望星空

(1)

(2)

8-1.1 　天體輻射

一、恆星內部進行核融合反應而釋放能量，這些能量以電磁波的方式向外輻射。二、恆星輻射出的電磁波依照波長由長到短，依序是無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、 X 射線與 γ 射線。但人眼只能藉由可見光波段，來辨識恆星的顏色與亮度。 _{恆星核融合釋放能量} 講義 P.146P.178P.178

(3)

不同電磁波段下觀測到的太陽影像

(4)

• 恆星所輻射出的電磁波，經地球大氣的選擇性吸收或反射，僅有可見光、無線電波及部分紅外線 ( 和紫外線 ) 能穿透大氣層到達地球表面。  大氣透明度表示大氣對各波段電磁波的通過程度， 0% 代表完全被吸收， _{100% 則代表完全穿透。} 講義 P.146P.178P.178

(5)

1. 地表較適合做可見光與無線電波波段的觀測。 2. 高山上可避開水氣影響的，亦可做部分的紅外線、次毫米波段觀測。 3. 其他波段則適合由 裝置在高空氣球或飛機上的探測器，或者太空望遠鏡來進行觀測。

講義 P.147 P.178-180 P.178-180

(6)

8-1.3 地表觀測的限制

• 無線電波望遠鏡不受日光與雲層的影響，可在地表做全天候的觀測。 • 可見光及紅外線波段的觀測受到下列限制： 1. 天氣狀態： (1) 必須在晴朗無雲的夜晚進行觀測。 (2) 通常在高山上，擁有較多的晴天數可從事觀測。 2. 光害：大氣中的氣體分子會將來自地面的光 源散射，使得夜空的背景變亮，而無法觀測較暗的星體。 3. 大氣擾動：不穩定的大氣會造成星光的閃爍，影響影像的清晰度。講義 _P.147 P.178-180 P.178-180

(7)

▼ 鹿林山天文臺 • 高海拔的山區因空氣稀薄，能降低大氣的干擾與光害以避開這些限制，故國家級的天文臺多設在高山上。如：臺灣的鹿林山天文臺 _{(2862m 高 ) 、夏威} 夷茂納開亞山的天文臺群講義 P.147

(4200m 高 ) 、智

利的歐南天文臺

(3000m 高 ) 。

(4200m 高 ) 、智

利的

歐南天文臺

(

3000m 高 ) 。

P.178-180 P.178-180

(8)

夏威夷茂納開亞山天文臺群（

_4200 m

）

P.181 P.181

(9)

智利的歐南天文臺（

_3000 m

）

P.181

(10)

(11)

(12)

8-2

　光學望遠鏡

• 光學望遠鏡收集及分析天體發出的可見光，以了解各天體。 • 藉由對光學望遠鏡構造的了解，進而知道折射式、反射式光學望遠鏡的區別及其優缺點。 • 光學望遠鏡可以有更好的聚光能力、解析能力、放大能力。

(13)

一、望遠鏡的主要

構造有

物鏡

、

目

鏡

、鏡筒與

尋星

鏡

。

二、依照物鏡聚光

方式分：

(

一 )

折射式

望遠

鏡　

(

二 )

反射式

望遠

鏡

講義 P.149 P.182-183 P.182-183

(14)

尋星鏡

• 因望遠鏡放大倍率較大，所見視野相對減少，因此須借助倍率較小、視野較大的尋星鏡來幫助尋找目標。



在使用望遠鏡之前，

必須先調整尋星鏡，使

之與主鏡對準遠方相同

的物體，確定尋星鏡與

主鏡視野中心是望向相

同的目標。

(15)

折射式望遠鏡

講義 P.150 P.182-183 P.182-183 物鏡凸透鏡　　成像星光經物鏡產生聚焦成倒立的影像。折射現象，優點 1. 成像銳利。 2. 維護容易，一般小型望遠 鏡較常採用。缺點 1. 有色差問題。 2. 不易磨製大口徑且高精度的透鏡。 3. 大口徑鏡片過於沉重，易變形，且鏡筒較長不易架設。

(16)

• 目前世界最大的折射式望遠鏡位在芝加哥大學葉凱士天文臺，口徑約 1 公尺（ ₄₀ 英吋）。講義 P.151 P.182-183 P.182-183

世界最大的折射式望遠鏡

(17)

