2宇宙中的地球 2.1 人與宇宙的連結─天文學 2.2 仰望穹蒼─解讀天象 2.3 認識星空與星空的規律變化

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1 2宇宙中的地球 2.1 人與宇宙的連結─天文學 2.2 仰望穹蒼─解讀天象 2.3 認識星空與星空的規律變化
地球與太陽尺度大小的比較。圖中的太陽為2002年7月美國太空總署的SOHO太陽觀測衛星利用遠紫外成像望遠鏡所取得的真實影像。此時太陽正好有一劇烈的噴發（右頁左下方），其尺度大小為地球的數倍。相對之下，我們的地球顯得渺小與脆弱。然而，太陽只是銀河系數百億恆星中的一名普通成員，銀河系外還有更多數不清的星系！ 太陽有為期11 年的活動週期， 最活躍的時期稱為「太陽極大期」， 此時太陽的噴發強度與黑子數目都到達最高峰。離這幅影像最近的太陽極大期在2000年。上圖為活躍期的太陽全貌。 2宇宙中的地球 2.1 人與宇宙的連結─天文學 2.2 仰望穹蒼─解讀天象 2.3 認識星空與星空的規律變化 2.4 宇宙的本質與宇宙中的地球

2 同一星座內的恆星依亮度由亮到暗 以α、β、γ……排序為原則
2.1星座與天球 國際天文聯合會統一星座的名稱和範圍，全天共分為 個星座。 由於組成星座的亮星僅是位於同一天區、方向的相鄰恆星，但彼此之間大多數並無物理上的關聯（例如：彼此間的引力影響），因此星座在天文研究中扮演的角色只是作為天空方向或天區的大略指標 88 同一星座內的恆星依亮度由亮到暗 以α、β、γ……排序為原則

3 繁星滿天，如何辨識與稱呼？ 星 球 看 似 排 成 某 些 特 殊 的 圖 案 ？ α β

4 M42鳥狀星雲 參宿四 參宿七

5 獵戶座 參宿四：540光年 參宿七：910光年

6 6

7 北斗七星在天空本無關聯， 距離我們自75～125光年不等，
由地球看來，恰巧投影成一個斗的形狀

8 春、夏 大熊座 β α 5 倍長 北極星 小熊座 秋、冬

9 亮星中西名稱對照(要記!!) 中文名 西文名 牛郎星 夏季大三角 天鷹座α星 天津四 天鵝座α星 織女星 天琴座α星 天狼星 冬季大三角
大犬座α星 參宿四 獵戶座α星 南河三 小犬座α星 參宿七 獵戶座β星 心宿二 天蝎座α星

10 赤經：由春分點開始逆時鐘方向的經度線， 每15°為1小時，每1小時可分60分。
天球 ：以地球為中心，位於無線遠處的假想空心球殼。 星星皆在球殼上. 天球上的經度稱為赤經；天球上的緯度稱為赤緯 b c a d 赤經：由春分點開始逆時鐘方向的經度線， 每15°為1小時，每1小時可分60分。

11 天球北極 天球赤道 春分點 黃道 天球南極 天空像巨大的圓球，群星鑲嵌在這圓球上， 每個星似乎都距離我們一樣遠，但明暗不同
太陽 黃道 天球南極 天空像巨大的圓球，群星鑲嵌在這圓球上， 每個星似乎都距離我們一樣遠，但明暗不同

12 地球自轉軸 1.你能指出 地球自轉 軸嗎? 2.天球赤道 與地球自 轉軸的關 係? 3.請模擬出 周日運動 4.太陽如何 繞地球?
1.你能指出 地球自轉 軸嗎? 2.天球赤道 與地球自 轉軸的關 係? 3.請模擬出 周日運動 4.太陽如何 繞地球? 參考：電子星座盤

