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牛郎織女的背後怎麼會有大大的滿月!?

PanSci_96
・2015/08/20 ・3010字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 464 ・五年級

整理/ y編(雷雅淇)

既然是七夕,就不能不提到牛郎織女。而牛郎織女的故事其實是源自於文人雅士對牛郎星和織女星的浪漫想像。關於他們的真面目在這裡就不多說了,可以去看這篇文章(牛郎織女的真面目)。

夏季大三角。source:wikipedia
夏季大三角,同中最亮的三顆星從上面順時鐘數來分別是織女星、牛郎星、天津四。source:wikipedia

既然是七夕,我們就應景的來說說牛郎織女的故事:

在很久很久以前,孤兒牛郎和哥哥嫂嫂一起生活;嫂嫂不只對牛郎不好,算數也很不好:給了牛郎九頭牛卻要牛郎帶十頭回來才能回家。經過高人指點的牛郎從此就去夜總會生活過著幸福快樂的日子,全劇終。帶回了一隻其實是被打下凡間的老黃牛。

他對這隻牛悉心照顧,於是老牛就指點他找到了仙女們下凡洗澡遊玩的地方。他偷偷拿了其中一件衣服,而因為沒有衣服穿就回不去天界的織女,就這樣跟牛郎墜入了愛河。他們經過什麼樣的過程,生育了一對龍鳳胎我們就不贅述了,但這樣觸犯天規的織女要被強行帶回天庭。經歷了一番波折,有點被他們愛情感動的王母娘娘終於同意,讓他們在每年農曆的七月初七在鵲橋相會。

於是就有了這張我們常常會看到讓人感念愛情真偉大的圖:

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等等,不是說他們相聚是農曆七月初七嗎?七月初七的月亮應該是這樣啊:

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source:flickr

這樣無法解釋的事情,由泛科學專欄作者蔡宇哲提出後在社群中掀起了一番討論。如果我們不要為難一年才能相聚一次的牛郎織女,要怎麼解釋這一張圖才能它仍然有這樣浪漫的氛圍呢?

假設一:他們是在外太空

提出這個討論串的蔡宇哲老師一開始的立論是:他們是神仙,圖是地球人看到他們相會。所以他們在哪相會怎麼搭橋先不管,反正神仙自有辦法解決。但地球人的我們看到他們時不該是滿月啊。

另一位專欄作家廖英凱則說:他們是每年七夕在銀河旋臂上相遇,所以你看到的至少是6500年前的牛郎織女,過來有個時間差所以剛好碰到滿月那幾天也是1/10的機率。

就算沒那麼遠好了,鵲橋高度跟月球軌道一樣,對神仙來說也很合理吧,所以你看後面的月面陰影,也不是地球上看到的角度。

假設二:那根本不是月球

英凱也提出:其實再觀察看看,你怎麼會認為那後面的是月球呢?那光明明是7500K以上的藍白光恆星,搞不好是天狼星或是參宿增一之類的超大恆星哪~~

y也附和說:覺得背後應該是恆星+1,搞不好是第三者天津四,他的光譜型A2也是淡藍的白色。

source:Stephen Rahn
source:Stephen Rahn

阿樹老師也對「要怎麼樣才能讓人在地球上看牛郎織女會面時有滿月?」提出了另外一個方向:簡單版的就是有個地球2.0和月球2.0,各項參數配起來剛好七夕那天就是滿月。(蔡宇哲老師跟著說:所以要在平行宇宙的地球才能見到囉。)

假設三:公轉速度改變

樹提出的另外一個複雜版的說法是:月球公轉速率快約一倍、地球公轉速率也快約一倍,地球自轉速率維持不變。

可以得到一個月只有約14.6天左右,一年只有只有182~183天,但一樣一年會有12個月,每天仍然是24小時,而初七前後就會是滿月,解決!(不用考慮牛郎織女星,因為他們是恆星,視角差距不會有太大變化)

___________________________

追本溯源,為什麼背後會是滿月

說到底,這個事件的始作俑者是那張讓人摸不著頭緒的圖片,但為什麼要在牛郎織女相會的圖後放上滿月呢?

