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五、望星空 (5-1 望星空 ((五) 觀測宇宙之限制 (大氣的限制 ((1) 大氣吸收某些波段的電磁波, (2) 大氣擾動→自適應光學技術,…

- - - - (1) 折射式望遠鏡
        
        *1 以可見光
        
        *2.主鏡：凸透鏡
        
        *3 主鏡為玻璃材質→無氧化問題→保養容易
        
        *4 問題
        
        透鏡內部和表面皆須完美→磨製不易
        
        邊緣支撐鏡片困難
        
        鏡筒長
        
        *5 成像 - 色像差：光折射率因波長改變→星光焦點不同→失焦→修正鏡(凹凹凸凸)
      - (2) 反射式望遠鏡
        
        *1 以可見光
        
        *2.主鏡：凹面鏡
        
        *3 面鏡表面金屬鍍膜→有氧化問題→定期更新保養不易
        
        *4 優勢
        
        只須鏡片表面完美→磨製容易
        
        另一面可支撐鏡片
        
        可由數小片鏡合組成一大面鏡(現大天文臺皆採用)
        
        *5 成像 - 球面像差：製造時截球面部分(成本低)→但原應為拋物面鏡→失焦→修正鏡
      - (3) 無線電波望遠鏡(簡稱電波望遠鏡)
        
        *1 主鏡：凹面鏡
        
        *2 白天、陰雨皆可使用
        
        *4 不受光害影響
        
        *5 受人為電波干擾
        
        *3 研究溫度較低的星際雲氣
        
        *6 單獨使用解析力差(因訊號微弱)→多具同時觀測→提高解析力
    - - (1) 集光力
        
        *1 集光力 ∝ 主鏡面積
        
        *2 口徑越大(攔截較多光)→集光力越好可看見越暗星體
      - (2) 影像解析力
        
        *1 影像解析力 ∝ 物鏡口徑
        
        *2 口徑越大→解析力越好分辨星體細部結構例：辨認雙星系統(恆星)
        
        *3 最小解析角
        
        最小解析角(角秒) = 2.1×10000×觀測波長 / 口徑
        
        波長較長→先天上解析力不足→無線電波望遠鏡多為大口徑、干涉儀技術
      - (3) 影像放大能力
        
        *1 放大倍率 = 物鏡焦距 / 目鏡焦距
        
        *2;放大倍率與口徑無關
        
        *3 解釋7×50：7倍、口徑50 mm
  - - - (1) 考慮南北半球、全天球→南北平衡
      - (2) 最佳觀測地點：北半球夏威夷、南半球智利(有高山處)
    - - (1) 太陽、月亮、人為光源
      - (2) 太陽是最大光害來源→觀測目標不能與太陽同一側→白天無法觀測星空→觀測有季節之分
      - (3) 光害範圍仰角30°以內、正常無光害：高空深黑色低空深藍色
      - (4) 例：當月看不見自己的星座(半年後才看見因與太陽同側)→但若遇當月某天日蝕將在白天看見
    - - (1) 大氣吸收某些波段的電磁波
      - (2) 大氣擾動→自適應光學技術
      - (3) 天體位天頂時其輻射穿越大氣之厚度最薄→有利觀測→觀測多等到其升至仰角30°以上
      - (4) 脫離大氣限制後→銀河系之星際介質亦會對天體造成遮蔽
      - (5) 視度因大氣透明度、視像因大氣擾動、光害
    - - (1) 三角視差法
      - (2) 地球公轉軌道上相隔半年之兩點
      - (3) 無法測太遠、極晚才有成功案例(19世紀)
      - (4) 夾角P、距離d→d = 1 / P
    - - (1) 1 AU ≈ 1億5千萬 km→適用太陽系內
      - (2) 1 LY(光年) = 63240 AU ≈ 10的13次方 km
      - (3) 1 pc(秒差距) = 3.26 LY
  - - - (1) 合成面鏡：許多小面鏡結合成一大面積光學望遠鏡→降低技術、造價之挑戰
      - (2) 自適應光學(即時修正)：雷射光打入大氣反射回來→計算大氣擾動程度→改變鏡面表面曲率(調整面鏡下的支撐)
    - - (1) 紅外線觀測：形成恆星(行星)所需之低溫氣體、塵埃
      - (2) X光望遠鏡：搜尋黑洞、偵測最熱氣體(如日冕)
- - - - (1) T為表面溫度、R為半徑
      - (2) I (球面每單位面積在單位時間之輻射能量) = 常數×T的4次方
      - (3) 光度為單位時間球面發出總能量→L = I×4πR平方
    - - (1) d為與恆星距離
      - (2) S ∝ L / 4πd平方
  - - - (1) OBAFGKM(LT)型：口訣Oh be a fine girl(guy)! Kiss me. Long time! (再細分0 - 9共10類)
      - (2) 光譜型：O藍白 / 紫→B藍白→A白(天狼星A1)→F黃白→G黃(太陽G2)→K橘→M紅→L暗紅(棕矮星)→T暗紅(棕矮星)
  - - - (1) H→He 核融合如太陽
      - (2) He→C 紅巨星第一階段
      - (3) C、O→Mg、Si、Ni、Fe 紅巨星第二階段
      - (4) 註：紅巨星無法融合出比Fe還重之元素只有超新星(質量比太陽大之恆星)才能進而散步到太空中
    - - (1) 當時太陽未誕生
      - (2) 其死後重元素散布到星際間構成地球及其他行星
      - (3) Stars have died that we might live.
    - - (1) 其組成之星際介質累積越多前代恆星所拋出的重元素
      - (2) 金屬豐度越高
      - (3) 有利固態行星形成、生命誕生
  - - - (1) 大質量恆星
        
