天文学(含有图片和说明)

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白矮星、中子星、黑洞

白矮星(White Dwarf)

白矮星可以說是恆星的老年，而白矮星的產生方式有兩種，一是超新星爆發而產生，特別是質量較大的超新星爆炸後，把外部的物質炸得四飛五散，成為超新星遺跡，而內部剩下的核若質量較小，則這個「核」便變為白矮星。 另一種方式是來自行星狀星雲，當紅巨星越來越膨脹，則它臃腫的外層很難維持下去時，當它消耗完最後燃料殘渣時，連最輕微的擾亂都可能使氣體外表層鬆動，最後紅巨星的外層氣體慢慢向太空飄散在恆星周圍形成「煙環」這種環稱為行星狀星雲。 白矮星是紅巨星消耗完燃料後的殘留物；而這些核反應的殘留物，因為收縮，進而演變成非常奇妙的後果。例如平常所看到的任何東西，在這個星球上最後都可以分解成個別的原子（原子的構造包括一個非常緊密的原子核，外面圍繞著電子），當星球燃料用完，重力會將電子擠壓到緊貼著原子核的外面， 再度撐住星球內縮的趨勢。如此構成的星球，物質擠壓得非常緊，體積很小，但是隨著時間的演化，它的表面溫度會越來越冷，從白矮星到黃矮星、紅矮星，到只發紅光的紅外矮星及黑矮星…最後熄滅、晶化。

白矮星是質量小於I．4倍太陽質量，大部分都像地球一般大小，但每湯匙的物質重達10公噸！

中子星(Neutron star)

依據恆星演化理論，質量在四至八倍太陽質量的恆星，歷經紅巨星階段後，星球質量剩下約1.4至3倍的太陽質量，當核心經核反應至鐵與鎳後，由於進一步的融合不會再產生能量，恆星無法支持自身的重力而急劇收縮，因壓力太大使原子核破碎，逼使電子被壓縮與質子結合成中子，此時部分能量以反彈波形式向外傳遞將外層炸散，即超新星階段，爆炸後中心殘骸繼續收縮直至中子的密度能抗拒重力壓縮才停止，此種星球內僅中子能存在，因此稱中子星。

中子星一般質量與太陽差不多，但半徑僅約十公里左右，密度高到不可思議的地步，相當於地球上一塊方糖大小卻約重一億公噸的質量，典型的中子星表面溫度約一百萬度左右，由於它體積實在太小，因此雖然溫度很高，但是光度很低，我們在地球上不容易以光學望遠鏡偵測到它的存在。

黑洞(Black Hole)

當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後，沒有輻射壓力去抵抗重力，平衡態不再存在，這星體將全面塌縮，成為中子星。若其質量仍大於三個太陽質量時，那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力，星體將斷續塌縮至它的重力半徑(rg)範圍之內。這時，引力之大足以使一切粒子，包括光子，都被引回星體本身，不能外逸。這就形成黑洞。重力半徑又稱史瓦半徑，它只與體的質量成正比。

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行為錯誤的星系



說明:

　　上面影像中心的遙遠星系0313-192，距離我們大約有10億光年遠。 在這張影像中，由極大陣列(隸屬美國國家電波天文台)所偵測到的星系電波輻射是紅色的部份，而疊加在上面的是哈伯太空望遠鏡先進巡天相機所拍攝的可見光影像。 從哈伯影像所呈現的星系塵埃帶和其他特徵，以及雙子望遠鏡的紅外光量測，明確地指出0313-192是一個側對著我們的螺旋星系。 (備註：0313-192上方及右邊有兩個正面對著我們的星系，三者之間並無任何關聯。) 多年來，像這個星系核心周圍的雙瓣狀電波輻射，已經被廣泛地研究和編錄。 不過到目前為止，這種電波輻射通常是由巨大橢圓星系的核心所發出的，部份是來自星系的合併過程。星系0313-192並不吻合上面的形態，也因此被認為是一個行為錯亂的星系。 天文學家正尋找尋造成這種現象的線索，他們想了解這個可能和我們銀河系很像的星系，為何會有這麼劇烈的行為。

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宇宙年齡

宇宙年齡的爭論將劃下休止符 ?字宙的年齡至今未知，而「天體的年齡要比宇

宙大上許多」的矛盾也已經被提出。最近天文學家知道宇宙膨脹的速度可能已經

加速，這個發現對於宇宙年齡的定論貝有重大的意義。

球狀星團還比宇宙古老 ?