色差

• 不同波長的光通過透鏡時的折射角度也不同，造成點周圍會出現一圈藍色或紅色的現象，這種成像上的缺陷稱為色差。 • 一般解決方式是再加上一片鏡片來修正，讓不同色光能儘量聚焦在同一點上。講義 P.150 P.182-183 P.182-183

(18)

物鏡為

凹面鏡

，星光

經面鏡

反射

後聚焦成

倒立

的影像。

反射式望遠鏡

講義 P.150 P.182-183 P.182-183

(19)

講義 P.150 P.182-183 P.182-183

物鏡

凹面鏡

　　

成像星光經面鏡

反射

，聚焦成

倒立

的影像。

優點

1. 成本較低廉。

_{2. 能克服折射式望遠鏡的缺點，大部分研}

究用的

大型望遠鏡採用反射式望遠鏡

。

缺點

大型望遠鏡採反射式的設計，且以組合式

鏡片來取代單一鏡片，但金屬薄膜

易氧化

而

影響成像

品質。

補充

蓋塞格林反射式望遠鏡

增加正放的鏡片再作一次反射，並在主鏡

：

中央開一孔，

大幅縮短鏡筒長度

。

反射式望遠鏡

拋物面聚焦較佳，球面易有像差

(20)

球面像差

• 偏離視野正中央的焦點，星

點無法呈現正圓形。

(21)

反射式望遠鏡的種類

A. 牛頓式

B. 蓋賽格林式

講義 P.150 P.182-183 P.182-183  蓋塞格林改良了牛頓的設計大幅縮短鏡筒長度，大受歡迎

(22)

加那利大型望遠鏡

講義 P.150

P.182-183

(23)

折反射式望遠鏡

優點：口徑大小、成像品質與造價間較容易取得平衡。次鏡：凸雙曲面鏡主鏡：挖洞的球面凹面鏡

(24)

三、架設方式 ( 一 ) 經緯儀：可透過馬達同時調整方位角與仰角來觀測天體。講義 P.149P.184P.184

(25)

缺點：要同時控制兩

個方向，操作較難

→由電腦自動控制。

優點：構造較簡單，

大型望遠鏡還是利用

經緯儀。

望遠鏡的支架

_{——經緯儀}

仰角方位角

(26)

望遠鏡的支架—經緯儀

(27)

望遠鏡的支架—經緯儀

方位角方位角

(28)

望遠鏡的支架—經緯儀

操作兩個轉動軸來追蹤星星操作兩個轉動軸來追蹤星星

(29)

三、架設方式 ( 二 ) 赤道儀：將赤道儀的極軸對準天北極，使極軸與地球自轉軸平行，再透過馬達使赤道儀以與地球自轉速率相同但方向相反的速度繞極軸轉動，以抵消地球自轉造成的影響，使天體長時間停留在望遠鏡的視野中。講義 P.149P.184P.184

(30)

望遠鏡的支架—赤道儀

• 優點：追踪星體較簡單 • 缺點：望遠鏡的重量都壓在旋轉軸上，而赤道儀的載重有限。平行地軸

(31)

望遠鏡的支架

_{——赤道儀}

講義 P.149P.184P.184

(32)

(33)

一、肉眼觀測： 以 6-8mm 大小之瞳孔來看 ( 一 ) 可見亮度極限約 6 星等。 ( 二 ) 可辨識之視線角度為 1 角分 （ 1°=60 角分， 1 角分＝ 60 角秒）。 講義 P.152 P.184-185 P.184-185

(34)

2. 即兩天體對地面的夾角，可辨識之視線角度愈 小，解析能力愈好，其單位是角秒（可辨識角 _φ = 2.1×105λ / a 。 λ為電磁波波長，單位為 mm ； a 為物鏡口徑大小，單位為 mm ）。 3. 與望遠鏡的口徑成正比。 4. 望遠鏡的口徑愈大，得到的影像愈清晰。 • 聚光能力 1.與望遠鏡口徑的平方成正比 2.望遠鏡的口徑愈大，能收集的光線愈多，影像也愈明亮 • 解析能力 1.將兩個鄰近物體清楚分辨的 最小距離。兩天體間的距離講義 P.152 P.184-185 P.184-185

(35)