        *1 星際塵埃、星雲
        
        *2 原恆星
        
        *3 主序星
        
        *4 超巨星(紅、藍點燃核融合每次膨脹都比原來大同時噴出碎屑)
        
        *5 超新星(重力大到破壞原子結構→能量釋出)
        
        *6 黑洞(質量較大之恆星)、中子星(末期高能→非可見光→X光望遠鏡)
      - (2) 太陽質量等級恆星
        
        *1 星際塵埃、星雲
        
        *2 原恆星
        
        *3 主序星(H核融合成He 如現今之太陽)
        
        *4 紅巨星(表面溫度低)
        
        *5 行星狀星雲
        
        *6 白矮星(表面溫度高)
      - (3) 小質量恆星
        
        *1 星際塵埃、星雲
        
        *2 原恆星
        
        *3 主序星
        
        *4 白矮星(質量稍大)、棕矮星
    - - (1) 恆星核融合發光發熱產生熱壓力(熱運動) - 向外膨脹 ←→ 恆星本身質量重力 - 向內拉力 ──────保持平衡
      - (2) 質量決定半徑→決定光度
      - (3) 星光星色受限質量
      - (4) 質量決定恆星壽命
  - - - (1) 雙星系統：天狼星A、天狼星B(白矮星較亮如太陽結局外層氣體瀰漫周遭→行星狀星雲)
      - (2) 大犬座的天狼星色白古籍紀載天狼星為紅色
      - (3) 演變速度沒快到在數千年間從紅變白
- - - - (1) 數百 - 數百萬顆恆星聚集成
      - (2) 疏散星團
        
        *1 外型鬆散
        
        *2 較年輕
        
        *3 恆星數目較少
        
        *4 重元素含量較高
      - (3) 球狀星團
        
        *1 結構緊密成球型
        
        *2 較老
        
        *3 恆星數目較多
        
        *4 重元素含量低
    - - (1) 由原子、分子組成的星際物質→較密處形成星雲(又稱分子雲)→將孕育新恆星
      - (2) 發射星雲：溫低紅外線或波長更長
      - (3) 暗星雲：可見光影像上遮蔽背景星光呈黑暗剪影(如馬頭星雲)
      - (4) 反射星雲
        
        *1 反射鄰近恆星星光發射可見光
        
        *2 受內部已形成之恆星影響發射可見光
  - - - (1) 有些新形成的恆星保有部分雲氣→發展行星系統例：太陽系
      - (2) 太陽是銀河系中一普通行星
      - (3) 星系中心通常有一超大質量黑洞
    - - (1) 位銀河系中心
      - (2) 比銀盤上的恆星還年老之恆星→組成盤面中心之球狀結構稱為核球
      - (3) 觀測銀河中心有一棒狀結構
      - (4) 銀河系中心有一質量為太陽400萬倍的黑洞
    - - (1) 大多數恆星、氣體位於盤面上、繞銀河系中心旋轉
      - (2) 氣體星際塵埃密集處→螺旋星系的旋臂亦為恆星誕生最佳環境
      - (3) 疏散星團位盤面上
      - (4) 一般人所稱銀河或天河
    - - (1) 位銀盤上下方
      - (2) 銀河系中最年老恆星分布於此
      - (3) 球狀星團位銀暈
      - (4) 較外圍主要由暗物質組成
  - - - (1) 后髮座超星系團、其他超星系團
      - (2) 本超星系團
        
        *1 室女座星系團、其他星系群 / 團
        
        *2 本星系群
        
        仙女座星系、大麥哲倫星系、小麥哲倫星系、其他成員星系
        
        銀河系
        
        暗物質、星際介質、星雲、其他恆星及行星系統、太陽及太陽系
    - - (1) H、He產生於宇宙誕生之初重元素產生於恆星內部或大恆星死亡時
      - (2) 預測地球結局一：太陽耗盡H→急速膨脹、半徑至少是金星公轉軌道之半徑→地球表面海水蒸乾(不再是太陽系中獨特藍色星球)→太陽隨後拋出所有大氣→剩緻密核心成白矮星
      - (3) 預測地球結局二：數十億年後銀河系和仙女座星系撞擊合併) →銀河系中心之黑洞又將活躍
- - - - (1) 發現：從恆星運動
      - (2) 目前還看不見(測不到)
      - (3) 具質量且產生萬有引力甚至減緩宇宙膨脹速度
    - - (1) 發現：大質量恆星死亡前的超新星爆炸其佔70%以上之宇宙成分
      - (2) 不明的能量
      - (3) 與萬有引力相反的壓力造成現在宇宙持續加速膨脹
    - - (1) 紅移、藍移
      - (2) 哈伯定律：v = Hd(v為星系遠離速度) 據觀測越遠之星系遠離速度越快
      - (3) 1 / H = d / v ≈宇宙年齡數量級