《天文學(xué)和航天科學(xué)》

天文學(xué)和航天科學(xué)

精選課件恆星與宇宙星等、光度光污染黑體輻射、顏色、表面溫度斯特藩定律譜型赫羅圖

譜線(xiàn)、多普勒效應(yīng)徑向速度紅移和宇宙精選課件重溫秒差距1pc(秒差距)=1個(gè)天文單位延伸1弧秒的距離≈3.26光年≈3.24x1016米10pc=32.6光年。注意：一顆於10pc的星會(huì)有0.1弧秒視差。

所用的單位為天文單位(AU)和弧度：p=1/d.精選課件視星等視星等系統(tǒng)首先由喜帕恰斯提出。他編派肉眼所見(jiàn)亮度最光的星為第一等，最暗的為第六等。視星等，符號(hào)為m，現(xiàn)在是由測(cè)量天體亮度來(lái)決定。根據(jù)定義，一等星比六等星亮一百倍，比十一等星亮一萬(wàn)倍。一顆

m=1的星比一顆m=2的星亮1001/5≈2.512倍。總的來(lái)說(shuō)，兩顆星的亮度比是2.512(m2-m1)

或100(m2-m1)/5。精選課件例子名稱(chēng)類(lèi)別視星等絕對(duì)星等太陽(yáng)恆星-26.84.8滿(mǎn)月衛(wèi)星-12.6天狼星恆星-1.41.5昴星團(tuán)疏散星團(tuán)1.6-4.1北極星(勾陳一)恆星2.0-3.6市區(qū)內(nèi)肉眼的極限~3.0仙女座星座(M31)星系3.5-21.4獵戶(hù)座大星雲(yún)(M42)彌漫星雲(yún)4.0-4.5木衛(wèi)一衛(wèi)星5.0M4球狀星團(tuán)5.6-6.7郊區(qū)中肉眼的極限~6.0-7.0M54(天河外)球狀星團(tuán)7.6-10.0蟹狀星雲(yún)(M1)超新星爆發(fā)遺跡8.4-3.0戒指星雲(yún)(M57)行星狀星雲(yún)8.8-0.3精選課件光污染(又名光害)這是地球夜間看起來(lái)的樣子。逃逸到太空的光是一個(gè)浪費(fèi)掉的能源，因?yàn)橹挥型庑侨?宇航員可以看到。同樣不幸的是，部分光線(xiàn)散射回地球上的觀察者，造成了一個(gè)光亮的背景。這就是所謂的天空輝光。其他形式的光污染：眩光，直接進(jìn)入眼睛，而又不需要的光。這可能導(dǎo)致視野減少。道路上，它可能影響汽車(chē)的安全。光侵入，這是進(jìn)入物業(yè)，而又不需要的光。這會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題，如睡眠被剝奪。光污染也影響到候鳥(niǎo)、海龜、生態(tài)系統(tǒng)的其他部分。精選課件絕對(duì)星等視星等依靠?jī)蓚€(gè)物理量：光源每單位時(shí)間所排放的光能，即所謂光源的亮度；該光源離觀察員的距離（平方反比定律）例如，如果一顆離地球100pc的六等星，移離到10pc遠(yuǎn)，看起來(lái)亮了100倍，成為了一等星。為了比較不同恆星的亮度，絕對(duì)星等(M)定義為一顆離觀察者10pc恆星的的視星等。絕對(duì)星等僅由光度決定。上面例子的星其絕對(duì)星等為1。精選課件黑體輻射不論電磁頻率高低，黑體都吸收所有落在自己身上的電磁輻射，並根據(jù)普朗克法則，輻射出能量來(lái)。黑體光譜是連續(xù)的；它也是一個(gè)表面溫度的函數(shù)，用來(lái)解釋基本恆星的光譜和顏色。強(qiáng)度和峰值頻率隨物體溫度增加。右邊顯示感到的恆星顏色是一個(gè)表面溫度的函數(shù)。精選課件斯特藩定律最先從實(shí)驗(yàn)中獲得。強(qiáng)度(定義為物體每單位時(shí)間每單位面積輻射的總能量)可由下式得出：

I=σT4 因此，半徑為R的球形恆星，其亮度可由下式得出：

L=4πR2σT4斯特藩-波爾茲曼常數(shù)則由下式得出：斯特藩定律亮度以瓦特來(lái)量度。精選課件不給答案就搗亂？天文學(xué)上許多方程的常數(shù)，是很困難取得的；要不然就是獲得的過(guò)程繁瑣。但方程有時(shí)可以細(xì)分來(lái)幫助應(yīng)用。例一.應(yīng)用斯特藩法則於球形恆星

L=4πR2σT4

和LSun=4πRSun2σTSun4意味著

L/LSun=(R/RSun)2(T/TSun)4.或以太陽(yáng)參數(shù)單位表示,

L=R2T4,或R=L1/2/T2.例二.開(kāi)普勒定律：(R1/R2)3/(T1/T2)2=(M1/M2),(中心力體系)

以地球的軌道數(shù)據(jù)，即天文單位和年為單位，我們得出

R13/T12=M1,

M1

單位為太陽(yáng)質(zhì)量看後面例子-有關(guān)銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞精選課件光譜吸收及發(fā)射

