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上Ch2太空中的地球 (2-2認識星空 (天球與星座 (天球模型 (天球座標 (地球赤道面向外延伸，與天球相交成一個大圓，就是天球赤道,…
上Ch2太空中的地球
2-1地球所處的太空環境
孕育生命的地球
地球的適居性
與太陽距離相當
生命發展需要水
，地球恰好位在太陽系中液態水得以存在的適居區
離太陽太近，
溫度太高
:
水星、金星
離太陽太遠，
溫度太低
:
火星
質量與體積適中
地心引力所抓的大氣層厚度也適中
質量小，大氣散失:
水星、火星
質量大，大氣濃密:
類木行星
金星大氣濃密且CO2濃度高
太陽是質量適中的恆星
恆星的質量會決定它的壽命
，質量太大讓恆星壽命相對較短，來不及孕育生命
具有磁場保護
磁場得以阻擋外來的高能量帶電粒子
金星
的
磁場
非常弱，
太陽風
可以
直接衝擊
上層的大氣
地球的防護
第一道:
地球的磁層
能阻擋高能量的帶電粒子(太陽風和宇宙射線)
受
太陽風
吹拂影響，
面對太陽一側彎成弓形，背對一測向後延伸
部分
闖入磁層內
的帶電粒子會不捕獲，形成
范艾倫輻射帶
第二道:地球的大氣層
外來的
星際物質
形成
流星或隕石
極光現象
發生在增溫層
太陽系的成員
恆星
太陽
由大到小
恆星>行星>衛星>矮行星>太陽系小天體
行星
足夠重力
保持
圓球狀
自身重力能清除軌道附近小天體
質量不足
以進行
核融合
反應
繞
恆星
公轉
類地行星、類木行星
衛星
繞
行星
公轉
月球
、土衛、木衛
質量比行星小
矮行星
質量介於恆星和太陽系小天體
之間
足夠重力
保持
圓球狀
繞
恆星
公轉
自身重力
不能清除軌道附近小天體
冥王星
、穀神星
太陽系小天體
彗星（掃帚星）
沒有足夠重力
，
無法維持圓球狀
外觀
大多
發源於科伊伯帶或歐特雲
組成為
塵埃、岩粒，混雜著冰、固態甲烷與氨
不具有穩定的繞日軌道
哈雷彗星
流星
燃燒不完全
，落至地面時則稱
隕石
小天體
進入地球
大氣層
後，因
摩擦燃燒
所發出的
光
須有大氣層
才能有流星現象
獅子座流星雨
成群進入大氣
，則稱作
流星雨
小行星
沒有足夠重力
，
無法維持圓球狀
外觀
大多分布在
火星和木星之間
的
小行星帶
不具有穩定的繞日軌道
組成為
碳質、岩質或金屬
愛神星
類地行星與類木行星的比較
類地行星
密度大
、體積小、
質量小
無行星環
衛星數少（僅
地球、火星
有）
公轉週期短
成員：
水
星、
金
星、
地
球、
火
星
類木行星
密度小
、體積大、
質量大
有行星環
衛星數多
公轉周期長
成員：
木
星、
土
星、
天王
星、
海王
星
行星、矮行星、小行星、彗星比較
有圓球狀外觀：
行星、矮行星
能清除軌道上的其他天體：
行星
皆繞太陽公轉
彗星
結構
彗核、彗髮、彗尾
軌道形狀
無回歸週期
拋物線或雙曲線
有回歸週期
橢圓形
來源
短週期(小於200年)
科伊伯帶
長週期(大於200年)
歐特雲
2-2認識星空
天球與星座
地心說V.S.日心說
地心說
西元2世紀，
托勒密
提出
日心說
西元16世紀，
哥白尼
提出
天球模型
天球座標
地球赤道
面向外延伸，
與天球相交
成一個大圓，就是
天球赤道
太陽在天球上運動的視軌跡
，就是
黃道
。黃道
與天球赤道夾23.5度
地球
自轉軸向外延伸
即為
天軸
，
與天球交在天球北極、天球南極
兩點，天球上
唯一不動的兩點
地球
自轉
造成的效果
太陽與恆星在天球上
以天軸為軸心
，24小時轉360度
天球
北極
向下看，地球
順時針
旋轉
理論基礎
類似地心說
的模型，
地球在宇宙中心
，
不自轉也不公轉
地球
公轉
造成的效果
太陽一年在黃道上，以
西向東
依序通過春分點、夏至點、秋分點、冬至點，再回到春分點
說明
遠方恆星
對地球太過
遙遠
，肉眼
無法判斷星體遠近
，因此
假想
在無限遠的地方有
一球面
，所有
恆星都投影在此球面上
，稱為
天球
天球上沒有月球與八大行星的軌道
星座
恆星關係
星座只是恆星在天球上的
投影結果
，同一星座內的恆星並
沒有關聯
恆星命名
同一星座內，照恆星亮度命名
，
最亮
者以希臘字母
a
命名，
次亮
者以
B
命名，依此類推
統一
國際天文聯合會
在
1930年
將天球劃分成
88個天區
星座形狀的改變
遠方恆星太過遙遠，雖然
每個恆星都有自己的運行速度和方向
，仍須
經過很長的時間
，才能觀察到彼此間
相對位置的改變
。 ex.
