从地球看星空1l1了解视星等及绝对星等的意义影响因素恒星.docx
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从地球看星空1l1了解视星等及绝对星等的意义影响因素恒星
第3章
l
從地球看星空
1.了解視星等及絕對星等的意義、影響因素恆星及恆星顏色與其表面溫度的關係。
2.了解各緯度所見星體運行之軌跡不同,並能依據北極星位置判斷所在緯度。
3.由於太陽、地球、月球的公轉和自轉可能造成晝夜變化、月相盈缺、各季節太陽位置、所見星空不同等天文景觀。
4.大氣會吸收部份陽光的波段,僅可見光、無線電波及部分紅外線可達地表,稱為大氣窗。
5.了解宇宙組織,並知道各星體間與地球之距離遠近。
恆星的亮度與顏色
認識星空
天球上的點與線──黃道、天球赤道、天北極、天南極等
星座命名與星座內的恆星命名方式
天球與星座
繞天北極逆時針旋轉
星跡照片──每小時旋轉15度
地球上的時區
星體的周日運動
(地球自轉)
從地球看星空
星體的周年運動
(地球公轉)
恆星每日提前4分鐘升起
恆星每月提前2小時升起
恆星同時刻同一位置出現為一年後
觀察星空
太陽在天球上軌跡
四大節氣太陽在天球上位置──春分點、秋分點、冬至
點、夏至點
四大節氣太陽升落方位及中午仰角計算
天文觀測──大氣窗──可見光、無線電波、部分紅外線
宇宙結構──星系、恆星、行星、衛星
浩瀚的宇宙
恆星──內部核融合反應,發出光和熱
星團──區分為球狀星團、疏散星團
星雲──區分為亮星雲及黑暗星雲
星系
3-1.1恆星的亮度與顏色
認識星空
3-1
一、恆星亮度──視星等、絕對星等(南一版p.30)
6
小
100
2.51
距離
光度
距離
32.6
1.恆星亮度分級的由來:
希臘天文學家希巴卡斯,將天上的恆星,依據肉眼可辨識的不同亮度,將1022顆恆星分成 個等級。
最亮的二十顆定為1等星,肉眼幾乎認不出的定為6等星。
2.視星等的意義及差別
(1)細胞視星等的意義:
星星依據看起來的明亮程度而劃分等級,稱為視星等。
星星等級數字越 ,星星亮度越大。
(2)視星等間的亮度比較:
後經精確測量得知1等星是6等星亮度的
倍,故每星等間亮度比約 倍。
(3)計算說明:
X6-1=X5=100→X=2.51(倍)
3.視星等與絕對星等比較
天文學家發現星球之亮度和此星球和地球 與本身發光(如恆星)或反射光(如行星)的強度── 有關,說明如下:
星等
定義
影響因素
太陽的星等
轉換公式
視星等
觀測者所見星星亮度的星等分級
星球與地球
﹑本身發光強度(光度)
-26.7
d=10[(m-M)/5]+1
m﹕視星等
M﹕絕對星等
d﹕距離(pc)
絕對
星等
將星星換算至
光年(10pc)時的視星等﹐距離相同做比較
本身發光強度(光度)
+4.78
註:
距離單位pc:
秒差距,1pc=3.26光年。
二、恆星顏色──表面溫度(南一版p.31)
1.韋恩定律(1911年諾貝爾物理獎):
短
短
長
太陽
(1)意義:
各溫度物體均會放出熱
輻射,物體表面溫度越高,所
放出輻射最大值波長越
,如右圖所示。
(2)應用:
星星的顏色代表恆星表
面溫度不同,高溫的星球偏藍
白色(可見光中波長較
),如室女座角宿一。
溫
度低的星球偏紅色(可見光中
波長較 ),如獵戶
座參宿四。
2.星球的顏色與星球表面溫度的關係:
星體顏色
藍白
白
黃
橘
紅
星體表面溫度
20000K
10000K
6000K
4500K
3000K
代表恆星
參宿七
天狼星
大角星
參宿四
註:
K為絕對溫度溫標,0K為-273℃,其溫度間隔和攝氏溫度相同,故
0℃=273K。
1
◎下表為甲、乙、丙、丁、戊五顆恆星的顏色、視星等、與地球距離資料,依據此表回答以下問題:
恆星的代號
顏色
視星等
距離(秒差距)
甲
白
0.0
8
乙
白
-2
3
丙
紅
0.0
100
丁
藍白
0.2
100
戊
黃
0.2
10
提示公式:
d=10[(m-M)/5]+1
m:
視星等,M:
絕對星等,d:
距離(秒差距)
(1)由資料數據推測,五顆恆星表面溫度最低為何者?
