0

0
0

文字

分享

0
0
0

眾望遠鏡轉播175年前一場大爆炸的回光

臺北天文館_96
・2012/02/21 ・1722字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

太空望遠鏡研究所(Space Telescope Science Institute,STScI)Armin Rest等天文學家利用哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope,HST)觀察船底座Eta(Eta Carinae)雙星系統約在175年前一場劇烈爆炸事件的回光(light echo)。這項研究,將有助於天文學家瞭解關於大質量恆星超新星爆炸的一些細節。Rest表示:任何目前已知的船底座Eta爆發事件,都是從「目睹」的歷史紀錄而來;但利用現代科學儀器,一年一年追蹤這些回光如何變化,卻可以知道在爆發事件這麼多年之後,直接瞭解爆發的本質。

這場被稱為「大爆發(Great Eruption)」的超新星爆炸事件於西元1837年首度被觀測到,而且一直到1858年都還可以看到爆炸的餘光。但當時的天文學家沒有如現代般的精密儀器,無法正確地記錄這場猛爆性天文事件。由於爆發當時所發出的光是向四面八方散開,現代天文學家何其幸運,其中一部分爆發當時所發出的光,被離船底座Eta星有段距離的塵埃雲氣反射後間接傳遞到地球。由於回光走的路徑比爆發後直衝地球而來的光還長許多,因此延宕了175年才抵達地球。天文學家詳細分析這個回光,可以從中瞭解這個巨獸級大質量恆星毀滅瞬間的狀況,或許可幫助天文學家修正關於超新星爆炸的理論模型。

船底座Eta位在南天的船底座方向,距離地球約7,500光年,兩星總質量高達140倍太陽質量左右,是銀河系中最大、最亮的恆星系統之一。不過這對雙星卻是以這個大爆發事件著稱,因為這場1837年的爆發事件是曾觀測到過類似事件規模最大的。1837年爆發後約20年的期間,船底座Eta流失約20個太陽質量的物質,成為當時全天第二亮的恆星。有一部向外流失的物質在恆星周圍形成一對巨大的物質瓣(lobe)。

以天文尺度而言,船底座Eta算是離地球相當近的恆星系統,因此天文學家已經啟用包括哈柏太空望遠鏡在內的各式望遠鏡觀察船底Eta。除了哈柏之外,Rest等人還結合了地面望遠鏡的可見光和光譜觀測資料來進行研究;雖然光譜觀測並不是新鮮事,但之前都僅針對超新星本身,Rest等人的研究則是首度利用光譜分析船底Eta的回光,可由此獲得超新星爆炸像外拋出物質的「指紋」,如溫度和速度等。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雖然這個回光比超新星爆發本身晚了175年才抵達地球,但帶給天文學家的驚喜卻不下於超新星爆炸當時。船底Eta是所謂的亮藍變星(Luminous Blue Variable,LBV),這類恆星質量很大、非常明亮,週期性地發生爆發。這個紊亂的恆星系統的行為,和其他類似的恆星系統不大相同。例如:從船底Eta中心區向外流出物質的溫度高達絕對溫度5,000K,比其他類似的爆發恆星的流出物質溫度還低得多。對付這個恆星怪胎,Rest等人得回頭檢視相關的理論模型,看看到底是什麼樣的變動因素造成現在觀測到的這種奇特狀況。

Rest等人其實是比較2010年和2011年利用美國光學天文臺(U.S. National Optical Astronomy Observatory)位在智利托洛洛山的泛美天文臺(Cerro Tololo Inter-American Observatory,CTIO)4米Blanco望遠鏡所拍攝的可見光影像,從而發現船底Eta的回光。後來他們另從亞利桑納大學(University of Arizona)天文學家Nathan Smith處得到2003的CTIO觀測系列觀測資料,對分析這場大爆炸事件的工作更如虎添翼般。

