1、活動主題活動主題：星象觀測我們的理念：我們的理念：鼓勵家人一起遊戲、活動和服務，增進彼此的互動與親密，鼓勵家人一起遊戲、活動和服務，增進彼此的互動與親密，同心建造健康和諧、溫暖有愛的社會。同心建造健康和諧、溫暖有愛的社會。我們的特色：我們的特色：以生活體驗分享為重點，取代知識性的傳遞，以生活體驗分享為重點，取代知識性的傳遞，從活動、聯誼、服務中成長散發和諧家庭的氣氛從活動、聯誼、服務中成長散發和諧家庭的氣氛 。講員：陳輝樺陳輝樺 國立自然科學博物館展示組金山鄉合家歡協會合家歡協會三和國小放眼天文、熱愛自然放眼天文、熱愛自然天文營課程 l一、認識星象觀測l二、動手做簡易立體星座l三、操作解說立體
2、星座l四、認識當月星空活動內容活動內容星象星象觀測觀測國立自然科學博物館天文物理學博士 陳輝樺陳輝樺哲理哲理 與與 科學性思維科學性思維 l本講演目的是想教你本講演目的是想教你如何進行星象觀測？如何進行星象觀測？，而不是，而不是告訴你告訴你星象星象僅有的知識。僅有的知識。l科學探究時你所需的做為科學探究時你所需的做為：觀察：經常觀察大自然的現象、並察覺它們的變換過程。提問：如何、為什麼、何時、何處、怎樣、。客觀：不必急於下結論，靜思其規則所在。推敲：善用歸納、推論和直覺找尋問題所在。表述：問題現象的發生、思維的過程、推測可能的答案等。評估：近可能地作些數理的推導計算。l關鍵性的科學思維，涵蓋修
3、正你先前的錯誤假設關鍵性的科學思維，涵蓋修正你先前的錯誤假設 (Assumptions)(Assumptions)，目的不是在證明假說目的不是在證明假說 (not to prove a hypothesis)(not to prove a hypothesis)、而是用於測、而是用於測試此假說試此假說 (to test the hypothesis)(to test the hypothesis)。基本觀念：基本觀念：光速光速 與與 光年光年 l所謂的光速光速，指的是電磁波(光)在真空真空當中行進的速度。光速=186,000 英哩/每秒=300,000 公里/每秒，它是目前我們已知最快的速率，
4、且是個常數(定數)。l光年(Light Years)是個距離的單位，其大小是光在真空中行進一年，所走的長度大小。一光年(ly)=9.5 x 1012 公里 l光年不是時間單位、也不是速度的單位，而是天文上用以表示恆星間距離的基本單位距離的基本單位。夜空中目視到的星象 l高空中的熱氣球、飛機、人造衛星(artificial satellites)、流星(meteors)。l極光(aurora)、紅色精靈、赤道光。l彗星(comets)、小行星(asteroids)。l太陽系裡鄰近地球的行星行星(planets)：如金星、火星、木星、土星，和月球。恆星：恆星：l88 88 個星座個星座 (Cons
5、tellations)(Constellations)、星宿、星宿。l雙星(binaries)、變星(variable stars)。l星團(Star Cluster)、星雲（Nebulae）。l星系(Galaxies)、星系團。建議參考網頁：AEEA 主題介紹行星、月球、彗星、星座、梅西爾星體、NGC 星體、螺旋星系你必須先確知的概念你必須先確知的概念 l我們生活在一個我們生活在一個旋轉旋轉的球形世界上：的球形世界上：觀察：1、找個視野遼闊的地方，遠望前後左右上下，你最遠可以看得多遠？它是呈現什麼樣的形狀，有玲有角的方形還是虹弧狀？2、在看看太陽、月亮的形狀變化，它們是有玲有角的方形還是虹弧
