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第五章 望星空 (5-1 (望遠鏡 (望遠鏡三大能力 (集光能力:與主鏡面積成正比.口徑大可看見愈暗星體, 影像解析能力:與物鏡口徑成正比…
第五章 望星空
5-1
電磁波波長由短至長:伽瑪射線> X射線>紫外線>可見光>紅外線>無線電波
地面望遠鏡以可見光和無線電波為主
人只能見到比六等星亮的天體
新天體在夜空中冒出(客星).多為慧.星.新星或超新星
基本觀測:亮度.位置.顏色.大小.形狀
望遠鏡之前:測量位置(如仰角.方位角).運動
望遠鏡之後:可進一步探討物理性質.組成.起源
望遠鏡
可見光望遠鏡
(147圖5.1.10)
早期 折射式望遠鏡
用凸透鏡將入射光折射到焦點
優點:保養容易
缺點:鏡筒長.透鏡內部.表面要完美.邊緣支撐鏡片困難
色像差
反射式望遠鏡
以凹面鏡將入射光反射聚焦
優點:鏡身短.只需鏡片表面完美.底部支撐鏡片容易.可由數小片鏡組成一大面鏡(現代大天文台皆採用)
缺點:面鏡要定期更換.球面像差
無線電波望遠鏡
(147圖5.1.11)
凹面鏡
優點:陰晴皆可使用.不受光害干擾
缺點:受人為電波干擾.單獨使用解析力低.多台同時觀測方可提高解析力
望遠鏡三大能力
集光能力:與主鏡面積成正比.口徑大可看見愈暗星體
影像解析能力:與物鏡口徑成正比.可分辨星體細部結構
放大能力:放大倍率=主鏡焦距/目鏡焦距.放大倍率與口徑無關
影像紀錄:底片與CCD
底片漸由電荷耦合元件(CCD)取代
光譜:天體發出的光在波長(能量)上的分布
分析恆星光譜逐漸了解恆星表面亮度.組成物質等性質
哈伯發現紅移現象>相對速度遠離>宇宙膨脹
觀測限制
光害:日光.月光.人為光等光害
大氣:吸收某些波段電磁波.大氣擾動.目前以自適應光學克服.
天頂大氣厚度最薄
視野:緯度限制.季節限制. 智利.夏威夷高山上為最佳觀測地點
測距:過去三角視差法
(151圖5.1.13)
(只能找到相距半光年的兩點).現已改善儀器為主
近代天文觀測技術
大型可見光望遠鏡設計
增進靈敏度>加強集光能力
合成面鏡:將許多小面鏡結合成一大面積光學面鏡
自適應光學:把雷射光打入大氣反射.計算大氣擾動程度.即時修正
太空望遠鏡:擺脫大氣干擾
陣列望遠鏡:利用干涉原理.將數個電波望遠鏡組成一個陣列.
口徑大小相當於相鄰最遠的單一望遠鏡
非可見光天文學:尋找宇宙起源的證據.
形成恆星/行星所需的低溫氣體與塵埃須透過紅外線觀測
X光望遠鏡搜尋黑洞.偵測熱氣體(日冕......)
5-2
恆星光譜與溫度
(157表5.1)
氣體溫度決定長.短波長分配比例
(156圖5.2.4)
恆星表面溫度愈高.波長愈短.造成
光譜峰值偏短波長>恆星顏色偏藍.較冷則反之
恆星光度L正比於表面溫度4次方與半徑平方>恆星愈亮.溫度不一定愈高
視亮度S反比於與觀察者距離平方
光譜
吸收
恆星內部光穿過較低溫氣體.部分特定波長被吸收. 譜線:暗紋
依強弱分成OBAFGKM七大類
(157圖5.2.7)
發射
雲氣受附近高能輻射機發.放出特定波長的光.譜線:亮紋
連續
恆星大氣熱運動產生.無譜線
金屬豐度與恆星組成元素
氫.氦以外的元素稱為重元素或金屬
依吸收譜線計算重元素與氫原子比值.判斷金屬豐度高低
早期誕生的恆星.金屬豐度貧乏.不力生命誕生.行星形成
晚期發生的誕生的恆星.其星際介質以累積愈多前代恆星所拋的重元素
恆星質量與演化
見(158.159圖5.2.8)
恆星溫度由恆星質量決定
恆星穩定發光發熱靠內部氣體熱運動(氫核融合成氦)壓力維持
恆星質量決定其半徑大小.也決定光度與壽命
恆星表面溫度與光度關係圖
見(160圖5.2.9)
赫茲史普與羅素將恆星標在
橫軸為表面溫度(光譜形或顏色)
縱軸為光度(絕對星等)的圖中
大氣與星際介質紅化
十分接近地面的天狼星.發出的光穿過較多地球大氣
大氣散射掉短波的光.只讓長波長的光進入
(163圖5.2.11)
5-4
電磁波速相當於光速每秒30萬公里
太陽光到地球要500秒.最近的恆星有2光年遠
(171頁)
暗物質:從恆星運動發現.減緩宇宙膨脹速度
暗能量:宇宙70%以上成分為暗能量.造成宇宙加速膨脹
紅移:遠離觀察者.波長變短.頻率變短.光譜移向紅光端
藍移:接近觀察者.波長變短.頻率變長.光譜移向藍光端
哈伯定律:愈遠星系.遠離速度愈快.v =Hd.H為哈伯常數
5-3
星系結構由星雲.恆星.星團集結而成
太陽系:據銀河中心約28000光年
在獵戶座旋臂
由八大行星.矮行星.小天體組合而成
由星雲演化而成
雙星:星系有一半以上恆星藉彼此引力互繞
星團
疏散
外型鬆散.較年輕.恆星數較少(數十至數千個)
特性:氫氧以外的重元素含量高
球狀
外型結構緊密成球形.較年老.恆星數較多(數十萬至數百萬個)
特性:重元素含量很低
星雲
恆星存在由原子與分子組成的星際物質
因重力.較密處呈分子雲(星雲)
暗星雲
可見光影像遮蔽背景星光.成黑暗翦影
反射星雲
反射鄰近恆星的光.或受內部已形成的恆星影響
而發出可見光波段譜線
發射星雲
分子雲密度低.發出的光波長長
太陽星雲
新形成的恆星保有部分雲氣.形成盤狀結構.並發展出行星
星系中心通常有一超大質量的黑洞
銀河系
銀盤.星系盤
大多數恆星.氣體在盤面上繞銀河系中心旋轉
旋臂為恆星誕生最佳環境.稀疏星團位於盤面上
此即銀河(天河)
銀暈.銀盤上下方
分布著銀河系中最年老的恆星族群(球狀星團).
較外圍部分主要由暗物質組成
銀心/銀核.銀河中心
盤面中心的球狀結構.恆星族群比銀盤上的恆星老
還有棒狀結構
中有太陽四百倍大的黑洞
直徑約10萬光年
正面府視屬棒旋星系
屬於棒旋星系
(167圖5.3.6)
星系是組成宇宙大尺度結構的基本成員
(168頁)
結構(尺度大>小):超星系團>星系團>星系群>星系>星團>恆星>行星.矮行星.太陽系小天體>衛星
銀河系與仙女座星系是此星系群最大的兩個星系