目前將宇宙年齡視為150億年，然而其正確年齡至今未明。天文學家決定宇宙年

齡的方法，大致可分為二種，一是利用球狀星團(globular cluster)的年齡來推

斷。球狀星團是古老星球的聚集體，天文學家認為它是在宇宙誕生後不久隨即誕

生的天體。球狀星團的年齡是探知宇宙年齡的標準，天文學家推斷最古老的球狀

星團年齡大約115億年。

第二個方法是透過哈勃常數(Hubble constant)來推斷。我們的宇宙因為大爆

(Big Bang)的緣故，目前仍在持續膨脹中。而透過哈勃(Edwin Powell

Hubble,1889~1953)所進行的觀測，已經說明了「距離地球越遠的星系會以越快

的速度遠離地球，而其遠離地球的速度(即後退速度)幾乎與它和地球的距離呈正

比」，這個比例常數就稱作「哈勃常數」。只要知道哈勃常數，就可以推斷宇宙

膨脹成現在大小所需要的時間，亦即推斷宇宙的年齡。

造父變星(Cepheid Variable)是天文學家用來測定哈勃常數的特殊天體，利用它的

變光週期求出絕對星等，以絕對星等與目視星等的比較便可精準測定出星體與造

父變星之間的距離，至於後退速度則可以利用光的光譜得知。天文學家利用造父

變星測得的哈勃常數，推測出宇宙的年齡大約90億年。

    天文學界數年前已接觸到「宇宙年齡的矛盾」這個問題，知道球狀星團的年齡要

比宇宙年齡大許多，即球狀星團自宇宙誕生以前就已經存在，因此認為上述數值

產生了矛盾。然而，實際的推測值中卻包含了誤差和不確定要素。如果把誤差等

要素考慮進去，那麼球狀星團的年齡將要從102億變成128億年，而利用哈勃常

數求得的宇宙年齡則要從90億變成120億年。雖然有誤差範圍，天文學家已規避

了矛盾，但在決定宇宙年齡方面仍有過大的差距存在。



宇宙年齡還是150億年嗎?

   用來測定哈勃常數的天體不單是利用造父變星而已，利用超新星、行星狀星雲和

似星體等也能測定出哈勃常數。1998年12月，日本的宇宙科學研究所及澳洲的

共同小組便利用似星體來進行觀測，並發表推斷出的宇宙年齡。他們利用上圖稱

為「PKS1830-211」的似星體來推測宇宙年齡，這個似星體因為被前方近處的星

系遮蔽住，所以無法直接觀測到，但似星體發出的光卻能因為星系的重力造成的

扭曲(即重力透鏡效應)而呈現出兩個影像。只要對這兩個影像進行精密的觀測，

就能夠知道光到達的時間錯過了26天。就因為這個「錯過」現象，天文學家得以

計算出地球與似星體的距離為140億光年;至於其後退速度也和造父變星的情況一

樣，可以透過光的光譜求出，約為150億。就這樣，天文學家透過測得之地球與

PKS1830-211問的距離以及其後退速度所得出的哈勃常數，來推斷宇宙的年齡。

   有關球狀星團的年齡也有新數據，1998年9月，日本國立天文台的研究人員表

示，透過歐洲太空總署 ESA)的希帕克斯衛星的觀測，求得球狀星團的年齡為150

億年。每個數值都有其觀測誤差，但以這兩種方法求得的宇宙年齡卻一致，天文

學家認為今後或許將宇宙年齡硯為150億年就可以了。

愛因斯坦曾經對過 ?

   現在的宇宙雖然因為大爆炸的威力而持續膨脹，但過去一般認為宇宙的膨脹速度

已經越來越慢，這是因為星體與星系之間的相互引力會抑制膨脹的速度所致。如

今，以美國為主的觀測小組自從調查「宇宙的膨脹速度究竟以怎樣的比例下降」

後，得到了超乎想像的觀測結果。

   該小組在比較「位於遠方的古老超新星的後退速度，以及位於近處的新生超新星

的後退速度」後，知道宇宙的膨脹速度已經越發加快。而且回溯過去，宇宙膨脹

的速度一旦變慢，那麼將會知道宇宙是花了許多時間才成為現在這個大小，而且

這個時間要比由哈勃常數推斷的時間長。

   原本應該因為天體間的萬有引力的牽引而減速的膨脹速度，如今為何會加快呢 ?