康靜宜老師說:這真是一個好問題!宇哲老師發現的牛郎織女圖是現代文創的毛病,僅顧著設計、創意與現代繪圖科技的展現,忽略「文化」與文學、史學、哲學。

所以牛郎織女約會要打光,才有剪影效果,這是拍片與美學的概念,但完全忽略神話傳說的文學美學,牛郎織女鵲橋會是有煙雨濛濛氣氛的(離愁啊!相見時難別亦難),但這樣繪圖就不美了。

所謂神話傳說可以說是一個民族人民共同的意識與夢,在對許多現象矇眛的時代,神話與傳說解釋了許多現象,有些在後世可被科學檢驗,但更多的神話傳說是反映的人心(願望)與人性,所以可供為社會學或是人類學(或文明發展)的研究文本(但神話傳說是由口傳開始,所以是流動、演進的,在演變的過程中又寄寓更多人類文明發展的軌跡)。

所以舉凡神話傳說中的人、事、物必須回到「那個版本」的時空去理解,但神話傳說既是科學知識矇眛的時代,當然無法完全反映真正的科學,當時所謂的科學是有很大的幻想空間,這幻想空間又有很多人性的色彩,所以後世才認為浪漫啊!不然月球怎會有嫦娥?(根據民俗學研究,嫦娥奔月可能是跑回娘家「月圖騰族」)

錯誤的天空不只這一樁

但搞錯天空的烏龍似乎不只這一樁?!除了美國天文學家Neil deGrasse Tyson對鐵達尼號搞錯天空感到生氣外, Hung Li-hsuan 也提出了他的疑問:

在台灣,明明只有東部可以看見太陽下山。西部的人應該都只會看到太陽西沉入海。為何無論東西部的人,從老到小,都常常把「太陽下山」掛在嘴邊?閩南語歌會有「日頭落山」的歌詞,小小羊兒要回家這首歌也有「紅紅的太陽下山了」這句歌詞。

我不懂原住民語(甚至是古語),會不會就不會出現類似「太陽下山」的用語呢?這是否表示閩南語跟現在所謂的”國”語,其實幾百年前都是外來語言?

source:wikimedia
source:wikimedia

Thomas Liao 回答道:台語的前身是中古漢語。中古漢語形成於唐宋之際,那個時期的人生活在中國中西部,所以只有「日頭落山」的自然景觀,因為離海太遠,沒有機會看到「日頭落海」。現代國語源自於北京,清入主中原後改良明朝的官話所形成的,語氣高傲,又稱「官腔」。國語比起台語,其中原漢語成分少了很多。

阿樹老師也補充:「日落西山」一詞來自舊唐書音樂志二,[…攸之未敗之前,思歸京師,故歌和雲:「日落西山還去來!」…]對照現代的國語與河洛話的語源,可以發現開始有日落西山這用法也差不多在唐宋之際。

所以只要在中國,除非你在山東、遼東半島的西岸部分地區,或是一些離島,否則不會有「西沉落海」的現象。

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螢幕截圖 2015-08-19 22.59.49

這一系列的「牛郎織女滿月圖」大多是源自於中國免費的圖庫網,用的人多半沒有想那麼多所以就這樣一直以訛傳訛,但注意到了就真的很難這樣繼續將錯就錯下去了。

或許你會覺得,一扯上科學本來有意境的東西好像都浪漫不起來了;但這才是屬於科青的浪漫啊!

用也是泛科學專欄作家–海苔熊的話來結尾:「 想你的時候, 我會抬頭看看天空, 這樣就會覺得我們好像很近, 至少,看的是同一片 星空。 」他在《我的少女時代》裡面這樣說。

從日落西山到牛郎織女,或許我們眼前不只是一片天空,而是一段關於重逢與聚首的夢,帶走的是時間,留下的,是思念。

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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 ・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

CASE PRESS_96
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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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