1、天文學(xué)和航天科學(xué),恆星與宇宙,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,1 pc (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 10 pc = 32.6光年。 注意： 一顆於10 pc的星會(huì)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(jiàn)亮度最光的星為第一等，最暗的為第六等。 視星等，符號(hào)為 m，現(xiàn)在是由測(cè)量天體亮度來(lái)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(wàn)倍。 一顆

2、m=1的星 比一顆 m=2 的星亮 1001/5 2.512倍。 總的來(lái)說(shuō)，兩顆星的亮度比是 2.512(m2-m1) 或 100(m2-m1)/5。,例子,光污染(又名光害),這是地球夜間看起來(lái)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(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題，如睡眠被剝奪。 光污染也影響到候鳥(niǎo)、海龜、生態(tài)系統(tǒng)的其他部分。,絕對(duì)星等,

3、視星等 依靠?jī)蓚€(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100 pc 的六等星，移離到10 pc 遠(yuǎn)，看起來(lái)亮了100倍，成為了一等星。 為了比較不同恆星的亮度，絕對(duì)星等(M) 定義為一顆離觀察者 10 pc 恆星的的視星等。 絕對(duì)星等僅由光度決定。 上面例子的星其絕對(duì)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，並根據(jù)普朗克法則，輻射出能量來(lái)。 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(lái)解釋基本恆星的光譜和顏色。 強(qiáng)度和峰值頻率隨物體溫度增加。 右邊顯示感到的恆星顏色是一個(gè)表面

4、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 = T4 因此，半徑為R的球形恆星，其亮度可由下式得出： L = 4R2T4 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(lái)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(guò)程繁瑣。但方程有時(shí)可以細(xì)分來(lái)幫助應(yīng)用。 例一. 應(yīng)用斯特藩法則於球形恆星 L = 4R2T4 和 LSun = 4RSun2TSun4 意味著 L/LSun = (R/RSun)2 (T/TSun)4. 或以太陽(yáng)參數(shù)單位表示, L = R2 T4, 或 R = L

5、1/2 / T2. 例二.開(kāi)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(yáng)質(zhì)量 看後面例子 - 有關(guān)銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞,光譜吸收及發(fā)射恆星化學(xué),黑體光譜是連續(xù)的 恆星和觀察者之間的恆星大氣或氣體雲(yún)吸收選定頻率的光，產(chǎn)生吸收線。 光亮恆星附近的氣雲(yún)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。 譜線頻率是氣體雲(yún)化學(xué)成分的特性。氦便由觀察太陽(yáng)而發(fā)現(xiàn)。 發(fā)射線可於火焰實(shí)驗(yàn)中觀察到。,譜型,根據(jù)各自的吸收光譜，恆星歸入的不同譜型。不同的光譜，意

6、味著不同的化學(xué)成分。 吸收光譜取決於恆星的表面溫度。 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(yáng)是顆 G 型恆星，參宿七是顆 B 型恆星，參宿四是顆 M 型恆星,普遍的記憶口訣： “Oh, Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me.”,赫羅圖,赫羅圖是一種恆星光度（或絕對(duì)星等）對(duì)表面溫度（譜型）的對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)繪線，或半對(duì)數(shù)繪線。 傳統(tǒng)上，較高的溫度是在左邊。 恆星並不均勻分佈在圖上，反而形成組別，指明每個(gè)組背後不同的故事。 大部分恆星上都在稱為主序的對(duì)角線上。 右上角的恆星每單位面積的耗能低（ T4 ） ，但高亮度。因此，該些恆星非常大，稱

7、為巨星。 反過(guò)來(lái)，右下角的恆星非常小，稱為矮星。,利用 R = L1/2 / T4， 我們可以輕易計(jì)算赫羅圖上恆星的相對(duì)大小。,譜線、多普勒效應(yīng),多普勒效應(yīng)： / = vr /c, vr 是徑向速度。 注意即使偏移後，譜線的模式仍然可以辨認(rèn)。見(jiàn)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(jiǎn)