表面溫度最高為何者?
選項
(A)
(B)
(C)
(D)
溫度最低
丁
丁
丙
丙
溫度最高
丙
戊
丁
戊
(2)乙恆星較甲恆星亮度亮或暗幾倍?
(A)亮2.52倍 (B)暗2.52倍 (C)亮2.51/2倍 (D)暗2.51/2倍
(3)丙、丁、戊三顆恆星的絕對星等比較,絕對星等數字由大而小排列下列何者正確?
(A)丙丁戊 (B)戊丁丙 (C)丁丙戊 (D)丁戊丙
[答案]
(1)C;
(2)A;(3)B
3-1.2天球與星座
一、天球(南一版p.32)
天球
天北極
天南極
天球赤道
赤道
黃道
太陽
春分
北
秋分
南
+90
-90
1.天球的意義:
不論星體距離遠近,看起來似乎都分布在遠方一個極大的球面上運行,這個假想的球面稱為 。
2.天球上重要的點與線
天球上點與線的位置,和地球上分類相似,以下說明這些點與線的意義:
名詞
說明
地球自轉軸延伸線與天球相交的點﹐北極點正上方
地球自轉軸延伸線與天球相交的點﹐南極點正上方
地球 面向外延伸交於天球上的線﹐即赤道正上方的位置
每年 繞行天球上的路徑依據西方星座命名一年中經過的星座有十二個﹐稱為黃道十二宮
點
每年太陽向 (冬到夏間﹐南或北)跨過天球赤道的點
點
每年太陽向 (夏到冬間﹐南或北)跨過天球赤道的點
赤經
相當於地球的經度﹐南北向連線﹐自春分點(太陽位於天球赤道而北移的點)算起﹐以小時(15度-地球自轉每小時轉15度)為單位
赤緯
相當於地球上的緯度﹐天球赤道為0度﹐天北極為
度﹑天南極為 度
二、星座(南一版p.32)
1.星座的定義
距離
亮度
三垣
四象
二十八
88
明暗亮度
人們將天球區分為若干區域,並以其中星體排列成的特殊圖案命名,稱之為星座。
同一星座內恆星,僅視方向相同,並不代表星座內恆星與地球 相同(下圖),星座內的恆星 也不一定相等,如下圖。
2.中西方星座的命名
區域
中國(星宿)
西方(星座)
命名依據
中國官制或民間器物
西方神話故事中的神祇(如獵戶座)﹑動物(大熊座)及器物(水瓶座)﹐近代則以航海儀器命名﹐如六分儀﹑羅盤座
區分區域
區分為﹕
(1) (紫微﹑太微﹑天市)
(2) (蒼龍﹑白虎﹑朱雀﹑玄武)──
星宿等天區
訂出 個星座﹐各星座涵蓋天域大小﹑恆星數量及亮度均不同
3.星座內的恆星命名
中西方星座(星宿)內亮星的命名:
夜空中亮星大部分有自己的名字,中西命名方法不同。
區域
中國(星宿)
西方(星座)
命名
方法
依據歷史典故或神話傳說﹐將亮星直接命名
星座內的亮星依據﹐依其 ﹐按希臘字母排序
例子
織女星
天琴座α星
河鼓二﹐俗稱牽牛星或牛郎星
天鷹座α星
北極星
小熊座α星
4.四季代表星座及亮星
織女星
牛郎星
天津四
天狼星
參宿四
南河三
季節
常見星座
常見亮星
春季
獅子座
牧夫座α星──大角星
半人馬座α星──南門二
夏季
天蝎座(南方)
天鵝座(天頂)
夏季大三角
西方名
中文名
天琴座α星
天鷹座α星
天鵝座α星
秋季
仙后座
南魚座α星──北落師門
冬季
獵戶座
冬季大三角
西方名
中文名
大犬座α星
獵戶座α星
小犬座α星
2
1.天球黃道為下列哪一個天體在一年中行經天球上的軌跡?
