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2014年8月2日

從零開始 - 接觸天文第一步

By 56 

很多人都會覺得天文這一門興趣相當浪漫,然而,很多時他們都局限於數星星和欣賞夜空的階段,以致堅持不一會兒便放棄了這門興趣。事實上,要做一個業餘的觀星人士,並不一定要花上萬元去擁有一支天文望遠鏡,以下將會由淺入深,教導大家如何真正欣賞天文。
準備
1.      旋轉星圖
旋轉星圖上面有時間及日期的刻度,你可以根據你所在的日期和時間調較星圖至合適位置,所展示的星空便會是你仰頭望天所見到的畫面。一般來說,旋轉星圖都會標示一些較容易用肉眼分辨的星座,有些更專業的更會標示較出名的深空天體。很多坊間的書局都有售賣旋轉星圖,但在購買星圖之前,要多加留意星圖是否適合閣下住處,因為每個緯度的北極星位置其實都有分別,觀星時的視野自然有異。譬如說,在日本的夜空看到的星是較香港少得多,閣下見到的星有較大部份整晚都是圍著北極星繞動(亦即拱極星, Circumpolar Star)(稍後會再深入探討)。但一般而言,在香港買到的星圖都是沒有問題的。
2.      紅電筒
若果閣下在黑暗中突然被白光照射,會有甚麼感覺?有的人會覺得刺眼,甚至會覺得暈眩、不適。此外,很多時熱門的觀星地點都會有為數不少的攝影師拍攝星空,使用白電筒會很容易破壞他們的照片,而使用紅電筒則能減少對他們的影響。另外,使用紅電筒能減低光源對瞳孔的影響,其實,在雙眼進入黑暗環境之後,其瞳孔需要花上愈一小時的時間才能放到最大,讓我們看得見更多更暗的星,一旦突然被白光干擾,我們的瞳孔便要重新放大,白花了不少時間。所以,為了自己和別人的舒適,使用紅電筒會是一個不錯的選擇。
3.      地蓆
如果閣下不怕蛇蟲鼠蟻,其實你也大可以不用地蓆豪放地睡在石面上,也不過是冒著弄得一身蚊㫱的風險吧,當然,有草的地方就會弄得全身骯髒。其實帶多一張地蓆也不是很辛苦的事。
4.      其他
錢、地圖、個人用品、外套……這些都不用說了,但最重要的是帶足夠的水,因為很多時觀星地點都遠離市集。

計劃行程
在香港觀星也有過夜和不過夜之分,好好訂立你的行程,能令整個觀星夜快快樂樂地進行。鑑於前人已有太多這類型的文章,在此只簡單建議一些地點,大家可以在網上其實也可以找到關於各個地點的詳細資料。

1.      過夜地點建議
蒲台島、水口籮箕灣、塔門、天文公園、西貢東壩、長州、東龍島
2.      不過夜地點建議
大帽山停車場、大尾篤、大坳門、石澳、赤柱、中文大學、科技大學

3.      星級建議
蒲台島、塔門、西貢水庫東壩、東龍島

日子建議
記得在訂立行程時,要留意月相。農曆的月頭或月尾都有較佳的觀測星空的條件,但到接近滿月(大約農曆十五)時,月亮所反射的太陽光會掩蓋一部份的星空,令到較暗的星不能直接用肉眼觀測,或許會令閣下的雅興受損。

觀星前奏
其實市面上亦有不少軟件可模擬我們平日見到的星空,免費而有好用的軟件有Stellarium。此軟件用途繁多,不但能讓閣下對星空星座認識更多,只要click入任何的一顆星,閣下就會更清楚該星的資料,包括可視星等、絕對星等、赤經赤緯等資料,十分方便任何天文愛好者觀測天文。今時今日智能電話普及,所以,此類型的軟件已拓展至流動平台之上,例如Google Sky Map, Stellarium, Star Chart, Mobile Observation,不過,當中有很多都不是免費。關於手機的星象軟件,大家可參考http://www.guokr.com/question/486697/,這裏有更多的用後評論。

觀星去!
說過一遍,觀星不是去數星星,背後其實也有很多奧妙之處。

1.      無時無刻都在變化的星空
小學常識都教過我們,地球是以傾斜23.5度的角度由西向東自轉,這樣不但令到地球出現四季,更為我們的夜晚加添多一點「色彩」。

或許,大家應該先認識天球的概念吧。
(如果有興趣認識地心說的,可繼續觀看影片。)

天球是一個佈滿星星的球體,當然,不同的星和地球理應有不同的距離,但在天球內,距離卻都是一樣,不同的只是它們的光暗度。其實整個天球大概也是地球的投影,天北極和天南極分別位於地球的自轉軸上方。每一天,地球就是不停地由西往東轉,而太陽就跟著黃道走動,當到達夏至時太陽就會在北緯23.5度上方,而冬至時則在南緯23.5度上方,春分和秋分則在赤道上面。