恆星化學(xué)黑體光譜是連續(xù)的恆星和觀察者之間的恆星大氣或氣體雲(yún)吸收選定頻率的光，產(chǎn)生吸收線(xiàn)。光亮恆星附近的氣雲(yún)可受到星光或紫外線(xiàn)輻射激發(fā)，因此產(chǎn)生特定光頻率的發(fā)射線(xiàn)。譜線(xiàn)頻率是氣體雲(yún)化學(xué)成分的特性。氦便由觀察太陽(yáng)而發(fā)現(xiàn)。發(fā)射線(xiàn)可於火焰實(shí)驗(yàn)中觀察到。精選課件譜型根據(jù)各自的吸收光譜，恆星歸入的不同譜型。不同的光譜，意味著不同的化學(xué)成分。吸收光譜取決於恆星的表面溫度。它們從高至低的溫度列為：OBAFGKM.顏色從藍(lán)色到白色，再到橙紅色。例如：太陽(yáng)是顆G型恆星，參宿七是顆B型恆星，參宿四是顆M型恆星普遍的記憶口訣：“Oh,

BeAFine

Girl/Guy,

Kiss

Me.”精選課件赫羅圖赫羅圖是一種恆星光度（或絕對(duì)星等）對(duì)表面溫度（譜型）的對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)繪線(xiàn)，或半對(duì)數(shù)繪線(xiàn)。傳統(tǒng)上，較高的溫度是在左邊。恆星並不均勻分佈在圖上，反而形成組別，指明每個(gè)組背後不同的故事。大部分恆星上都在稱(chēng)為主序的對(duì)角線(xiàn)上。右上角的恆星每單位面積的耗能低（T4），但高亮度。因此，該些恆星非常大，稱(chēng)為巨星。反過(guò)來(lái)，右下角的恆星非常小，稱(chēng)為矮星。利用R=L1/2/T4，我們可以輕易計(jì)算赫羅圖上

恆星的相對(duì)大小。精選課件譜線(xiàn)、多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：Δλ/λ=vr/c,

vr是徑向速度。注意即使偏移後，譜線(xiàn)的模式仍然可以辨認(rèn)。見(jiàn)右圖。例如，雙星系統(tǒng)中，兩顆星的光譜線(xiàn)可以看作在相反的方向轉(zhuǎn)移然而，在這課程我們只考慮B的質(zhì)量是可忽視的情況。另外，注意譜A和B可以有所不同。http://www2.enel.ucalgary.ca/People/ciubotar/public_html/Starsevol/specbin-anim.gif注意整個(gè)系統(tǒng)的譜線(xiàn)亦因此而偏移。精選課件一個(gè)簡(jiǎn)單雙星系統(tǒng)的徑向速度曲線(xiàn)一顆小天體，在圓軌道繞著一顆大天體沿軌道平面運(yùn)行。沿軌道面觀察徑向速度曲線(xiàn)是餘弦函數(shù)。函數(shù)形式為vr=vcosθ=rωcosθ,，其中r是軌道半徑，ω是角頻率因此，可以很容易找出r和週期T。而中心體的質(zhì)量，可以用開(kāi)普勒定律找出。http://www2.enel.ucalgary.ca/People/ciubotar/public_html/Starsevol/specbin-anim.gifhttp://www.roe.ac.uk/~pmw/RVorbit.htm精選課件星系和暗物質(zhì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)有多快，取決於它軌道內(nèi)有多少物質(zhì)。如果所有物質(zhì)都看得見(jiàn)，那麼近銀河系邊沿的恆星軌道速度，便按照以上的紅線(xiàn)分佈。不過(guò)，我們發(fā)現(xiàn)恆星移動(dòng)得比預(yù)期的快，根據(jù)開(kāi)普勒定律，當(dāng)中的物質(zhì)必須比我們所看到的更多。額外的物質(zhì)稱(chēng)為暗物質(zhì)，因?yàn)樗麄儾粫?huì)放出電磁波，揭示它們是以重力的形式存在。1970年代，維拉魯賓和她的同工發(fā)現(xiàn)了這件事。她測(cè)量?jī)A角(inclinationangle)大約為0°的旋渦星系的多普勒頻移，測(cè)定了星系的旋轉(zhuǎn)曲線(xiàn)。精選課件紅移和宇宙/wiki/Hubble_law維斯特·斯里弗測(cè)量紅移，因此也測(cè)量了星系的徑向速度。哈勃測(cè)量距離、星系。結(jié)合徑向數(shù)據(jù)，他發(fā)現(xiàn)哈勃定律：v=Hd哈勃常數(shù)H最為接受的數(shù)值大約是70km/s/Mpc.哈勃定律指出，離我們愈遠(yuǎn)的星系，遠(yuǎn)離我們的速度愈快。宇宙的膨脹可解釋這事。注意這個(gè)宇宙紅移不是由於多普勒效應(yīng)。星系遠(yuǎn)離我們，是因?yàn)橛钪妫臻g-時(shí)間）本身在擴(kuò)大，而不是因?yàn)樾窍翟谔找苿?dòng)。精選課件深入的問(wèn)題精選課件問(wèn)：香港的光污染有多嚴(yán)重？答：非常嚴(yán)重。知多一點(diǎn)：2005-2006年港大的光污染研究，顯示在香港的市區(qū)和郊區(qū)，每平方弧秒的視星等分別為16.4和19.7，而理想的數(shù)字是22。因?yàn)橐^察暗淡天體物體，它們和背景之間的對(duì)比是很重要的，故一個(gè)比較光亮的背景，與天體的光度變暗淡有相同的效果。此外，空氣中的水分顯著增加散射，從而令光污染更嚴(yán)重。因此，香港郊區(qū)的天空，只略?xún)?yōu)於一些人口較少及較乾燥的城市。/pnweb/jsp/comm/index.jsp精選課件問(wèn)：有什麼方法減少光污染？關(guān)閉不需要的燈光，減少過(guò)量的照明，並使用定時(shí)器或自動(dòng)開(kāi)關(guān)。使用適當(dāng)?shù)膽?hù)外燈具。舉個(gè)例子，左邊的照明燈只照亮它下面的物體，比右邊的更有效率，造成較少的光污染。光污染使遠(yuǎn)處司機(jī)覺(jué)得刺眼，又向天空洩漏光。裝飾燈/建築物的設(shè)計(jì)師，要就能源/環(huán)境影響和他們想達(dá)到的效果，權(quán)衡兩者的輕重?，F(xiàn)在，使用能源效率低、破壞環(huán)境的照明對(duì)商業(yè)推廣並不有利。這些措施還節(jié)省能源，從而節(jié)省金錢(qián)。約30-60％的照明是沒(méi)有必要的。/photosharing/enlargephoto.php?photoID=350951答：精選課件問(wèn)：自然光線(xiàn)會(huì)影響觀察嗎？答：會(huì)。知多一點(diǎn)：舉個(gè)例子，月亮是眩光和天空輝光的一個(gè)來(lái)源。由於太陽(yáng)的活動(dòng)，導(dǎo)致的大氣放電也可以造成天空輝光的。「光污染」這詞通常是用來(lái)形容人工照明燈；有人泛用它來(lái)形容影響觀察的自然光。天空輝光和眩光這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)較為適當(dāng)。天空輝光通常最影響觀察，因?yàn)樵谝欢ǔ潭壬峡梢宰柚寡９夂凸馇秩?。精選課件問(wèn)：視星等與絕對(duì)星等有何數(shù)學(xué)連繫？答：兩顆視星等為m1andm2的星亮度的比例是100(m2-m1)/5。用定義很容易便可以查核到這公式?，F(xiàn)在如果一個(gè)視星等為m、距離為d的恆星遷移到離我們10pc遠(yuǎn)，而其新的視星等為M，則亮度的比例是100(M-m)/5

