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天文學家說:暗能量真的存在

臺北天文館_96
・2012/09/19 ・1011字 ・閱讀時間約 2 分鐘

暗能量(dark energy),是一種神秘的宇宙組成物質,與宇宙膨脹有關。根據樸茨茅斯大學(University of Portsmouth)和慕尼黑大學(University Munich)的天文學家Tommaso Giannantonio等人經歷兩年研究所得,他們認為暗能量存在的可能性高達99.996%。相關論文發表在《皇家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)中。

到目前為止,暗能量被提出至今,仍是當今最大的科學謎團之一,所以有許多科學家會質疑它的存在也不奇怪。在過去10年間,天文學家藉由觀測遙遠超新星的光而發現宇宙加速膨脹的現象,因而提出宇宙中約有73%是由具排斥力的暗能量組成,才會讓宇宙加速膨脹。雖然這項假說在2011年得到諾貝爾物理獎的肯定,但實際上暗能量存在與否仍是熱門的爭議話題。

許多其他觀測搜尋技術「確認」暗能量的真實性,但基本上都是間接的由宇宙加速膨脹現象來探索而得,易受到他們觀測方式的不確定性的影響。其中最明顯的證據來自ISW效應( Integrated Sachs Wolfe effect),此名稱來自Rainer Sachs和Arthur Wolfe兩位於1967年提出此效應的科學家之名,他們認為:大霹靂後殘存的熱能所發出的宇宙微波背景輻射(Cosmic Microwave Background,CMB)覆滿整個天空;當來自CMB的光穿透大團物質聚集的重力場時,波長會變短一點而偏藍,即所謂的「重力紅移效應(gravitational redshift)」。

1996年,Robert Crittenden和Neil Turok兩人將Sachs等人的概念延伸,認為天文學家可以藉由比較CMB的溫度分佈圖和鄰近宇宙的星系分佈圖,來尋找光子能量的微小變化。如果沒有暗物質,那麼遙遠的CMB溫度分佈與鄰近的星系分佈便彼此無關;反之,則會導致出現一種奇怪、與直覺相反的效應:CMB光子會在穿越大質量物質的過程獲得額外的能量。

天文學家在2003年首度偵測到ISW效應,並迅及發現暗能量的確切證據。但這個訊息如同預期般微弱,因為CMB溫度和星系分佈圖之間的關連性畢竟沒有很強,因此有些科學家認為ISW效應說不定是其他來源造成的,例如銀河系中的塵埃等。自首篇ISW效應論文刊出後,某些天文學家便開始質疑原始的偵測結果,並認為有些被認為是最強的暗能量證據仍有問題。

在Giannantonio等人的最新論文中,他們重新檢測關於ISW偵測過程中的所有爭議之處,並改善先前相關研究工作所使用的CMB溫度與星系分佈圖等。最後他們得出結論:暗能量有99.996%的機會的確與CMB溫度圖中溫度較高的地方有關。此外,這個研究成果有顯示愛因斯坦廣義相對論有可能需要修正之處。下一代的CMB與星系巡天工作應該可以提供更精確的關連性。

資料來源:Dark energy is real, say astronomers. Royal Astronomical Society (RAS) [12 September 2012]

轉載自 網路天文館

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星座、星宿、星官傻傻分不清楚?

臺北天文館_96
・2021/06/21 ・5244字 ・閱讀時間約 10 分鐘
  • 本文轉載自臺北天文館,《臺北星空》第 100 期
  • 作者 / 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 | 歐陽亮

星座對現代人來說,就是指西洋星座,那麼傳統的中國星座是怎麼被取代與遺忘的呢?

一講到星座,大家就想到個性、運勢、愛情等熱門占星話題,聊起生日會對應到哪個星座也能秒答出來,強者甚至還進階到命盤、相位、上升星座的分析。不過,有多少人會認真依照今日運勢穿著幸運衣物走向開運方位進行日常生活?又有幾個人會因此聯想到天上真正的星星?在這裡我們並不準備以心理學或統計學來討論星座命理是否 屬於偽科學的冷門問題,而是要探討另一個更枯燥的疑點:到底星星 組成的星群在古代是稱為「星座」、「星宿」還是「星官」?

