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望星空 (時間與距離 (暗物質 (存在宇宙中不會發光的物質(or我們測不出來), 具質量並產生萬有引力, 減緩宇宙膨脹), 暗能量 (不明的能量,…
望星空
時間與距離
暗物質
存在宇宙中不會發光的物質(or我們測不出來)
具質量並產生萬有引力
減緩宇宙膨脹
暗能量
不明的能量
70%以上的宇宙成分都是
加速宇宙膨脹
宇宙膨脹
紅移
遠離
頻率變短
波長變長
譜線移向長波長,及移向紅光端
藍移
接近
波長變短
譜線移向短波長,及移向藍光端
頻率變短
哈伯定律
越遠星系,移動越快,遠離速度越快,v=Hd
1/H=d/v,宇宙年齡數量級
我們所看到的宇宙是不同時空的疊合
宇宙中電磁波傳遞速度為光速,13000km/s
我們看到的日落是500秒前的太陽
距最近恆星--半人馬座比麟星,有4.2光年
宇宙誕生於137億年前,若我們觀測到37億光年遠的星系,則看見它100億歲的樣子
大狗鏡、高靈敏望遠鏡,提供宇宙中天體過去的影像
望星空
限制
光害
來自於太陽、月亮、人造光源
大氣
大氣擾動會造成影象模糊
已自適應光學技術克服
視野上
要考慮觀測點位置
大型研究望遠鏡大都集中於智利夏威夷高山上
測距
以三角視差測距:地球、太陽、待測天體成直角,p為天體與太陽夾角。d=1/p
無法測太遠星體
常用天文距離單位
天文單位(AU)
1億5千公里
適用太陽系內
光年(LY)
63240AU=10^13公里
適用太陽系外
秒差距(pc)
天體離地球的距離為幾秒差距
3.26光年
適用太陽系外
測量宇宙的方式、工具
無線電波望遠鏡
凹面鏡
白天陰雨皆可使用
不受光害影響
受人為電波干擾
單獨使用--解析差;多台同時--提高解析力
可見光
反射式望遠鏡
優缺點與折射式相反
缺點是因面鏡表面金屬鍍膜才造成
凹面鏡
球面象差
折射式望遠鏡
優:主鏡為玻璃材質、無氧化問題、保養容易
缺:鏡筒長(製作不易)
凹透鏡
色像差
望遠鏡三大能力
集光
與主鏡面積成正比
可看見愈暗星體
影像解析
與物鏡口徑成正比
可分辨星體細部結構
放大
放大倍率=主鏡焦距/目鏡焦距
倍率與口徑無關
記錄方式
肉眼觀測、手繪圖
攝影底片
電荷耦合元件(CCD)
光譜儀
近代天文觀測科技
太空望遠鏡
擺脫大氣&電磁波的影響
陳列望遠鏡
利用干涉原理,使解析度接近理想結果
普遍應用於電波望遠鏡
大型望遠鏡設計
最大口徑8~10m
合成面鏡
自適光學
非可見光天文學
找尋宇宙起源證據
紅外線觀測恆/行星所需的低溫氣體與塵埃
X光搜尋黑洞,偵查宇宙中最熱氣體
光譜
天體發出的光在能量上的分布
分析恆星的光譜,得知其溫度、組成物質
哈伯藉紅移現象,判斷與我們的相對移動--發現宇宙膨脹
黑暗中尋找光明
電磁波(短到長)
伽瑪射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波
地面望遠鏡以觀測可見波&無線電波為主
天體觀測數據
亮度
人類肉眼極限--6星等
望遠鏡發明後才看得見天王星&海王星
古代稱彗星、新星、超新星為客星
位置(天球座標)
發明望遠鏡前,主要測量天體在天球的位置
天球上固定的天體:恆星、星雲、星團、星系
天球上非固定的天體:日、月、彗星
星系組成
星雲
原子與分子駔成的星際物質