(A)月球 (B)太陽
(C)木星 (D)金星
2.天球上天球赤道與黃道有兩個交點,當太陽運行到天球上此兩點時太陽直射赤道,此兩點名稱為何?
(應選兩項)
(A)天北極 (B)天南極
(C)春分點 (D)夏至點
(E)秋分點 (F)冬至點
3.關於星座(宿)的敘述,下列何者正確?
(A)星座(宿)內的星體主要為行星
(B)同一星座(宿)內星體亮度一致
(C)同一星座(宿)內所有星體和地球的距離皆相同
(D)西方星座天琴座α、β、γ星之訂定主要依據亮度排列
4.下列哪一顆星主要在冬季夜空出現,較不易在夏季看到?
(A)牛郎星 (B)織女星
(C)天津四 (D)天狼星
[答案]1.B;2.CE;3.D;4.D
3-1 課後練習
(1.恆星溫度高低依據顏色判斷,波長短的藍色星,溫度應最高。
絕對星等數字小,代表星體本身發光度強,參宿四為超紅巨星,發光度最強,故絕對星等最小。
)
(D)1.太陽是一顆穩定的恆星,能源主要來自氫融合反應,這類恆星屬於主序星。
而另有一類體積約為太陽百萬倍以上的恆星,稱為超巨星。
織女星的亮度為0.01星等,太陽的亮度為-26星等,參宿四的平均亮度約為0.8星等(變星,星等變化範圍為0.4~1.3)。
其中織女星是藍色主序星,太陽是黃色主序星,參宿四是紅色超巨星。
天文學家將天體置於32.6光年處所看到的亮度,稱為「絕對星等」。
依據以上資料,判斷下列哪一選項的敘述是正確的?
【96.學測】
(A)織女星的表面溫度最高,太陽的絕對星等數值最小
(B)太陽的表面溫度最高,織女星的絕對星等數值最小
(C)參宿四的的表面溫度最高,太陽的絕對星等數值最小
(D)織女星的表面溫度最高,參宿四的絕對星等數值最小
(E)參宿四的表面溫度最高,織女星的絕對星等數值最小
(2.太陽視星等26;滿月-12,相差14等。
故太陽較滿月亮2.514。
差5等亮度差100倍,故2.514=2.55×2.55×2.55/2.5=100×100×100/2.5=40萬倍。
)
(C)2.星等是天文學描述天體亮度的單位,依據星等與亮度的定義,1星等的亮度是6星等的100倍,也就是說,亮度每差約2.512倍,星等則差1星等。
目前已知滿月約為-12星等,太陽約為-26星等,則太陽的亮度大約是滿月的幾倍?
【96.學測】
(A)超過4百萬倍 (B)1百萬倍
(C)40萬倍 (D)25萬倍
(E)14萬倍
(3.若每個星等間亮度差為x倍,則1等星較6等星亮x5=100,x=2.5。
)
(C)3.一等星亮度是六等星亮度的100倍,則每差一個星等,其亮度約差多少倍?
