地球的天空- 太陽、月亮、星星的運動

蘇漢宗成功大學 物理學系 天文實驗室

http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/

講題綱要

講題大綱

浩瀚的宇宙 天球與天空的行政區 – 星座 恆星的週日運動、週年運動 (四季星空 ) 太陽的東昇西落 ( 週日運動 )、週年運動 ( 四季星空的成因 ) 月亮的週日運動、月相變化 (週月？ ) 日、月食的成因 天象模擬軟體

浩瀚的宇宙天文學常見的距離單位• 1 AU ( 天文單位 ) = 1.5x108 km

地球和太陽的平均距離

• 1 ly ( 光年 ) = 9.46x1012 km光走一年的距離

• 1 pc ( 秒差距 ) = 3.26 ly造成一秒視差角的距離

• kly ( 千光年 ) 、 Mly ( 百萬光年 )…• kpc ( 千秒差距 ) 、 Mpc ( 百萬秒差距 )…

陽光要用 8.3 分鐘才能傳到地球，用 100公里的時速“開車“到太陽，至少要用掉 170 年。以先鋒者十號每秒 12 公里的航速，航行一光年要用二萬五千年。

宇宙的邊緣約有 138 億光年。

Chaisson

天球 (1/2)

離太陽最近的恆星是比鄰星 (Proxima Centauri) ，距離為 4.22 光年，相當於 4x1013km 。以先鋒者十號每秒 12 公里的航速，要十萬年才能到達比鄰星。

可見得恆星都很遙遠，在人類的視覺中，幾乎都不動，在了解夜空中恆星運動的規則時，可以看成全部附著在一個很龐大的天球上。

比鄰星

天球 (2/2)天球座標赤經 (R.A., right ascension)赤緯 (Dec., declination)

赤經 ( 時間 ) 春分中午 12 時，通過格林威治村上空的子午線為 0h ，再細分成時、分、秒。

赤緯 ( 角度 )北天球的緯度為 0 到 +90 ，南天球的緯度記為 0 到 -90 ，再細分成度、分，秒。

參宿四的天球座標是(5h55m10.3s,+07°24'25'‘)

使用天球座標，對望遠鏡的指向、追蹤觀測很方便。

北天極

天球赤道

北極星

極軸

赤緯

赤經

0°

- 30°

+ 30°

+ 60°

4h

6h

8h

10h 12h

赤道

參宿四

星座 (1/4)

獵戶座的星場較亮的恆星通常有名字，另外也根據亮度用希臘字母命名，例如參宿四 (Betelgeuse ，獵戶座 α) ，

參宿七 (Rigel ，獵戶座 β) ，另外還有許多星表，例如 GSC 1234 1132, Vega, α Lyrae, BD +38°3238, HD 172167, 3 Lyrae, HR 7001, GC 25466, SAO 67174, ADS 11510 都是指織女星。

參宿四

參宿七Freedman

星座 (2/4)

獵戶座

星座 (3/4)

2003 年 9 月 21 日夜九時

織女

天琴座

天鷹座

天鵝座

天津四

牛郎

火星

雙魚座

寳瓶座

摩著座

半 人馬座天蝎座

白羊座

鯨魚座

十字架座

飛馬座

星座 (4/4)

恆星自行運的效應

恆星並不是永遠不動的「恆星」，只是它們離地球都很遙遠，所以在人類的視覺幾乎都不動而已。以北斗七星為例，前後二十萬年的期間，它們的排列變化就不難分辨出來。

Seeds

恆星的周日運動

西

東

從地球的北方向下看，地球沿逆時鐘方向自轉，導致了恆星 ( 太陽 ) 的東昇西降，也稱為是週日運動 (diurnal motion) 。在長時間曝光的影像裡，恆星會畫出弧狀的星流跡，由於地球每小時自轉 15 度，所以從星流跡相對於北極星所張開的弧長，就可以知影像曝光的時間。而在日落到日出之間的夜晚，因為地球自轉的因故，依序可以看到三個季節的恆星。

(KPNO 的夜空 )

Freedman

恆星的周年運動

西

東

太陽

天鵝座

九月

仙女座

十一月

英仙座

七月

地球軌道

想像中，地球位在天球的中央，當地球繞太陽公轉時，無法看到面向太陽面的恆星，所以在不同的季節，所看到的恆星 (星座 )也不同，這種現象稱為恆星的周年運動，也造成四季星空的變化。由於地球每天約在軌道上前進一度，造成下一晚恆星提前約 4分鐘昇起，一年之後再周而復始。

Freedman

太陽的視運動 (1/4)

地球的公轉運動地球的自轉和公轉的軌道面夾 23.5 度，因此地球的公轉運動，也造成地球的四季變化。太陽直射赤道地區時，正值北半球的春季或秋季 ( 南半球的秋季或春季 ) 。直射北半球時，北半球是夏季，南半球是冬季。斜射北半球時，北半球是冬季，而受陽光直射的南半球，反而是夏季。

太陽的視運動 (2/4)

由於地軸和軌道面夾 23.5度角，造成在不同的季節時，陽光照射地球的角度不同。同理，太陽周日運動的路徑也有變化。對北半球來說，冬季時，太陽偏南，日出位置偏東南，以較低的仰角掠過天空，日落位置偏西南。春季和秋季，太陽幾乎從正東昇起，從正西落下。夏季時，太陽的視仰角很大，偏東北昇起，落日位置偏西北。在夏至 (6/21) ，正午時分，陽光直射北回歸線，陽光直射位在此線附近水井的底部。 Freedman

太陽的視運動 (3/4)

太陽的視運動 (周年 )

同一地方，不同日期的太陽位置。如果每日在同一時間、同一地點拍攝太陽，可以看出太陽在一年之間畫出一個完整的“ 8”字型，稱為日行跡。

太陽的視運動 (4/4)

太陽的周年視運動從地球的觀點，視覺上太陽在背景群星之中向東移動，每日約前進一度，大約 365 天繞一圈。太陽的視運動的軌道稱為「黃道」。由於太陽的週年視運動是起因於地球的公轉，因此地球公轉的軌道面和黃道面重疊。

地球的四季

夏季 冬季相同的能量分佈在不同的面積裡。夏季分佈的面積小，溫度高。冬季分佈的面積大，溫度低。

Freedman

月亮的運動 (1/4)

月相變化和朔望月

月亮的運動 (2/4)

西

東

北極星

地平面

赤道

地球自轉

地平面上的天體不可見 !

當月亮從地平面昇起時，稱為月出，落到地平面下時，稱為月落。其他的天體如太陽、恆星亦相似。

月亮的運動 (3/4)

月相的成因

Freedman

月亮的運動 (4/4)月出與月落 ( 日期皆為農曆 )

陽光初一6am6pm

初八 12am12pm

十五 6pm6am

二十一12pm12am

初三

初五十一

十八

二十四

月相變化徐明敏先生攝

朔望

日、月食的成因

Freedman

為什麼不會每個月都有日食或月食？

日食 (1/2)

日出時分的日食

日落時分的日食

日食發生時，月亮從太陽的右上、右方或右下方切入，而復圓時，從太陽的左方出去。所以從上面這類照片，可以判斷日食發生的大略時間。

日食 (2/2)

日食的成因，以及日全食發生時，衛星所拍到的月影。

Freedman

月食

月食的成因，月食的長短和月亮在地球影子中的長度有闗。

Freedman

Starry Night ( 天象模擬軟體 )

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