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橫越土星的噴射氣流是水汽凝結釋出能量驅動的結果

臺北天文館_96
・2012/07/14 ・1368字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 487 ・五年級

圖中箭頭所指是東西向橫越土星大氣的噴射氣流(jet stream),氣流風速比其他地方快了許多。多年來,科學家嘗試瞭解造成土星大氣這些波浪狀結構的機制和噴流的起源。

目前已知像土星和木星這類行星的大氣層,只能從兩處取得能量,一是太陽,二是它們自己的內部。在最新一期icarus期刊中,美國航太總署(NASA)哥達德太空研究所(Goddard Institute for Space Studie)Tony Del Genio等人利用卡西尼號太空船(Cassini)數年來所拍攝的土星影像,發現似乎是來自行星內部的熱能給了噴流能量,才使它們得以高速飛奔。當被來自土星內部能量加熱的水逐漸冷卻凝結時,會造成土星大氣有溫度差異。這個溫差造成大氣產生渦流,即使空氣在幾乎同一緯度來回移動的擾動。正是這些渦流使噴射氣流得以加速,就像是轉動的齒輪帶動傳輸帶移動。

另一個理論版本認為溫差的能量來源來自太陽,就像是陽光不均等的照射地球大氣所造成的溫差現象一樣。Del Genio表示:由於卡西尼號已經環繞土星數年,取得大量土星大氣每日細微的變化模式資料,科學家們現在終於得以辨別土星大氣與地球或其他行星大氣的異同。

與地球擁有不厚的大氣與固態和液態覆蓋的表面不同,土星是顆所謂的氣體巨行星(gas giant),大氣層非常深厚,在大氣高層處,此處雲層成層狀,層層疊疊覆蓋其上。其表面有數道肉眼即可見的噴射氣流橫越,且其高度剛好利用卡西尼號上所載相機以近紅外波段觀測也可以偵測到。絕大部分噴射氣流是向東吹的,僅少數向西。噴射氣流通常位在溫度差異非常明顯的不同緯度之間。

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從卡西尼號的近紅外濾鏡資料,科學家首度可在兩個不同高度觀察噴射氣流形成與變化過程。其中一個濾鏡景象顯示的是土星大氣對流層的上層部分,此處聚集非常濃而厚的霾,且被陽光強烈加熱。另一個濾鏡則則是捕捉更深處的影像,大約在氨冰雲曾的頂端,此處的陽光加熱效果很微弱,但比較靠近土星天氣系統源起之處。這裡就是水汽凝結成雲或成雨的地方。

在Del Genio等人的最新研究中,他們接續2007年相關論文,利用雲係自動追蹤軟體來分析卡西尼號從2005年到2012年所拍攝的數百幅影像中,雲系的運動和移動速度。他們從其中的560幅,共獲得近120,000個風場向量,由此可得土星全球大氣的風場概況,更進一步可取得噴射氣流的發生機制。

他們清楚地看到不同高度的渦流加速噴射氣流,其中高度較高的渦流比較微弱,這裡是科學家先前認為主要受太陽加熱之處。相較之下,在大氣較深層的渦流則比較強。因此,Del Genio等人認為,噴射氣流的加速機制,主要來自土星內部的熱源,而非太陽。而且,與觀測資料最符合的土星內部熱源,就是來自土星內部的水汽,當空氣上升過程中,水汽逐漸冷卻凝結成雲並降雨時,會將原本所含有的熱量釋放出來,就像是地球夏天雨後雷陣雨之前會感到很悶熱一樣。這些水汽凝結所釋出的熱能轉而成為製造渦流的能量,渦流又是驅使噴射氣流加速的動力來源。

不過,科學家並未真正觀察到土星大氣中水汽凝結的過程,因為這個過程發生於卡西尼號無法觀察到的低層大氣中。但這種凝結過程的確在土星和地球的中緯度都會發生。不過地球上的風暴,即天氣圖上的低壓或高壓中心,主要受到太陽加熱驅動而生成,而非水汽凝結。而土星上的風暴,水汽凝結卻是主要動力來源,太陽加熱只是配角。

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資料來源:Cassini Shows Why Jet Streams Cross-Cut Saturn[2012.06.25]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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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

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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!