光學望遠鏡的功能

•放大能力

1.放大率為

物鏡焦距與目鏡焦距的比值

。

2.同一望遠鏡，若使用

焦距愈短的目鏡

，影

像被放大的

倍率愈大

。

3.因聚光能力已受口徑大小的限制，故天體

影像被放大的

倍率愈大

，天體

看起來比較暗

。

講義 P.152 P.184-185 P.184-185

(36)

-26.7 等 -12.5 等 天狼星 -1.5 等

一般肉眼所見的極限約為 6 等

講義 P.152 P.184-185 P.184-185

(37)

• 有兩個物鏡、兩個目鏡，成像為正立的影像，常用於地面遠距觀測，如賞鳥等。 • 其目鏡無法更換，故放大倍率通常是固定的。 • 規格：如標示的數字─ 7×50 1. 第一個數字「 7 」指的是 望遠鏡的放大倍率。 2. 第二個數字「 50 」指的是 望遠鏡的口徑（物鏡直徑，單位 _{mm ）} 雙筒望遠鏡的構造示意圖講義 P.152P.185P.185

(38)

富家女與窮書生

• 富家女嫁給窮書生，因覺得家中太檢樸。 • 就在家門口寫了對聯 : 二三四五 - 南北 - 六七八九 • 缺衣 (1) 、無食 (10) 、沒 東西。 • 窮書生看了，笑一笑，順手就在旁邊寫下：一二四五 - 中 - 六七九十 • 沒大、沒小、少三八。

(39)

8-3

近代天文觀測與太空觀測

P.186 P.186 講義 P.155

(40)

8-3.1 地面觀測的發展

•觀測技術的改進

(

一 ) 現今多以

組合鏡片取代單一大口徑鏡片

。

【例】目前世界最大的反射式望遠鏡是加納利

大型望遠鏡（

_{GTC ），由 36 片六角形反射鏡}

組合而成，有效口徑達

_{10.4 公尺，位在非洲}

西北側的加納利群島上。

(

二 ) 利用地面

雷射在高空製作人造引導星

，

透過

電腦運算

調整鏡片位置來

修正

主鏡形狀，

以

抵消大氣擾動

，進而得到清晰影像。 (

自適

應光學技術

₎

(41)

自適應光學技術

• 自適應光學技術：利用地面雷射在高空製作人工的引導星，透過電腦運算即時調整各小鏡片的位置，來修正望遠鏡主鏡的形狀，用以抵消大氣擾動的影響，進而得到清晰的影像講義 P.156 P.186-187 P.186-187

(42)

8-3.1 地面觀測的發展

( 三 ) 將數個小望遠鏡對同一顆星同時觀測，利用干涉技術，將影像加疊在一起，可以獲得更多此一星體的細節。其有效口徑與望遠鏡擺置的直徑有關，因此解析能力可大幅提升。 【例】夏威夷茂納開亞山上的凱克望遠鏡由兩座口徑 _{10 公尺的望遠鏡組} 成，兩者設置在同一基座上並相距 _{85 公尺，各望} 遠鏡可獨立觀測，也可使用干涉觀測組成一有效口徑為 _{85 公尺的大型望遠} 鏡。講義 P.155 P.186-187 P.186-187

(43)

(44)

8-3.1 地面觀測的發展

• 記錄影像的進展 以電荷耦合裝置（ CCD ）及互補金屬氧化物半導 體（ _{CMOS ）取代傳統底片，讓影像紀錄數位化便} 於分析，且感光能力更敏銳，成為天文觀測的利器。天文專用的冷卻 CCD 。天文專用的冷卻 CCD 。

(45)

8-3.2 無線電波望遠鏡

•無線電波望遠鏡簡稱電波望遠鏡 ( 一 ) 藉由碟形天線收集電波與信號接收、處理與顯示，對研究溫度較低的星際雲氣特別有用。 ( 二 ) 優點：不受天候限制，可日夜觀測。講義 P.156 P.188-189 P.188-189

(46)

( 三 ) 缺點： • 訊號微弱 ( 解析力較差 ) ，常需要極大的口徑（如阿雷西波望遠鏡即依山谷而建，口徑達 _{305 公} 尺—現增大為 _350M ）或電波望遠鏡形成陣列來增加解析能力 • 美國新墨西哥州沙漠中的天線陣，由 _{27 個直徑 25} 公尺的碟形天線組成，排成 Y 字形。若同時使用時，其最大的解析力相當於一個直徑 _{32 公里的電波} 望遠鏡。講義 P.156 P.188-189 P.188-189

