第一章　認識夜空

本章主要章節目錄：

我們從夜空〝看〞到什麼

宇宙有多大？

天文學中常用的單位

如何描述星體的大小與位置

恆星的亮度

我們從夜空〝看〞到什麼：

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自古以來，清澈璀璨的星空，常能勾起人們無限的幽 思與遐想，亮星與星座常有奇妙的傳說或穿鑿附會，「 牛郎與織女鵲橋七夕會」淒涼而美麗神話，在我國不知 己經流傳了多少世代。

現在我們雖然知道，恆星和凡人相同，一樣有生老病 死，對各種星體的基本性質也有相當的了解，但這些皆 無法減損星空的美麗，在遠離都市光害的郊區，唐朝詩 人杜牧在《秋夕》：「銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流 螢，天階夜色涼如水，臥看牽牛織女星。」中所敘的意 境依舊不減。

先簡介在我們現在所知道的宇宙 中，能看到的各類天體，而所謂〝看〞為裸視或各式的天文望遠鏡所見。

• 行星(Planets)：

  九大行星 ﹙水星、金星、地球 、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星﹚、彗星、小行星

• 恆星(Stars)：天狼星、織女星、牛郎星

• 原恆星(Protostar)：獵 戶座大星雲中之原恆星

• 主序星(Main Sequence star) ：太陽 ，天狼星(Sirius A)

• 雙星(Binary) ：開陽雙星 (Mizar & Alcor, UMa)

• 變星(Variable Star)：

  造父變星(Cepheid variable) ： 北極星(Polaris) ，是周期為3.9696天的造父變星，其亮度變化只有0.1星等。

• 巨星(Giant)：

  畢宿五(Aldebaran, αTau) ， 大角(Arcturus, αBoo) ，五車二(Capella, αAur)

• 超巨星(Supergiant) ：參 宿四(Betelgeuse, αOri)，參宿 七(Rigel,βOri)

• 新星(Nova)：Nova Cygni 1992

• 超新星(Super Nova)：SN 1987A

• 白矮星(White dwarf) ：天狼伴星(Sirius B)

• 中子星(Neutron Star) 或波霎(Pulsar)：蟹狀星雲中心的中子星或波霎

• 黑洞(black hole) ：天鵝座X-1(X-ray source)(很可能)

• 星團(Cluster)

  • 開放星團(疏散星團)(Open cluster)：

    昴宿星團(Pleiades)，英仙座h&κ雙星團(h&κ Persei)

  • 球狀星團(Globular cluster)：M 13, M 15, NGC 104

• 星雲(Nebula)：獵戶座 大星雲 ，環狀星 雲，貓眼星雲

• 星際物質(Insterstellar medium)：本銀系盤面，馬頭星雲

• 超新星爆炸的遺骸：蟹狀 星雲(Crab Nebula), Cygnus Loop

• 星系(Galaxies) ：仙女座大星雲 M31

• 似星體(魁煞)(quasar) (QSO)：3C 273

• 星系團(Cluster of Galaxies)：

  本星系群(Local Group), Coma Cluster,Virgo Cluster

• 超星系團(Supercluster ) (Cluster of cluster)

  例 ：本超星系群：由本星系群與附近的星系群所組成。

• 長城與空洞(great wall and void) - The largest scale structure of universe.

太陽系(Solar system)

• 太陽(Sun)
• 水星(Mercury)
• 金星(Venus)
• 地球(Earth); 月球(Moon)
• 火星(Mars)
• 小行星帶(Asteroid belt)
• 木星(Jupiter)
• 土星(Saturn)
• 天王星(Uranus)
• 海王星(Neptune)
• 冥王星(Pluto)
• 彗星(Comets)
• 衛星(Satellites)
• 隕石(Meteorites)

宇宙有多大？

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• 宇宙有約數千億個星系∼10¹²個

  平均每個星系約包含一千億個星∼10¹¹，所以目前所〝觀測〞到 整個宇宙約包含有10¹¹*10¹² = 10²³個恆星。

  100,000,000,000,000,000,000,000 = 1 千億兆

  假設每個恆星都有一顆行星伴隨著，亦即整個宇宙約有10²³個行星。

• 距離太陽最近的另一個恆星Proxima Centauri（半人馬座之毗鄰星 ）約4.28 ly (~1.31 PC)，半人馬座αA,B 約4.39 ly。

• 目前所觀到最遠的星系約100∼150億光年∼10²³ km，所以是目前所觀測的 宇宙體積約為(4/3)*π*(10²³)³ = 10⁷⁰(立方公里)

天文學中常用的單位

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• 1AU (Astronomical Unit)（1 天文單位）

  = 地球與太陽之間的平均距離

  = 1.495*10⁸ km（∼1.495億公里）

  ﹙地球直徑=1.275*10⁴ km，地球赤道周 長4*10⁴ km）

• 1 ly (light year)(光年)