這個回光比超新星爆炸本身的光還暗很多,但僅一年相隔就可以看出它的位置有變動,不過這個位置變動並不是同一束光真的在這些塵埃間移動,而是與船底Eta不同距離、不同方向的塵埃反射回光的時間也不同,與看起來好像是同一道光、或是一般超新星爆炸的震波向外傳遞過程中激發周邊物質的光隨震波移動而向外擴張的狀況不一樣。

而利用卡內基研究所(Carnegie Institution)麥哲倫望遠鏡(Magellan)和智利坎帕斯山天文臺(Las Campanas Observatory)du Pont望遠鏡所做的光譜觀測,Rest等人不僅獲得物質流的溫度,還估算出超新星爆炸向外拋射的物質移動速度高達每小時70萬公里,與理論模型預測相符。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,這群天文學家利用位在澳洲塞丁泉(Siding Spring)Las Cumbre天文臺的福克斯南座望遠鏡(Global Telescope Network’s Faulkes Telescope South)監測回光的強度變化,再與1800年代天文學家所做的那20年持續可見的超新星爆炸亮光逐漸變亮而後逐漸變暗的觀測繪圖比較,發現這場爆發事件在1843年時亮度達到最亮的趨勢是相同的。

這些天文學家將持續追蹤監測船底Eta的回光變化,並預測在未來6個月間,船底Eta回光的亮度應該會接近1844年時看到的亮度。如果持續監測到能捕捉到所有方向傳回的爆發回光,那麼屆時或許可以獲得這場大爆發事件的整體狀況。

資料來源:Astronomers Watch Delayed Broadcast of a Powerful Stellar Eruption[2012.02.15]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
臺北天文館_96
482 篇文章 ・ 38 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

0

5
1

文字

分享

0
5
1
快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
194 篇文章 ・ 297 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

6
4

文字

分享

0
6
4
被吸進黑洞會怎樣?黑洞和一般的洞,哪裡不一樣?——《宇宙大哉問》
天下文化_96
・2022/09/24 ・2414字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者/豪爾赫.陳、丹尼爾.懷森
  • 譯者/徐士傑、葉尚倫

如果我被吸進黑洞會怎麼樣?

很多人似乎都有這個疑問。

如果路上突然出現一個黑洞,會發生什麼事?圖/天下文化提供

「進入黑洞後會發生什麼事呢?」在許多科學書籍中都有提到,也是我們聽眾和讀者經常提出的問題。但是為什麼大家對這問題特別有興趣呢?難道公園裡處處都是黑洞?或是有人計畫在黑洞附近野餐,但又擔心放任他們的孩子在旁邊跑來跑去會發生問題?

可能不是。這個問題的吸睛度與實際上會不會發生無關,而是源自我們對迷人太空物體的基本好奇心。眾人皆知,黑洞是神祕莫測的奇怪空間區域,是時空結構中與宇宙實體完全脫節的「空洞」,任何東西都無法逃脫。

不過,掉入黑洞是什麼感覺呢?一定會死嗎?和掉進普通洞裡的感覺有什麼不同?你會在洞內發現宇宙深處的祕密,還是看到時空在你的眼皮子底下伸展開來?在黑洞裡面,眼睛(或大腦)能正常發揮功能嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

只有一種方法可以找到答案,那就是跳進黑洞。所以抓起你的野餐墊,和你的孩子說聲再見(也許是永別),然後牢牢抓緊,因為我們即將深入黑洞公園展開終極冒險。

讓我們跳進黑洞尋找答案吧!圖/天下文化提供

接近黑洞

當你接近黑洞時,注意到的第一件事可能是,黑洞確實看起來就像「黑色的洞」。黑洞是絕對黑色,本身完全不發射或反射光線,任何擊中黑洞的光都會被困在裡面。所以當你觀察黑洞時,眼睛看不到任何光子,大腦會將其解釋為黑色。

黑洞也是個不折不扣的洞。你可以將黑洞視為空間球體,任何進入黑洞的東西都會永遠留在裡面。這是因為已經留在黑洞內的東西所造成的重力效應:質量在黑洞中被壓縮得十分密集,進而產生巨大的重力影響。