(A)0.5 (B)1 【92.學測補考】
(C)2.5 (D)6
(E)100
◎下表為五顆恆星顏色、視星等及距離等相關資料,依據此資料回答4.、5.題:
恆星的代號
顏色
視星等
距離(秒差距)
甲
白
0.0
8
乙
白
-2
3
丙
紅
1.2
100
丁
藍白
0.2
100
戊
黃
0.2
10
(4.視星等數值愈小亮度愈大,顏色偏紅溫度較低。
)
(C)4.上表為五顆恆星之顏色、視星等等資料,則表中最亮的星及表面溫度最低的星各為何者?
選項
(A)
(B)
(C)
(D)
最亮
乙
丙
乙
丙
表面溫度最低
丁
丙
丙
丁
(C)5.承上題,圖中甲星和乙星比較,誰的視星等較亮?
亮幾倍?
(5.(2.5)2。
)
選項
(A)
(B)
(C)
(D)
甲乙亮度
甲較亮
甲較亮
乙較亮
乙較亮
實際亮度比
亮6.25倍
亮5倍
亮6.25倍
亮5倍
3-2
觀察星空
3-2.1天體的運行
一、星體的周日運動(南一版p.34)
赤緯
天北極
天南極
北極
西
東
東
西
逆
1.北極星的仰角位置:
(1)天北極附近有北極星,距離我們很遙遠,故北極星所發出的光線,可視為平行光,如下圖所示。
各緯度觀看北極星位置如下表:
所在位置
北極星位置
赤道(緯度0度)
北方仰角0度(地平線)
北極點(北緯90度)
仰角90度(天頂)
北緯40度
北方仰角40度
南半球
看不到
(2)在北半球觀看北極星,其在北方仰角的度數與觀測地點的緯度數值同。
如位於北回歸線(北緯23.5度)地區,則北極星位於北方仰角23.5度位置。
2.各緯度星體的周日運動(以北半球為例):
(1)地球上觀察天球星體的運動:
地球自轉過程中,一天內天球上的星體,會將該星在天球上
線繞一圈。
由地球觀察天球上有兩個點不會移動,為
及 ,天北極附近有一顆星為 星。
故由北半球可見到北極星的區域,可觀察到一日之內星體繞著北極星旋轉。
(2)星體一日內的運動:
由於地球自轉由 方向 方轉的因素,一日之中大部分星體(北極星附近的星體除外-不西落),由 方升起 方落下。
並以天北極(接近北極星)為中心
時針旋轉(面對北方)。
以圖形說明如下頁表所示:
所在緯度
赤 道
(緯度0度)
北 極 點
(北緯90度)
北 回 歸 線
(臺灣嘉義地區﹐北緯23.5度)
北極星位置
方地平線上仰
角 度
天頂(正上方)仰角
度
方仰角
度
星體運行圖示
星跡示意圖
(向北方觀察)
(各方向觀察)
(向北方觀察)
星體運行
運行剖面與
地平面交角
可觀察星空
運行剖面與地平面交角
可觀察星空
運行剖面與地平面交角
可觀察星空
,
度
在一天內所有星體都會轉到地平面上,全天星空可在
中觀察到。
,
度
僅可觀察到
之星空, 星空在地平面下,故觀察不到。
度
除赤緯
度以南星空外,其餘均可在不同季節觀察到。
北 0 90 北 23.5 垂直 90 一年 平行 0 北半球上方 南天 66.5 -66.5
星跡照:
星跡照為長時間曝光照片。
小
高
多
緯度與可見星空區域大小:
地球上各緯度所看到的星空區域不同,緯度越高看到星空的區域越 ,如赤道可見全天星空、北極點(北緯90度)僅能看見北天的星空。
緯度位置與不西落星體的範圍:
緯度越 ,北極星與地平線夾角(仰角)越大,故北極附近,繞著北極星不西落的恆星數會較 。