13 23.5° 天球坐標系統 秋 夏 冬 春(升交點) （赤經12h，赤緯0°） 赤經6h 赤緯23.5° 赤經18h 赤緯23.5°

14 （1）天球中心：地球，即觀測者。 （2）天球上唯一不動2點是地球北極和南極所對應的天球北極和天球南極，二點的連線稱『極軸』 （3）天球赤道：地球赤道向外延伸，通過地球中心，與地軸垂直交天球面者。 （4）天球面座標有二種： 水平角度座標（赤經）：以春分點為基準，以時間單位為坐標，自西向東繞一圈劃分為24小時，故1h＝15度，且春分點為赤經為0 h，夏至＝___ h，秋分點＝___ h，冬至＝_____ h。 垂直天球座標（赤緯）：以天球赤道為基準，向南向北劃分 ±90° 。即 天球北極：＋90°；赤道：0°；天球南極：－90° 。 （5）地平線：由觀測者的東、西、南、北四方位同一水平面的圓。 天球以地球赤道為東西、兩極為南北。 （6）天球子午線：天球北極、天頂、天球南極三點連結的大圓為天球子午線。任一天體周日運動，過子午線，即過中天。 （7）而太陽在天球上運行一年的軌跡為黃道，一年 中太陽會沿著黄道由西向東運行一周，依序通過春分點、夏至點、秋分點和冬至點。 （8）『黃道』太陽在天球上運行的軌跡。與天球赤道交角：23.5°-補充資料-天文-

15 星座盤的使用

16 2.2星色與溫度 ‧2.2.1 天文學的第一步： 觀測―可見與看不見的宇宙 ‧2.2.2 隱藏在星光中的奧秘

17 電磁波接近地球時，哪些波段可以穿透大氣層？
只有可見光、少許的紅外線及某些波段的無線電波可以透過，對生物有害的X射線、紫外線等無法通過。 課本圖2.4

18

19 （1）恆星發出的光（即電磁波）具有不同波長
（或頻率 、能量）。 依波長可概分為 γ射線、χ 光、紫外線、可見光、紅外線、微波及無線電波等波段，而恆星會發出各種波段的輻射，不同波長的輻射能量呈曲線分布，稱為輻射 曲線。 （2）表面高溫恆星的輻射，以『可見光』中的藍紫光波 段的能量最強，因而星色偏 藍光的量＞紅光  『藍白色』。 （3）表面溫度較低的恆星之輻射在可見光中以紅光最強，因而星色偏『紅色』。 （4）表面溫度居中的恆星輻射量最高的波段，可能落在可見光的『黃光』，因而呈現『黃色』。 （5）『星色』能代表『恆星表面溫度』的高低；恆星表面溫度由低到高的顏色分別 紅橘  藍。 黃 白

20 太陽表面約6000K的高熱氣體輻射出『不同波長』的光，其強度分布如圖中黑線所示 藍色的星星只發出藍色的光？ 偏藍
○ 藍色的星星只發出藍色的光？ 偏藍 恆星主要由『高熱的氣體』所組成，溫度愈高時，釋放出愈多具高能（或短波長）的光子，因此光子的能量分布的峰值便朝短波長靠近！ 偏黃 偏紅 各種顏色都有！

21 λmax 高溫 恆星 低溫 恆星 紅光 紫外線 紅外線 藍光 藍光 紅光 星顯現偏藍色 星顯現偏紅色 γ射線 γ射線 無線電波 紅外線 微波
χ射線 紫外線 可見光 微波 χ射線 紫外線 紅外線 藍光 無線電波 γ射線 藍光 可見光 紅光 λmax 星顯現偏藍色 星顯現偏紅色

22 常見恆星的溫度及顏色 星名 顏色 1天狼星 藍 2織女星 白 3太 陽 黃 4五車二 橙 5心宿二 紅 123  4 5
3太 陽 黃 4五車二 橙 5心宿二 紅 星球表面溫度的高低排列: 123  4 5

23 小小測驗：那個溫度低？ 溫度低 C102-30 溫度高

24 星星的指紋─光譜與顏色 圖片來源：康熹編輯部 課本圖2-18

25 用電腦將兩架以上電波望遠鏡收集到信號合併起來

26 221　其他波段的觀測 位於美國新墨西哥州的非常大陣列

27 SMA 次毫米波陣列電波望遠鏡 2 x 6m (中2美6合作)
The best in the World HawaiiMaunaKea (夏威夷 毛納基 山高 4200m)　 Taiwan in Hawaii SMA 次毫米波陣列電波望遠鏡 x 6m (中2美6合作)