(47)

阿雷西無線電波望遠鏡

中美洲波多黎各的阿雷西波（ _{Arecibo ）無線電} 波望遠鏡，是現今最大的單一反射面無線電波望遠鏡口徑 _{305 公尺後擴建成 350 公尺。} 講義 P.156 P.188-189 P.188-189

(48)

無線電波望遠鏡

•美國新墨西哥州電波望遠鏡－ 27 個直徑 25

公尺的碟形天線組成，最大的解析力相當於

一個直徑

_{32 公里的電波望遠鏡}

講義 P.156 P.188-189 P.188-189

(49)

智利天文陣列

_{ALMA －地表}

最大

• 2013 年 3 月 14 日啟動

(50)

8-3.3 太空

觀測

一、可以有全波段觀測（除地面上可採用的可見光、紅外線、無線電波外，尚可使用紫外線、 X 射線、伽瑪射線望遠鏡）。二、可以避開光害，不受大氣影響（如離地 _{600 公} 里的哈柏太空望遠鏡，口徑僅有 _{2.4 公尺，但} 其能力卻超過地面絕大部分的光學望遠鏡）。三、缺點：運送、安裝不易，造價高，因此無法做得很大，且易受太空中的高能粒子轟擊造成損壞等。哈柏太空望遠鏡口徑哈柏太空望遠鏡口徑 2.4_2.4 公尺公尺哈柏太空望遠鏡口徑哈柏太空望遠鏡口徑 2.4_2.4公尺公尺講義 P.156 P.190-191 P.190-191

(51)

卜朗克太空望遠鏡

-

微波望遠

鏡

_講義

(52)

威爾金森太空望遠鏡

-

微波望

遠鏡

_講義

(53)

赫歇爾太空望遠鏡

-

紅外線望遠

鏡

講義 P.156P.190P.190

(54)

史匹哲太空望遠鏡

-

紅外線望

遠鏡

講義 P.156P.190P.190

(55)

XMM-XMM-

牛頓太空望遠鏡

_-

X

射線望遠鏡

講義 P.156P.190P.190

(56)

錢卓太空望遠鏡

_-

X

射線望遠

鏡

講義 P.156P.190P.190

(57)

康卜吞太空望遠鏡

_-

γ

射線望遠鏡

講義 P.156P.190P.190

(58)

愛妳的先生

• 高雄一對夫妻相約前往北部旅遊，先生出差先行北上，在飯店裡訂好房間、排好行程，隨即 _E-mail 給太太，因先生的疏忽把太太的 _{E-mail 信箱打錯} 。 • 這封信誤送到一位剛為她先生辦完告別式婦女的信箱裡。她正在家中發 _{E-mail 感謝親友的關心，不} 料大叫一聲就昏倒了_…… • 兒女趕過去，見到打開的電子郵件畫面。 • 「親愛的：我已經住進來了，也為妳打理好一切要用的東西。這裡可不比我們住的地方，好冷喔！來時記得多帶點禦寒的衣物，多虧網路的盛行，在這裡也能發 _{E-mail 。　　愛妳的先生」}

(59)

一、若能做近距離或接觸性的探測，將能提供更直接、更精確的資訊，供科學家判讀與研究。二、數十年來，使用太空探測船直接飛抵行星進行太陽系行星探測的研究，獲得許多寶貴的資料，使人類對太陽系的起源與演化更加了解。講義 P.156-157 P.192-193 P.192-193

8-3.4 太陽系探測

(60)

太陽系探測年表

• 數十年來，使用太空探測船直接飛抵行星進行太陽系行星探測的研究，獲得許多寶貴的資料，使人類對太陽系的起源與演化更加了解。

(61)

太陽系探測

2011 2000 1990 1980 1970 196 0 1950 講義 P.156-157 P.192-193 P.192-193

(62)

太陽系探測

2011 2000 1990 1980 1970 196 0 1950 講義 _P.157 P.192-193 P.192-193

(63)

2011 2000 1990 1980 1970 196 0 1950