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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都是星星惹的禍?——木星合土星—歲星犯填星
臺北天文館_96
・2021/03/08 ・6214字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

  • 本文轉載自臺北天文館,《臺北星空》第 99 期
  • 文/歐陽亮:天文愛好者,曾獲 2001 年尊親天文獎第二等一行獎,擔任 2009 全球天文年特展解說員

最近天空中有兩顆星總是靠得很近,上個月甚至快要貼在一起, 不小心抬頭看到的人也許會驚訝不已、開始猜想它們在暗示什麼?夢中情人快出現了嗎?於是趕緊低頭繼續滑手機,考慮要先上天文網站瞭解一下、還是直接到占星網站看看大師怎麼說?沒手機的古人看到的話,是否會湧起一陣莫名恐慌?

「星星可以預示人的命運」這種想法,早在四千年前的早期文明就已經開始萌芽,不管是東方還是西方,都曾經拿星星來占卜國家大事1,所以嚴格說來,占星真的改變過許多人的命運!不過這是因為統治者的想法如同悲劇「伊底帕斯王」一樣被占卜所左右,造成其決策影響了平民百姓,並非因為星象真的顯露了什麼天機。

這種神秘的國家級占星術雖然與常見的八字算命、紫微斗數或十二星座這些預測個人命運的命理學完全不同2,但也沒有像倪匡小說所描寫的那樣戲劇化:彼此相距遙遠的恆星竟可放出特殊細長星芒匯聚在一起、暗示地球某處即將滅亡。不過天象若能對君王做出預兆或警告,這對於一般人來說,已非常地驚心動魄、宛如宇宙怪譚了。正史還曾記載諸葛亮死前「有星赤而芒角,自東北西南流,投于亮營,三投再還,往大還小,俄而亮卒」,由於他的個人命運關係到國家危亡,所以這種描述也可視為同類型的占星術。

2020 年 12 月 21 日土星木星合於斗牛之間(古稱歲星犯填星)示意圖。圖/筆者繪

要運用星象來連結到人間與世道,必須有個天、人對應的規則或感應方法。用重力?電磁波?但古代沒有這些物理概念。不然用「氣」?還是外星生命的未知力量?其實都不是,古人只是簡單地用人間事物來為天上星星取名,再用它們類比到地上,天上發生異象後,就暗示著地面同名者的異動。

另外古人也用「分野」的方法來判斷異象所對應的地理範圍,找出哪裡會出代誌。把天空與地面配對的方式有很多種,包括用二十八宿、十二次、十二月、天干地支、北斗七星或五大行星,配上分封國名、州名3或山名4等(圖 2)。還有人整理出古今七種分野起源說法5,如唐代一行法師認為是由黃河與長江對應銀河而劃分的6。不過古人眼中的蠻夷之地就不夠格讓天象顯示7,因此,誰是正統就能用應驗地區來判斷8。然而隨著歷代版圖的擴張,這種對應也得隨之變化。於是,原本在明代仍屬海外地的台灣,到清朝時才擁有分野歸屬,但是不同時期的府志卻有不同看法9

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圖 2:明末的塞爾登地圖(Selden map),圖中紅圈所記之星宿即該地之分野。台灣雖已被繪出,但當時屬海外地,尚無分野歸屬。圖/牛津大學博德利圖書館 Bodleian Libraries, University of Oxford

有趣的是,分野之說傳到日本後,為了能在當地實際應用,就被擅自改為他們自己的地名了10(圖3) 。另外,古印度也有類似的分野思想,不過他們是把二十八星宿對應到不同階級或不同職業的人11,其中甚至包括音樂家與小偷。

圖 3:蘇州石刻天文圖(左)與日本天文分野之圖(右,圖/日本國立天文台三鷹圖書室),比較兩者外緣可見中國地名被改爲日本古代國名,佐渡、加賀等地相當於現在的北陸地區。

這種占星術當然不可能真的「實用」,就像古天文裡最有名的「熒惑守心」事件一樣,天象只是被人拿來當做藉口進行想做的事。

編按:熒惑守心即火星(古稱熒惑)在心宿(二十八宿之一)發生「留」——由順行轉向逆行或逆行轉為順行的現象。

剛開始也許只是一次偶然玄奇的星象剛好與最近發生的事件時間相吻合(前後三年內都算應驗12),就被天文官記下來成為僵化的範例,但沒人關注日後是否每一次都應驗,也不曾把多次未應驗的加以排除。難怪古天文占辭在唐宋時期就開始流於龐雜且矛盾百出,更不用說其他許多牽強之處,諸如認錯星星、造假迎合、天文官筆誤、 歷代星官變化等。改朝換代時也常被附會出現過「五星聚」,但大多經不起科學回推驗證13。直到清代的《明史‧天文志》才寫道:「歷代史志凌犯多繫以事應,非附會即偶中爾…比事以觀,其有驗者,十無一二。」

