地球的天空 -太陽、月亮、星星的運動 蘇漢宗 成功大學 物理學系 天文實驗室 phys. ncku. edu

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1 地球的天空 -太陽、月亮、星星的運動 蘇漢宗 成功大學 物理學系 天文實驗室 http://www. phys. ncku. edu
地球的天空 -太陽、月亮、星星的運動 蘇漢宗 成功大學 物理學系 天文實驗室

2 講題綱要 講題大綱 浩瀚的宇宙 天球與天空的行政區 – 星座 恆星的週日運動、週年運動 (四季星空)
太陽的東昇西落 (週日運動)、週年運動 (四季星空的成因) 月亮的週日運動、月相變化 (週月？) 日、月食的成因 天象模擬軟體

3 浩瀚的宇宙 天文學常見的距離單位 1 AU (天文單位) = 1.5x108 km 1 ly (光年) = 9.46x1012 km
地球和太陽的平均距離 1 ly (光年) = 9.46x1012 km 光走一年的距離 1 pc (秒差距) = 3.26 ly 造成一秒視差角的距離 kly (千光年)、Mly (百萬光年)… kpc (千秒差距)、Mpc (百萬秒差距)… 陽光要用8.3分鐘才能傳到地球，用100公里的時速“開車“到太陽，至少要用掉170年。以先鋒者十號每秒12公里的航速，航行一光年要用二萬五千年。 宇宙的邊緣約有138億光年。 Chaisson

4 天球 (1/2) 離太陽最近的恆星是比鄰星 (Proxima Centauri)，距離為4.22光年，相當於4x1013km。以先鋒者十號每秒12公里的航速，要十萬年才能到達比鄰星。 可見得恆星都很遙遠，在人類的視覺中，幾乎都不動，在了解夜空中恆星運動的規則時，可以看成全部附著在一個很龐大的天球上。 比鄰星

5 天球 (2/2) 北天極 北極星 天球座標 赤經 (R.A., right ascension) + 60°
赤緯 (Dec., declination) 赤經(時間) 春分中午12時，通過格林威治村上空的子午線為0h，再細分成時、分、秒。 赤緯 (角度) 北天球的緯度為0到+90， 南天球的緯度記為0到-90， 再細分成度、分，秒。 參宿四的天球座標是 (5h55m10.3s,+07°24'25'‘) 使用天球座標，對望遠鏡的指向、追蹤觀測很方便。 + 60° 4h 極軸 參宿四 6h 赤緯 + 30° 赤道 赤 經 8h 10h 12h 天球赤道 0° - 30°

6 星座 (1/4) 參宿四 參宿七 Freedman 獵戶座的星場 較亮的恆星通常有名字，另外也根據亮度用希臘字母命名，例如參宿四 (Betelgeuse，獵戶座α)， 參宿七(Rigel，獵戶座β) ，另外還有許多星表，例如GSC , Vega, α Lyrae, BD +38°3238, HD , 3 Lyrae, HR 7001, GC 25466, SAO 67174, ADS 11510都是指織女星。

7 星座 (2/4) 獵戶座

8 星座 (3/4) 2003年9月21日夜九時 織女 天津四 天鵝座 天琴座 白羊座 飛馬座 牛郎 雙魚座 天鷹座 寳瓶座 火星 摩著座
鯨魚座 摩著座 半 人馬座 天蝎座 十字架座 2003年9月21日夜九時

9 星座 (4/4) 恆星自行運的效應 恆星並不是永遠不動的「恆星」，只是它們離地球都很遙遠，所以在人類的視覺幾乎都不動而已。以北斗七星為例，前後二十萬年的期間，它們的排列變化就不難分辨出來。 Seeds

10 恆星的周日運動 東 Freedman (KPNO的夜空) 從地球的北方向下看，地球沿逆時鐘方向自轉，導致了恆星(太陽)的東昇西降，也稱為是週日運動(diurnal motion)。在長時間曝光的影像裡，恆星會畫出弧狀的星流跡，由於地球每小時自轉15度，所以從星流跡相對於北極星所張開的弧長，就可以知影像曝光的時間。而在日落到日出之間的夜晚，因為地球自轉的因故，依序可以看到三個季節的恆星。 西

