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...
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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.tw/~astrolab/
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
浩瀚的宇宙天文學常見的距離單位• 1 AU ( 天文單位 ) = 1.5x108 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
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
天球 (2/2)天球座標赤經 (R.A., right ascension)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。
北天極
天球赤道
北極星
極軸
赤緯
赤經
0°
- 30°
+ 30°
+ 60°
4h
6h
8h
10h 12h
赤道
參宿四
星座 (1/4)
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 1234 1132, Vega, α Lyrae, BD +38°3238, HD 172167, 3 Lyrae, HR 7001, GC 25466, SAO 67174, ADS 11510 都是指織女星。
參宿四
參宿七Freedman
星座 (2/4)
獵戶座
星座 (3/4)
2003 年 9 月 21 日夜九時
織女
天琴座
天鷹座
天鵝座
天津四
牛郎
火星
雙魚座
寳瓶座
摩著座
半 人馬座天蝎座
白羊座
鯨魚座
十字架座
飛馬座
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
恆星的周日運動
西
東
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。
(KPNO 的夜空 )
Freedman
恆星的周年運動
西
東
太陽
天鵝座
九月
仙女座
十一月
英仙座
七月
地球軌道
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。
Freedman
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。
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
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。
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。
地球的四季
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。
Freedman
月亮的運動 (1/4)
月相變化和朔望月
月亮的運動 (2/4)
西
東
北極星
地平面
赤道
地球自轉
地平面上的天體不可見 !
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。
月亮的運動 (3/4)
月相的成因
Freedman
月亮的運動 (4/4)月出與月落 ( 日期皆為農曆 )
陽光初一6am6pm
初八 12am12pm
十五 6pm6am
二十一12pm12am
初三
初五十一
十八
二十四
月相變化徐明敏先生攝
朔望
日、月食的成因
Freedman
為什麼不會每個月都有日食或月食?
日食 (1/2)
日出時分的日食
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
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
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 (200
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