讓我們來看看正史是怎樣描述木星的:「歲星所在,國不可伐,可以伐人14」,這簡直就像獲得雅典娜的保佑或得到通關外掛一樣。那麼最近發生的木星接近土星在古天文裡象徵什麼意義呢?《史記‧天官書》說:「木星與土合,為內亂,饑」(圖 4)。但現代這個國際化的世界裡,內亂與饑荒隨時都在某一國發生,分野也未曾對應到全球各地,所以我們已經無法再把亂源牽扯到星星頭上了。

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圖 4:《史記.天官書》所載的土木合占辭。圖/中國哲學書電子化計劃

這一次極為特別的木星合土星在 2020 年 12 月 21 日最接近,相距僅 6.5 角分左右,是月亮的五分之一、北斗「開陽雙星」的一半而已!視力好的人才能在 21 日黃昏看出那是兩顆星黏在一起,且亮度達負 2 等與 0.6 等,遠高於開陽雙星的 2 等與 4 等。這兩個互有特色的行星相聚,形成一個相當有意思的畫面:兩顆大星星各自帶領一群衛星小嘍囉擠在一個狹窄區域裡。相信已有許多人拍下這樣難得的大合照吧?

為何是歲星犯填星,而不是填星犯歲星?

這次的木星合土星在古代如何稱呼?通常,一個運動中或新出現的天體逼近另一個天體時被古人稱為「犯」15需相距一度之內16否則僅能稱之為合木星在古代被命名為「歲星」之時應該就已經知道它週期約十二年,而且跑得比土星快,所以這次的超近密合可稱為「歲星犯填星(或鎮星)」。但是木星一定比土星快嗎?在木星順逆行轉換的前後幾天(稱為留或守),若此時土星剛好在附近移動,不就像龜兔賽跑的烏龜一樣快?真的只用行走遲疾來判斷誰主動犯誰嗎?還是會採用亮度來決定?

查閱古籍所有木星與土星相犯的十多筆資料裡,大多是寫為「歲星犯填星」17,但也有三筆「填星犯歲星」、「鎮星犯歲星」的記錄,但歸納起來,其發生時間都相同,故僅一筆。這個例外就是「光熙元年(306年)九月己亥,填星守房、心,又犯歲星18」,但實際上木星此時並不在附近,火星則離土星二度多,有可能是因簡稱謄寫轉換到正史時誤認火為木。另外,記載兩星「相犯」的記錄也很少19。然而《舊五代史》竟然有奇特的「歲星犯月」20,當時木星距月球表面僅 17 角分,後來還形成月掩木星,但已落入地平線下看不到。木星在視覺上移動速度不可能比月球快,所以這個正史裡唯一的「歲星犯月」應該是寫反了。同樣地,唯一的填星犯歲星也可能是為了接續前一句「守房、心」而顛倒其主從關係21

上一次土木兩星這麼近的超級密合是 1623 年,而 800 年前(1226 年)距離更近到 3 角分以內!雖然彼此衛星們都快要混合在一起了,不過史書卻只寫「寶慶二年正月壬午,太白與歲星、填星合於女」,沒有記下這兩星幾乎快變成一顆星的情形,也許是因天候或其他因素讓天文官沒有觀測到這次特殊天象。

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至於木星與其他三行星的凌犯記錄則皆為歲星被犯,因此可排除以「亮度」做為犯的準則。雖然《開元占經》裡也有相反的「歲星犯太白」等占辭22,但是正史上從未出現過這些記錄23

如果從現代天文學角度來看,木星處於順行轉逆行的「留」時(圖 5 之 A 位置),此時地木土三星位置幾乎連成一直線,呈現狹長三角形,土星若在木星西方,則應在逆行遠離木星;若位於其東方且距離也夠近時,則可能已轉逆行且比木星稍快。例如西元 828 年 11 月 21 到 25 日,土星跑了 2.2 角分並向木星接近,而木星只跑了 1 角分,兩星距離約半度(圖 5 上)。但是當月的 5 日到 21 日則明顯是木星順行衝向土星, 21 日之後才變成土星反過來追逐。