  = 光走一年的距離

  = 9.46*10¹² km

  (Note：光每秒走了2.997925*10⁵ km∼3*10⁵ km）

  (1 ly = 3*10⁵*365*24*60*60=9.46*10¹⁵ km)

• 1 pc(1 parsec, 1秒差距)

  = 3.09*10¹³ km=3.26 ly (造成視差角為1弧秒之距離)

  1 Kpc = 1 kiloparsecs = 10³ PC

  1 Mpc = 1 megaparsecs = 10⁶ PC

  例如：

  　(1)太陽距離本銀河系的中心約8Kpc。

  　(2)室女（Virgo）座超星系團距離地球約17 Mpc。

如何描 述星體的大小與位置

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(1)大小的描述通常是用視角來描述

　例如：(a)月球在夜空中所張開的角度約1/2°。

　　　　(b)大熊星座的兩顆用以找北極星的恆星之間的張角大小約5°

(2)如何描述星體所在的位置

• 星座（constellations）－一群天體的組成

  • 國際天文學聯合會將全球四季夜空，劃分成八十八個大小不一的天區，分屬於八十八個星座。

  • 屬於同一星座的群星彧天體，可能只是恰好在同一個天區，而它們彼此之間可能是毫無關係，以獵戶座 為例，參宿七與地球的距離為910光年，而參宿四與地球的距離是540光年。

  • 星座的命名：

    有一半是在古時候就已命名了，其命名的方式有依照古文明的神話與 形狀的附會﹙包含了美索不達米亞、巴比倫、埃及、希臘的神話與史詩）。 另一半（大部是在南半球的夜空中）是近代才命名，經常用航海的儀器來命名。

    例：

    美索不達米亞：金牛座(Taurus)，獅子座(Leo)。

    希臘的神話：獵戶座(Orion)，仙女座(Andromeda)。

    航海的儀器：六分儀(Sextans)，羅盤座(Pyxis)。

  • 星座中恆星的命名大致是依照亮度以 希臘字母來命名的。

    例如：牛郎星(Altair) 是天鷹座(Aquila) α星，記為(αAql)。但是獵戶座α(參宿四), 卻比β星﹙參宿七) 亮。

    請參考台灣地區四季星空的主要亮星 資料。

    星座中的恆星總數遠多於24 個希臘字母，另一種常見的命名法是按照恆星的亮度排序，例如第一個被發現的外太陽系 是飛馬座51 星。

• 天球座標：赤經(Right Ascension, R.A.）與赤緯（Declination, Dec.）

  天球的座標中

  • 赤緯線是地球的緯度線在天球的投影。

    北天球的緯度為0到+90°，而南天球的緯度記為0到-90°。每度再分成60分，而每分再細分成60秒。

  • 地球的赤道面與天球的赤道面是重疊的。

  • 天球的南、北極與地球的南北極是重合的。

  • 地球經度線在天球的投影，成為天球的赤經線。

    但是地球會自轉，所以我們選定春分那天中午十二時(格林威治時間)，通過格林威治上方的天球子午線為0時，往東每隔15°增加一小時，以此類推，赤經共分成24 小時，每小時再細分為60 分，每分又分成60 秒，例如：參宿七的位置是(5h55m 10.3s, +7?24'25'') 。

  例如：

  恆星名稱	所屬星 座	天球座標(R.A., Dec.)	英文名稱
  天狼星(αCMa A)	大犬座	(7, -20)	Sirius
  南河三(αCMi A)	小犬座	(8, +5)	Procyon
  織女星(αLyr)	天琴座	(19, +40)	Vega
  牛郎星(αAql)	天鷹座	(20,+5)	Altair

恆星的亮度：

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• 視星等（m_V）：在地球上實際觀測 到的恆星亮度規約差5等，亮度差100倍。

  一開始是以畢宿五（金牛座α星）（Aldebaran）與牛郎星（天 鷹座α星）(Altair) ，這二顆星為m_V=1.0的標準星，後來改以織女 星（Vega）﹙天琴座α星﹚為m_V=0.0 的標準星來定義其它恆星的視星等

  例如：

  恆星/望遠鏡	視星 等或可見視星等(mV)
  太陽	-26.5
  滿月	-12.5
  金星最亮時	-4.0
  天狠星	-1.46
  北極星	2.02
  裸視極限	6.0
  5米口徑望遠鏡	24.0
  HUBBLE太空望遠鏡	30

• 亮度比與視星等的關係

  此處的亮度比為與織女星之比。

  視星等(mV)	亮度比
  -10	1002=10000
  -5	100
  0	1
  5	1/100
  10	1/1002
  15	1/1003
  20	1/1004

最近更新日期：一九九六年十二月二十日

蘇漢宗(htsu@mail.ncku.edu.tw) 　
許瑞榮(rrhsu@mail.ncku.edu.tw)
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台南市成功大學　物理系