=(d/10)2,以10對(duì)數(shù)，並重新安排，得出M=m+5log10(d/10).根據(jù)這定義，M也是絕對(duì)星等。知多一點(diǎn)：現(xiàn)實(shí)世界中，指明正在衡量哪些類(lèi)型的電磁輻射是必要的。例如一顆恆星，可能有非常不同的紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外光譜、視星等等。顏色指數(shù)B–V就是用藍(lán)色和「可見(jiàn)光」（綠黃色）過(guò)濾器得出該恆星的視星等區(qū)別。它可以用來(lái)顯示顏色，更換赫羅圖X軸的溫度。不過(guò)，在這課程裡，我們就以它們都是一樣般的使用。另外，當(dāng)M涉及到亮度L，所有頻率便都包括在內(nèi)。這就是所謂的熱絕對(duì)星等。精選課件問(wèn)：絕對(duì)星等與亮度有何數(shù)學(xué)連繫？答：太陽(yáng)和恆星之間亮度的比例是LSun/L=100(M-MSun)/5以10為底取對(duì)數(shù)，並重新安排，得出M=MSun+2.5log10(LSun/L).太陽(yáng)的絕對(duì)星等是4.8，亮度是3.83×1026W。得出M=71.3-2.5log10(L)，而L以W為單位。知多一點(diǎn)：使用此公式和早前的公式，我們可以看到物理量m,d,M,L,R,T如何相關(guān)。m和T都可直接量度，但d需要用如視差法獲得?？墒牵徽业絛，M、L、R很容易便算出來(lái)了。這是一個(gè)了不起的成就，迄今為止，都是很了不起的。只消解決盤(pán)狀星系內(nèi)一小百分比的恆星，便可以直接測(cè)量半徑。非恆星物體，如星團(tuán)，亮度可以求和或積分：L=ΣLi