8、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餘弦函數(shù)。 函數(shù)形式為 vr = v cos = r cos , ，其中 r 是軌道半徑， 是角頻率 因此，可以很容易找出 r 和週期 T。而中心體的質(zhì)量，可以用開(kāi)普勒定律找出。,http:/www2.enel.ucalgary.ca/People/ciubotar/public_html/Starsevol/specbin-anim.gif,http:/www.roe.ac.uk/pmw/RVorbit.htm,星系和暗物質(zhì),物體轉(zhuǎn)動(dòng)有多快，取決於它軌道內(nèi)有多少物質(zhì)。如果所有物質(zhì)都看得見(jiàn)，那

9、麼近銀河系邊沿的恆星軌道速度，便按照以上的紅線分佈。 不過(guò)，我們發(fā)現(xiàn)恆星移動(dòng)得比預(yù)期的快，根據(jù)開(kāi)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?huì)放出電磁波，揭示它們是以重力的形式存在。 1970年代，維拉魯賓和她的同工發(fā)現(xiàn)了這件事。她測(cè)量?jī)A角(inclination angle)大約為0的旋渦星系的多普勒頻移，測(cè)定了星系的旋轉(zhuǎn)曲線。,紅移和宇宙,/wiki/Hubble_law,維斯特斯里弗測(cè)量紅移，因此也測(cè)量了星系的徑向速度。 哈勃測(cè)量距離、星系。結(jié)合徑向數(shù)據(jù)，他發(fā)現(xiàn)哈勃定律：v = H d 哈勃常數(shù) H 最為接受的

10、數(shù)值大約是 70 km/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)宇宙紅移不是由於多普勒效應(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?dòng)。,深入的問(wèn)題,問(wèn)：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(duì)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

11、港郊區(qū)的天空，只略優(yōu)於一些人口較少及較乾燥的城市。,問(wèn)：有什麼方法減少光污染？,關(guān)閉不需要的燈光，減少過(guò)量的照明，並使用定時(shí)器或自動(dòng)開(kāi)關(guān)。 使用適當(dāng)?shù)膽敉鉄艟?。舉個(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(jué)得刺眼，又向天空洩漏光。 裝飾燈/建築物的設(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(duì)商業(yè)推廣並不有利。 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(méi)有必要的。,答：,問(wèn)： 自然光線會(huì)影響觀察嗎？,答： 會(huì)。 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(lái)源。由於太陽(yáng)

12、的活動(dòng)，導(dǎo)致的大氣放電也可以造成天空輝光的。 光污染這詞通常是用來(lái)形容人工照明燈；有人泛用它來(lái)形容影響觀察的自然光。天空輝光和眩光這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)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夂凸馇秩搿?問(wèn)： 視星等與絕對(duì)星等有何數(shù)學(xué)連繫？,答： 兩顆視星等為 m1 and m2 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。 現(xiàn)在如果一個(gè)視星等為 m、距離為 d 的恆星遷移到離我們10 pc 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(duì)數(shù)，並重新安排，得出 M = m + 5 log10(d/10)

13、. 根據(jù)這定義， M 也是絕對(duì)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。例如一顆恆星，可能有非常不同的紫外線、可見(jiàn)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(jiàn)光 （綠黃色）過(guò)濾器得出該恆星的視星等區(qū)別。它可以用來(lái)顯示顏色，更換赫羅圖X軸的溫度。不過(guò)，在這課程裡，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(duì)星等。,問(wèn)：絕對(duì)星等與亮度有何數(shù)學(xué)連繫？,答：太陽(yáng)和恆星之間亮度的比例是 LSun/L = 100 (M-MSun)/5 以10為底取對(duì)數(shù)，並重新安排，得出 M = MSun + 2.5 log

14、10(LSun/L). 太陽(yáng)的絕對(duì)星等是 4.8 ，亮度是 3.831026W。得出 M = 71.3 - 2.5 log10(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?， 一找到 d ， M、L、R 很容易便算出來(lái)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)一小百分比的恆星，便可以直接測(cè)量半徑。,非恆星物體，如星團(tuán)， 亮度可以求和或積分： L = Li (多個(gè)來(lái)源)。從以上方程可以找出絕對(duì)星等。,問(wèn)：星等系統(tǒng)為何是對(duì)數(shù)函