11 恆星的周年運動 仙女座 九月 英仙座 東 天鵝座 十一月 七月 地球軌道 西 太陽
Freedman 想像中，地球位在天球的中央，當地球繞太陽公轉時，無法看到面向太陽面的恆星，所以在不同的季節，所看到的恆星(星座)也不同，這種現象稱為恆星的周年運動，也造成四季星空的變化。由於地球每天約在軌道上前進一度，造成下一晚恆星提前約4分鐘昇起，一年之後再周而復始。

12 太陽的視運動 (1/4) 地球的公轉運動 地球的自轉和公轉的軌道面夾23.5度，因此地球的公轉運動，也造成地球的四季變化。太陽直射赤道地區時，正值北半球的春季或秋季(南半球的秋季或春季)。直射北半球時，北半球是夏季，南半球是冬季。斜射北半球時，北半球是冬季，而受陽光直射的南半球，反而是夏季。

13 太陽的視運動 (2/4) 由於地軸和軌道面夾23.5度角，造成在不同的季節時，陽光照射地球的角度不同。同理，太陽周日運動的路徑也有變化。對北半球來說，冬季時，太陽偏南，日出位置偏東南，以較低的仰角掠過天空，日落位置偏西南。春季和秋季，太陽幾乎從正東昇起，從正西落下。夏季時，太陽的視仰角很大，偏東北昇起，落日位置偏西北。在夏至(6/21)，正午時分，陽光直射北回歸線，陽光直射位在此線附近水井的底部。 Freedman

14 太陽的視運動 (3/4) 太陽的視運動 (周年) 同一地方，不同日期的太陽位置。如果每日在同一時間、同一地點拍攝太陽，可以看出太陽在一年之間畫出一個完整的“8”字型，稱為日行跡。

15 太陽的視運動 (4/4) 太陽的周年視運動 從地球的觀點，視覺上太陽在背景群星之中向東移動，每日約前進一度，大約365天繞一圈。太陽的視運動的軌道稱為「黃道」。由於太陽的週年視運動是起因於地球的公轉，因此地球公轉的軌道面和黃道面重疊。

16 地球的四季 Freedman 夏季 冬季 相同的能量分佈在不同的面積裡。夏季分佈的面積小，溫度高。冬季分佈的面積大，溫度低。

17 月亮的運動 (1/4) 月相變化和朔望月

18 月亮的運動 (2/4) 北極星 地平面上的天體不可見! 地平面
當月亮從地平面昇起時，稱為月出，落到地平面下時，稱為月落。其他的天體如太陽、恆星亦相似。 地平面 東 地球自轉 西 赤道

19 月亮的運動 (3/4) 月相的成因 Freedman

20 月亮的運動 (4/4) 月出與月落(日期皆為農曆)
初八 12am 12pm 十一 初五 初三 陽光 朔 初一 6am 6pm 十五 6pm 6am 望 二十四 十八 二十一 12pm 12am 月相變化 徐明敏先生攝

21 日、月食的成因 Freedman 為什麼不會每個月都有日食或月食？

22 日食 (1/2) 日落時分的日食 日食發生時，月亮從太陽的右上、右方或右下方切入，而復圓時，從太陽的左方出去。所以從上面這類照片，可以判斷日食發生的大略時間。 日出時分的日食

23 日食 (2/2) 日食的成因，以及日全食發生時，衛星所拍到的月影。 Freedman

24 月食 月食的成因，月食的長短和月亮在地球影子中的長度有闗。 Freedman

25 Starry Night (天象模擬軟體) http://www.starrynight.com/ (直購)
Starry Night Beginner ($30) Starry Night Backyard ($60) Starry Night Pro ($130) Freedman/Kaufmann, “Universe,” 6/e, Freeman (2002) 桂林圖書 (~ NT$1200, 附SN_beginner； ) 成大圖書部 可代定書