圖 5:木星留前後幾天,其附近的土星速度可高於木星。上圖:西元 828 年,下圖:西元 710 年,背景為 2020 年 12 月 21 日。圖/Stellarium 模擬圖

若木星位在逆行轉順行的「留」(圖 5 之 B 位置),也會出現類似現象,例如西元710 年 3 月 9 到 12 日,木星只移動 0.3 角分而土星向木星移動了 2 角分(圖 5下)。

但是天文官會每天測量行星精確位置來確認誰犯誰嗎?木星每天移動頂多 0.2 度左右,小於宋元之際測量誤差24、並約略等於清代觀測誤差25 ;土星在上述兩例中雖然較木星快,但三、四天才移動 2 角分,古人根本無法察覺。因此,木星除了留的前後,移動都遠比土星明顯,視覺上視為木犯土的機會較大。

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綜合起來,古代凌犯記錄很可能只是依照木星比土星快的印象,直接記為歲星犯填星,並不是根據速度實測。至於 2020 年 12 月 21 日兩星皆處於順行,木星明顯跑得比土星快,依然是歲星犯填星。

除此之外,填星犯某星的記錄也遠少於某星犯填星, 明史稿與明實錄裡的「填星犯太白」到了正史中則被改為「太白犯填星」26,因此可以確定快慢印象應是凌犯的判斷標準。至於其他三個跑得快的行星是怎樣互犯的,就是另一個問題了,以後再談27

除了行星與月球掩犯之外,彗星、流星、新星甚至極光也都被古人用來當做占卜的工具。這種學問在以前私下偷學還會被政府處罰,現在想學的話雖然不用再冒如此風險,只是也沒幾個人會信了。

占星術曾被認為阻礙了現代天文學發展,不過近年來則出現天文學是被占星學哺育長大的說法28。在分野的體系裡就可以看到,天上星宿與地上州國都必須劃有明確的界線才能實際運用,而度量界線極可能促進了天文數量化的技術29

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倪匡曾在小說中寫過「天文學家用望遠鏡觀察星星,就像在一公里之外觀察一個美女想去了解她一樣,同樣是不可能的事」。如此說來,古代占星術就像是用直覺或瞎猜,現代天文學則是使用推論與計算,依據那位美女的行為與造型來推斷她的氣質或個性。這就是現在天文學家在做的浪漫的事吧?

附註:

  1. 江曉原《12 宮與 28 宿:世界歷史上的星占學》,遼寧教育出版社, 2005,頁4、 22。
  2. 科學史專家江曉原教授將前者命名為軍國星占學(Judicial Astrology),後者命名為生辰星占學(Horoscope Astrology),詳見江曉原《天學真原》,遼寧教育出版社, 2004,頁 177。
  3. 陳遵媯《中國天文學史》第二冊,明文書局,1985,頁 177 ~ 178。
  4. 江曉原《12 宮與 28 宿:世界歷史上的星占學》,頁 223、 225。
  5. 李勇〈對中國古代恆星分野和分野式盤研究〉,《自然科學史研究》, 1992,頁 22 ~ 31 。
  6. 《新唐書》卷三十一天文志:「觀兩河之象,與雲漢之所始終,而分野可知矣。」
  7. 《乙巳占》卷第三:或人問曰「…分野獨擅於中華,星次不沾於荒服。至於蠻夷…豈容變化應驗全無?」淳風答之曰:「華夏者,道德、禮樂、忠信之秀氣也。彼四夷者…豈得與中夏皆同日而言哉?…四夷宗中國之驗也。」
  8. 《三國志》卷四十三:魏明帝問權:「天下鼎立,當以何地為正?」權對曰:「當以天文為正。往者熒惑守心而文皇帝崩,吳、蜀二主平安,此其徵也。」
  9. 明史天文志:「福建布政司所屬皆牛、女分」。台灣府首任知府蔣毓英之《臺灣府志》:「臺灣,遠隔大海,番彝荒島,不入職方,分野之辨,未有定指…按考臺灣地勢,極於南而迤於東;計其道里,當在女、虛之交」。高拱乾《臺灣府志》:「臺自破荒以來,不載版圖、不登太史,星野分屬,何從而辨?然臺係於閩,星野宜從閩」。《重修臺灣府志》與《續修臺灣府志》:「臺灣,禹貢揚州之域;天文牛、女分野」。 欽定授時通考:「臺灣府,古海外地,牛、女分野」。
  10. 潘鼐《中國恆星觀測史》,上海學林出版社,2009,頁 514。
  11. 周利群〈虎耳譬喻經梵文精校本早期印度星占史料〉,《中國科技史雜誌》 2018 年 01 期,頁 107 ~ 108。
  12. 江曉原〈天意與人情:星占文化之前世今生〉 ,《新視線》, 2013 年第 5 期。
  13. 江曉原《12宮與28宿:世界歷史上的星占學》,頁267。
  14. 《漢書》卷二十六.天文志。
  15. 劉次沅《明實錄天象記錄輯校》,三秦出版社, 2019,前言頁 2。
  16. 劉次沅《對中國古代月掩犯資料的統計分析》,自然科學史研究第 11 卷第 4 期, 1992,頁 300。但是歷代的凌犯定義其實不太統一,唐瞿曇悉達《開元占經》卷六十四分野略例寫道:「石氏曰:『五星入度,經過宿星,光耀犯之,為犯。』郗萌曰:『五星所犯,木火土水同度,去之七寸,為犯;太白一尺(相當於一度)以內,為犯。』韋昭曰:『自下往觸之,為犯。』…甘氏曰:『在下犯上,為陵。』石氏曰:『在上犯下,為陵。』…甘氏曰:『在下相侵為貫,在傍為刺。』郗萌曰:『直至為抵。星相觸而止,為觸。』甘氏曰:『相切為磨。』石氏曰:『相至為磨。』甘氏曰:『去之寸為靡。星相滅為抵。』」可見有多種形容兩星接近的說法,只是除了「犯」之外的記錄極少。劉次沅《諸史天象記錄考證》(中華書局, 2015,前言頁 11、頁 106)認為2度亦略可稱犯,少數犯的記錄甚至達 5 度(前言頁 17)。 《清史稿》 則定「兩星相距三分以內為凌,月與星相距十七分以內為凌,俱以相距一度以內為犯,相襲為掩。」
  17. 記錄包括《宋書》與《晉書》的天文志:咸安二年(372 年) 正月(相距不到 3 角分)、義熙七年(411 年)七月(相距將近一度)、 《魏書》天象志一之四:太和十五年(491 年)三月(約 17 角分)、《新唐書》卷三十三:大和三年(829 年)四月(約 16 角分)、《元史》卷四十八:至元二十二年(1285 年)十二月(約 11 角分)、《清史稿》康熙二十一年(1682 年)九月(不到 16 角分,隔年正月與四月也一樣近但無記載)、乾隆七年(1742 年)八月(約半度)、乾隆四十七年(1782 年)十月(約 45 角分)。以天文模擬軟體Stellarium觀察以上 8 次記錄,皆為木星移動較土星快。
  18. 同一記錄載於三處: 《宋書》卷二十四‧天文志二、 《晉書》卷十二‧志第二天文中、 《文獻通考》卷二百九十三下‧象緯考。同一月份也有熒惑守心記錄,但用天文模擬軟體來看,火星只是順行穿過心宿並未停留與逆行。
  19. 只有《乾象通鑑》五緯鎮星論:鎮星歲星相犯以及《魏書》天象志一之四「木、土相犯」,但天文軟體顯示兩星距離超過 6 度。
  20. 《舊五代史》卷一百三十九:開平二年(908 年)正月。
  21. 其實歷史記錄經常出錯,劉次沅《諸史天象記錄考證》已全面彙集相關資料,但 306 年這一筆並未載入,另外諸如宋書永嘉三年正月「熒惑犯紫微」這類明顯錯誤(因火星不可能接近恆顯圈)亦未提及。
  22. 另外亦有「填星干木星、 歲星干金星、 歲星干辰星、 歲星干熒惑」,其中「干」是干擾冒犯之意,但容易與「位于某宿」的「于」混淆。正史只有周書卷七「熒惑干房」用過此字,對照前文「大象元年(579 年) 熒惑掩房北頭第一星」(兩星相距不到 4 角分,幾近重合),可知干應是幾近於掩的意思。
  23. 但周邊國家的史書或占書如越南(歲星犯太白,兩星相距超過 3 度)、日本(天文要錄:歲星犯辰星)、高麗(歲星犯辰星、歲星犯熒惑,但歲星速度皆較慢)卻有這類記載。
  24. 潘鼐《中國恆星觀測史》,頁 246、 287、 297、380。
  25. 伊世同《中西對照恆星圖表1950》,科學出版社, 1981,頁 189。
  26. 1434 年,兩星相距約 13 角分。
  27. 明初的《天元玉曆祥異賦》就記載了五星互犯的各種可能,其中水金火三星互犯的實際記錄散見於正史中,但無辰星犯熒惑;而熒惑犯辰星的記錄在實際上卻皆為水星較快(包括《宋書》義熙三年六月、《晉書》義熙五年四月與六月),為何如此有待考證。
  28. 江曉原《12 宮與 28 宿:世界歷史上的星占學》,頁 8。
  29. 陳遵媯《中國天文學史》第二冊,頁 184。
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天氣爆熱要小心,三招保護心血管:多喝水、避免大溫差、適度運動
careonline_96
・2020/06/01 ・2955字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