(多個(gè)來(lái)源)。從以上方程可以找出絕對(duì)星等。精選課件問(wèn)：星等系統(tǒng)為何是對(duì)數(shù)函數(shù)？答：天文學(xué)家試圖優(yōu)化喜帕恰斯系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)視星等減少，則亮度線(xiàn)性增加。假設(shè)人類(lèi)的反應(yīng)是一個(gè)對(duì)數(shù)函數(shù)，他們便界定視星等和亮度的關(guān)係為一對(duì)數(shù)函數(shù)。不過(guò)，後來(lái)發(fā)現(xiàn)人類(lèi)的反應(yīng)接近冪次法則，因此上述定義的推理並不成立。然而，星等與亮度的關(guān)係，仍然以此作定義。精選課件問(wèn)：我們?yōu)楹涡枰胀h(yuǎn)鏡？答：大氣層只對(duì)可見(jiàn)光、部分紅外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波透明，其他波長(zhǎng)的電磁波一律被分散或是被吸收。無(wú)法到達(dá)地面的電磁波必須用太空望遠(yuǎn)鏡觀察。知多一點(diǎn)：用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀察可見(jiàn)光，是因?yàn)榇髿馐д?稱(chēng)為星象寧?kù)o度)，限制了解象度。此外，地面物體的紅外輻射，造成紅外天文的噪音精選課件問(wèn)：有沒(méi)有其他方式避免大氣失真？答：有的，這就是自適應(yīng)光學(xué)。其中的可變形反射鏡是用來(lái)抵消大氣失真的影響。知多一點(diǎn)：自適應(yīng)光學(xué)中，部分望遠(yuǎn)鏡射出的光由一部快速的計(jì)算機(jī)分析，而計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制變形反射鏡，抵消大氣失真。通常用一束特別的激光，在空中創(chuàng)造一個(gè)人造星，使計(jì)算機(jī)知道如何令鏡子變形。自適應(yīng)光學(xué)幫助大型望遠(yuǎn)鏡在地球上獲得理論的分辨極限。(1.22λ/D)精選課件問(wèn)：天文干涉學(xué)是什麼呢？答：是一種結(jié)合兩個(gè)或兩個(gè)以上的望遠(yuǎn)鏡/天線(xiàn)的信號(hào)，分辨率高的干涉測(cè)量。知多一點(diǎn)：可用大量的望遠(yuǎn)鏡來(lái)產(chǎn)生圖片，分辨率與單一大型射電望遠(yuǎn)鏡相似，而直徑則是分佈的望遠(yuǎn)鏡的總和。以電子方式或光纖，結(jié)合不同望遠(yuǎn)鏡的信號(hào)，來(lái)測(cè)量干涉。舉例來(lái)說(shuō)，超大天線(xiàn)陣列

(VLA)是一個(gè)有27隻盤(pán)的系統(tǒng)，基線(xiàn)最長(zhǎng)三十六公里，這是單一望遠(yuǎn)鏡不可能實(shí)現(xiàn)的。非常長(zhǎng)基線(xiàn)干涉儀

(VLBI)可一邊為稍後的干擾信號(hào)記錄數(shù)據(jù)，而當(dāng)?shù)氐脑隅妱t一邊為此計(jì)時(shí)。因?yàn)樘炀€(xiàn)實(shí)際上沒(méi)有連接，基線(xiàn)可以長(zhǎng)得多。精選課件問(wèn)：什麼是同時(shí)多波長(zhǎng)觀察？答：在同一時(shí)間內(nèi)，調(diào)查天體不同波長(zhǎng)的圖像。知多一點(diǎn)：上圖由左至右，分別是M81的光學(xué)、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、紅外線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電波的圖像。不僅從單一窗口，更可從多個(gè)窗口的波長(zhǎng)得到更多的信息。舉例來(lái)說(shuō)，紫外線(xiàn)的影像，可以用來(lái)找出非常炎熱的O型、B型星，而X射線(xiàn)圖像可用來(lái)尋找可能是黑洞的星體。其他如伽瑪射線(xiàn)暴，是同時(shí)用與伽瑪射線(xiàn)、光學(xué)影像的探究。研究顯示伽馬射線(xiàn)暴是來(lái)自宇宙遠(yuǎn)距離，從而解決了這個(gè)懸案。

圖像獲準(zhǔn)Prof.BillKeel,UniversityofAlabama的許可

精選課件問(wèn)：人眼和儀器對(duì)光有如何反應(yīng)？答：正常的眼與適應(yīng)漆黑的眼對(duì)光的反應(yīng)如下圖所示。天文學(xué)家使用相機(jī)或其他儀器時(shí)，經(jīng)常使用過(guò)濾器。U（紫外線(xiàn)），B（藍(lán)色），V（視覺(jué)），R（紅色）過(guò)濾器是一些常見(jiàn)的過(guò)濾器。其他過(guò)濾器，如線(xiàn)過(guò)濾器也有人使用。例如，配上線(xiàn)過(guò)濾器，拍攝哈勃圖像都可以提高物理特徵；往往同時(shí)應(yīng)用三種線(xiàn)過(guò)濾，充當(dāng)RGB通道，以獲得偽色圖像。知多一點(diǎn)：.使用不同的過(guò)濾器量度同一顆恆星的星等會(huì)不同。舉例來(lái)說(shuō)，顏色指數(shù)(定義為MU-MB)，有時(shí)在赫羅圖用作X軸。精選課件問(wèn)：我可藉斯特藩定律來(lái)理解普朗克黑體輻射定律嗎？答：可以，它只是一個(gè)積分罷了。知多一點(diǎn)：普朗克黑體輻射定律定明：這裡，I(v)dv是在頻率範(fàn)圍ν和ν+dν之間每單位表面、每單位時(shí)間、每單位立體角中產(chǎn)生的總能量。因此