為什麼?因為離有質量的東西愈近,重力愈強,而質量被壓縮代表你可以十分靠近質量中心。質量很大的東西通常分布得相當分散。以地球為例,地球質量大約與一公分寬(大約一個彈珠大小)的黑洞等同大小。如果你與這個黑洞距離一個地球半徑長,感受到的重力就如同站在地球表面一樣,都是 1g。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
如果你與黑洞距離一個地球半徑長,感受到的重力就如同站在地球表面一樣。圖/天下文化提供

但是當你分別接近兩者中心時,會發生截然不同的狀況。當你愈靠近地球中心點,愈感覺不到地球重力。那是因為地球圍繞著你,把你平均的往各個方向拉。相反的,當你離黑洞愈近,感受到的重力愈大,因為整個地球質量近在咫尺的作用在你身上。這就是黑洞強大的威力,超緊緻質量對周圍事物立即產生巨大影響。

當你離地球中心越近,就越感受不到重力,但當你離黑洞中心愈近,感受到的重力卻越大。圖/天下文化提供

真正緊緻的質量會在自身周圍產生極大重力,並且在一定距離處,把空間扭曲到連光都無法逃脫(請記住,重力不僅會拉動物體,還會扭曲空間)。光不能逃脫的臨界點稱為「事件視界」,在「某種程度」上,事件視界定義了黑洞從何處開始,以此距離為半徑的黑色球體則稱為黑洞。

黑洞的大小會隨著擠進多少質量而發生變化。如果你把地球壓縮得足夠小,會得到一個彈珠大小的黑洞,因為在大約一公分距離內,光再也無法逃脫。但是如果你再壓縮更多質量,黑洞半徑就會更大。例如,你把太陽壓縮變小,空間扭曲程度更高,事件視界更遠,大約發生在距離中心點三公里處,因此黑洞寬度約六公里。質量愈大,黑洞愈大。

黑洞的大小會隨著擠進多少質量而發生變化。圖/天下文化提供

其實,黑洞的大小並沒有理論限制。在太空中我們已探測到的黑洞寬度,最小約有二十公里,最大可達數百億公里。實際上,黑洞形成的限制只有周圍環繞物質的多寡,以及所允許的形成時間。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當你接近黑洞時,可能會注意到的第二件事是,黑洞通常不孤單寂寞。有時你會看到周圍東西掉進黑洞。或者更準確的說,你會看到東西在黑洞周圍旋轉等待落入。

這種東西稱為「吸積盤」,是由氣體、塵埃和其他物質組成。這些物質沒有被直接吸入黑洞,而是在軌道上盤旋等待、螺旋進入黑洞。這景象對於小黑洞而言,可能不是那麼令人印象深刻,但如果是超大質量黑洞,確實值得一看。氣體和塵埃以超高速度飛來飛去,產生非常強烈的純粹摩擦力,導致物質被撕裂,釋放出許多能量,創造出宇宙中最強大的光源。這些類恆星(或稱類星體)的亮度,有時比單個星系中所有恆星的亮度總和還要高數千倍。

超大質量黑洞能釋放出許多能量,創造出宇宙中最強大的光源。圖/天下文化提供

幸運的是,並不是所有黑洞,甚至是超大質量黑洞,都會形成類星體(或耀星體,就此而言,像是吃了類固醇的類星體)。大多數時候,吸積盤並沒有合適的東西或條件來創造如此戲劇化的場景。這也算是一樁美事,否則的話,你一靠近活動劇烈的類星體,可能會讓你在瞥見黑洞之前就氣化了。希望你選擇落入的黑洞周圍有個漂亮的、相對平靜的吸積盤,讓你有機會接近並好好欣賞。

——本文摘自《宇宙大哉問:20個困惑人類的問題與解答》,2022 年 8 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
天下文化_96
132 篇文章 ・ 618 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
眾望遠鏡轉播175年前一場大爆炸的回光
臺北天文館_96
・2012/02/21 ・1722字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

