電磁輻射，以致不能讓人檢測。不過，重力掲示它的存在。暗能量是一個(gè)假設(shè)的真空能量，具有很強(qiáng)的負(fù)面壓力。它加速了空時(shí)的膨漲。

知多一點(diǎn)：暗物質(zhì)和暗能量的成分，我們知到的并不多?？芍苯涌吹降目偰芰棵芏戎挥?％；有22％是暗物質(zhì)、74％是暗能量。暗物質(zhì)成分尚未知道，但可能包括：重子暗物質(zhì)：質(zhì)子、中子組成的物質(zhì)，如褐矮星、黑洞、黑色氣體云。這些普通物質(zhì)不足夠解釋失卻的質(zhì)量。非重子暗物質(zhì)：如中微子、假設(shè)的基本粒子，如弱相互作用大質(zhì)量粒子(WIMP)。非重子暗物質(zhì)似乎構(gòu)成暗物質(zhì)的大部份。暗物質(zhì)也可能歸類為：熱暗物質(zhì)：快速移動的粒子，如中微子。冷暗物質(zhì)：緩慢移動粒子/物體，如褐矮星。暗能量的存在，相等于廣義相對論中有一個(gè)宇宙常數(shù)，有著「空間成本」的含義。問：暗物質(zhì)和暗能量是什么？答：處處不同。問：媒體/公眾如何對待天文學(xué)？奶粉電視廣告BoAAmazingKiss音樂錄像帶日本香港答：alex.choy@.hk

問：我如何了解不同設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡呢？答：一些重點(diǎn)1.在草地上設(shè)置望遠(yuǎn)鏡可減少空氣對流，因觀察行星時(shí)解像度高是十分重要的?？蓹z查噴灑水，白天，混凝土路面吸收熱量；太陽下山的幾個(gè)小時(shí)后，通過對流釋放熱量。2.在香港濕氣可以是個(gè)大問題，防露是必須的。在戶外工作時(shí)，設(shè)備容易低于露水點(diǎn)以下。如果問題嚴(yán)重，露點(diǎn)加熱器就必要了。鏡頭被露水弄濕后，抹干它沒有幫助。沒有露點(diǎn)加熱器，被露水弄濕了的鏡頭意味著是時(shí)候收拾了。3.鏡頭上的塵無需清洗。如果灰塵問題嚴(yán)重，可以壓縮空氣吹掉，或用照相機(jī)鏡頭清潔器件刷掉。鏡頭上的露點(diǎn)就不應(yīng)抹掉，應(yīng)留在溫暖的室內(nèi)，待露水蒸發(fā)，然后與干燥劑一同存放在干燥的地方。4.用鏡頭液清洗鏡頭時(shí)，小顆粒可以永久刮損鏡頭。因此，應(yīng)避免清洗。如果你一年清潔鏡頭多于一次，這可能太多了。5.保持溫暖，帶備一些食物和飲料，椅子更是少不了。問：有任何使用望遠(yuǎn)鏡和觀測的提示嗎？答：常言道：用得最多的望遠(yuǎn)鏡就是最好的。不同學(xué)校有不同的需要，蓋因課程、地點(diǎn)、預(yù)算、學(xué)生人數(shù)各異。最重要的是要知道儀器是為了觀察用的、制作影像的，還是為了助長啟發(fā)的。以下是一些可行的儀器選擇，于天文學(xué)初學(xué)者的圈子非常流行，亦因大量生產(chǎn)，故價(jià)錢便宜。細(xì)小而質(zhì)素又高的折射望遠(yuǎn)鏡，有著細(xì)小的經(jīng)緯—臥豎軸結(jié)構(gòu)：最佳的影像質(zhì)素，可四面轉(zhuǎn)動，也是最貴的。折衷的辦法是買個(gè)細(xì)小且便攜的，經(jīng)常使用；觀察行星/太陽/月球也很好；視野廣闊。(用望遠(yuǎn)鏡觀察太陽時(shí)需要前置太陽濾鏡)中型折反射鏡配GOTO架：價(jià)格合理，圖像質(zhì)量合理，但對比度有點(diǎn)低，視野狹窄；加上一個(gè)GOTO和跟蹤系統(tǒng)便非常強(qiáng)大；高功率成像或一般用途的觀察都很好。大型反射鏡與杜布蘇尼安(Dobsonian)架：體型大，但便宜；圖像質(zhì)量良好，