15、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(duì)數(shù)函數(shù)，他們便界定視星等和亮度的關(guān)係為一對(duì)數(shù)函數(shù)。 不過(guò)，後來(lái)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並不成立。然而，星等與亮度的關(guān)係，仍然以此作定義。,問(wèn)： 我們?yōu)楹涡枰胀h(yuǎn)鏡？,答： 大氣層只對(duì)可見(jiàn)光、部分紅外線、無(wú)線電波透明，其他波長(zhǎng)的電磁波一律被分散或是被吸收。無(wú)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(jiàn)光，是因?yàn)榇髿馐д?稱為星象寧?kù)o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(wèn)： 有沒(méi)有其他方式避免大氣失真？,答： 有的

16、，這就是自適應(yīng)光學(xué)。其中的可變形反射鏡是用來(lái)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。 (1.22/D ),問(wèn)：天文干涉學(xué)是什麼呢？,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(hào)，分辨率高的干涉測(cè)量。,知多一點(diǎn)： 可用大量的望遠(yuǎn)鏡來(lái)產(chǎn)生圖片，分辨率與單一大型射電望遠(yuǎn)鏡相似，而直徑則是分佈的望遠(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(hào)，來(lái)測(cè)量干涉。 舉例來(lái)說(shuō)，超大天線陣

17、列 (VLA) 是一個(gè)有27隻盤的系統(tǒng)，基線最長(zhǎng)三十六公里，這是單一望遠(yuǎn)鏡不可能實(shí)現(xiàn)的。 非常長(zhǎng)基線干涉儀 (VLBI)可一邊為稍後的干擾信號(hào)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(méi)有連接，基線可以長(zhǎng)得多。,問(wèn)： 什麼是同時(shí)多波長(zhǎng)觀察？,答： 在同一時(shí)間內(nèi)，調(diào)查天體不同波長(zhǎng)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(wú)線電波的圖像 。不僅從單一窗口，更可從多個(gè)窗口的波長(zhǎng)得到更多的信息。舉例來(lái)說(shuō)，紫外線的影像，可以用來(lái)找出非常炎熱的O型、B型星，而X射線圖像可用來(lái)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

18、究顯示伽馬射線暴是來(lái)自宇宙遠(yuǎn)距離，從而解決了這個(gè)懸案。,圖像獲準(zhǔn) Prof. Bill Keel, University of Alabama 的許可,問(wèn)： 人眼和儀器對(duì)光有如何反應(yīng)？,答： 正常的眼與適應(yīng)漆黑的眼對(duì)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(guò)濾器。U（紫外線） ， B（藍(lán)色） ，V（視覺(jué)） ，R（紅色）過(guò)濾器是一些常見(jiàn)的過(guò)濾器。其他過(guò)濾器，如線過(guò)濾器也有人使用。例如，配上線過(guò)濾器，拍攝哈勃圖像都可以提高物理特徵；往往同時(shí)應(yīng)用三種線過(guò)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(guò)濾器量度同一顆恆星的星等會(huì)不同。舉例來(lái)說(shuō)，顏色指數(shù)(定義為MU-MB

19、)，有時(shí)在赫羅圖用作X軸。,問(wèn)： 我可藉斯特藩定律來(lái)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：,這裡， I(v)dv是在頻率範(fàn)圍和 + d 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)係就可得到。,問(wèn)： 為什麼譜型排得這麼奇怪？,知多一點(diǎn)： 每級(jí)有一亞級(jí)，號(hào)碼從0 -9 。例如 O1 比 O5 熱。太陽(yáng)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(lái)表明類型，如太陽(yáng)是G2V ，第五主序星。 新發(fā)現(xiàn)的恆星類型已列入新的譜類型。例如