太空望遠鏡研究所(Space Telescope Science Institute,STScI)Armin Rest等天文學家利用哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope,HST)觀察船底座Eta(Eta Carinae)雙星系統約在175年前一場劇烈爆炸事件的回光(light echo)。這項研究,將有助於天文學家瞭解關於大質量恆星超新星爆炸的一些細節。Rest表示:任何目前已知的船底座Eta爆發事件,都是從「目睹」的歷史紀錄而來;但利用現代科學儀器,一年一年追蹤這些回光如何變化,卻可以知道在爆發事件這麼多年之後,直接瞭解爆發的本質。

這場被稱為「大爆發(Great Eruption)」的超新星爆炸事件於西元1837年首度被觀測到,而且一直到1858年都還可以看到爆炸的餘光。但當時的天文學家沒有如現代般的精密儀器,無法正確地記錄這場猛爆性天文事件。由於爆發當時所發出的光是向四面八方散開,現代天文學家何其幸運,其中一部分爆發當時所發出的光,被離船底座Eta星有段距離的塵埃雲氣反射後間接傳遞到地球。由於回光走的路徑比爆發後直衝地球而來的光還長許多,因此延宕了175年才抵達地球。天文學家詳細分析這個回光,可以從中瞭解這個巨獸級大質量恆星毀滅瞬間的狀況,或許可幫助天文學家修正關於超新星爆炸的理論模型。

船底座Eta位在南天的船底座方向,距離地球約7,500光年,兩星總質量高達140倍太陽質量左右,是銀河系中最大、最亮的恆星系統之一。不過這對雙星卻是以這個大爆發事件著稱,因為這場1837年的爆發事件是曾觀測到過類似事件規模最大的。1837年爆發後約20年的期間,船底座Eta流失約20個太陽質量的物質,成為當時全天第二亮的恆星。有一部向外流失的物質在恆星周圍形成一對巨大的物質瓣(lobe)。

以天文尺度而言,船底座Eta算是離地球相當近的恆星系統,因此天文學家已經啟用包括哈柏太空望遠鏡在內的各式望遠鏡觀察船底Eta。除了哈柏之外,Rest等人還結合了地面望遠鏡的可見光和光譜觀測資料來進行研究;雖然光譜觀測並不是新鮮事,但之前都僅針對超新星本身,Rest等人的研究則是首度利用光譜分析船底Eta的回光,可由此獲得超新星爆炸像外拋出物質的「指紋」,如溫度和速度等。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雖然這個回光比超新星爆發本身晚了175年才抵達地球,但帶給天文學家的驚喜卻不下於超新星爆炸當時。船底Eta是所謂的亮藍變星(Luminous Blue Variable,LBV),這類恆星質量很大、非常明亮,週期性地發生爆發。這個紊亂的恆星系統的行為,和其他類似的恆星系統不大相同。例如:從船底Eta中心區向外流出物質的溫度高達絕對溫度5,000K,比其他類似的爆發恆星的流出物質溫度還低得多。對付這個恆星怪胎,Rest等人得回頭檢視相關的理論模型,看看到底是什麼樣的變動因素造成現在觀測到的這種奇特狀況。

Rest等人其實是比較2010年和2011年利用美國光學天文臺(U.S. National Optical Astronomy Observatory)位在智利托洛洛山的泛美天文臺(Cerro Tololo Inter-American Observatory,CTIO)4米Blanco望遠鏡所拍攝的可見光影像,從而發現船底Eta的回光。後來他們另從亞利桑納大學(University of Arizona)天文學家Nathan Smith處得到2003的CTIO觀測系列觀測資料,對分析這場大爆炸事件的工作更如虎添翼般。

這個回光比超新星爆炸本身的光還暗很多,但僅一年相隔就可以看出它的位置有變動,不過這個位置變動並不是同一束光真的在這些塵埃間移動,而是與船底Eta不同距離、不同方向的塵埃反射回光的時間也不同,與看起來好像是同一道光、或是一般超新星爆炸的震波向外傳遞過程中激發周邊物質的光隨震波移動而向外擴張的狀況不一樣。