28 進行各種電磁波觀測的天文望遠鏡 其他波段的觀測 (E)伽瑪射線望遠鏡 (D)X射線望遠鏡 (C)紫外線望遠鏡 (B)紅外線望遠鏡
　其他波段的觀測 (E)伽瑪射線望遠鏡 (D)X射線望遠鏡 (C)紫外線望遠鏡 (B)紅外線望遠鏡 (A)無線電波望遠鏡 進行各種電磁波觀測的天文望遠鏡

29 2.3天體的亮度—視星等與絕對星等 ＊＊越亮的星，星等越小， 如全天最亮的恆星－天狼星其星等為-1等 視星等：平常所看見的星星的亮度
圖片來源：康熹編輯部

30 何謂亮度(B) 以視星等（m）來表示 地球上所見恆星的明暗程度 1、天津四 m = 1.3等 2、太陽 m = - 26.7等
星等數值『愈小』，亮度『愈大』 地球上看三顆星星的亮度由亮到暗: 2 3 1 一般人肉眼可看到最暗的星為 6等星

31 星球的亮度〜視星等（星等） 定義星等：每相差5等，亮度差100倍 星等每相差1等，亮度約相差 倍 <解>設每差一等相差a倍，則
星等每相差1等，亮度約相差 倍 <解>設每差一等相差a倍，則 (A)相差5等 共相差5*a=100，a=20倍 (B)相差5等 共相差a*a*a*a*a=a5=100 a=2.512 2.512 錯誤！ 正確！

32 星球的亮度〜視星等（星等） 重要!!!!必記!!!常考!!!! 星等差5等亮度差100倍 星等差4等亮度差40倍
公式：a等星的亮度約為b等星的(2.5)b-a倍 例：1等星的亮度約為6等星的 倍 -2等星的亮度約為4等星的 倍 (2.5)6-1＝100 (2.5)4-(-2) ＝250 重要!!!!必記!!!常考!!!! 星等差5等亮度差100倍 星等差4等亮度差40倍 星等差1等亮度差2.5倍 例:二顆星星等差『6等』可視為 5 + 1 ＝6 亮度差的倍數為100× 2.5 250倍

33 滿月比太陽亮 倍 40萬分之1 -12.6-（-26.6）＝+14 ＋14＝5+5+4 亮度＝1/100×100×40
滿月比太陽亮 倍 40萬分之1 -12.6-（-26.6）＝+14 【+：暗；－：亮】 ＋14＝5+5+4 亮度＝1/100×100×40 即較暗40萬倍

34 以絕對星等（M）來表示 何謂光度(L) 恆星真實的發光強度 天津四 M = - 7.15等 織女星 M = 0.45等
將星星們統一放在32.6光年的位置，加以比較【亮度】而推『光度』 何謂光度(L) 恆星真實的發光強度 天津四 M = 等 織女星 M = 0.45等 太陽 M = 4.87等 星等數值愈小，發光強度愈大

35 視星等m>絕對星等M 則星星的距離比32.6光年遠
m - M = 5 log d – 5 絕對等M 變亮 變暗 32.6光年

36 d 恆星發出(L)的光度 地球位於(d)之處 星

37 同表面積時，恆星的亮度與恆星的發光強度成正比
亮度(B) = 光度(L) 光度(L) = 4d2 球表面積 恆星的亮度與距離平方成反比 恆星發出(L)的光度 同表面積時，恆星的亮度與恆星的發光強度成正比

38 範例： 甲、乙兩星的發光強度為5：3 若地球距離甲、乙兩星的距離為2：1 則從地球看甲、乙兩星的亮度比為何？ 亮度(B) 光度(L) = 4R2 B甲：B乙= 5：12 地球上看乙比看甲亮

39 每差一個視星等，亮度差多少倍？ 5 10 0 = 2.512 1等 →2等 亮2.512倍 2等 →4等 1等 →6等 -2等 →2等
2 - 4＝－2亮2.5122＝6.25倍 1等 →6等 1-6＝－ 5亮2.5125＝ 100倍 -2等 →2等 －2－2＝－ 4亮2.5124＝ 40倍 3等 →-2等 3－（-2）＝＋5暗100倍亮1/100倍