在閣下處身的位置面向太陽時,因為地球有大氣層,當太陽光到達地球時,會在大氣層中散射,使到整個天空都變得很光很光,我們便因而看不到太陽附近的星。但因為太陽每一年都在不斷走動,當太陽走到天球的另一面時,那本來你看不到的星,便不受太陽光影響而看得一清二楚。

或許再具體一點,其實太陽走過的星座是叫黃道十二宮,亦即我們俗稱的十二星座,大約一月份左右會走到山羊座,二月會走到水瓶座,如此類推,到十二月就會走到人馬座。所以,在一月時我們就看不到摩羯座,但到七月卻能看見得到。

十二星座: 山羊座、水瓶座、雙魚座、白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、處女座、天秤座、天蠍座、人馬座

想知道各季可見到的星座?大家可參考前人所寫的文章。

春夏季星空(黑田&原始人, 2013

秋季星空 (Samantha, 2012)

冬季星空 (Joyce, 2013)

2.      東升西落的星星
由於地球是由西向東自轉,在我們眼中,宇宙內相對沒有太大活動的星體便會好像由東向西轉。不論是太陽還是月亮,其實也不過是一樣,都是東升西落,由東邊升起,西邊落下。

3.      星星的光暗
恆星的光暗可以目視星等來衡量,當一顆星較另一顆星光100倍,兩顆星的光暗便會相差5等。當可視星等的數值愈大,亦即代表該星愈暗,相反,若其數值愈小,該星則愈光。譬如說,太陽的目視星等是-26.8,而月球的星等在滿月的時候則大約為 -12.9。在良好、絕對黑暗的觀測環境下,我們的肉眼最多也只能看見目視星等為6的恆星。但即使在香港的郊區,受到光害的影響,我們能見到的星極其量也不過是4等吧。所以,有些人說外國的星星特別多、月亮特別光,或許只是因為他們受到的光害影響較低吧。

附一:星空二十大亮星

星座
名稱
星等
大犬座
天狼星
-1.46
船底座
老人星
-0.72
半人馬座
南門二
-0.27
牧夫座
大角星
-0.04
天琴座
織女星
-0.03
御夫座
五車二
0.08
獵戶座
參宿七
0.12
小犬座
南河三
0.38
獵戶座
參宿四
0.42
波江座
水委一
0.46
半人馬座
馬腹一
0.61
天鷹座
牛郎星
0.77
南十字座
十字架二
0.77
金牛座
畢宿五
0.85
天蠍座
心宿二
0.96
室女座
角宿一
0.98
雙子座
北河三
1.14
南魚座
北落師門
1.16
南十字座
十字架三
1.25
天鵝座
天津四
1.25
獅子座
軒轅十四
1.36
4.      北極星 - 勾陳一
由於地球會根據它的自轉軸轉動,所以,在自轉軸正上方的星便好像沒有轉動過一樣,而其他星則圍繞著它轉動,東升西落。而現代的北極星就叫作勾陳一,屬於小熊座。

當然,不同地方的北極星在天空裏的位置其實也不一樣,但其實閣下只要知道你所處身位置的緯度,就能把北極星的位置弄得一清二楚。譬如說,在香港,北極星就位於北方水平時上22.14度角的位置,而在赤道帶,北極星就處於地平線。那麼,上海的北極星又會再哪個位置呢?大家不妨探究一下。

當北極星位置離地平線愈遠,我們就會見到有更多的星圍著北極星轉動,這些星我們會叫作拱極星(Circumpolar Star),在夜空之中,它們終年不會沉在地平線下,也從來沒有升起的一刻,就只是年年月月地繞圈走(我想它們的生活也應該相當苦悶吧)。

太陽、月亮和其他行星包括木星和土星所產生的引力會令到地球的自轉軸根據一個周期不斷擺動,這個周期長達26000年,我們稱這種現象為歲差(Precession)。由於自轉軸不斷根據既定的軌道運動,天北極亦因而不斷走動,使到北極星的位置會隨年日而改變。

大約在一萬二千年後,我們常聽說的織女星就會成為北極星,整個星空屆時就會好像圍著此星轉動。


5.      天空的劃分
天空共劃分為88個星座,每個星座都有獨特的形狀,以下有一圖大家可以參考一下。但至於每個星座的命名,那就要問問古人吧!是誰有如此高的想像力?以下是從香港太空館獲得的網上星圖,大家如欲想了解更多,可點擊http://www.lcsd.gov.hk/ce/Museum/Space/StarShine/HKSkyMap/c_starshine_hkskymap.htm



很多星座都有自己的傳說、神話,大家不妨上網找尋星座神話吧,或許會為你的觀星夜加添多點趣味。

6.      深空天體
又有一篇前人的文章相當值得我們參考,大家不妨多加閱讀!