台灣的氣候炎熱,經常出現攝氏 35、36 度的高溫,相對濕度亦相當高,這樣的環境會對身體造成相當大的負荷。

炎熱的環境對心臟會有什麼影響?阮綜合醫院心臟內科林韋丞醫師表示,在炎熱環境之下容易流汗,如果大量流汗沒有補充水分,會有脫水的現象,嚴重可能出現休克。而且大量流汗除了流失水分之外,也會流失電解質,導致電解質失衡。

對於本來就有心臟疾病的患者來說,處於炎熱的環境而大量流汗,會使得心跳加速增加心臟負擔,容易產生心律不整,並讓原有疾病惡化;血管阻塞的患者就會出現心絞痛、心肌梗塞的問題。

心臟衰竭患者體內水分多、容易水腫,多流點汗對消除水腫有幫助嗎?

林韋丞醫師指出,運動對於病患確實是一件好事,適當的運動可以增加心肺功能,但是我們不會建議患者以「大量流汗」為目標,因為大量流汗雖然對於病患水腫問題有些許改善作用,不過卻可能造成電解質不平衡,患者如有服用心臟用藥,電解質不平衡可能跟藥物產生交互作用,容易導致心律不整。

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考慮到心臟負擔、電解質等面向後,要注意「大量流汗」這樣的劇烈水分變動,是對心臟衰竭患者是較為不利的。

心臟衰竭患者可以喝運動飲料嗎?補充水分時要注意什麼?

運動飲料裡面有水分和電解質,但是水分跟電解質並不需要刻意喝運動飲料補充,平日均衡的飲食對電解質補充就已經足夠,除非經過劇烈運動大量流汗,才考慮適量補充運動飲料。

林韋丞醫師提醒,最忌諱的是「一口氣喝下 1,000-2,000 毫升」這樣的「快速補充」。對於心臟功能較差的病患,快速補充會導致水分堆積,造成心臟負擔,可能會讓患者愈來愈喘。林韋丞醫師建議,補充水分務必把握三個原則:「少量、多次、慢飲」。心臟衰竭患者可以試著每次喝 200-300 毫升,用 2 至 3 次慢慢將流失的水份補回來,喝的時候切記不能速度太快,才可以達到補充體力又不影響健康的目標。

大熱天讓人容易口渴,要如何評估喝水量夠不夠?

要怎麼知道身體的水分是否足夠?林韋丞醫師道,很重要的就是觀察身體狀況,有幾個簡單的方法讓大家評估,如果身體脫水,口腔黏膜會顯得乾燥、皮膚在炎熱環境下應該流汗,但是汗水卻不出來、而且眼睛有乾澀現象,這種口乾舌燥的現象就是提醒大家應該多補充水分。

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還有一個很好監測的方式就是觀察「尿液顏色」,正常尿液顏色是呈現淡黃色,假如尿液的顏色很深,就表示身體的水分不夠,要多喝水補充;如果尿液顏色偏淡,就表示體內水分較充足。

心臟衰竭患者可以吃冰、喝冷飲嗎?