北斗七星
大約要
100000年
才會清楚看到
勺子變形
定義
天球上的
群星劃分
劃分成各區域，就是所謂的
東方星宿或西方星座
周日運動
恆星的周日運動
北極星
因為很
接近天球北極
，所以肉眼看起來幾乎不動
成因
地球由
西向東
轉，
24小時轉360度
現象
恆星視軌跡
每天以
天球北(南)極為圓心
，
東升西落
每小時
旋轉
15度
天球北極或天球南極的仰角
等於
觀測者所在的緯度
角度
舉例:
北緯25度=天球北極的仰角25度
，
永不落
的恆星+90度~+65度；
永不升起
:-65度~-90度
不同緯度的周日運動
北緯25度
天球北極仰角:
正北方25度
星軌與地平面
夾65度
(星軌垂直極軸)
可見赤緯
+90度~-65度
的恆星
赤道
天球北極仰角:
正北方0度
星軌垂直地平面
可見
全天恆星
北緯90度(北極)
天球北極仰角:
90度
星軌平行地平面
只能看見
北天球的恆星
不論在地球的何處，所見恆星一定是
東升西落
恆星的周年運動
太陽日v.s.恆星日
恆星日
遠方恆星
連續兩次通過中天子午線的時間間隔
地球自轉角度:
360度
約23小時56分
太陽日
太陽
連續兩次通過中天子午線的時間間隔
地球自轉角度:約
361度
24小時
恆星的周年運動
現象
遠方恆星每經過一天，會
提早4分鐘
升起
恆星每天在
相同時刻
會
向西偏1度
說明
地球每天多
公轉1度
，1度=4分鐘(365天/360度=1)
地球的一天的定義是從正午12點到隔日的正午12點
成因
地球公轉(主要)+地球自轉
延伸現象
遠方恆星每過
一個月
，提早
2小時
升起。
不同季節的夜空，有不同的星座
一年之後同一時間將會見到一樣的星座升起
黃道十二宮
成因
地球
公轉
現象
假設3/21，太陽運行上的
春分點
，地球
望向太陽
，發現
背景星座是雙魚
座。
3/21出生者
的星座定為
雙魚座
實際上
當天夜晚是觀察不到雙魚座
的，反而
能看到天秤座、處女座、獅子
座等星座。
巨蟹、獅子、處女
被歸類為
春季星座
每天夜晚能觀察到
三個季節
的星空
定義
黃道:太陽在天球上的運動軌道
黃道十二宮
:黃道上的十二個
背景星座
(實際上有第13個---
蛇夫座
)
2-3觀察星空
星座盤的基本原理與應用
上盤
(上頁)
將觀測者所見地平面以上的星空範圍投影到上盤的
透明橢圓形
視窗
透明橢圓形視窗的
外圈即為地平面
，與地平面
同心的橢圓是等仰角圈
，
中心點是天頂點
由於投影緣故，
正東方和正西方
將會稍微
偏向正北方
下盤
(下頁)
下盤以
天球北極為圓心的大圓
是
天球赤道
，該
圓圈內
的所有天體都是
北天球的天體
，
外圈
則是
南天球
的天體，投影使
愈外圈
的星座
變形愈大
台灣
(25度N)的星座盤，由於
-65度~-90度
的天球範圍
全年不可見
，因此該
區域的星座不會被標示
在星座盤上
下盤的
中心
(銅扣的位置)是
天球北極
兩個
大圓的相交處是春分點與秋分點
。
夏至點
在天球赤道的
內圈
，
冬至點
在天球赤道的
外圈
下盤標示
觀測者一年中可見
的所有
遠方天體
(恆星、星系、星雲等)，上述天體的
相對位置不會改變
，因此可以
畫在下盤上的固定位置
。而
太陽系內的其他行星、衛星
，在短時間內
相對位置會改變
，因此
不標示
出來
下盤的
另一個大圓
則是
黃道
投影原理
星座盤
是將立體的
天球投影
到平面的圓盤上
上盤
:
觀測者的天空
範圍；
下盤
:天球上的
天體資料
使用
上盤時刻
對準下盤日期
，即為當時所見的星空
必須
舉手抬頭
使用，低頭看星座盤，東西
方位會相反
紙盤中心
(天球北極)
對應道
上盤
的
仰角度數
，此度數就是使用者的緯度
星座盤的北方對準
地理北方
，抬頭所見的星空便會和星座盤相同
天體的星等
視星等
定義:
地球上觀測
到的恆星亮度
意義:地球觀測者
直接觀察到
的恆星亮暗程度
物理意義
相當於
恆星亮度
亮度
與光度成正比
亮度
與距離平方成反比
絕對星等
定義:恆星放到離地球
10秒差距
(
32.6光年
)之處，所得到的亮暗程度
意義:
恆星真正的發光能力
物理意義；相當於
恆星的光度
表示方式
星等
數值越小
，恆星
越亮
每差5等星，亮度差
100倍
每差1星等
，亮度差
2.512倍
注意事項
1秒差距=3.26光年
太陽系內的距離單位常用
天文單位(A.U.)
；太陽系外使用
光年和秒差距
肉眼的
極限
視星等約為
6等星
天體的顏色及表面溫度
恆星的
顏色
代表恆星的
表面溫度
。
表面溫度越高
，最強電磁波的
波長越短
表面溫度
高到低:藍白>白>黃>橘>紅
顏色與視星等無關，高溫的天體不一定比較亮