較密為分子雲(星雲)
發射星雲
溫度低,發出紅外線或更長的波
暗星雲
可見光遮住背景星光,呈黑色剪影
反射星雲
反射恆星發出的可見光
壽內部已形成的恆星影響而發射可見譜線
太陽系
距銀河系中央2萬8千光年
包含八大行星、矮行星、小天組成
由星雲演變成
星系內不同質量恆星
若像太陽靠燃燒核心中氫原子維持穩定
則質量愈大、體積與表面溫度愈高
脫離主序星後,體積大溫度低為紅巨星;體積小,密度大,溫度高為白矮星
星團
疏散星團
鬆散,較年輕,恆星少,重元素多
球狀星圖
結構緊密成球狀,較老,恆星多,重元素少
許多恆星聚集成
雙星
星系一半以上恆星都如此
眾多星雲&星團集合而成
星光與星色
恆星光譜&溫度
恆星光度正比於表面溫度4次方&半徑治的平方
表面溫愈低,能愈低,偏長波,偏紅色
每單位輻射能量I=常數xT^4
表面溫愈高,能愈高,偏短波,偏藍色
光度=總能量=L=Ix4x3.14xr^2
亮度與恆星光成正比&距離平方成反比
亮度B=L/4x3,14xd^2
恆星光譜型分類&吸收譜線
吸收譜線
被吸收,呈現暗紋處
恆星光穿過低溫氣體時,特定波被吸收
發射譜線
雲氣受高能輻射激發,放出特定波
釋放出,呈現亮紋處
連續光譜
恆星大氣熱運動所發出的
各種波長不間斷
藉吸收譜線將恆星分成7大類
OBAFGKM
加入棕矮星,後面又加了L、T型
O藍
.>30000
氫離子譜線
又分為0~9級
B藍白
20000K
A白
10000K
氫譜線十分強烈
F黃白
7500K
G黃
6000K
鈣離子譜線
K橘
4500K
金屬譜線強,氫譜線甚弱
M紅
3000K
強烈金屬和氧化鈦譜線烈
金屬豐度&恆星組成元素
我們體內重元素都來自太陽誕生前,其他恆星的死去
恆星壽命&金屬豐度
越晚誕生
重元素含量愈高
金屬豐度愈高
利於固態行星&生命的誕生
愈早誕生,則相反
由吸收譜線推知
恆星表面溫&大氣中元素
計算重元素與氫原子比值
判斷金屬豐度高低
只有超新星爆炸才能產生比鐵還重的元素
恆星質量與演化
核融合產生熱壓力,膨脹;本身質量的重力產生拉力--維持平衡
半徑大小決定光度
恆星的星光與星色受制於重量
質量決定壽命
表面溫度與光度關係
(赫羅圖)
分為
橫軸
表面溫度(光譜型&顏色)
縱軸
光度(絕對星等)
恆星集中於主序帶,稱為主序星
質量大星球溫度高,為抵抗星球的重力
質量小主序星,壽命長
星系為宇宙大尺度結構的成員
萬有引力為形成的基本要素
星系為宇宙大尺度結構的成員
行星、恆星、星團、星雲
大小不一的星系團可形成超新星
(大~小)
星系群(數百個)、星系團(數百萬個)
例:本星系群
星系
銀河系
超星系團
例:本超星系團
星團
M45疏散星團
恆星
衛星
行星/矮行星/小天體
星雲的型態分類
螺旋星系
一般螺旋星系
棒旋星系
不規則星系
橢圓星系
銀河系特徵
銀河系
銀盤
星系盤
大多恆星、氣體都位在盤上
恆星氣體較密集處為旋臂
旋臂為恆星誕生處
疏散星團於盤面上
我們稱銀河
銀暈
銀盤上下方
最年老恆星族群分布於此
較外圍主要由暗物質組成的
銀心/銀核
中心
球狀結構+棒狀結構
有質量為太陽四百萬倍得黑洞
直徑約10萬光年,組成恆星1000億顆以上
正面俯視:棒狀星雲,屬於棒旋星系
太陽距銀河中心2.8萬光年,位於獵戶座旋臂上
太陽星雲
恆星形成後周圍有雲氣,形成行星系統
只是銀河系的普通恆星
星系中心通常有超大質量黑洞