我們知道「天氣冷」對於心臟病患者本身就是一種負擔,而在炎熱的環境下若快速的飲用大量冰水,也可能會導致血管收縮。若本來心臟就有問題,這樣的溫度變化可能導致疾病惡化。

然而,這並不是說心臟衰竭的病患都不能喝冰水。林韋丞醫師舉例道,大家到日本旅遊會發現,日本餐廳都提供冰水,日本人四季都在喝冰水,即使冬天也照喝不誤。他們飲用的方式是慢慢地喝,讓水進到身體有慢慢回溫的作用,使身體得到舒緩,又不至於對器官產生負面影響。因此,重點不在於「冰水」,而是「飲用的方式」,最好以緩慢飲用的方式讓身體去適應這些變化,對心臟的影響會比較少。

心臟衰竭患者在大熱天有什麼需要忌口的嗎?

心臟衰竭患者最需擔心的還是水分的問題,務必要記得,運動完補充水分的三個原則:少量、多次、慢飲。

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林韋丞醫師指出,有些患者會擔心鹽分攝取太多造成體內的堆積,而改使用「低鈉鹽」。不過這時也得注意,低鈉鹽是用「鉀離子」取代鹽分中的「鈉離子」,鉀離子吃多了也會累積,與心臟衰竭的藥物產生交互作用。因此飲食重點不是一昧吃低鈉鹽,而是要注意身體水分及鹽分攝取達到平衡。

心衰竭患者務必將「量體重」列為居家保健的重點項目,監控自己是不是攝取過多水分。舉例來說今天量體重 50 公斤,隔天量體重變成 52 公斤,再隔一天量體重變成 54 公斤,在短短兩天內增加 4 公斤,這麼多一定是水分過多,一般攝取食物體重不會增加這麼快。注意體重,是讓心衰竭患者維持健康的重要手段。

開冷氣後室內、室外溫差大,忽冷忽熱對心臟有什麼影響?

假使室內、室外溫度忽冷忽熱的時候,會對心臟病患者造成影響。我們從外頭炎熱的環境下急速地進到冷氣房,會導致血管收縮,因此溫度的快速變化可能導致心臟病發作。

要避免這樣的狀況,林韋丞醫師建議心臟病患者盡量於炎熱環境下保持愉快的心情,適當補充水分,別讓自己太煩躁。不要因為天氣很熱,就將冷氣調到 17-18 度,請設定在對人體最舒適的溫度 26-28 度之間,才不至於讓血管快速收縮。

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游泳很消暑,心臟衰竭患者適合游泳嗎?

「所有心臟病患只要在身體允許的情況下,醫師都建議要保有運動的習慣。」林韋丞醫師道:「運動可以改善身體肌耐力、心肺功能、甚至可以達到減重或塑身的效果,對病患都是有利。」因此,若於炎熱天氣選擇去游泳消暑,自然是很好的做法。只不過心臟衰竭患者於運動前要注意先熱身,並吃一點東西讓身體有足夠的熱量會比較安全。

當從炎熱的氣溫進入到冰涼的水溫時,切記動作要緩慢漸進,畢竟溫度的快速變化會對心臟產生負擔,因此無論是要進入三溫暖、溫泉、冷水池,或要起身離開,動作都請盡量放慢。最好於適應溫度變化後,再做下一個動作,比較不會有頭暈的狀況。

醫師會建議患者於炎熱的天氣從事哪些運動呢?該注意什麼?

目前認為以運動治療來進行心臟復健,可以改善心臟相關死亡率。林韋丞醫師建議,心臟衰竭患者要養成固定的運動習慣,像是游泳、慢跑、健走等,利用這些運動增加身體的肌耐力與心肺功能,有助於控制心臟衰竭病情。

了解自己的運動狀況也是評估身體很好的一種方式。例如以前 30 分鐘可以走 3 公里,最近 30 分鐘連 1 公里都走不到,還覺得非常不舒服,這種於短時間內運動能力急速下降,就得特別注意是不是心臟或是肺部出了狀況!

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平常運動時,最重要的就是適度,且要穿透氣的衣服,運動過程中要準備充足水分並適時補充。運動過程中覺得身體不適就應該停止。然而,停止動作也別操之過急,心臟衰竭患者很忌諱劇烈運動時突然停下來,像是快速跑步時若突然煞車,少了暖身或是慢走的緩衝,會造成心臟血壓的急速變化,導致頭暈不適。

運動是好事,但林韋丞醫師提醒,心臟衰竭患者可先與醫師討論自己適合的運動方式及強度再進行,並於四周有人的情況下運動比較有保障,若運動時感到身體不適請記錄心跳、血壓,假如症狀偶爾發生可以等下次回診再與醫師討論,如果每次運動都感到身體不適,而且有愈來愈嚴重的狀況,應該提早回診。