而利用卡內基研究所(Carnegie Institution)麥哲倫望遠鏡(Magellan)和智利坎帕斯山天文臺(Las Campanas Observatory)du Pont望遠鏡所做的光譜觀測,Rest等人不僅獲得物質流的溫度,還估算出超新星爆炸向外拋射的物質移動速度高達每小時70萬公里,與理論模型預測相符。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,這群天文學家利用位在澳洲塞丁泉(Siding Spring)Las Cumbre天文臺的福克斯南座望遠鏡(Global Telescope Network’s Faulkes Telescope South)監測回光的強度變化,再與1800年代天文學家所做的那20年持續可見的超新星爆炸亮光逐漸變亮而後逐漸變暗的觀測繪圖比較,發現這場爆發事件在1843年時亮度達到最亮的趨勢是相同的。

這些天文學家將持續追蹤監測船底Eta的回光變化,並預測在未來6個月間,船底Eta回光的亮度應該會接近1844年時看到的亮度。如果持續監測到能捕捉到所有方向傳回的爆發回光,那麼屆時或許可以獲得這場大爆發事件的整體狀況。

資料來源:Astronomers Watch Delayed Broadcast of a Powerful Stellar Eruption[2012.02.15]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
臺北天文館_96
482 篇文章 ・ 38 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

11

10
5

文字

分享

11
10
5
沒有「引力」,只有「時空扭曲」——《高手相對論》
遠流出版_96
・2022/04/30 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

廣義相對論的基本

廣義相對論,簡單地說就是兩點。

  • 第一,一個有質量的物質,會彎曲它周圍的時空。這是「物質告訴時空如何彎曲」。
  • 第二,在不受外力的情況下,一個物體總是沿著時空中的測地線運動。這是「時空告訴物質如何運動」。

這裡根本沒有引力的事,根本不需要引力。

這個畫面是這樣的。你可以將時空想像成一張彈簧床,本來彈簧床是平的,往上面放幾顆球,彈簧床上有球的地方周圍就變成彎曲的了——這幾顆球,彎曲了各自周圍的時空。

地球為什麼繞著太陽轉?牛頓認為那是因為太陽對地球有引力。但是廣義相對論認為,地球根本不知道太陽在哪裡,只是太陽把時空彎曲得比較厲害,地球是根據自己所在時空的測地線運動而已。就好像彈簧床上的小球可以繞著大球滾動,而你知道大球並沒有吸引小球,那只是因為彈簧床上大球的周圍有凹陷。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
廣義相對論認為,地球根本不知道太陽在哪裡,只是太陽把時空彎曲得比較厲害,地球是根據自己所在時空的測地線運動而已。

同樣的時空,每個物體的速度不一樣,它們遵循的測地線也不一樣。有的物體會直接掉向太陽,有的會繞著太陽做橢圓運動,有的與太陽擦肩而過,這些都只不過是物體在沿著自己的測地線運動而已。

同一個時空不同的物體,測地線也不一樣。

當然,每個有質量的物體在彎曲時空當中運動的同時,也是在彎曲著自己周圍的時空,只是彎曲的程度不同。時空的形狀由這些物質共同決定,而所有物質都會沿著自己周圍時空的測地線運動。

用彈簧床打比方是不得已而為之,物質彎曲時空並不是如同小球在彈簧床上往下「壓」的結果,而是自然地彎曲周圍所有方向上的時空,所造成的結果。而且請注意,被彎曲的不僅僅是空間,還有時間,只是這部分,我們留到後面的章節再細說。

在這裡,我還要澄清一點。你也許會有這樣的疑問:既然高速運動物體的質量會增加,那多出來的質量是不是也會彎曲空間呢?答案是不會。廣義相對論裡說的「物質彎曲了空間」,可以理解成是物質的「靜止質量」在彎曲空間,靜止質量是所有座標系都同意的不變數。時空的內在幾何形狀是絕對的,但是時空在不同的座標系中被看成了不同的樣子。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