6、狀？3、靜觀四周有什麼現象會是週而復始地來回擺動、前後搖動、或是轉動？4、你觀察夠久了嗎？它又發生了什麼令你好奇的另一種週而復始新現象呢？提問：1、怎麼知道你所在的這塊大地是球形的呢？2、怎麼知道你所在的這塊大地是在旋轉呢？客觀靜思：月相的變化、日食和月食的形狀變化過程，其規則所在。推敲：1、太陽和月亮都是球形的嗎？那地球的形狀呢？2、吊燈和旋轉台上的來回週期性運動。表述：1、找出理由說明柱形或平面月亮和大地的不可能。2、怎樣描述問題現象的發生、思維的過程、推測可能的答案。評估：起身動一動、轉一轉，你最後的認定，你自己說服了自己了嗎？！你認定的地球到底是圓的、是方的、是球狀的，直接影響著後續你
7、在天文學上星體的形狀認知。你感受到的地球到底是靜止的、是晃動的、是轉動的，直接影響著後續你對於星體的運動認知。富可擺富可擺(Foucault pendulum)說明著說明著我們所居之地正在繞著一個軸轉動。我們所居之地正在繞著一個軸轉動。你是在何時、何處觀看星象你是在何時、何處觀看星象？你所看到的星空會有所不同，乃是由於下列的因素所造成的：l因為地球的自轉，使得你一整晚幾乎可以看到星點繞著北極旋轉 360 度(除太陽附近)的夜空景觀。l你一整晚所能見到的星空僅是全天域星空的局部，你無法看到整個星空的原因，和你所觀看星象地點的緯度有關。l你四季所看到的星空也會有所不同，乃是因為地球繞著太陽公轉過程
8、中所在的相對位置的差異。下圖示說明在四季的午夜時分，你頭頂的星座正是當日背對著太陽方向的星座。四季星座：四季星座：在四季的午夜時分，你頭頂的星座在四季的午夜時分，你頭頂的星座 尋找正確的方位：尋找正確的方位：北方在哪？北方在哪？觀察星點的運動模式，你將發現它們似乎都繞著一個不動點不動點旋轉。l你所見到的這個不動點，在北半球它是北極北極；在南半球它是南極南極。l我們稱這個不動點為極極。l你能見到這個不動點，乃因為你所居住的地球自轉軸延線在天球天球上所指標出的位置。星球轉動、運行的規則：星球轉動、運行的規則：右手表示法右手表示法 如何的方式可以來簡易地表示出地球的自轉、行如何的方式可以來簡易地表示
9、出地球的自轉、行星的自轉、太陽的自轉、以及行星繞行太陽的公星的自轉、太陽的自轉、以及行星繞行太陽的公轉方向？轉方向？l地球自轉的方式，可用你的右手拇指代表地球自地球自轉的方式，可用你的右手拇指代表地球自轉軸只向北的方向轉軸只向北的方向 (也就是你的拇指平行於地球也就是你的拇指平行於地球自轉軸且只向北方自轉軸且只向北方)、其他四指彎曲的方向代表地其他四指彎曲的方向代表地球自轉的方向。球自轉的方向。如圖示。如圖示。l月球在以地球為中心的座標上，月球繞行地球的月球在以地球為中心的座標上，月球繞行地球的方向也是可以用右手表示法。方向也是可以用右手表示法。l太陽自轉的方向，也是可以用右手表示法。太陽自轉
10、的方向，也是可以用右手表示法。l行星都近乎在太陽的赤道面，或說是在以太陽為行星都近乎在太陽的赤道面，或說是在以太陽為中心的座標上，呈一個黃道面繞行太陽公轉，中心的座標上，呈一個黃道面繞行太陽公轉，它們繞行的方向也是可以用右手表示法。它們繞行的方向也是可以用右手表示法。l行星自轉的方式，也是可以用右手表示法。行星自轉的方式，也是可以用右手表示法。l銀河系的旋轉方式，也是可以用右手表示法。銀河系的旋轉方式，也是可以用右手表示法。星空的座標：星空的座標：天球天球 我們該如何地標示星空中星體的位置所在呢？l以人類的目視所及，除了能夠察覺太陽系內行星、衛星和彗星的位置移動外，眾多恆星(古人認為恆恆者似乎
