浩瀚的宇宙

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6-3

浩瀚宇宙

6-3

浩瀚宇宙

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星團與星雲

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星系

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時空中的宇宙

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時間與距離大麥哲倫星系～ 160,000 光年小麥哲倫星系～ 200,000 光年圖片來源：http://www.fineartphotoblog.com/nature/night-sky-over-the-church-of-the-good-shepherd 我們看到的大麥哲倫星系是 16 萬年前的影像，小麥哲倫星系則是 20 萬年前的影像，地球上看到的星空係不同時空的疊合，當我們看得愈遠，實際上是看見愈古老的過去。

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宇宙的結構 愈上方的層級，占據的空間尺度愈大。超星系團超星系團星系團 ( 群）星系團 ( 群）星系星系星雲星雲星團星團恆星恆星行星、矮行星行星、矮行星小行星、彗星小行星、彗星衛星衛星 宇宙組織由大到小 ( 平均總質量或空間尺度 ) ：宇宙＞超星系團＞星系團＞星系＞星團 - 星雲＞恆星＞行星＞衛星。 地球上可清楚看到的個別恆星 ( 或星座 ) 、星團及星雲均為我們銀河系內的天體。

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星團 星團：許多恆星因萬有引力而聚集成團，其組成的恆星幾乎是同時期形成的，依外形可分為兩類：種類　球狀　星團　疏散　星團數量 1. 數千到數百萬個恆星所組成。 2. 成員間彼此較緊密，愈近中心區域愈密集。 1. 數十到數千個恆星所組成。 2. 成員間彼此距離較大。年齡 ( 質量 ) 從形成至今年齡較老 ( 質量較小 ) 。從形成至今年齡較_{年輕 ( 質量較} 大 ) 。位置位於本星系的銀暈中。位於本星系的_{渦臂 (} _{盤面 )} _上。旋

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星團種類球狀星團疏散星團圖例半人馬座星團昴宿星團 M45

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星雲星雲屬性與恆星誕生有關與恆星死亡有關類別　暗　星雲發射星雲反射星雲行星狀　星雲超新星遺跡 星雲：星際的氣體與塵埃，主要組成是氫，依成因可分為兩類

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星雲星雲類別　暗　星雲　發射　星雲反射星雲行星狀　星雲超新星遺跡成因由高密度不透光的氣體與塵埃所組成，多因遮住背景的亮光而顯現因鄰近大質量恆星發出高能量光子，激發星際塵埃游離，輻射出各種不同的色光，主要是氫元素輻射的紅光。只反射光線，本身不游離，常呈藍色。瀕臨死亡中的恆星所噴發出氣體的現象。超新星爆炸後的殘骸

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星雲星雲屬性與恆星　誕生　有關與恆星　死亡　有關圖例馬頭暗星雲人馬座三裂星雲（ M20 ）天琴座環狀星雲（ M57 ）金牛座蟹狀星雲（ M1 ）

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星系

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星系星系 西元 1925 年哈伯根據星系的外觀將星系分四大類星系類別螺旋星系棒旋星系橢圓　星系　不規則星系結構比較核球有有 ( 但比較複雜 ) 有不明顯盤面有有沒有有豐富的氣體與塵埃，也有類似銀河系內的許多恆星現象，但未見明顯旋渦臂結構。

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星系星系星系類別　螺旋星系　棒旋星系　橢圓星系不規則　星系圖例螺旋星系獵犬座 M51 天爐座棒旋星系 NGC136 室女座橢圓星系 M87 大麥哲倫雲星系

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銀河系太陽太陽 100,000 光年核球核球漩渦臂漩渦臂 26,000 光年 銀河系外形：介於螺旋星系與棒旋星系之間，只是棒狀結構較不明顯。 http://gallery.spitzer.caltech.edu/Imagegallery/image.php?image_name=sig05-010

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銀河系的結構與組成銀河系的結構與組成結構部位組成核球星系中央恆星密集的區域盤面核球的外圍 ① 明亮的旋渦臂（內含恆星、疏散星團、星雲及塵埃）。 ② 高密度不透光的氣體與塵埃。　銀暈盤面上、下的球狀空間散布著球狀星團，各以不同的旋轉面繞著核球打轉。

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銀河系的側視圖  http://planetquest.jpl.nasa.gov/gallery/gallery_index.cfm 核球：恆星密集區盤面：旋渦臂 ( 含疏散星團 )+ 高密度不透光氣體與塵埃銀暈球狀星團太陽按此觀看影片按此觀看影片按此觀看影片按此觀看影片宇宙過去面貌按此觀看影片按此觀看影片按此觀看影片_{按此觀看影片} 星系

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哈伯望遠鏡所拍攝的深空影像

深空影像所包含的區域幾乎沒有銀河系中的恆星，可見的 3,000 多個物體全部都是遙遠的星系，其中更包含了目前所知最早以及最遙遠的星系。

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哈伯深太空影像 20 等星整個影像的長寬在天空中所占的區域，大約是滿月直徑的 1/30 。整個畫面中充滿成群的星系，天文學家相信整個宇宙各方向的空間充滿著如同這幅影像所呈現的星系分布特徵。

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宇宙宇宙 天文學家估計宇宙中的星系數量約有五百億個以上，而整個宇宙就是這些星系由小而大依序架構的大組織： 宇宙中的時間尺度和空間尺度是相對應的，例如 120 億光年遠（空間尺度）的星系，其所觀測到的影像也正是 _{120 億}年前（時間尺度）的景象。