最後要提醒大家,千萬別因為透過運動感覺身體好轉後就擅自停藥喔。

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橫越土星的噴射氣流是水汽凝結釋出能量驅動的結果
臺北天文館_96
・2012/07/14 ・1368字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 487 ・五年級

圖中箭頭所指是東西向橫越土星大氣的噴射氣流(jet stream),氣流風速比其他地方快了許多。多年來,科學家嘗試瞭解造成土星大氣這些波浪狀結構的機制和噴流的起源。

目前已知像土星和木星這類行星的大氣層,只能從兩處取得能量,一是太陽,二是它們自己的內部。在最新一期icarus期刊中,美國航太總署(NASA)哥達德太空研究所(Goddard Institute for Space Studie)Tony Del Genio等人利用卡西尼號太空船(Cassini)數年來所拍攝的土星影像,發現似乎是來自行星內部的熱能給了噴流能量,才使它們得以高速飛奔。當被來自土星內部能量加熱的水逐漸冷卻凝結時,會造成土星大氣有溫度差異。這個溫差造成大氣產生渦流,即使空氣在幾乎同一緯度來回移動的擾動。正是這些渦流使噴射氣流得以加速,就像是轉動的齒輪帶動傳輸帶移動。

另一個理論版本認為溫差的能量來源來自太陽,就像是陽光不均等的照射地球大氣所造成的溫差現象一樣。Del Genio表示:由於卡西尼號已經環繞土星數年,取得大量土星大氣每日細微的變化模式資料,科學家們現在終於得以辨別土星大氣與地球或其他行星大氣的異同。

與地球擁有不厚的大氣與固態和液態覆蓋的表面不同,土星是顆所謂的氣體巨行星(gas giant),大氣層非常深厚,在大氣高層處,此處雲層成層狀,層層疊疊覆蓋其上。其表面有數道肉眼即可見的噴射氣流橫越,且其高度剛好利用卡西尼號上所載相機以近紅外波段觀測也可以偵測到。絕大部分噴射氣流是向東吹的,僅少數向西。噴射氣流通常位在溫度差異非常明顯的不同緯度之間。

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從卡西尼號的近紅外濾鏡資料,科學家首度可在兩個不同高度觀察噴射氣流形成與變化過程。其中一個濾鏡景象顯示的是土星大氣對流層的上層部分,此處聚集非常濃而厚的霾,且被陽光強烈加熱。另一個濾鏡則則是捕捉更深處的影像,大約在氨冰雲曾的頂端,此處的陽光加熱效果很微弱,但比較靠近土星天氣系統源起之處。這裡就是水汽凝結成雲或成雨的地方。

在Del Genio等人的最新研究中,他們接續2007年相關論文,利用雲係自動追蹤軟體來分析卡西尼號從2005年到2012年所拍攝的數百幅影像中,雲系的運動和移動速度。他們從其中的560幅,共獲得近120,000個風場向量,由此可得土星全球大氣的風場概況,更進一步可取得噴射氣流的發生機制。

他們清楚地看到不同高度的渦流加速噴射氣流,其中高度較高的渦流比較微弱,這裡是科學家先前認為主要受太陽加熱之處。相較之下,在大氣較深層的渦流則比較強。因此,Del Genio等人認為,噴射氣流的加速機制,主要來自土星內部的熱源,而非太陽。而且,與觀測資料最符合的土星內部熱源,就是來自土星內部的水汽,當空氣上升過程中,水汽逐漸冷卻凝結成雲並降雨時,會將原本所含有的熱量釋放出來,就像是地球夏天雨後雷陣雨之前會感到很悶熱一樣。這些水汽凝結所釋出的熱能轉而成為製造渦流的能量,渦流又是驅使噴射氣流加速的動力來源。

不過,科學家並未真正觀察到土星大氣中水汽凝結的過程,因為這個過程發生於卡西尼號無法觀察到的低層大氣中。但這種凝結過程的確在土星和地球的中緯度都會發生。不過地球上的風暴,即天氣圖上的低壓或高壓中心,主要受到太陽加熱驅動而生成,而非水汽凝結。而土星上的風暴,水汽凝結卻是主要動力來源,太陽加熱只是配角。

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資料來源:Cassini Shows Why Jet Streams Cross-Cut Saturn[2012.06.25]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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