20、： 高光度沃夫瑞葉星(Wolf-Rayet stars)為 WR 級(jí),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(tái)的女士(主要是安妮坎農(nóng)和安東尼雅摩麗)所做的。 很久以後，才發(fā)現(xiàn)氫譜線的強(qiáng)度與恆星的表面溫度有關(guān)連。,問(wèn)： 太陽(yáng)是甚麼顏色的？,答：我們絕對(duì)不應(yīng)直接觀看太陽(yáng)。色彩視覺(jué)是由於三類視錐體反應(yīng)和腦理解這些反應(yīng)的結(jié)果。中午猛烈的陽(yáng)光會(huì)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(wèn)題是：太陽(yáng)，一顆G2恆星，遠(yuǎn)距離看，也就是說(shuō)數(shù)光年以外會(huì)是什麼顏色呢？太陽(yáng)的表面溫度是5780 K ，但黑體頻譜只是一個(gè)良

21、好的約數(shù)。頻譜峰接近470 nm ，即是綠色。不過(guò)，由於太陽(yáng)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(huì)是白色，可能帶一點(diǎn)淺桃色。,問(wèn)： 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(cè)或觀察暗體。,知多一點(diǎn)： 顏色受體，所謂錐細(xì)胞，主要密集分佈在視野的中心附近。 較敏感的桿細(xì)胞只能檢測(cè)光照強(qiáng)度，並且主要分佈在中心視野之外。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(lái)適應(yīng)黑暗，才可檢測(cè)暗淡的星光，因此，向觀星的人照射光線是無(wú)禮的 。 黑暗中可亮起紅燈來(lái)閱讀，因?yàn)闂U細(xì)胞對(duì)紅燈並不很敏感。 暗淡恆星、星系看起來(lái)無(wú)色，是因?yàn)樗麄?/p>

22、的光太弱，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(lái)就是白色的。因此，感覺(jué)到的顏色也取決於光的強(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(jué)到不同知覺(jué)的色彩。 視覺(jué)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(jué)，幻想），科技（顯示器， CCD的，印刷業(yè)，照明）和藝術(shù)（繪畫(huà)，攝影，電影）。,問(wèn)： 太陽(yáng)黑子 Lsurf/Lspot = (6000/4000)4 = 5 ，星等小於2，為什麼他們看來(lái)好像是黑色的？,注意，所有波長(zhǎng)都為亮度出力。然而，只有可見(jiàn)光有助於可見(jiàn)亮度。 太陽(yáng)黑子的譜峰在紅外，與可見(jiàn)光

23、的總量有個(gè)較顯著的差異。單獨(dú)的太陽(yáng)黑子仍然是光的，看來(lái)是黑，是由於和光面對(duì)比。 有關(guān)光譜反應(yīng)時(shí)，始終要小心。例如：頻譜峰在綠色，並不是說(shuō)在人眼看來(lái)恆星為綠色。,答： 因與太陽(yáng)表面上與可見(jiàn)光比較。,問(wèn)： 為什麼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(duì)恆星群的一種統(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)，是指有更多的恆星處?kù)哆@狀態(tài)下；也可指恆星在其有生之年花更多時(shí)間處?kù)对摖顟B(tài)。,知多一點(diǎn)： 恆星的命運(yùn)主要取決於其質(zhì)量。 如圖，在低溫的一面，恆星開(kāi)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。 大部分的氫燒盡後，重恆星開(kāi)

24、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)量少於約0.4個(gè)太陽(yáng)的恆星，會(huì)安靜、穩(wěn)步地燃燒氫氣成氦氣，直到它成為白矮星為止。,問(wèn)： 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(cè)也測(cè)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(duì)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(yáng)那麼亮，因此適合測(cè)量星團(tuán)和星系的距離。哈勃測(cè)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

25、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(yáng)質(zhì)量，融合的碳、氧便放出足夠的能量打碎恆星，亮度約50億個(gè)太陽(yáng)。由於爆炸時(shí)的質(zhì)量總是約1.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，所有Ia型超新星的亮度大致相同。正因如此，測(cè)量遠(yuǎn)距離星系時(shí)，它們十分有用。,問(wèn)： 固有運(yùn)動(dòng)、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(dòng)，是由其真實(shí)運(yùn)動(dòng)所生，每單位時(shí)間的角度變化?？捎?d/dt = vtang/d 得出，其中d是離觀察者的距離。 量度到固有運(yùn)動(dòng)和 d ，便可找出切向速度。 徑向速度是用光譜測(cè)量的。 vtot2 = vtang2 + vr2.,http:/www2.enel.ucalgary.ca