有人認為,中國古代稱呼天上星群為「星官」;而「星座」則是西方專有的,不可用在中國星群。因為「星座」指的是天空的範圍, 在邊界內整個面積所包含的星星皆屬於此星座,概念與「只有連線但無邊界」的星官不同1。但是,從古書中可以查到一些關於「星座」的例子:

《史記.天官書》【索隱】:「案天文有五官。官者,星官也。 星座有尊卑,若人之官曹列位,故曰天官」(圖 1)。

圖 1 史記.天官 書即有「星座」一詞(武英殿 二十四史本)。圖/台北星空 100 期

這裡已出現了「星座」一詞。唐代的《史記索隱》在同一段裡同時使用星座、星官兩詞,難道是作者司馬貞對兩者傻傻分不清楚?另外,天文怎麼可能只有五個星官?其實這是司馬貞以為天官書說 的五宮是五官的誤寫2

除了史書之外,五代十國時期的詩人黃損也曾把星座寫進詩中:「昨夜細看雲色裏,進賢星座甚分明」。進賢是在角宿旁的單星星官,但這裡卻用星座來形容。

然而「座」這個字何時出現?史記天官書有一 句「太微,三光之廷……其內五星,五帝坐」指的就是太微垣中的星官「五帝座」(圖 2 ),「座」寫 為「坐」,兩者通用。在保留早期天文型態的「朝鮮天象列次分野之圖」中亦可看到:紫微垣「五帝坐」(現稱五帝內座)與天市垣「帝座」混用兩字在同一圖中3(圖 3 )。東漢的《說文解字》雖然沒有記載座字,但在戰國初期就有人以此字為名,因此即便「座」較晚才出現,也是早在戰國時代就發明了。

圖 2 宋元兩代之五帝座星圖比較(中國恆星觀測史,頁 303、437):左為宋;右為元。圖/台北星空 100 期
圖 3 「天象列次分野之圖」的五帝坐與帝座,兩者用字不同。圖/台北星空 100 期

在敦煌藏經洞發現的唐初占星寫本 Pelliot chinois 2512 也可以看到,三家星官在數量統計時, 雖然單位大多寫為「坐」,但甘氏中官七十六座卻寫為「座」(圖 4),顯示當時通用的情形很普遍。

圖4 敦煌寫本 Pelliot chinois 2512 統計星官數量時使用單位為「坐」但偶爾用「座」。圖/台北星空 100 期

至於「星官」 這個詞最早出現在以下正史:後漢書《天文上》:「星官之書自黃帝始」。另外《三國志》也有:「禧既明經,又善星官,常仰瞻天文」。

上述敦煌占星寫本的數量單位「座」或「坐」,在同時期另一個內容幾乎相同的日本《三家星官簿贊》裡則寫為「官」(圖 5),只有甘氏外官四十二座抄錯成了四十二星。因此並不是司馬貞分不清楚「座」與「官」,而是當時應該可以通用,沒有特別區分。《宋史》等元代之後寫成的史書在統計時沿襲前人稱呼, 星座仍然與星官同義。一直到清末,星座依然沒有現代的「天空範圍」意思。現代天文巨著《中國恆星觀測史》也是星座、星官兩者並用4

圖 5《三家星官簿贊》統計星官數量時使用單位為「官」。圖/台北星空 100 期

另外,古人用星星占卜, 就是想藉由某星官位置出現異象時,找到「與其同名的地面事物會被影響」這種關連,含有天官示警之意,未曾有過「星名沒有官員的含義就不可稱之為星官5」 這種想法,也沒有把動物或用具之類沒有官員含義的星官排除在外而另外統計其數目,這一點可從《三家星官簿贊》裡統一用 「官」字來總計數目即可知曉。