40 1-6 1 2 3 4 5 6

41 在不同地區北極星的仰角都一樣嗎? 北極星的仰角=當地緯度！ 參考：不同緯度的星空 參考：北極星的仰角 課本圖2.13

42 北極星星光垂直向下且和赤道成90 °，也和緯度線成90 °
周日運度 指地球的自轉 看北極星的仰角=人所在的緯度 北極星星光垂直向下且和赤道成90 °，也和緯度線成90 °

43 觀測者所在位置的緯度＝觀測北極星的仰角 ！
康熹編輯部

44 範圍內的星星不會掉入地平線

45 東 北方仰角90。 北方仰角0。 北方仰角40。 90-緯度=星的軌跡與地平夾角 90-90度 90-0度 90-40度 ＝0 ＝90
50° 東 北方仰角90。 北方仰角0。 北方仰角40。 90-緯度=星的軌跡與地平夾角 90-90度 90-0度 90-40度 ＝0 ＝90 ＝50 自東向西 平行地平 自東向西 垂直地平 自東向西 與地平夾50°

46 由北極上空觀察地球，地球為逆時針自轉，即為自西向東轉。 地球自轉一圈：２４ 小時。 造成日、月、星辰均有東升西落的現象。
地球自轉一圈：２４　小時。 造成日、月、星辰均有東升西落的現象。 地球的自轉軸對準北極星，故北極星天空中的位置固定不變，不會東升西落。 日期 太陽直射 日出方位 日落方位 正午太陽仰角 正午影長 　夏至 ６／２２ 北緯 ２３．５° 東偏北 西偏北 天頂 ９０ ° 腳下 一點 春分３／２１ 秋分９／２３ 赤道 正東 正西 南方仰角 ６６．５ ° 南方 　冬至 １２／２２ 南緯 東偏南 西偏南 ４３ ° 南方竿影

47 天北極就是地球自轉軸指的方向，在這個方向，選取附近的亮星作為「北極星」。
北極星真的不會轉嗎? 天北極就是地球自轉軸指的方向，在這個方向，選取附近的亮星作為「北極星」。 北天極附近的星稱為拱極星，長時間的觀測或天文攝影，可看出它們明顯地圍繞著極點做為期一日的運行 西 東

48 除了北極星以外，其他恆星 月亮太陽都是東升西落的現象
恆星的周日運動 定義： 除了北極星以外，其他恆星 月亮太陽都是東升西落的現象 造成原因： 地球的自轉 地球上看恆星

49 恆星在天空移動了30° 恆星在天空移動了2小時 30°

50 周日運動：因地球自轉，自轉軸朝向北極星，所以星星看起來似乎繞著北極星轉
問題挑戰：你能指出照片中的方位嗎？ 北極星 （二等星） 圖片來源 北天日週運動  1998年9月20日, 1時40分, 露出 25 分, F5.6。35mm(F2) Nikon newFM2, Kodak E100VS（４倍増感） 　撮影地／乗鞍鶴池停車場 Photo:渡部 剛 西 北 東 圖片來源 北天日週運動  1998年9月20日, 1時40分, 露出 25 分, F5.6。35mm(F2) Nikon newFM2, Kodak E100VS（４倍増感） 　撮影地／乗鞍鶴池停車場 Photo:渡部 剛

51 問題挑戰：你能看出星跡長度、弧度有何規律性？
離北極星越遠，星跡長度越長，但弧度都一樣 北極星 （二等星）

52 問題挑戰：你能算出星星每小時轉動幾度？ 360度/24小時=15度/小時 北極星 （二等星）

53 周日運動：因地球自轉，自轉軸朝向北極星 ，所以星星看起來似乎繞著北極星轉
周日運動 (1)北極星幾乎不動 (2)其他星星東昇西落 (3)每隔一小時，星星繞北極星反時鐘（向西）旋轉15 ∘ 周日運動：因地球自轉，自轉軸朝向北極星 ，所以星星看起來似乎繞著北極星轉 北極星 （二等星）

54 問題挑戰：A→C需多少小時？ 圖片來源：康熹編輯部

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