26、/People/ciubotar/public_html/Starsevol/totalvel.gif,問(wèn)： 當(dāng)雙子星系的軌道是橢圓形時(shí)，徑向速度曲線看來(lái)是怎樣的？,答：,知多一點(diǎn)： 徑向速度曲線仍然適合用來(lái)找到軌道參數(shù)。見(jiàn)http:/www.roe.ac.uk/pmw/RVorbit.htm 顯示的 Applet。,問(wèn)： 如何發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外行星(系外行星) ？,知多一點(diǎn)： 以多普勒光譜測(cè)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於計(jì)算這顆星球的軌道和質(zhì)量。 天體測(cè)量學(xué)則依靠因行星引力，位置的小擺動(dòng)。,答：由於行星及其寄主恆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)

27、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(cè)量學(xué)、中星儀、脈衝星計(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(guò)，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(yáng)的F、G、K類恆星運(yùn)轉(zhuǎn)。 O型顆星形成行星之前，可能已蒸發(fā)掉塵雲(yún)。 M型矮星可能有質(zhì)量較小的行星，更難讓人偵測(cè)到。,問(wèn)：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(lái)，從測(cè)量靠近人馬座A*的恆星、恆星的軌道，從而找到其質(zhì)量。估計(jì)一下：考慮恆星 SO-20 ，忽略傾角，半徑 1500 AU，周期 30 年，由

28、開(kāi)普勒定律知道軌道內(nèi)質(zhì)量是15003/302 400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。 使用SO-2 的公佈結(jié)果，有370萬(wàn) 150萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量局限在一個(gè)120 AU的地區(qū)裡。只有黑洞才能叫如此小的地區(qū)有那麼大的質(zhì)量。 注意： 1. 從銀河系中心來(lái)的可見(jiàn)光受塵雲(yún)遮掩 ，但紅外線能穿透塵雲(yún)。 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)離中心的恆星軌道仍然服從開(kāi)普勒定律。,Sky&Telescope, April 03, p.49,問(wèn)： 觀察到遠(yuǎn)端星系的紅移，是由於多普勒效應(yīng)嗎？,經(jīng)典或（狹義）相對(duì)論的多普勒頻移。用來(lái)測(cè)量恆星的徑向速度、恆星旋轉(zhuǎn)、星系，偵查靠近的雙子星系。 引力紅移（

29、廣義相對(duì)論）。當(dāng)一粒光子爬升引力場(chǎng)，測(cè)量到的波長(zhǎng)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）。由於宇宙尺度因子 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(zhǎng)為 observe = emit anow / a(t)。,答： 不是,知多一點(diǎn)： 紅移有三個(gè)原因：,/apod/ap031102.html,問(wèn)：宇宙的年齡有多大呢？,答： 目前科學(xué)界的共識(shí)認(rèn)為宇宙的年齡約137億年，這是憑測(cè)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)：

30、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)?v 並不一定是個(gè)常數(shù)。不同模型預(yù)測(cè)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(guò)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於臨界密度。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(cè)量，但我們知道的不多。,問(wèn)： 宇宙有多大，抑或是無(wú)限大？,答： 我們通用的術(shù)語(yǔ)宇宙為可觀

31、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，如果宇宙的密度小於/等於/大於一個(gè)稱為臨界密度的值，那麼宇宙是開(kāi)放/平面/封閉的。宇宙是開(kāi)放而平面，就應(yīng)該是無(wú)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(kāi)始以來(lái)，從一些偏遠(yuǎn)星系發(fā)出的光都未到達(dá)我們這裡。因此，宇宙可能比我們可以觀察到的大。然而，在有任何物理後果或證據(jù)證明可觀測(cè)宇宙以外的東西存在之前，它們對(duì)我們並不重要。,問(wèn)： 宇宙以外是什麼？,答：,如果可觀測(cè)宇宙以外有物體存在，大爆炸以來(lái)，所有的光/信息都不能從它們到達(dá)我們

