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古人是怎麼觀測天體的?過去和未來的天空會長的一樣嗎?——《關於夜空的 362 個問題》

編按:本文摘自《關於夜空的 362 個問題》,蒐集了英國最長壽科普節目《仰望星空》的觀眾提問。所有你對太空宇宙會有的疑問,都將在本書中為你解答。本節討論的是「過去和未來的天空」。

 

古文明如何準確測量星星的運動?

太陽、月球和星星的移動,在古代就已經為人所知,此外黃道帶上的那些星座也是最早被發現的。圖/pxhere

巴比倫人和蘇美人是世界上最古老的天文學家,他們在三千多年前居住於現在的阿拉伯地區。

太陽、月球和星星的移動,在古代就已經為人所知,此外黃道帶上的那些星座也是最早被發現的。當時的人可能已經知道,在不同的時間會看到不同的星星排列,但他們應該還不知道這是為什麼。這些文明是最早注意到天象變化的文明。他們可能注意到有些行星好像會在星星之間移動,特別是最亮的那顆:金星。當時也已經知道在夜晚或早上都看得到金星,蘇美人還發現了它的周期性。當然,他們並沒有因此思考到其他行星,而是聯想到神祇的活動。

巴比倫人知道各種不同的周期,主宰月相改變的周期就是其一;不過更重要的是日食和月食的周期。這些周期也流傳下來,到了在天文學方面非常有條理、邏輯的古希臘人手中。最令人震撼的天文事件自然是日食與月食。

最令人震撼的天文事件自然是日食與月食。圖/pexels

事實上,許多古代文明都對這種現象感到害怕。雖然因為太陽與月球在天空中的運動方式不同,日月食發生的時間間隔似乎並不規律,但其實大約是每十八年發生一次。這段時間被稱為沙羅周期,是太陽、地球、月球三者形成的幾何系統回到相同配置的時間。再加上地球的自轉,就必須使用三個沙羅周期來計算,所以是大約五十四年發生一次。這表示,如果你觀察到一次日食或月食,那麼在一萬九千七百五十六天(或是五十四年又一個月)之後,在地球上同一個地點就能再看到一次幾乎一模一樣的日食或月食。

古代天文學留下令人著迷的遺產之一,就是安提基瑟拉儀,大約是西元前一世紀或二世紀左右建造的。銅製的安提基瑟拉儀是一九○○年在希臘的安提基瑟拉島發現的,經過深入研究後,學界發現這是由大約三十個細心配置的鑲齒排列而成的儀器,用來預測太陽、月球、行星在任何一天的方位。

安提基瑟拉儀,大約是西元前一世紀或二世紀左右建造的。圖/wikipedia

製造者想必不知道太陽系的配置,因為這個儀器的設計是以地球為中心的模型為基礎,可是它對位置預測的準確度卻讓人驚訝。過去從來沒發現過類似的儀器;本質上而言,這是目前已知最古老的科學計算機。

至於星星本身的運動,在古代來說,是無法在某人的有生之年內測量出來的。古人很精細地測量了太陽在天空中的位置,所以能確定像是冬至、夏至這樣的至點以及春分、秋分的二分點時間。二分點出現在太陽通過天球赤道的時候,而有非常多的古代天文學家都會觀測太陽在天空中的位置。

地球自轉的歲差怎麼算?

西元前二世紀的希臘天文學家希巴克斯(Hipparchus)指出,和前人觀測到的結果相比,太陽在二分點的位置出現了相對性的改變,這個發現被稱為「分點歲差」。現在我們知道這是因為地軸相對於星星的移動所造成的,而這個發現成為了精密天文學的轉捩點。歐洲太空總署(ESA)的衛星伊巴谷(Hipparcos)就是利用這位天文學家姓名的發音,但是字母的拼法不同,因為其實這是「高度精密視差測量衛星」的縮寫。

伊巴谷是最早踏出第一步,排除地球是所有運動的中心的人。他觀察到太陽在全年中移動的速度會變化,而且計算出太陽中心的運動,一定會輕微地偏離地球。大約兩千年後,科學家才真的拋棄成見,推翻地球中心論,建立出地球以橢圓形軌道環繞太陽轉動的理論。