11、不變動的意思)的距離與運動都是難以了解。l研究天象者，將這些恆星假想是鑲勘在一個不必論述半徑大小、不必論述半徑大小、且將我且將我們所居的大地包含於核心的假想超大們所居的大地包含於核心的假想超大球面上球面上(如圖示)，這個大球天文學家稱它為天球天球 (Celestial sphere)。星空的座標：星空的座標：星座星座 l為了描述恆星在天球上位置的所在，先民們首先將數顆恆星目視位置的連線，與日常生活中所見到的事物如動物(如大熊、獅子等)、工具(如斗、杓、箕等)或神話等聯想在一起給予命名，而有了星宿星宿 或 星座星座。l再將這些 星宿星宿 或星座星座的相關位置在天球上以不同的座標系統標示出來，常用
12、的座標系統有黃道座標系(Ecliptic coordinate system)、地平座標系(Horizontal coordinate system)、赤道座標系赤道座標系(Equatorial coordinate system)等。太陽的軌跡：太陽的軌跡：黃道黃道 l因為地球的自轉軸和以太陽為座標中心繞行太陽公轉的平面並不一致。l因為地球的自轉軸和以太陽為座標中心繞行太陽公轉的平面並不一致，使得在地球上觀看太陽的運行，會發現太陽的目視運行軌跡彷如在南北赤緯 23o 27 之間來回地運動。l也就是當 太陽的視位置座標太陽的視位置座標(The apparent position of the
13、Sun in Horizontal coordinates)在+23o 27 時，北半球正處於是 夏至日夏至日(summer solstice)、而南半球正處於是 冬至日冬至日(winter solstice);l反之，當太陽的視位置座標太陽的視位置座標在-23o 27 時，南半球正處於是夏至日夏至日、而北半球正處於是冬至日冬至日。l當太陽的視位置座標太陽的視位置座標在 0o 時，也就是陽光正照射在赤道上時，南北半球正是春分春分或是秋分秋分之際。何謂赤道座標系？何謂赤道座標系？l赤道座標系在方位概念生成過程中，先由太陽昇落的運動軌跡觀察定出東西方向，然後才觀察到星辰看起來似乎繞著不動點（北天極
14、，鄰近北極星）運行，而又定出南北方向。l天赤道(Celestial equator)是地球赤道面向外延伸而與天球相交形成的大圓環。l以指向北天球北極天球北極(Celestial pole)軸和天赤道 建立的座標系統稱為 赤道座標系赤道座標系(Equatorial coordinate system)。l在古代中國的赤道座標系裡，是以天球上天體位置的兩個座標分量，用去極度去極度和入宿度入宿度來表示的赤道座標。如何標示出天球上的星體座標呢？如何標示出天球上的星體座標呢？l我們比照地理的座標方式建立赤道座標系統，以 24 小時小時 時區制的 經度經度 和從南緯 90 度到北緯 90 度的 180 度
15、的 緯度緯度 來表示，而建立了赤經赤經(Right ascension)和赤緯赤緯(Declination)的現代 赤道座標系赤道座標系(Equatorial coordinate system)。l唯一最大的差異在於地理上的時區是以英國格林威治天文台所在的位置為零時起算，而在赤經的時區起算點，是以黃道黃道(面面)(Ecliptic)和天赤道天赤道 在雙魚座內的交點(也就是春分點(Vernal equinox)為零時起算，將一環天的星空分成 24 等分，每等分相當於 1 個小時時區。赤道面赤道面與與黃道面黃道面 l因為地球的自轉軸的傾斜，使得地球在繞行太陽公轉時，會發現太陽的目視運行軌跡彷如在
16、南北赤緯 2323o o 27 27之間來回地運動。換言之，赤道面赤道面與黃道黃道 (面面)有 2323o o 27 27的夾角。黃道十二宮黃道十二宮 l黃道十二宮 說明著我們所居在一個繞著太陽周期性公轉的球形世界上。建議參考網頁：AEEA 天文教育資訊網 黃道十二宮主題 的介紹。至日點至日點 (Solstice)(Solstice)l太陽的目視位置在天球天球上呈現週期性的移動，天文上我們將它在每年的 6 月居赤緯至高點至高點和每年的 12 月居赤緯至低點至低點的兩個日子，分別稱為至日點至日點。l英文 Solstice Solstice 一詞源於希臘太陽：Sol Sol 留：sistere(s