L~∫I(v)dv.不用真正做積分，代入x=hv/kT，T4的依存關(guān)係就可得到。精選課件問(wèn)：為什麼譜型排得這麼奇怪？知多一點(diǎn)：每級(jí)有一亞級(jí)，號(hào)碼從0-9。例如O1比O5熱。太陽(yáng)是G2的星，參宿七是B9,參宿四是M2。有時(shí)，在尾巴附加一個(gè)羅馬數(shù)字來(lái)表明類(lèi)型，如太陽(yáng)是G2V，第五主序星。新發(fā)現(xiàn)的恆星類(lèi)型已列入新的譜類(lèi)型。例如：高光度沃夫—瑞葉星(Wolf-Rayetstars)為WR級(jí)答：歷史上，根據(jù)氫譜線(xiàn)的強(qiáng)度，得出光譜類(lèi)型A至Q的標(biāo)示?；竟ぷ魇怯晒饘W(xué)院天文臺(tái)的女士(主要是安妮?坎農(nóng)和安東尼雅?摩麗)所做的。很久以後，才發(fā)現(xiàn)氫譜線(xiàn)的強(qiáng)度與恆星的表面溫度有關(guān)連。精選課件問(wèn)：太陽(yáng)是甚麼顏色的？答：我們絕對(duì)不應(yīng)直接觀看太陽(yáng)。色彩視覺(jué)是由於三類(lèi)視錐體反應(yīng)和腦理解這些反應(yīng)的結(jié)果。中午猛烈的陽(yáng)光會(huì)飽和所有三種類(lèi)型的視錐體的反應(yīng)，甚至損害視錐體，得出白色的外觀。知多一點(diǎn)：一個(gè)相關(guān)的問(wèn)題是：太陽(yáng)，一顆G2恆星，遠(yuǎn)距離看，也就是說(shuō)數(shù)光年以外會(huì)是什麼顏色呢？太陽(yáng)的表面溫度是5780K，但黑體頻譜只是一個(gè)良好的約數(shù)。頻譜峰接近470nm，即是綠色。不過(guò)，由於太陽(yáng)射出的光，由紅色到藍(lán)色，其強(qiáng)度都類(lèi)似，大多數(shù)人看到色彩都會(huì)是白色，可能帶一點(diǎn)淺桃色。精選課件問(wèn)：怎樣運(yùn)用雙眼觀星，效果更好？答：用視線(xiàn)中心，觀察光體的細(xì)節(jié)和顏色。用視線(xiàn)周邊，檢測(cè)或觀察暗體。知多一點(diǎn)：顏色受體，所謂錐細(xì)胞，主要密集分佈在視野的中心附近。較敏感的桿細(xì)胞只能檢測(cè)光照強(qiáng)度，並且主要分佈在中心視野之外。從光明到黑暗的地方，飽和的桿細(xì)胞需要7-10分鐘，甚至更久來(lái)適應(yīng)黑暗，才可檢測(cè)暗淡的星光，因此，向觀星的人照射光線(xiàn)是無(wú)禮的。黑暗中可亮起紅燈來(lái)閱讀，因?yàn)闂U細(xì)胞對(duì)紅燈並不很敏感。暗淡恆星、星系看起來(lái)無(wú)色，是因?yàn)樗麄兊墓馓?，激發(fā)不了錐細(xì)胞。反之，錐細(xì)胞飽和，非常光亮的物體看起來(lái)就是白色的。因此，感覺(jué)到的顏色也取決於光的強(qiáng)度。光源不是單色，顏色就不是一個(gè)客觀量。不同的人/儀器可以報(bào)告感覺(jué)到不同知覺(jué)的色彩。視覺(jué)和顏色的專(zhuān)題，是一個(gè)很好的多學(xué)科研究例子。這涉及物理學(xué)和天文學(xué)，化學(xué)（光敏色素），生物學(xué)，心理學(xué)（顏色感覺(jué)，幻想），科技（顯示器，CCD的，印刷業(yè)，照明）和藝術(shù)（繪畫(huà)，攝影，電影）。精選課件問(wèn)：太陽(yáng)黑子Lsurf/Lspot=(6000/4000)^4=5，星等小於2，為什麼他們看來(lái)好像是黑色的？