如臺灣嘉義地區北緯23.5度,北斗七星在秋天夜間看不到,但是日本地區由於緯度較高,故北斗七星在四季夜間均可見到,如下圖所示。
3.一日星體運動──星跡照片:
右圖為一張長時間曝光的相片示意
圖,以下說明之:
A
B
15
3
6
12
18
24
東
子午線
西
逆
東
西
15
(1)一日星體移動(東升西落A-B
):
長時間曝光的照片,星體移
動會使照片拖曳成一弧線,相對
北極星逆時針旋轉,故圖中恆星
移動方向為 到
。
(2)恆星拖曳角度:
各恆星相對天北極(北極星附近)拖曳角度和照片曝光時間內地球自轉角度相同。
地球自轉速度=360度/24小時=
度/小時。
(3)由星跡照片推測曝光時間:
照片中AB弧,相對北極星旋轉45度,故推測此照片曝光時間為 小時。
4.地球上的一日內時間及方向的定義(以赤道為例):
下圖為自地球北極點上方觀看地球自轉示意圖,關於地球上的時間及方向定義如下表所示。
(1)時間:
大 約 時 間
太 陽 位 置
清晨
早上 時
太陽在 方地平線升起
中午
中午 時
太陽通過
傍晚
下午 時
太陽在 方地平線落下
午夜
午夜 時
看不見太陽
註:
子午線:
通過天南極、天北極及天頂的假想圓。
即所在位置的南北連線,稱為子午線。
(2)方向:
地球自轉由西向東轉,自北極上方觀看地球自轉為 時針轉,各地逆時針切線方向為 方,反向為 方。
5.時區劃分:
(1)經度15度為一時區:
地球自轉1周24小時,平均1小時自轉角度
度意義為經度位置差15度時間差1小時。
(2)跨時區時差:
向東移動時間 ;向西移動時間 。
增加
減少
4
2
一年
二、恆星的周年運動──恆星每日提前升起(南一版p.35~36)
1.恆星每日提前4分鐘升起:
如下圖所示,午夜位於天頂的恆星,由於地球繞日公轉(由A移動至B)緣故,隔天會提前 分鐘到達天頂位置,即提早4分鐘升起:
地球自轉1度所花的時間=1/360×24小時=1/15小時=
4分鐘。
2.恆星每月提前 小時升起:
4(分)×30(天)=120分=2小時
3.恆星每年同日、同一時間在同一位置出現:
2(小時)×12(月)=24(小時)
→ 後恆星會在同一個時刻升起。
1
◎下圖為甲乙丙丁四地某日星球移動示意圖,其中曲線(虛、實線)為星球在天球上移動的軌跡,橫向剖面為地平面,N為北方。
甲地北極星位於北方地平線;乙地北極星位於天頂;丙地北極星位於北方仰角40度;丁地看不見北極星,星體運行剖面與地平面交角50度。
請依據此圖回答下列問題:
甲乙丙丁
(1)丙地觀察北極星仰角為40度,則當地觀察星體運行剖面和地平面交角為多少度?
(A)40度 (B)50度 (C)90度 (D)0度
(2)請問甲乙丙丁所在緯度各為何?
(A)
(B)
(C)
(D)
甲
赤道
北極點
赤道
赤道
乙
北極點
南極點
北極點
南極點
丙
北緯40度
南緯40度
北緯40度
南緯40度
丁
南緯50度
北緯40度
南緯40度
北緯40度
[答案]
(1)B;
(2)C
(2)甲地星體運行剖面與地平面夾90度,地球自轉軸在地平面,故為赤道所觀察景觀;乙地北極星位於天頂,仰角90度,所在地為北極;丙地北極星仰角40度,所在地為北緯40度;丁地星體運行剖面與地平線交角50度,則地球自轉軸(與星體運行剖面垂直)與地面交40度,因丁地看不到北極星,故為南緯40度。
[類題]下列何處能看到的星空範圍最大?
