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台灣國際科展開幕 翟本喬、邁希爾同台聊科學與創新

劉珈均
・2015/02/09 ・1492字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 560 ・八年級
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來自20國的科展選手穿著自己彩繪的實驗袍登台。圖/劉珈均攝。

2015台灣國際科學展覽決賽6日正式展開,來自20個國家的150件作品角逐13個科別的首獎。開幕式特別舉辦了創意座談,邀請「倫敦國際青年論壇」主席理查˙邁希爾(Richard Myhill)與和沛科技執行長翟本喬同台演講,邁希爾聊科學教育與思考,翟本喬則分享如何讓自己的好點子觸動大眾。

邁希爾:跳出教室思考 把自己當世界公民

「我們都聽過要跳出框架思考(thinking outside the box),但我今天要講跳出教室思考(thinking outside the classroom)的重要。」邁希爾希望打破一些創意與科學的迷思,創造力並不局限於特定的人,「每個人都可以發揮創意,」邁希爾引用創造力教育專家肯˙羅賓森(Ken Robinson)的話:「發揮創意有很大一部份就是尋找新的做事方式。」例如愛爾蘭一些學校會要求13、14歲的孩子發掘問題,並自行想出辦法修正,這便是跳脫傳統充滿教科書、考試教學的新途徑。

邁希爾接著談科學的國際化,他以英國為例,在過去20年,科學研究的經費增為兩倍;論文與他國作者的合作比例增加了10%;48%的學術論文來自團隊合作;在英國有40%的研究者並非英國國籍,這些數據顯示,「成功的關鍵在於團隊合作。」且對象不再侷限少數區域或國家,而是世界各地,特別是世界正面臨許多複雜的挑戰,例如能源、食物安全、氣候變遷、生物多樣性、流行疾病等。

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倫敦國際青年科學論壇主席邁希爾談科學教育。圖/劉珈均攝。

邁希爾說:「你必須走得更遠,你們還只是站在起點而已,有句諺語『Sky is the limit(編按:天空是極限,意為沒有界限,有無限可能)』,而我要說,再走遠一點吧!」單在學校表現良好是不夠的,我們必須掌握學習的所有權,在教室外自主學習,起初會有點困難,畢竟過去一直習於教室內有老師、有考試、有教科書的教學,但要開始學著掌控自己的學習與生涯。

那麼,就一個中學生,可以做些什麼呢?可以試著找個題目,獨立進行一個科學專案,試著認識、連結該領域的專家,從當地大學找個科學家當指導者,定期參加科學研討會或相關課程。現今網路上過多的資訊與選擇讓下決定變得有點痛苦,我們在眾多看似有趣的選擇間舉棋不定,或許嘗試實際去做點什麼,就能從中發掘自己最感興趣的領域。

「跳出教室」學習的影響是什麼?「你自行探索的能力會變強,會有比較紮實的學習過程,瞭解事物的運作關係,遇到挑戰有解決問題的能力。」我們必須變成更有效率的學習者,並學著跟其他人團隊工作。曾有參加國際科學論壇的學生向邁希爾分享心得,覺得視野被大大拓展,這有兩個層面,一個是知識跨界,「你可能對化學、生物、物理、工程或數學都很有興趣,或許以後就可以把研究領域交融為生物工程、太空物理等,不僅限於單一學門。」另一個則是學會對世界敞開心胸,能與國際社群有所連結非常令人興奮。

邁希爾說,有些學生覺得自己似乎被孤立,不受同儕認可,身旁沒有人覺得科學很酷,而在科學研討會的場合,得以與各地同樣對科學有熱情的人交流想法、互相挑戰。網路也是一個尋找社群的好媒介,不過,「如果凡事都在網路上進行,會流失掉一些東西。」你還需要一些刺激,一些「親身」參與其中的經驗,到科學研討會或計畫的一大重點在於與人面對面接觸、腦力激盪、觀察他人特質等。

最後,邁希爾鼓勵學生把自己當世界公民,抓住可取得的每個機會,每個參與經驗都有助於培養創造力以及多學科、多人協作的能力,這正是未來所需要的。

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翟本喬與邁希爾演講完同台與學生問答。圖/劉珈均攝。

 

〈翟本喬:創業是為了讓好點子產生連鎖反應〉

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劉珈均
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PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。


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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)

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・2021/10/22 ・3033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!

「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地「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]

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]

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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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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