下冊 第五章 望星空
4.1望星空
4.2星光與星色
4.3宇宙的結構
4.4時間與距離
電磁波:
1.依波長由短至長:r射線、X射線、紫外線、可見光、
紅外線、微波、無線電波
電磁波與大氣層:
1.臭氧層吸收紫外線,溫室氣體吸收紅外線
2.只有可見光、無線電波和部分紅外線、部分微波和
部分的紫外線能穿過大氣層
電磁波光譜:
1.將天體所有的電磁輻射照波長排序
2.可知天體表面溫度、顏色、化學組成
哈伯望遠鏡:
1.可觀測可見光、部分紫外線和紅外線
康普頓望遠鏡:
1.可觀測Y射線
錢德拉太空望遠鏡:
1.可觀測X射線
始匹哲太空望遠鏡:
1.可觀測紅外線
望遠鏡功能
1.集光力(天體影像亮度與口徑平方成正比)
2.解析力(口徑愈大,解析愈強)
3.放大力(影像倍率=物鏡焦距/目鏡焦距)
可見光:
1.光學望遠鏡
2.以折射或反射來聚光
3.可由肉眼直接看到影像
4.易受天氣影響,白天是合觀測太陽,夜間才能觀測
其他天體
無線電波:
1.無線電波望遠鏡
2.以碟型反射聚光
3.不受天氣影響,晝夜皆可觀測,傳的遠
紅外線:
1.紅外線望遠鏡、次毫米望遠鏡
2.以折射或反射來聚光
3.可觀測水氣與氧氣的分子埔現,是研究恆星形成的
最佳波段
光學望遠鏡
反射式望遠鏡
折返射望遠鏡
折射式望遠鏡
原理:光線經凹面鏡反射聚光
原理:光線經凸透鏡折射聚光
特性:
1.光通過透鏡時的折射角度與波長有關,所以不同顏色的
光無法聚集在同意點,造成興點周圍會有色差
2.因主鏡只能以鏡片周圍支撐於鏡筒,易因重力而變形
原理:
1.光線先經鏡筒前方的施密特修正鏡折射,再依序經凹面
鏡及凸面鏡反射聚光
經緯儀
1.使用時只需將鏡筒沿著地平線索右移動與上下移動
來瞄準天體
2.因應周日運動,要對某一天進行長時間觀測時,須
同時控制兩個方向
優點:
1.大型望遠鏡因負重的考量,大多採用電腦控制經緯
儀的模式以追蹤天體
赤道儀:
1.使用時須將極軸對準天北極或天南極,在將鏡筒沿
著天球的經緯度方向來瞄準天體
2.進行長時間觀測時,須讓望遠鏡以地球自轉反方向
的旋轉速率旋繞軸心
雙筒望遠鏡
1.雙筒望遠鏡的影像多成正立
2.雙筒望遠鏡的鏡身會註明倍率X口徑
天文觀測的限制
大氣擾動:不穩定的大氣會使星光閃爍,影響影像成像
光害:大氣中的氣體分子受到光源散射,使得夜空變亮,
無法觀測較暗的星體
天氣:晴朗無雲的夜晚有利於觀測
可見光
可見光
電磁波波長短→長
伽瑪射線→x射線→紫外線→可見光→紅外線→無線電波
人類裸視星等為6星等
望遠鏡三大能力
集光
影像解析
放大
倍率等於主鏡焦距/目鏡焦距
與口徑無關
和主鏡面積成正比
和物鏡口徑成正比
恆星的輻射曲線
光譜:
光經過稜鏡分光後,色散開的單色光會按波長(或頻率〉大小依次排列圖案
恆星光譜分類的演進
MK光譜分類法:
1.1940年,美國摩根和基南提出一個恆星光譜的二元分類
系統
2.圖的水平軸:採用哈佛分類髮的光譜型態,星體愈接近圖
的右端,表示溫度愈高
3.圖的垂直軸:顯示恆星的光度:愈接近圖的上端,光度愈
大