32、這裡，所以不會(huì)有什麼證明，真的有東西在那裡。,一個(gè)相關(guān)問(wèn)題：大爆炸前是什麼？ 這個(gè)問(wèn)題問(wèn)得不好，就像問(wèn)北極的北面是甚麼。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(wèn)： 如果宇宙年齡是137億年，最遠(yuǎn)看得見(jiàn)的物體怎能在465億光年遠(yuǎn)？,答： 因?yàn)槲覀冋務(wù)撝餐苿?dòng)距離，共同移動(dòng)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(cè)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)於距離的。最常提到的一個(gè)是如上定義的共同移動(dòng)距離。要更多詳細(xì)信息，見(jiàn) 。,問(wèn)：若 d

33、 c/H，便違反了狹義相對(duì)論？,答： 沒(méi)有違反。當(dāng) d c/H， v = Hd c。不過(guò)，這並不違反了狹義相對(duì)論，因?yàn)殂y河的後退是由於空間膨脹，而不是由於星系間的運(yùn)動(dòng)。,知多一點(diǎn)： 可觀測(cè)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(guò)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(cè)。不過(guò)，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，我們知到的並不多。可直接看到的總能量密度只有4 ；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

34、： 重子暗物質(zhì)：質(zhì)子、中子組成的物質(zhì)，如褐矮星、黑洞、黑色氣體雲(yún)。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(dòng)的粒子，如中微子。 冷暗物質(zhì)：緩慢移動(dòng)粒子/物體，如褐矮星。 暗能量的存在，相等於廣義相對(duì)論中有一個(gè)宇宙常數(shù)，有著空間成本的含義。,問(wèn)：暗物質(zhì)和暗能量是什麼？,答： 處處不同。,問(wèn)： 媒體/公眾如何對(duì)待天文學(xué)？,奶粉電視廣告,BoA Amazing Kiss 音樂(lè)錄影帶,日本,香港,答：,alex.choy .hk,問(wèn)：我如

35、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(duì)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(yáng)下山的幾個(gè)小時(shí)後，通過(guò)對(duì)流釋放熱量。 2. 在香港濕氣可以是個(gè)大問(wèn)題，防露是必須的。在戶外工作時(shí)，設(shè)備容易低於露水點(diǎn)以下。如果問(wèn)題嚴(yán)重，露點(diǎn)加熱器就必要了。鏡頭被露水弄濕後，抹乾它沒(méi)有幫助。沒(méi)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(wú)需清洗。如果灰塵問(wèn)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)，然後與乾燥劑一同存放在乾燥的地方。 4. 用鏡頭液

36、清洗鏡頭時(shí)，小顆?？梢杂谰霉螕p鏡頭。因此，應(yīng)避免清洗。如果你一年清潔鏡頭多於一次，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(wèn)： 有任何使用望遠(yuǎn)鏡和觀測(cè)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、製作影像的，還是為了助長(zhǎng)啟發(fā)的。以下是一些可行的儀器選擇，於天文學(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(dòng)，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(yáng)/月球

37、 也很好；視野廣闊。 (用望遠(yuǎn)鏡觀察太陽(yáng)時(shí)需要前置太陽(yáng)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(duì)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，但沒(méi)有跟蹤功能；外型大得可以觀察暗淡的星體。,問(wèn)：你可以提議一些設(shè)備給學(xué)校嗎？,續(xù),目鏡：為每個(gè)觀察添置一套高、中、低分辨率的目鏡是最低的要求。高解像度的目鏡的質(zhì)量是非常重要的 ，而寬景深低分辨率的目鏡也相當(dāng)昂貴。不過(guò)，有許多中解像度的目鏡又好、成本又低的。一些公司銷售的一套目鏡，可以讓大家不用花太多錢去開(kāi)始。 雙筒望遠(yuǎn)鏡成本低