注意，所有波長(zhǎng)都為亮度出力。然而，只有可見(jiàn)光有助於可見(jiàn)亮度。太陽(yáng)黑子的譜峰在紅外，與可見(jiàn)光的總量有個(gè)較顯著的差異。單獨(dú)的太陽(yáng)黑子仍然是光的，看來(lái)是黑，是由於和光面對(duì)比。有關(guān)光譜反應(yīng)時(shí)，始終要小心。例如：頻譜峰在綠色，並不是說(shuō)在人眼看來(lái)恆星為綠色。答：因與太陽(yáng)表面上與可見(jiàn)光比較。精選課件問(wèn)：為什麼赫羅圖上的星星是一組組的？答：赫羅圖是在瞬間時(shí)間內(nèi)，對(duì)恆星群的一種統(tǒng)計(jì)看法，如一個(gè)星系或星團(tuán)。赫羅圖上擁擠的地區(qū)，是指有更多的恆星處?kù)哆@狀態(tài)下；也可指恆星在其有生之年花更多時(shí)間處?kù)对摖顟B(tài)。知多一點(diǎn)：恆星的命運(yùn)主要取決於其質(zhì)量。如圖，在低溫的一面，恆星開(kāi)展它的生命，亦隨溫度上升而演變。當(dāng)溫度高得氫氣能夠融合，它就成為主序星，它大部分時(shí)間保持這種方式。大部分的氫燒盡後，重恆星開(kāi)始燃燒較重的元素，踏入擴(kuò)張時(shí)期（冷卻，巨星）和收縮時(shí)期（變熱），直至他們最終爆炸，成為超新星，或死去成為白矮星。質(zhì)量少於約0.4個(gè)太陽(yáng)的恆星，會(huì)安靜、穩(wěn)步地燃燒氫氣成氦氣，直到它成為白矮星為止。精選課件問(wèn)：視差太小，如何量度距離？答：遠(yuǎn)距離星團(tuán)、星系的視差太小了，測(cè)也測(cè)不準(zhǔn)。使用已知亮度的物體如標(biāo)準(zhǔn)燭光。使用它，由L，M，就可找到d。知多一點(diǎn)：最有名的標(biāo)準(zhǔn)燭光是：造父變星是一種變星，其變異性周期和絕對(duì)亮度嚴(yán)密地相關(guān)在一起。造父變星約有103至104個(gè)太陽(yáng)那麼亮，因此適合測(cè)量星團(tuán)和星系的距離。哈勃測(cè)量星系中的造父變星，從而導(dǎo)出了著名的哈勃法則。Ia型超新星是爆炸造成的，是白矮星從附近的一個(gè)同伴巨星扯出吸積物所致。當(dāng)白矮星和吸積物的總質(zhì)量趨近1.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，融合的碳、氧便放出足夠的能量打碎恆星，亮度約50億個(gè)太陽(yáng)。由於爆炸時(shí)的質(zhì)量總是約1.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，所有Ia型超新星的亮度大致相同。正因如此，測(cè)量遠(yuǎn)距離星系時(shí)，它們十分有用。精選課件問(wèn)：固有運(yùn)動(dòng)、徑向速度與切向速度如何相連在一起？一個(gè)天體的固有運(yùn)動(dòng)，是由其真實(shí)運(yùn)動(dòng)所生，每單位時(shí)間的角度變化?？捎蒬θ/dt=vtang/d得出，其中d是離觀察者的距離。量度到固有運(yùn)動(dòng)和d，便可找出切向速度。徑向速度是用光譜測(cè)量的。vtot2=vtang2+vr2.http://www2.enel.ucalgary.ca/People/ciubotar/public_html/Starsevol/totalvel.gif精選課件問(wèn)：當(dāng)雙子星系的軌道是橢圓形時(shí)，徑向速度曲線(xiàn)看來(lái)是怎樣的？答：知多一點(diǎn)：徑向速度曲線(xiàn)仍然適合用來(lái)找到軌道參數(shù)。見(jiàn)http://www.roe.ac.uk/~pmw/RVorbit.htm

顯示的Applet。精選課件問(wèn)：如何發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外行星(系外行星)？知多一點(diǎn)：以多普勒光譜測(cè)量徑向速度一直都是最成功的方法。主星微小變化的徑向速度可用於計(jì)算這顆星球的軌道和質(zhì)量。天體測(cè)量學(xué)則依靠因行星引力，位置的小擺動(dòng)。答：由於行星及其寄主恆星之間亮度差異甚高，直接觀察外行星是非常困難的。只有一個(gè)外行星直接拍攝到（在紅外）。目前已知的外行星，約200顆是由多普勒光譜、天體測(cè)量學(xué)、中星儀、脈衝星計(jì)時(shí)、星周盤(pán)，或微重力透鏡間接發(fā)現(xiàn)。注意：大部分找到的系外行星質(zhì)量都很高，因?yàn)樗鼈儽容^容易便發(fā)現(xiàn)到。不過(guò)，較細(xì)小的行星可能亦相當(dāng)普遍。大多數(shù)已知的系外行星繞著似太陽(yáng)的F、G、K類(lèi)恆星運(yùn)轉(zhuǎn)。O型顆星形成行星之前，可能已蒸發(fā)掉塵雲(yún)。M型矮星可能有質(zhì)量較小的行星，更難讓人偵測(cè)到。精選課件問(wèn)：在銀河系中心真的有超大黑洞？答：可能性甚高。知多一點(diǎn)：幾年來(lái)，從測(cè)量靠近人馬座A*的恆星、恆星的軌道，從而找到其質(zhì)量。估計(jì)一下：考慮恆星SO-20，忽略?xún)A角，半徑≈1500AU，周期≈30年，由開(kāi)普勒定律知道軌道內(nèi)質(zhì)量是15003/302≈400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。