4.同時加入恆星的光度與譜線寬度,將恆星座分類:
A.先將恆星區分為I至VII七大類:I為超巨星、V為主序星
B.有些恆星類別再進一步分為a、b、ab
1.從光譜分析中發先:恆星、星雲、和太陽的組成主要由
氫、氮和重元素
2.19世紀中,科學家利用恆星光譜中氫元素吸收譜線的強
弱,由強至弱以英文字母A~P
3.哈佛分類法:依恆星的表面溫度由高至低將恆星光譜分
為:O、B、A、F、G、K、M
連續光譜:光譜中的譜現一波長連續排列而形成無間隔的
光帶
1.恆星溫度愈高,單位面積所輻射出來的總能
量愈高
2.恆星溫度愈高,其電磁波中最強輻射能量所
對應波長愈短,顏色愈偏藍;溫度愈低,其電
磁波最強輻射能量所對應波長愈長,顏色愈偏
紅
吸收光譜:在連續光譜中有數條特定波長的譜線消失
發射光譜:光譜中只有數條譜線出現
1.每種化學元素都有其獨特光譜
2.分析恆星星光的光譜,就可知道其元素成分
恆星的演化
1.夜空中90%的星體皆屬於主序星
2.主序帶上愈接近左上端分布的主序星,質量
愈大,內部核反應的速率也愈快,光度和表面
溫度會隨之愈高,壽命愈短
4.太陽的演化過程:
主序星→紅巨星→爆發行星狀星雲→白矮星→
黑矮星
各類恆星的特性
主序星:
1.分布位置:
右下延伸到左上側的區帶。
2.特性:
A.星體的質量愈大,光度就愈大,表面溫度也愈高。
B.主序帶自右下角往左上角,星體質量愈來愈大
3.主要光源:核心在進行氫的核融合反應
紅巨星、紅超巨星:
1.分布位置:
右上角的兩個區域
2.特性:
A.星體光度高但表面溫度低,為其體積膨大所導致的結果
B.因低溫而顏色偏紅
C.密度小
3.主要光源:
核心在進行氦等較重元素的核融合反應
白矮星
1.分布位置:
左下角區域
2.特性:
A.星體的光度低但表面溫度高,其極度緊密壓縮的體積所
造成
B.因高溫而偏白色
C.密度大
3.主要光源:
由本身儲存的熱量而來
星團
球狀星團
數千到數百萬個恆星所形成,成員間較緊密
位於銀暈上
疏散星團
數十到數千個恆星所組成,成員間距離較大
形成至今年齡較年輕
位於旋渦臂上
星雲
由氣體.塵埃組成,主要組成是氫氣
與恆星誕生有關
由高密度不透光的氣體與塵埃所組成
發射星雲
反射星雲
只反射光線(常呈藍色)
與恆星死亡有關
行星狀星雲
超新星遺跡
超新星爆炸後的殘骸
宇宙
時間尺度和空間尺度相對應
由500億個以上的星系組成
組織順序
星系→星系團(上百到上千個星系組成)→超星系團(數十個星系團組
成)→宇宙
星系
由恆星.星團.星雲.塵埃組成
銀河系
外型介於棒旋星系.螺旋星系,棒狀結構不明顯
結構
核球
銀暈
旋渦臂
類型
棒旋星系
螺旋星系
有核球.有盤面
橢圓星系
有核球.沒有盤面
不規則星系
核球不明顯,有豐富氣體.塵埃,未見明顯旋渦臂結構
暗能量
宇宙膨脹
暗物質
具有質量並產生萬有引力,甚至減緩宇宙的膨脹速度
百分之70以上的宇宙成分
造成宇宙加速膨脹
紅移
藍移
遠離
波長變長
頻率變短
接近
波長變短
頻率變長
哈伯定理
越遠的星系,遠離的速度越快