這篇文章介紹了各深空天體的特徵及分類。然而,無論在梅西爾天體列表(Messier Catalogue) ,或是NGC天體表 (New Generation Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars),都有愈百個甚至數千個項目,數目繁多,我們應如何入手?


還記得一開始介紹過的天象軟件Stellarium嗎?Stellarium除了會顯示各恆星的分佈位置之外,更會顯示深空天體的資料。只要在開啟Stellarium後,clickDeep Sky Object/深空天體,就會如上圖一樣,出現很多有黃色標記的星體,這些星體就被稱作深空天體。

一般而言,天體的種類及目視星等都是值得留意的項目,以便我們判斷該星體是否適合進行觀測。在觀測條件低的香港,即使出動到大口徑的望遠鏡,很多天體都因為太暗而不容易觀測得到。另外,若果我們的目標是星雲(Nebula),因為其本質比較矇矓,看起上來會像一層霞氣,灰灰白白的,不太明亮,所以,若果不花一點眼力,其實也不容易觀測得到。


NGC 7000 北美州大星雲

7.      熟悉的八大行星及它們的衛星
太陽系的行星大家都相當熟悉,有水星(Mercury)、金星(Venus)、地球(Earth)、火星(Mars)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)及海王星(Neptune),而曾經的行星-冥王星(Pluto)則在數年前被降格成矮行星。前四者被歸類為類地行星(Terrestrial Planet),而後四者則為氣體行星(Jovian Planet)。一般而言,類地行星都比氣體行星細小得多,舉例說,最小的氣體行星海王星的平均半徑大約為24,500公里,而最大的類地行星地球則為6,400公里,如此分別便相當明顯。


氣體行星,顧名思義,主要是由氣體組成,通常都會含有大量的氫氣、氦氣,同時亦有少量的甲皖及有機化合物,而其內層則是由重金屬和冰組成。相對的類地行星,則通常只由岩石組成,而在表層則可能有一層大氣層,由質量較高的氣體構成,譬如二氧化碳,而地球則有大量的氧氣和氮氣。

在夜晚觀星時,除了欣賞星圖裏面各個星座的恆星之外,行星亦是觸目焦點之一。當太陽光到達行星時,光便會在行星表面反射,然後回到地球。雖然說這些行星都不懂自己發光,但由於和地球距離都比除太陽以外所有恆星近(第二最近地球的恆星是半人馬座的南門二,距離約為4.3光年,亦即40,700,000,000,000,000米),所反射出來的光芒特別的光,當中木星、金星和水星都比夜空裏大多數的恆星光得多。

        附二:太陽系主要星體星等表
星體
星等
和地球距離
太陽
-26.71
1 AU
水星
-0.54
0.61 AU
金星
-3.32
0.28 AU
月球
-12.74
0.00256 AU, 384,000 km
火星
0.48
0.52 AU
木星
-1.78
4.20 AU
土星
0.68
8.54 AU
天王星
6.09
18.19 AU
海王星
7.71
29.07 AU
冥王星
14.20
38.48 AU

: 1 AU 定義為太陽和地球的距離,其數值為 1.5 x 10^11 m

還記得附一的星空二十大亮星表嗎?最光的天狼星也不及木星和金星光!

8.      行星的相位
另外,所有繞著太陽走的行星都有相位。何謂相位?譬如說,月球圍著地球轉,初七時我們會望見娥媚月,初九時我們會看見盈凸月,到接近十五時則有滿月。相位現象之所以發生是和這些星體與太陽的相對位置有關。


再以金星為例,如果它剛好在太陽和地球中間,由於太陽的光會照射在金星背和我們的一面,所以我們看到的金星也只會是黑色一片。但當太陽大約在金星和地球之間,由於太陽的光能在到達金星表面後再反射回來地球,我們便能很清楚望見金星的全貌。然而,外側行星,則軌道半徑大過地球的行星,一樣也會有相位,但其明顯程度則較內側行星水星和金星為低。

所以,我們在觀測水星和金星時或許會發現其光芒比其他星體特別明顯,這或許是因為相位的影響,使到所反射的太陽光顯得較為七綾八角。

9.      特別的行星 - 水星和金星


或許有人對你說過,水星和金星不曾出現在夜空之中,反倒在晨暮時份才有一面之緣。事實上,水星和金星,相比地球來說是內側行星(interior planet),亦即處於地球和太陽之間,如果我們要觀測此兩顆行星,就必需要面向太陽。日間陽光猛烈,而光線又會在大氣層散射,要觀測它們也不是易事。所以,一般人都會在黃昏或日出前的時份觀測水星和金星。若它們在日出前升起,就會被稱作晨星,相反則叫作昏星。

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