(A)北極點(北緯90度) (B)臺灣嘉義地區(北緯23.5度)
(C)新加坡(緯度0度) (D)巴西聖保羅(南緯23.5度)
(解析:
緯度越低能見到星空的範圍越大。
)
:
C 。
日、月、地相對位置與月相之關係
日 期
農曆初一
農曆初七
農曆十五
農曆二十三
月 形
看不到月亮
月相名稱
新月(朔)
上弦月
滿月(望)
下弦月
月球升起時間
清 晨
中 午
傍 晚
子 夜
月球經過子午線時間
中 午
傍 晚
子 夜
清 晨
月球落下時間
傍 晚
子 夜
清 晨
中 午
可能發生天文食象
日食(月球在日地之間)
-
月食(地球在日月之間)
-
註:
天頂子午線:
所在天頂的南北連線,又稱為中天。
2
◎下圖為以太陽作光線,地球和月球在一個月中相對位置關係示意圖(未按比例繪製),地球和月球的白色區域代表受光面,黑色區域代表背光面。
甲、乙、丙、丁四點分別代表一個月中月球與地球相對的四個位置。
試依據圖回答
(1)、
(2)題:
【95.學測】
(1)根據歷史記載。
唐朝人為中秋節的月亮取了個名字叫做「端正月」。
試問端正月那一天,月球應該在上圖中的哪一個位置上?
(A)甲 (B)乙
(C)丙 (D)丁
(2)臺灣地區的人在2005年10月17日晚間,可看到難得一見的「月偏食」,當天月球應該在上圖中的哪一個位置上?
(A)甲 (B)乙
(C)丙 (D)丁
[答案]
(1)A;
(2)A
端正月為滿月,月球亮面對地球,故位於甲。
月食發生於滿月,位置亦為甲。
[類題]下圖為某天發生日全蝕時太陽、地球、月球相對位置的示意圖(未按比例繪製),甲乙丙丁四點分別代表在地球上四個不同的位置。
試問當時住在地球上哪一個位置的人最有可能觀察到日全蝕?
【94.學測】
(解析:
位於太陽照月球本影區才能見到日全食,故地球要觀察到日全食必須在乙位置。
)
(A)甲 (B)乙 (C)丙
(D)丁 (E)北極
:
B 。
3-2.2太陽在天球上的軌跡
一、太陽運行軌跡的季節變化(以北緯23.5度為例)(南一版p.37~38)
節氣
日期
太陽直射
太陽升起方位
中午太陽位置
太陽落下方位
正東
23.5
正西
東北
天頂
西北
正東
23.5
正西
東南
47
西南
春分
3月21日
赤道
方
天頂偏南
度
方
夏至
6月22日
北回歸線
方
方
秋分
9月23日
赤道
方
天頂偏南
度
方
冬至
12月22日
南回歸線
方
天頂偏南
度
方
二、中午太陽仰角計算(南一版p.38)
1.中午太陽與天頂夾角=太陽直射緯度(北半球為正,南半球為負)-觀測者所在緯度(北半球為正,南半球為負),所得正值為北,負值為南。
2.如冬至日位於北回歸線,中午觀測太陽與天頂夾角=-23.5-23.5
=-47,即天頂偏南47度,仰角90-47=43度。
3
柯南固定在某地觀察日落景象,每一次他都用相機多次曝光後,再將多幅影像疊加起來,形成一幅日落重複曝光圖。
依上述拍攝手法,他在某天拍攝日落景象(左側),經過一段時間後在原地又拍攝一次,將兩次的日落景象重疊如右圖所示,如果日落的軌跡僅向右方移動到照片所示的位置(右側)。
依據此圖,判斷拍攝的地點與日期為何?
(應選兩項,(A)、(B)、(C)中選一項,(D)、(E)、(F)中選一項)【97.學測】
地點
日期
(A)北半球
(D)夏至之後﹐秋分之前
(B)南半球
(E)冬至之後﹐夏分之前
(C)赤道
(F)秋分之後﹐冬至之前
(G)夏至之後﹐冬至之前
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- 地球 星空 l1 了解 星等 绝对 意义 影响 因素 恒星
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