至於「星宿」常被認為專指二十八星宿,即黃道赤道附近的二十八個主要星群,不過古人卻不一定這樣區分。著名成語「杞人憂天」出處《列子.天瑞》寫道:「天果積氣,日月星宿不當墜邪?」這裡的星宿就泛指所有星辰,而非只限於角宿到軫宿的二十八宿。古籍中還有許多「夜觀星宿」的詞句,也不可能是在形容古人觀星時只看二十八宿而不看別的星星。所以星宿是可以廣義地用來形容所有星群的用詞。

再來看西洋的「星座」, 在古代其實也是星群的概念:星座 Constellation 字源於拉丁文 constellattus,意思是組合在一起的若干星星6。遠古巴比倫文獻提到的三位神掌管的星群或是月球路徑上的 18 個星座7,都是由星群所組成,並沒有以座標來劃分天空的概念。直到近代的西方古星圖在繪製時也都是以圖案或連線來表現該星座範圍,彼此之間沒有明顯的界限,有時還會重疊, 使得同一顆星被兩個星座共用!

圖 6 托勒密星表中的五車五 (β Tau) 同時出現在御夫座(上)與金牛座(下),但末尾的星等卻不一樣。圖/台北星空 100 期

西方古天文最重要的經典著作:托勒密的《至大論》(Almagestum)又名《天文學大 成》,在第 78 ~ 89 頁的星表中,列出了古典四十八個星座的一千多顆星,其中就有幾顆星被故意寫了兩次,因為托勒密認為它們是兩個星座共享的(最早的共享經濟?)。例如御夫座 (Auriga) 右腳上的星 β Tau 同時也是金牛座牛角尖端的星,現在已被歸在金牛座,即中國的五車五。不過星表兩處的座標雖然相同,星等卻不一樣(圖 6 )。另外,在牧夫座 (Boötes) 最上方的星星與武仙座 (Hercules) 右腳的星星也是同一顆,現在稱之為ν1 Boötis, 即七公五(圖 7 )。

圖 7 托勒密星表中的七公五同時出現在牧夫座(上)與武仙座(下)。圖/台北星空 100 期

在托勒密的書中,並沒有使用字母或數字來標示恆星,而是利用相對位置來描述識別每一顆星, 與中國明代之前的方法一樣。托勒密還在每個星座的最後,列出一些 鄰近卻未被採用的恆星,這些不屬於星座圖形的孤星被稱為未成形的 (amorphotoi) ,就如同中國古代星象裡也有許多顯而易見卻沒有被編入任何星官的星星一樣,如船尾座 ζ(明清時才增加的星名:弧矢增二十二, 2.2 等)、天鵝座頭部 β 星(輦道增七,3 等)。到了近代「星座隨你DIY」的混亂時期,這些孤星逐漸被合併到古典星座或是剛劃分出的新星座,直到 1930 年國際天文聯合會(IAU) 為了統整星座的邊界,捨棄共用重複的編號,星座才確定用座標來劃分,成為一種天空區域的概念,而不再指實際的星群,終結了星星被搶著要或沒人要的情形。

何時轉換為西洋星座體系

星座對現代人來說,就是指西洋星座,那麼傳統的中國星座是怎麼被取代與遺忘的呢?西洋體系中的黃道十二星座最早在隋 初就隨著佛教傳到中國,並偶爾與二十八宿同時出現於古墓壁畫的星圖裡,不過未受重視8。到了明末,傳教士帶來航海新發現的南極附近星座,剛好可填補傳統星圖上的空白區域,於是它們被改成中國星官,放進《崇禎曆書》裡。除此之外,其他星官仍舊保持表面上的傳統,只是有些被改變位置或整個取消了。