17、tand sistere(stand still)still)之意。換言之，原本太陽由低赤緯度向高赤緯度移動到 6 6 月至月至日點日點 (June solstice)時呈現留留 的現象，接著反方向移動，它會從高赤緯度向低赤緯度移動到 12 12 月至日點月至日點 (December solstice)時又呈現留留的現象；然後，太陽再由低赤緯度向高赤緯度移動。l6 6 月至日點月至日點居住在北半球的人稱它為夏至夏至、而居住在南半球的人稱它為冬至冬至；反之，12 12 月至日點月至日點居住在北半球的人稱它為冬至冬至、而居住在南半球的人稱它為夏至夏至。l冬至冬至日那天是一年當中白晝時間最短、黑夜最
18、長的一天，而夏至夏至日那天是一年當中白晝時間最長、黑夜最短的一天。春分春分 (Vernal equinox)(Vernal equinox)l太陽的目視位置在 天球天球 上呈現週期性的移動，天文上我們將它在每年的 3 月 19-21 日和 9 月 22-24 日，當 黃道面黃道面 和 天赤道天赤道 交叉時刻的兩個日子，分別稱為 春分春分 (Vernal equinox)和 秋分秋分 (Autumnal equinox)。l也就是，當 太陽的視位置座標太陽的視位置座標 在 赤緯赤緯 度數為 0 0o o 時，也就是陽光正照射在赤道上時，南北半球正是 春分春分 或是 秋分秋分 之際。此時全球各地無
19、論任何區域所感受到的是白晝和黑夜時間皆相等、都是 12 小時。l在以 天球北極天球北極 (Celestial pole)和 天赤道天赤道 建立的赤道座標赤道座標系系中，是以 24 24 小時小時時區制的赤經赤經 (Right ascension)和從-90 90 度到 +90+90 度的 180 度 赤緯赤緯 (Declination)來表示。l我們已經知道赤緯赤緯的度數是從 天赤道天赤道 開始起算的，常以+號表示北北赤緯，而以-號表示南赤緯。赤經赤經的度數是從哪裡開始起算呢？的度數是從哪裡開始起算呢？l有別於地理上的時區是以英國格林威治天文台所在的位置為零時起算，在赤經的時區起算點，是以黃道
20、黃道 (面面)(Ecliptic)和 天赤道天赤道 在雙魚座(Pisces)內接近 白羊座(Aries)的交點(也就是春分點(Vernal equinox)為零時起算。如圖模型所示。春分點春分點與曆法曆法 l中國古代天文學家為了比較日、月、五星的運動而選擇鄰近 天赤道天赤道 附近的星象，劃分成 28 個不同大小的部分，每一部分就叫作一 宿，作為觀測時的標誌。l我國古代就是依據每宿星象的出沒和中天位於頭頂時的時刻來判斷季節，甚至在編製的曆法中劃分 24 節氣，和推算日、月、五星位置的標準。l將一年分為四季，用閏月來調整月分和季節的關係；而且以黃昏時出現南方天空的，是 28 星宿中分配在四個不同方
21、位的柳宿、心宿、虛宿、昴宿（也就是 春分春分、夏至夏至、秋分秋分 和 冬至冬至 四個重要天文點）來畫分季節。l在現行的格里曆格里曆(the Gregorian calendar)，於公元 325 年，羅馬宗教會議決議將 春分日春分日定於每年的 3 3 月 2121 日。視視星等星等 l中在觀測天文學上，為了便於認識和有著星體明亮度的標準，將星空裡肉眼能見到的星體相對亮度強弱，分成分成 1 至至 6 等級等級。由較亮等級的 1 等星，劃分到肉眼勉強能見的 6 等星。l換言之，天文學上規定星體亮度每差 2.512 倍，星等即差 1 等，1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。l亮度比 1 等
