天文学基础知识详说

主題1,天文觀測,短長,無線電波微波紅外線可見光紫外線射線射線,X,波長,可到達地表,無線電波微波紅外線可見光紫外線射線射線,地表觀測,光學望遠鏡僅夜晚可供觀測無線電波望鏡白天夜晚均可觀測,無線電波望遠鏡,哈伯太空望遠鏡主要觀測可見光,大氣層外可觀測所有波段,天文望遠鏡,折射式/反射式,折射式天文望遠鏡,凸透鏡折射鏡筒較長,經緯儀,(望遠鏡上下左右移動)左右轉動經度上下轉動緯度,赤道儀,極軸對準北極星同步馬達鏡筒追蹤星星,反射式天文望遠鏡,凹面鏡反射鏡筒粗短牛頓式/蓋賽格林式,望遠鏡的功能,1.聚光口徑大2.解析口徑大3.放大短焦距目鏡,解析力,倍率=,物鏡焦距目鏡焦距,使用望遠鏡的條件,1.視度(天空透明度)2.視相(大氣穩定度)3.無光害,高山上,1.無雲霧視度愈好2.空氣稀薄視相愈好,主題2,恆星的表象,光度(L),恆星發散出的電磁波總量表面積大,溫度高光度愈大,亮度(B視亮度),單位時間內單位面積接收到恆星電磁波總量,亮度與光度的關係,L4d2,B=,亮度與光度成正比亮度與距離平方成反比,視星等,恆星亮度分六級視星等愈小愈亮視星等愈大愈暗,1等星的亮度=6等星亮度的100倍,星等間的亮度比2.512倍,天狼星-1.46等星,織女星0等星太空望遠鏡可觀測到34等星,絕對星等,恆星置於10秒差距(32.6光年)所見的亮度星等,太陽,視星等-26.7,絕對星等+4.78,恆星表面溫度恆星的顏色,恆星顏色/溫度,藍白色20000K白色10000K黃色6000K橘色4500K紅色3000K,恆星的光譜,1.恆星的物質組成2.恆星的表面溫度3.恆星的距離,光譜推測恆星物質組成,吸收光子吸收光譜放出光子放射光譜,吸收光譜發射光譜,恆星光譜,O,B,A,F,G,K,M七型太陽屬於G型光譜每一型再細分09數字愈大溫度愈低,愛因斯坦廣義相對論,在膨脹的宇宙中光波長會被拉長遠方星系出現紅移現象,太陽,遠方星系,主題3赫羅圖,赫羅圖,恆星光度/表面溫度1.將恆星分類,比較2.了解恆星的生命史,主序帶,左上至右下標示大多數恆星(主序星),主序帶,左上方右下方質量大質量小溫度高溫度低光度高光度低壽命短壽命長,紅巨星,赫羅圖右上方質量大,光度高溫度低,偏紅色,白矮星,赫羅圖左下方質量小,光度低溫度高,藍白色,核融合反應恆星發光,白矮星紅巨星主序星,主題4,星空的組成,超星系團星系團星系群星系星雲星團恆星,星系,宇宙的基本單位平均含百億顆恆星銀河系含二千億顆恆星,星系,橢圓星系正型螺旋星系棒狀螺旋星系不規則星系,星團(恆星聚集成團),疏散星團(恆星數少)球狀星團(恆星數多),疏散星團球狀星團,星雲,星際塵埃和氣體組成亮星雲(發射星雲)反射星雲暗星雲,亮星雲暗星雲,銀河系,螺旋星系直徑10萬光年中央球核銀河盤面銀暈,中央核球(銀河中心),密集的恆星分布直徑3萬光年,銀河盤面,4條旋渦臂疏散星團分布,年紀輕,銀暈,球狀星團年紀較老,星系群(星系集結成群),本星系群=銀河系+鄰近星系(直徑300萬光年),星系團=數百,數千個星系,超星系團=數十個星系團(直徑可達1億光年),天球,天球,地球北極天球北極地球赤道天球赤道太陽運行黃道面,88星座,星等小於6,肉眼可見夏季天蠍座(商宿)冬季獵戶座(參宿)北斗七星大熊座,同一星座裡的星星,距離地球遠近各不相同,主題5,星體的移動,周日運動,星星,月亮,太陽東方升起,西方落下(每小時15度)地球由西向東自轉,北極星(位於天球北極),四周星體逆時針旋轉,北極星仰角=緯度,北極北極星仰角90o臺灣北極星仰角23.5o赤道北極星仰角0o,北極的星空,北極星天頂星體運行軌跡/地面僅見赤道以北的星空不見赤道以南的星空,赤道的星空,北極星北方地平線星體運行軌跡地面可見天球上所有星座,臺灣的星空,北極星仰角23.5o其他星星逆時針旋轉,面對北方,面對東方面對西方,面對北方面對南方,臺灣天空中的太陽,太陽軌跡/地面夾角=緯度的餘角(66.5o),夏至,日出東偏北23.5o日落西偏北23.5o,春分,秋分,日出正東方日落正西方,冬至,日出東偏南23.5o日落西偏南23.5o,星座變化(週年運動),夏季天蠍座(商宿)冬季獵戶座(參宿),太陽日(24小時)地球自轉361度,恆星日地球自轉360度,地球公轉,星星每天提早4分鐘出現位置偏西,主題6,星座盤,下頁,全年可見的全部星群外緣月份,日期,上頁,透明視窗(橢圓形)星空範圍透明視窗的邊界地平線,上頁,橢圓中心點天頂(仰角90o)南北方位直線東西方位弧線外緣時間刻度,上頁下頁疊合,圓心(金屬紐)天球北極逆時針旋轉下頁星座東昇西落,找出北方,春夏季北斗七星秋冬季仙后座,主題7,太陽系,太陽系的組成,太陽,八大行星,矮行星,小行星,衛星,彗星,星際塵埃,氣體,太陽系的形成,星際雲氣因重力收縮形成恆星恆星周圍雲氣收縮形成行星,行星的形成,靠近恆星處,溫度高金屬先凝結甲烷類氣體物質溫度低遠處凝結,八大行星,海王星天王星土星木星火星地球金星水星,類地行星,類木行星,類地行星,固態外殼體積小,密度大含金屬元素比例高,類木行星,氣體構成,無固態外殼體積較大,密度小公轉速度慢自轉速度快,行星,有固定軌道繞行恆星有足夠重力吸引其他小天體,矮行星(冥王星),有固定軌道繞行恆星無足夠重力無法吸引其他小天體,小行星帶,介於火星,木星之間受木星重力影響小行星群無法聚集形成行星,彗星,組成物質：塵埃,小岩石顆粒,混雜在冰,甲烷,氨,彗星物質,科伊伯帶海王星軌道外歐特雲帶太陽系邊緣,彗星,大部分彗星沒有週期少數彗星週期性出現哈雷彗星,主題8,太空中的地球,地球自轉,地球由西向東自轉產生晝夜變化天體東昇西落,地球公轉,公轉軌道面黃道面地軸/黃道面夾角66.5o地球公轉四季變化,地球的磁場,南極,北極磁力線匯聚太陽風影響地球磁場不對稱,范艾倫帶,地球磁場捕捉高能量宇宙射線及太陽風粒子形成很強輻射帶危害太空船,主題9,月相的變化,恆星月月球繞行地球360o,朔望月(29.53日)月球繞行地球390o,陰曆12個朔望月,354天,農曆24節氣,365天,朔(初一),06:00-18:00白天看不見月亮日食出現於朔,新月(朔之後),清晨