清末積弱不振,有識之士為了學習西方技術而引進西學9,並出現了第一本近代天文學翻譯專書《談天10。該書向清末知識份子展示了當時西方天文學的成果,且為過渡到現代天文學打下了思想基礎11。雖然書中以清朝年號來敘述外國作者赫歇爾生平有種混搭風味的荒謬感,然而這也呈現了當時真正的紀年方法。同理,此書內的所有星名也是使用中國原有的,例如「太微左垣上相亦雙星也12」,完全沒有提及西名「室女座 γ」,可見清末仍以中國星名為主流。然而五十多年後清朝還是滅亡了, 沒有被西學救起。

現代意義上屬於科學的「天文學」一詞,其 實遲至 1896 年才出現13。民初開始致力推廣現代天文學,全天西洋星座應該是此時才被廣泛採用。民國九年常福元先生著有《中西對照恆星錄》,引言中說:「欲為高深之研究,不得不借資西籍。顧讀西書有數難,而尤莫難於恆星……其分座又與吾國宿舍不同……茲編之作,專為會通中西星名,俾讀西書者不生隔閡,即讀中籍者,亦得兼識西名。」 顯示當時若要研究現代天文,得使用西洋星名才方便,但當時國人只知中國星名,因此他編了這本中西對照恆星錄供研究者找到該星,這可能就是全面轉為西洋體系的起點。然而時至今日,我們反倒使用這類對照表來找出中國星名,已與當初目的恰好相反了。若沒有特別提倡延續使用固有傳統星名14, 恐怕現在已經沒人記得了。

總之,星星是點,古代星座與星官是連線, 現代星座則是面。自古以來,東方與西方的星座都是以星星連線而成的,用現代的「範圍」概念來區分古代的星座與星官兩者必然不同、或認為星官必是官職等過度解讀,都會曲解古人原本的想法。雖然現在我們習慣兩者不再通用,然而描述中國古代星群時,交互使用星座與星官兩詞應該是沒有問題的,畢竟「星座」比較為人所知,也能吸引喜愛占星的年輕人來注意這個古老的冷知識話題。

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 229 。
  2. 馮時《中國天文考古學》,社會科學文獻出版社,2001,頁 277 。
  3. 潘鼐《中國恆星觀測史》,上海學林出版社,2009,頁 159 ~ 161 更詳細地比較了日本《三家星官簿贊》、敦煌占星寫本 Pelliot chinois 2512 、開元占經以及 朝鮮天象列次分野之圖這四個古文獻中,坐與座通用的例子。
  4. 潘鼐《中國恆星觀測史》,頁 103 。
  5. 李維寶、陳久金、馮永利、陶金萍〈中國傳統 星名中的星宿、星官和星座〉,《天文研究與技術》 14 卷 1 期, 2017 ,頁 132-134 。
  6. 潘鼐《中國恆星觀測史》,頁 64 。
  7. 江曉原《12宮與28宿:世界歷史上的星占學》,頁 19、24、27 。
  8. 馮時《中國天文考古學》,頁 334 ~ 339 。
  9. 參見陳美東〈山雨欲來風滿樓- 1842 年至 1858 年間西方近代天文學知識在中國的傳播〉,《中華科 技史同好會會刊》2 卷 1 期,2001,頁 75 ~ 80 。
  10. 原作為天文學家約翰·赫歇爾 (John Frederick William Herschel) 的《天文學綱要》(Outlines of Astronomy, 1849),數學家李善蘭和傳教士偉烈亞力合 譯後,於 1859 年出版。約翰·赫歇爾為天王星發現者威廉·赫歇爾的兒子。
  11. 石雲里《中國天文學史》第八章,薄樹人主 編,文津出版社, 1996 ,頁 309 。
  12. 侯失勒 (即赫歇爾)《談天》,商務印書館, 第一冊:侯失勒約翰傳,頁六。
  13. 潘鼐〈評天學真原〉,《自然科學史研究》1997 年第 3 期,頁 291 。
  14. 陳遵媯《中國天文學史》第二冊 (1985 年) 頁 426 附表說明有提到單星採用中國星名的由來,這是中國天文學會天文名詞編輯委員會規定的原則:恆星外文 專名,均譯為中國原有的星名,不用西洋星座的星名。

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