22、星更亮的則稱為零等星或負幾等星，如天狼星為 -1.4 等星、太陽的平均星等是-26.7 等。l在星圖上為了便於識別這些星體，常依據星等的大小，將星體的標示劃成了不同的大（表示較亮）小（較暗）。而這些大小點的標示並不是代表星體本身的體積或質量的大小，只是在星圖上表是這些星體的亮暗相對程度。l近代天文學家更進一步地將星體亮暗程度，方法上分成不考慮距離、肉眼觀測的視星等視星等，和假設在 32.6 光年（10 秒差）遠所測到的絕對星絕對星等等兩種。何謂何謂 88 個個星座星座？l由於人們的視力難以辨別恒星與我們的距離，而似乎星體看來多靜止地散布在一個以我們為中心的球面上，所以我們以地球的經緯座標向外無
23、限地延伸，構成一個假想的天球面，來作為恆星所在位置的座標。又為了容易辨識出天體在天球上的位置，我們將天球分成 88 個星座，並依星座內亮星的排列形狀，冠予神話故事中的人物、動物或器具等名稱。l建議參考網頁：AEEA 天文教育資訊網天文教育資訊網 星座主題星座主題 的介紹。星座內的成員星座內的成員 l明亮的恆星恆星(Stars)是星座中的主要成員。l恆星恆星 依據它們的特徵，略可區分成一般的恆星、光度會週期性變化的變星變星、雙星雙星、多組合星。l形狀多姿多彩的星雲星雲(Nebulae)、星團星團(Star Cluster)也都是星座中的主要成員。l龐大恆星組成的星系星系(Galaxies)也是星
24、座中的主要成員。l星雲和星系星雲和星系 依據它們被整理的編號，著名的有以 M 為名首 的 梅西爾星體、以 GC 為名首的 GC 星表星表、以 NGC 為名首的 NGC 星表星表。建議參考網頁：AEEA 天文教育資訊網天文教育資訊網 梅西爾星體、NGC 星體、星座裡的亮星、星座裡的雙星 等主題的介紹。星座裡的亮星編號星座裡的亮星編號 l星座內亮星的命名方式，都是依其 視星等 的亮度，以希臘字母的排列順序命名，星座內較亮的星除了標示星座名稱之外，附加上 (Alpha)、(Beta)、(Gamma)、(Delta)、(Epsilon)、(Zeta)、(Eta)、(Theta)、(Iota)、(Kap
25、pa)、(Lambda)、(Mu)、(Nu)、(Xi)、(Omicron)、(Pi)、(Rho)、(Sigma)、(Tau)、(Upsilon)、(Phi)、(Chi)、(Psi)、(Omega)等標示之。例如獵戶座內的最亮星參宿四(Betelgeuse)可表示為 Ori，星座內次亮的星 參宿七(Rigel)表示為 Ori，依此規則類推其餘的亮星排序。星座裡的恆星種類星座裡的恆星種類 l雛星雛星 l雙星雙星 l白矮星白矮星 l棕矮星棕矮星 l中子星中子星 l黑洞黑洞 星座裡的星雲種類星座裡的星雲種類 l黑暗星雲黑暗星雲 l發射星雲發射星雲 l反射星雲反射星雲 l行星狀星雲行星狀星雲 l超新星殘
26、留雲氣超新星殘留雲氣星座裡星座裡的星團星團與星系星系 l疏散星團疏散星團 l球狀星團球狀星團 l橢圓星系橢圓星系 l透鏡狀星系透鏡狀星系 l螺旋星系螺旋星系 l棒旋星系棒旋星系 l不規則星系不規則星系l互碰中的星系互碰中的星系l星系團星系團 l星系群星系群 北極星北極星(Polaris)又名勾陳一勾陳一的北極星北極星，是距離北天極北天極最近的亮星(還不到 1 度)，是小熊座中的一個重要成員，它位於小熊座的斗杓頂端上。北極星約為 3 視星等，利用稍好點的小型望遠鏡，可以看出北極星是個北極星是個 3 3 等星和等星和 9 9 等星的等星的雙星雙星。北極星雖然不太明亮，但因為距離北天極最近。也就是說