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大霹靂學說的主要證據 1. 1. 哈伯的發現哈伯的發現 (( 哈柏定律哈柏定律 ₎₎ 距離越遠的星系以越快的速度遠離我們距離越遠的星系以越快的速度遠離我們 _=>_=> 宇宙正在膨脹宇宙正在膨脹 _=>_=> 反推宇宙初形成時有很高的密度反推宇宙初形成時有很高的密度

_=>_=> 現今宇宙起源於一次現今宇宙起源於一次大爆炸大爆炸 _{(Big bang)}_{(Big bang)}

星系遠離速度星系遠離速度 ₌₌ 距離距離 _{× H}_{× H} ，_， HH 為常數為常數 宇宙年齡宇宙年齡 (( 大爆炸始大爆炸始 ₎₌₎₌ 距離距離 ÷÷ 星系遠離速度星系遠離速度 2. 3K( 2. 3K( 宇宙微波宇宙微波 )) 背景輻射背景輻射：威爾遜、潘奇亞斯：威爾遜、潘奇亞斯所發現宇宙四面八方均存在的微弱的所發現宇宙四面八方均存在的微弱的 _3K(_3K( 大爆炸大爆炸後冷卻至今的溫度後冷卻至今的溫度 )) 背景輻射背景輻射復習

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哈伯定律哈伯定律  1929 年，美國天文家哈伯分析星系的光譜時，發現遙遠的星系在光譜上均呈紅位移的現象，亦即在視線方向上遠離我們而去 距離愈遠的星系奔離的速度愈大，奔離速度與距離成正比，這個關係式被稱為哈伯定律： V ＝ H × D V ：奔離速度（公里 / 秒， _{km/s ）} D ：距離（百萬秒差距， Mpc ） H ：哈伯常數（公里 / （秒‧百萬秒差距）， _km/ （ s Mpc‧ ）） 經過多年的觀測與修正， H 約為 71 公里 / （秒‧百萬秒差距）復習

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哈伯定律哈伯定律 橫軸表示星系與地球的距離，單位百萬秒差距 (Mpc) ；縱軸表示星系的遠離速度，單位為 km/sec ，距離我們愈遙遠的星系，遠離的速度愈快。復習

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宇宙不等速膨脹 根據宇宙學家推測，目前宇宙處於加速膨脹的階段。  圖片來源： http://www.lastwordonnothing.com/wp-content/uploads/2010/06/future_universe2.jpg 加速膨脹減速膨脹時間宇宙的大小大霹靂發散式的宇宙大壓縮

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都卜勒效應波源相對遠離波長變長頻率降低波源相對接近波長變短頻率增高 V = f × λ 波速＝頻率 _{× 波} 長復習

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利用都卜勒效應測量天體的徑向速度

靜止遠離接近紅移藍移復習

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（ D ）範例練習範例練習 1. 星球的顏色與下列何者密切相關？　 (A) 星球的大小　 _{(B) 星球的密度　 (C) 星球的亮度} (D) 星球的表面溫度。解題要訣：星球的表面溫度影響星星的輻射狀況，星球會呈現不同的顏色。

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2. 下圖為高溫的氫雲其電子之能階變化情形，判斷此時出現的光譜型式為下列何者？　 _{(A) 連續光} 譜　 _{(B) 吸收光譜} (C) 發射光譜　 (D) 反射光譜。（ C ）範例練習範例練習解題要訣：由圖可看出此為原子中電子降低能階時釋出之光子，故為發射光譜。

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3. 當光線通過較低溫的氣體時，會形成哪一類光譜？　 _{(A) 連續光譜　 (B) 吸收光} 譜　 _{(C) 發射光譜　 (D) 反射光譜。} （ B ）範例練習範例練習解題要訣：低溫的氣體會吸收特定波長躍升能階。

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4. 分析恆星的吸收譜線可直接判斷恆星的哪一項性質？　 _{(A) 光度　 (B) 距離　 (C)} 大小　 _{(D) 化學成分。} （ D ）範例練習範例練習解題要訣：恆星的熱輻射通過低溫、低密度的氣體，某些特定波長的電磁波會被吸收，在光譜上出現一些相對應的暗紋（即吸收譜線），故可判斷恆星的化學成分。

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5. 天文學家將恆星分為 O 、 B 、 A 、 F 、 G 、 K 、 M 等七個主要類型，是依據下列哪一性質劃分？　 _{(A) 恆星表面溫度　 (B)} 恆星大小　 _{(C) 恆星光度　 (D) 恆星距離。} （ A ）範例練習範例練習解題要訣：此七個類型反應出不同的光譜，光譜不同也是因不同表面溫度所致。

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6.( 甲 ) 星色為黃色； ( 乙 ) 發出之譜線型式主要為發射光譜； ( 丙 ) 熱量來源主要為氫融合成氦的核反應； ( 丁 ) 依光譜型分類則屬 G 型星。上列有關太陽顏色及溫度的敘述，正確的為　 _{(A) 甲、丙、丁} (B) 乙、丙　 (C) 甲、丁　 (D) 丙、丁。（ A ）範例練習範例練習解題要訣：太陽發出之譜線型式應為吸收光譜。