使用SO-2的公佈結(jié)果，有370萬(wàn)±150萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量局限在一個(gè)120AU的地區(qū)裡。只有黑洞才能叫如此小的地區(qū)有那麼大的質(zhì)量。注意：1.從銀河系中心來(lái)的可見(jiàn)光受塵雲(yún)遮掩，但紅外線(xiàn)能穿透塵雲(yún)。2.人馬座A*是一個(gè)很強(qiáng)的射電源。3.雖然中心是一個(gè)超大黑洞，充分遠(yuǎn)離中心的恆星軌道仍然服從開(kāi)普勒定律。Sky&Telescope,April03,p.49精選課件問(wèn)：觀察到遠(yuǎn)端星系的紅移，是由於多普勒效應(yīng)嗎？經(jīng)典或（狹義）相對(duì)論的多普勒頻移。用來(lái)測(cè)量恆星的徑向速度、恆星旋轉(zhuǎn)、星系，偵查靠近的雙子星系。引力紅移（廣義相對(duì)論）。當(dāng)一粒光子爬升引力場(chǎng)，測(cè)量到的波長(zhǎng)便減少?？拷|(zhì)量大的物體，效果最為突出，如中子星、黑洞和近地球的表面（微小但可衡量）。宇宙學(xué)紅移（空間膨脹）。由於宇宙尺度因子a

以時(shí)間函數(shù)增加，在時(shí)間

t，一個(gè)偏遠(yuǎn)的銀河發(fā)出光子，觀察到的波長(zhǎng)為

λobserve=λemit

anow/a(t)。答：不是知多一點(diǎn)：紅移有三個(gè)原因：/apod/ap031102.html精選課件問(wèn)：宇宙的年齡有多大呢？答：目前科學(xué)界的共識(shí)認(rèn)為宇宙的年齡約137億年，這是憑測(cè)量宇宙背景微波(CMB)的小變化所得的。知多一點(diǎn)：可以做一個(gè)粗略的估計(jì)：兩個(gè)星系以等速v互相遷離，要多久兩者距離才達(dá)到d呢？所需時(shí)間d/v=1/H，即所謂的哈勃時(shí)間，大約是140億年。當(dāng)然，這只是一個(gè)近似值，因?yàn)関並不一定是個(gè)常數(shù)。不同模型預(yù)測(cè)的加速度一是正、一是零，要不就是負(fù)。注意：20世紀(jì)90年代，通過(guò)研究非常遙遠(yuǎn)的Ia型超新星的亮度，有一些證據(jù)表明，暗能量密度和質(zhì)量密度的總和大約相等於臨界密度。因此，我們可能活在一個(gè)平面宇宙內(nèi)。這些研究還表明，宇宙膨脹正在加速。而加速度由質(zhì)量密度和暗能量密度的總和決定。暗能量是真空的能量，也稱(chēng)為宇宙常數(shù)。雖然可以測(cè)量，但我們知道的不多。精選課件問(wèn)：宇宙有多大，抑或是無(wú)限大？答：我們通用的術(shù)語(yǔ)「宇宙」為「可觀察的宇宙」，半徑是465億光年，中心點(diǎn)接近著我們。注意現(xiàn)在我們看著星系時(shí)，我們正觀看不同時(shí)間的歷史。星系愈遠(yuǎn)，光愈早射出。知多一點(diǎn)：從宇宙的模型可以看出，如果宇宙的密度小於/等於/大於一個(gè)稱(chēng)為臨界密度的值，那麼宇宙是開(kāi)放/平面/封閉的。宇宙是開(kāi)放而平面，就應(yīng)該是無(wú)限的；如果是封閉，則是有限的。一個(gè)有限的宇宙，有可能從時(shí)間開(kāi)始以來(lái)，從一些偏遠(yuǎn)星系發(fā)出的光都未到達(dá)我們這裡。因此，宇宙可能比我們可以觀察到的大。然而，在有任何物理後果或證據(jù)證明可觀測(cè)宇宙以外的東西存在之前，它們對(duì)我們並不重要。精選課件問(wèn)：宇宙以外是什麼？答：如果可觀測(cè)宇宙以外有物體存在，大爆炸以來(lái)，所有的光/信息都不能從它們到達(dá)我們這裡，所以不會(huì)有什麼證明，真的有東西在那裡。一個(gè)相關(guān)問(wèn)題：大爆炸前是什麼？

這個(gè)問(wèn)題問(wèn)得不好，就像問(wèn)北極的北面是甚麼。在北極，如果你走任一方向，你都朝南方走；縱然你向相反的方向走，你仍然朝南方走。精選課件問(wèn)：如果宇宙年齡是137億年，最遠(yuǎn)看得見(jiàn)的物體怎能在465億光年遠(yuǎn)？答：因?yàn)槲覀冋務(wù)撝餐苿?dòng)距離，共同移動(dòng)距離告訴我們物體今天的距離。知多一點(diǎn)：雖然從最遠(yuǎn)的可觀測(cè)物體出發(fā)的光只須旅行一百三十七億年，但同一時(shí)間內(nèi)空間正在膨脹；因此，物體比現(xiàn)在的137億光年更遠(yuǎn)。因?yàn)橛钪嬲跀U(kuò)張，有幾個(gè)有用的物理定義是關(guān)於距離的。最常提到的一個(gè)是如上定義的共同移動(dòng)距離。要更多詳細(xì)信息，見(jiàn)/redshift.html。/expansion.gif精選課件問(wèn)：若d>c/H，便違反了狹義相對(duì)論？答：沒(méi)有違反。當(dāng)