廣義相對論就是這麼簡單。

自然運動狀態

愛因斯坦再一次看破了紅塵。什麼是引力?可以說根本沒有引力,有的只是時空的彎曲。

或者也可以說,所謂引力,就是在大尺度下才能看出來的、時空的彎曲。鯨魚的身體是曲線型的,但是如果近距離看,它身上每個地方都近似一塊很平的小平面。局部的測地線就是很直很直的直線,這就是為什麼我們上一章說「局部沒有引力」。

如果近看鯨魚,會覺得只是一塊平面(?)圖/envato elements

講到這裡,我們要重新定義「自然運動狀態」這個概念。所謂自然運動,就是在沒有任何外力干擾的情況下,一個物體自由自在的狀態。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

亞里斯多德(Aristotle)認為自然的運動狀態是靜止。這符合我們的生活經驗——沒有外力干擾的東西好像都是靜止不動的。

後來,伽利略和牛頓說這不對,力並不是讓物體運動的原因,力其實是改變物體運動狀態的原因。一個物體在光滑的平面上滑動,如果沒有任何摩擦力干擾,它就會一直這樣運動下去。所以等速直線運動和靜止沒有差別,它們都是自然運動。

貓咪推了球之後,如果沒有任何摩擦力,球就會永無止盡的運動下去。圖/envato elements

而現在,愛因斯坦表示,一切沿著測地線的運動,都是自然運動。

可以想像太空中有一個周圍非常空曠、沒有任何星體的地方,這裡的時空是平直的,測地線是完美的直線,所以物體沿著測地線運動,正好就是等速直線運動。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

如果時空是彎曲的,太空人就會繞著地球轉,而失控的電梯就會直接掉下去,這兩個運動看似不同,但其實都是自由落體運動,它們謹守本分地沿著自己的測地線運動。所以它們雖然有加速度,仍然是自然運動。

自由落體運動、等速直線運動,以及靜止,它們沒有本質上的差別。你在一個封閉的實驗室裡不管做什麼實驗,都沒有辦法區分它們。愛因斯坦表示它們是同一回事,都是沿著測地線運動,都是自然運動。

反過來說,你站在地面不動,站一會兒就累了,這其實是一種不自然的運動。你本來想沿著測地線往下掉,可是地板阻止了你。想要體驗真正的自由,你應該做自由落體運動。

都怪地板阻止了我們自由落體!(⋯⋯?)圖/envato elements

為什麼引力質量正好等於慣性質量,為什麼一輕一重兩個鐵球會同時著地?現在,廣義相對論給這個巧合提供了一個解釋——因為只要質量沒有大到能與地球相提並論、足以顯著影響周圍時空的形狀的程度,測地線就只和物體的初始速度有關,與質量無關!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

回頭再看上一章中講的兩個想像實驗。不管你是在加速的火箭上,還是站在地面不動,都有一個外力在阻止你沿著測地線走,所以它們是一樣的。

無論是在地球附近自由落體,還是在太空中空曠、沒有任何星體的地方做等速直線運動,都是沿著該地測地線的自然運動,所以它們也是一樣的。

無論是在地球附近自由落體,還是在太空中空曠的地方做等速直線運動,都是沿著該地測地線的自然運動。圖/envato elements

只要你接受時空尺寸是相對的,你就能接受狹義相對論;只要你接受時空可以彎曲,你就能接受廣義相對論。接受了時空的這兩個性質,光速為什麼不變、慣性質量為什麼等於引力質量、引力到底是不是真實的存在⋯⋯這些問題就不用再糾結了。

所以,相對論是個簡單理論,它只是相當深刻;其實我覺得廣義相對論比狹義相對論還容易理解,它只是美麗非常。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

也許下次看見鯨魚的時候,你可以想起廣義相對論。

所有討論 11
遠流出版_96
59 篇文章 ・ 30 位粉絲
遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。