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「外星人如果造訪地球,是福是禍?」台北天文館資訊組徐組長表示…

PanSci_96
・2012/10/05 ・2135字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

緊接著科博館,這次 PanSci 小編們來到台北市立天文館囉!

記得Z小編(還很小,國小……)參觀過一次圓山天文台(會冒出「圓山」就知道那個人的歲數,就跟聊到「動物園」的時候一樣),還買了本手掌大小、講「宇宙」的精裝百科書,裡頭談到太陽系還是「九大行星」,那張跨頁的太陽系插圖,也就成了小小Z小編最愛畫的主題(長大之後才知道行星間的距離其實很不成比例而且火星和土星之間有小行星帶)。

後來天文台改制成天文教育館,從圓山搬去士林。Z編第一次參觀,光是在戶外看到一顆「超大金莎巧克力」-直徑35公尺寬的全天域劇場,就已經夠讚嘆了!

16年後,太陽系剩八大行星,天文學家發現了無數的星體、暗能量,還觀測到古老的宇宙……。如同所有博物館所面臨的問題,天文館展出的內容已經跟不上科學新發現。

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但山不轉路轉。台北天文館的辦的天文營幾乎場場報名都是秒殺,而「網路天文台」更提供我們豐富且即時的天文資訊。即使更新展館不容易,但能做的還是要繼續做!

以下由代理館長王錦雄主任、熟知天文的資訊組徐毅宏組長和展覽組陳俊良組長輪流回答。

P:天文館目前在經營上遇到什麼困境?

王主任、陳組長答:「天文」比較不受媒體重視,因為很難吸引讀者;稀罕的「天相」就有話題性,可是這不是常常都有,所以不能作為長期吸引媒體報導的材料;如果沒有報導,民眾就不會注意到天文館,再加上缺少行銷預算,「宣傳」就變成很難克服的部份。

天文觀測活動的確可以吸引民眾參加,每次也都很踴躍,可是天文館地理條件並不理想,台北的天氣狀況不佳,一年之中沒有幾天能清晰觀察星空,即使晴天,也可能因為正逢滿月,而無法觀察微弱的星光。

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除此之外,台北的育樂場所很多,民眾的選擇多樣,天文館又鄰近性質類似的科教館,加上不久的未來兒童育樂中心也會搬遷到附近。即使順利爭取到經費,著手更新展場,天文館也得想辦法吸引民眾參觀。

P:展場更新的規劃如何?

王主任、陳組長答:(熱心的王主任抱來一大疊天文館更新的規劃資料)常設展除了既有的展出之外,還要增添1997年後的重大天文發現。另外還要改建特展空間,在常設展之外也能展出和科學教育有關的主題,像是太陽黑子週期大爆發、小行星撞地球、好奇號登入火星….等等。

P:地球上會不會已經有外星人了呢?

徐:我相信有外星人存在。「科學」就是要拿證據出來,現在沒有證據能夠證明外星人存在。不過沒有證據是不是就表示不存在?這有很大的討論空間。一百三十五億年以來,宇宙很有機會出現生命,不可能只有地球。

P:外星人來地球是福是禍?

徐:美國人、肯亞人、大陸人來台灣觀光,會讓你害怕嗎?再延伸討論-如果外星人來觀光呢?我們不預設外星人來地球的目的,可能是來掠奪,可能是觀光、考察,或者真的只是路過。(「路過」也可能無意間危害到地球,比方像我們走過草地,可能無意間就踩死了很多蟲子)

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「外星人來地球」讓我們感到恐慌的其中一個原因是:我們都預設外星人的科技遠在我們之上,於是我們無法阻止它們的任何目的–如果真的要侵略地球的話。就我們的認知來說,能在星際旅行的確需要遠在我們之上的科技,不過我們無法想像的是:如果某種外星人壽命有幾萬年,那麼光是靠著很低的科技–人類已知的科技,也能造訪其他星球;假使這樣,它來到地球或許反而會被人類抓起來研究才是。

P:像阿凡達電影,地球人到其他星球去採礦的太空礦業,你贊成嗎?

徐、陳:先不討論是否贊成,因為目前的技術連登月開採都辦不到,要花太多錢了。但是太空礦業在未來是個勢在必行的方向,在那天到來之前會有更多問題出現,也會漸漸到了該討論「是否贊成太空礦業」的時候。

P:中國、南韓等國的太空計劃越來越多,台灣呢?

徐、陳答:對台灣來說,太空發展不是政府的主力研究領域,而且不一定砸大錢就有用。目前的策略就是成為某些跨國計畫中的重要一環,再換取新技術來發展其他新的計畫,而不是像「登月」、「登火星」這樣的整合型太空計劃。不過詳細的內容還是得請教國家太空中心。建議你們之後也可以去採訪他們。

P:假如《關鍵時刻》邀請館長上節目討論外星人,館長的回應是?

王主任、陳組長:呵呵呵,這不是「假如」而是真的有來邀過。(小編們:「哦?」)不過因為節目設計上較少能對話的空間,比較不符合科學「討論」的精神;再加上天文館是教育館,會挑「適合學童」的節目受訪,所以也就婉拒了。

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左起:P編、代理館長王錦雄主任、熟知天文的資訊組徐毅宏組長、展覽組陳俊良組長。

▲左起:P編、代理館長王錦雄主任、熟知天文的資訊組徐毅宏組長、展覽組陳俊良組長。

天文館的徐組長希望各位喜好天文的朋友,對天文有任何疑問,都歡迎詢問天文館。徐組長和諸位天文專家同仁會及盡可能地回答喔。

延伸閱讀:PanSci小編遊台灣科學展館系列

1. 「如果寶傑邀請你去擔任來賓,你會……?」科博館周副館長表示…
2. 「你對釣魚台的看法是?釣魚台的重要性是什麼?」國立海洋科技博物館籌備處主任柯永澤博士表示……

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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3032字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

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「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來的「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

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圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

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圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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