d>c/H，v=Hd>c。不過(guò)，這並不違反了狹義相對(duì)論，因?yàn)殂y河的後退是由於空間膨脹，而不是由於星系間的運(yùn)動(dòng)。知多一點(diǎn)：可觀測(cè)宇宙的半徑約14000Mpc，c/H≈4000Mpc，若超出這數(shù)值，星系遠(yuǎn)離我們的速度就超過(guò)光速。精選課件答：暗物質(zhì)也是物質(zhì)，但不放出或反射電磁輻射，以致不能讓人檢測(cè)。不過(guò)，重力掲示它的存在。暗能量是一個(gè)假設(shè)的真空能量，具有很強(qiáng)的負(fù)面壓力。它加速了空時(shí)的膨漲。知多一點(diǎn)：暗物質(zhì)和暗能量的成分，我們知到的並不多。可直接看到的總能量密度只有4％；有22％是暗物質(zhì)、74％是暗能量。暗物質(zhì)成分尚未知道，但可能包括：重子暗物質(zhì)：質(zhì)子、中子組成的物質(zhì)，如褐矮星、黑洞、黑色氣體雲(yún)。這些普通物質(zhì)不足夠解釋失卻的質(zhì)量。非重子暗物質(zhì)：如中微子、假設(shè)的基本粒子，如弱相互作用大質(zhì)量粒子(WIMP)。非重子暗物質(zhì)似乎構(gòu)成暗物質(zhì)的大部份。暗物質(zhì)也可能歸類(lèi)為：熱暗物質(zhì)：快速移動(dòng)的粒子，如中微子。冷暗物質(zhì)：緩慢移動(dòng)粒子/物體，如褐矮星。暗能量的存在，相等於廣義相對(duì)論中有一個(gè)宇宙常數(shù)，有著「空間成本」的含義。問(wèn)：暗物質(zhì)和暗能量是什麼？精選課件答：處處不同。問(wèn)：媒體/公眾如何對(duì)待天文學(xué)？奶粉電視廣告BoAAmazingKiss音樂(lè)錄影帶日本香港精選課件答：alex.choy@.hk

問(wèn)：我如何了解不同設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡呢？精選課件答：一些重點(diǎn)1.在草地上設(shè)置望遠(yuǎn)鏡可減少空氣對(duì)流，因觀察行星時(shí)解像度高是十分重要的?？蓹z查噴灑水，白天，混凝土路面吸收熱量；太陽(yáng)下山的幾個(gè)小時(shí)後，通過(guò)對(duì)流釋放熱量。2.在香港濕氣可以是個(gè)大問(wèn)題，防露是必須的。在戶(hù)外工作時(shí)，設(shè)備容易低於露水點(diǎn)以下。如果問(wèn)題嚴(yán)重，露點(diǎn)加熱器就必要了。鏡頭被露水弄濕後，抹乾它沒(méi)有幫助。沒(méi)有露點(diǎn)加熱器，被露水弄濕了的鏡頭意味著是時(shí)候收拾了。3.鏡頭上的塵無(wú)需清洗。如果灰塵問(wèn)題嚴(yán)重，可以壓縮空氣吹掉，或用照相機(jī)鏡頭清潔器件刷掉。鏡頭上的露點(diǎn)就不應(yīng)抹掉，應(yīng)留在溫暖的室內(nèi)，待露水蒸發(fā)，然後與乾燥劑一同存放在乾燥的地方。4.用鏡頭液清洗鏡頭時(shí)，小顆粒可以永久刮損鏡頭。因此，應(yīng)避免清洗。如果你一年清潔鏡頭多於一次，這可能太多了。5.保持溫暖，帶備一些食物和飲料，椅子更是少不了。問(wèn)：有任何使用望遠(yuǎn)鏡和觀測(cè)的提示嗎？精選課件答：常言道：用得最多的望遠(yuǎn)鏡就是最好的。不同學(xué)校有不同的需要，蓋因課程、地點(diǎn)、預(yù)算、學(xué)生人數(shù)各異。最重要的是要知道儀器是為了觀察用的、製作影像的，還是為了助長(zhǎng)啟發(fā)的。以下是一些可行的儀器選擇，於天文學(xué)初學(xué)者的圈子非常流行，亦因大量生產(chǎn)，故價(jià)錢(qián)便宜。細(xì)小而質(zhì)素又高的折射望遠(yuǎn)鏡，有著細(xì)小的經(jīng)緯—臥豎軸結(jié)構(gòu)：最佳的影像質(zhì)素，可四面轉(zhuǎn)動(dòng)，也是最貴的。折衷的辦法是買(mǎi)個(gè)細(xì)小且便攜的，經(jīng)常使用；觀察行星/太陽(yáng)/月球也很好；視野廣闊。(用望遠(yuǎn)鏡觀察太陽(yáng)時(shí)需要前置太陽(yáng)濾鏡)中型折反射鏡配GOTO架：價(jià)格合理，圖像質(zhì)量合理，但對(duì)比度有點(diǎn)低，視野狹窄；加上一個(gè)GOTO和跟蹤系統(tǒng)便非常強(qiáng)大；高功率成像或一般用途的觀察都很好。大型反射鏡與杜布蘇尼安(Dobsonian)架：體型大，但便宜；圖像質(zhì)量良好，但沒(méi)有跟蹤功能；外型大得可以