27、，目前 地球自轉軸指向正好在北極星附近，所以眾星辰從地球看出去都是繞著它旋轉。公元前 3000 年，北天極曾經是在天龍座；到了公元 4000 年，北天極會在仙王座內；到了公元10,000 年，天鵝座中的天津四天津四將成為北天極所在；而到了公元 14,000 年時，著名的織女星織女星將成為那時的北極星了。春季大三角春季大三角 春季的星空主要星座有大熊座、小熊座、獅子座、牧夫座、室女座、烏鴉座、長蛇座。若我們想很快地認出春季的星空，可以從春季大三角春季大三角認識起，室女座 的角宿一角宿一和牧夫座的大角大角，以及 獅子座的五帝座一五帝座一 所組成了一個巨大的三角形，俗稱為春春季大三角季大三角。春季大
28、曲線春季大曲線 由大熊座的北斗七星北斗七星開始辨識出春季的星空。將視線沿著大熊座的北斗杓柄 3 顆亮星的弧線一直延長出去，就可以看到位於牧夫座上一顆很亮的大角大角紅星，然後從大角星開始向南偏西延伸下去，便可以看到一顆青白亮星，它是 室女座的角宿角宿一一，這一巨大的弧線四週所涵蓋的區域就是春季的星空，這一巨大弧線俗稱為春季大春季大曲線曲線。夏季大三角夏季大三角 在夏季，天鵝座中最亮的天津天津四四和銀河兩旁天鷹座上銀白色的牛郎牛郎星星、天琴座裡呈青白色的織織女星女星構成一個大等腰三角形，稱為夏季大三角夏季大三角。秋季四邊形秋季四邊形 秋季星空亮星很少，唯一較易辨識的特徵，是我們可以找出星空中在仙女
29、座仙女座和飛馬座飛馬座間，由 4 顆亮星組成的大而醒目的平行四邊形，稱為飛馬仙飛馬仙女四邊形女四邊形。看到這個四邊形的四個邊，就可以辨認出東西南北四個方位。冬季六角形冬季六角形(冬季大橢圓冬季大橢圓)由壯麗的由壯麗的獵戶座獵戶座、御夫座御夫座、大犬座大犬座、小犬座小犬座、麒麟座麒麟座和和黃道十二宮中的黃道十二宮中的金牛座金牛座、雙雙子座子座，以及銀河上數不清的，以及銀河上數不清的星點所組成，冬季的星空確星點所組成，冬季的星空確實是寒冬夜晚的良伴。而由實是寒冬夜晚的良伴。而由御夫座內的御夫座內的五車二五車二、雙子座、雙子座內的內的北河三北河三、小犬座內的、小犬座內的南南河三河三、大犬座內的、大犬
30、座內的天狼星天狼星、獵戶座內的獵戶座內的參宿七參宿七、金牛座、金牛座內的內的畢宿五畢宿五等六顆亮星形成等六顆亮星形成了著名的了著名的冬季六角形冬季六角形，或稱之為或稱之為冬季大橢圓冬季大橢圓。獵戶座獵戶座(Orion)天蠍座天蠍座 Scorpius 大熊座大熊座、小熊座小熊座、北極星天鵝座天鵝座 Cygnus 仙后座仙后座 Cassiopeia秋季找尋北極的有效方法：仙后座的五顆約 3 星等亮星構成類似頭冠的W（或M）形狀。由W形的中央尖角所指向，便是北天極方向。銀河的名稱銀河的名稱 銀河俗稱天河天河、又有 星河星河、銀漢銀漢、明河明河、長河長河、河漢河漢、雲漢雲漢、天漢天漢、天津天津、銀潢銀潢、天潢天潢、星漢星漢 等別名。其實天上並沒有什麼河河，銀河 指著是在夜晚星空中所看到橫跨天空的乳白色的星光帶。用望遠鏡觀看，就可以看出它是由許許多多密密麻麻的星星密集在一起，以致於我們從地球肉眼望去，它呈現出難以分清而連成一條白色帶狀的景觀。這條天河從北到南繞天一周，歷經很多星座，自古以來幾乎在每個星座裡都有著迷人的美妙神話故事。例如，在天鵝座中有牛郎、織女的故事。在 銀河 裡除了恆星外，還有很多 星雲 和 星際塵埃 等物質。銀河裡 恆星 的分佈很不均勻。例如，在 天蠍座 和 人馬座 中的恆星密度最大，是銀河最亮的區域；在 南十字座 裡有一個稱為煤袋煤袋的黑色窟窿，是銀河最暗的區域。