地球中心說。圖/wikipedia

巴比倫人和希臘人都是最早在天文學上跨出一大步的民族,他們會測量太陽、月球和行星的移動。兩千多年後,哥白尼、第谷,還有克卜勒才又往前邁了一大步,拋棄地球是宇宙中心的理論。我(諾斯)認為,我們現在即將跨出在天文學與宇宙學方面重大的第三步,開始了解宇宙的真實規模。

英國最適合看極光的地方是哪裡?

唯一一個算得上看得清楚的地方是蘇格蘭。一旦越過北方的邊界,極光就沒那麼少見了,不過也沒有像挪威北部或阿拉斯加那麼頻繁。重點是要到一個真的很暗的地方,而蘇格蘭有些地方還能滿足這個條件。

所以定期觀測是值得的,不過也得準備好可能要等好一段時間。如果你去到挪威北部像是特浪索這樣的地方,那麼你在一整年裡,除了永晝的日子以外,幾乎每個晚上都能看到極光。

在《仰望夜空》播出的期間裡,天空有些什麼改變?夜空中有沒有新的天體出現,或者有沒有星星或其他天體的位置、外觀發生了改變?

很顯然,就算是在比《仰望夜空》節目播出時間更長的期間裡,星星和行星都不會改變。我們的確有看到幾顆彗星,一、兩顆明亮的新星。除此之外,情況都沒什麼改變。

我在主持《仰望夜空》的期間看過最壯觀的景象,應該是海爾波普彗星,那真的很壯麗,而且有超過一年的時間都能用肉眼看到它。我想當它離開我們時,我們都很傷心。別難過,它四千年後還會回來!

當然有些行星總是在改變,尤其是木星和土星。木星的雲帶在過去幾年中一直出現強烈的變動,而土星上則發生了劇烈的風暴。相當值得持續關注。

圖/wikipedia

未來的觀星者會看到如我們現在所看到的北斗七星、獵戶座腰帶、老鷹星雲等這些星星的排列嗎?

根據我們目前的預測,未來不會有可偵測到的改變,但是當然如果是一萬年或是更久之後,這些星座一定會有改變。舉例來說,大熊座會扭曲,因為它的兩顆星(瑤光與天樞)在太空中是以與其他五顆相反的方向移動,遠離對方的。但是這些星星在太空中的移動實在太慢了,所以很難用肉眼看出來。

提醒你,一百萬年之後再回來,天空就會變得很不一樣。隨著時間過去,星座會因為星星的移動而變形,新的排列也會變得明顯。就連星雲也會隨著它們的中心出現氣體與塵埃生成的星星而改變,不過這個過程會需要幾百萬年的時間。

如果我們可以把時間快轉十億年,那時候的天空會是什麼樣子?會有多少星星不再存在?

如果快轉那麼長的時間,所有星座都會有非常大的改變,到時候我們已經認不出來那片天空了。除此之外,我們也無法辨識一些我們熟悉的星星,例如獵戶座的參宿七,到了那時候一定已經經歷了紅巨星的階段,也許在超新星的爆炸中死去。同樣的事也會發生在我們鄰近星系中的很多大質量的恆星上,不過也會有更多的恆星在天空中的其他位置出現。

如果把太陽系從銀河中拔出來,然後完整地放在太空中另外一個空曠的區域,我們會變好還是變糟?

這個嘛,我們會悲慘很多,因為我們只能看到自己太陽系的天體,對於星星會一無所知。事實上,我們的知識會被局限在很小的範圍內,有點像是去倫敦但只參觀維多利亞車站而已。一定要記得,天文學是最古老的科學之一,是古代文明不斷地重寫,增進我們對宇宙的了解的成果。

——本文摘自《關於夜空的 362 個問題:從天文觀測、太陽系的組成到宇宙的奧祕,了解天文學的入門書》,2019 年 4 月,貓頭鷹出版

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