宇宙間似乎有反制重力的排斥力存在。至於排斥力的最佳後補則是「宇宙常

數」，也就是空間彼此的反制力---「真空能量」。宇宙常數由愛因斯坦(Albert

Einstein,1879~1955)於l917年提出，但是後來卻由他本人以「一生中最大的錯

誤」的說法而加以否認。

    如今，宇宙誕生後不久，旋即因為真空能量而急遽膨脹的「暴脹理論」(inflation theory)

已經成為宇宙初期的基本情節，宇宙常數已經在宇宙初期復活了。天文學

家認為，真空能量曾經隨著暴脹的終止而變成零，而宇宙膨脹的速度已經加快的

觀測結果，顯示出宇宙中仍然殘留下些許真空能量。這個結果或許表示愛因斯坦

的主張曾經對過，但真空能量為何殘存下來仍是一大謎團。

宇宙的末來如何?

   不單是宇宙年齡，宇宙膨脹的速度已經加快的問題也和宇宙的未來關係密切。宇

宙究竟是在哪個時點轉為收縮，又是在哪個時點平緩而持續膨脹並加速 ? 不論從

哪一個面向來描繪宇宙未來的形貌，所得的宇宙姿態都不一樣。收縮的宇宙會出

現不斷聚集而成一體的巨大黑洞，最後會因為大擠壓(big crunch)而回歸於無。

另一方面，持續膨脹的宇宙則會因為所有星體盡數死亡，最後連黑洞也蒸發了。

宇宙的年齡到底是多少 ? 是90億年 ? 115億年 ? 150億年 ? 還是以上皆非 ? 有

關宇宙年齡的爭論仍末見停歇。不少天文學家預測，宇宙年齡的最後結論將透過

一再出爐之更精密的觀測結果而於5年內得出。換言之，大家只要多等一段短時

間，就可望得知宇宙的確切年齡。

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天王星




說明:

　　乍看之下，影像的主角像是土星。雖然土星具有很亮的環系和衛星，不過它只是我們太陽系四個巨大的環系行星之一而已。 在這張由安圖望遠鏡(歐洲南天巴拉那天文台)所拍攝的紅外光影像裡，行星環和衛星事實上隸屬於天王星。 因為天王星這顆氣態巨行星含有大量的甲烷，它的大氣會吸收近紅外光波段的陽光，所以在這張影像中它變得很暗，不過，這反而增強了原來很暗的行星環之對比。 實際上地球上的望遠鏡在可見光波段，幾乎是不可能看到窄窄的天王星環，而在在1977年能夠發現這個環系，是一些很細心的天文學家當時注意到環系擋住了背景的星光。 一般認為天王星環的年齡不超過一億年，它們可能是小型衛星和路過的彗星或小行星互撞的碎片。 天王星的衛星都是以莎士比亞戲劇中的人物來命名。最近在1986年探測過天王星的地球探測船是航行家二號。

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啞鈴星雲




說明:

暗示我們太陽未來會如何結束的線索，是在1764年無意中發現的。 在當時，梅西葉 (Charles Messier)正在為惱人的瀰漫天體編輯一個目錄，所以它們不會再和他有興趣的彗星產生混淆。 上面這個天體是梅西葉目錄中的第二十七個，稱為M27或啞鈴星雲(Dumbbell Nebula)。將來我們太陽核心的核反應停止後，就會產生這種行星狀星雲。 M27位在南天的狐狸座 (Vulpecula)內，它發出的光大約要用上1000年才能傳到地球。M27是夜空中最明亮的行星狀星雲之一，用雙筒望遠鏡就能看到它。 這張照片是從氫和氧輻射的三個波段影像合成出來的，並經過數位銳利處理。 以18世紀的科學，完全無法了解M27背後的物理和重要性。 不過就是到現在，像M27這種雙瓣形行星狀星雲還有很許多神祕難解之處，其中包括低質量恆星到底如何拋出它外層氣殼，並留下一個熾熱且會發出X射線的白矮星。

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疏散星團M38




說明:

　　 疏散星團M38位在北天的御夫座 (Auriga)內，用雙筒望遠鏡就可以看到它。 位在銀河盤面的M38是個平常的疏散星團，成員星的年齡大約都是二億年。M38算是相當年輕，所以還有許多藍色的亮星，不過，它最亮的星是一顆亮度約為太陽900倍的黃色巨星。 這個星團距離我們約有4千光年，大小約為25光年。 上面影像中的M38，大約在疏散星團M36西北方2.5度的位置。 疏散星團是一種受到重力鬆散束縛的天體，隨著它繞銀河中心運行，星團會變得愈來愈鬆散，成員星也會慢慢的脫離出去。

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來自外太空的小球體




說明:

　　當隕石撞擊月球時，衝擊的能量使部份碎裂飛濺的岩塊熔化，而部份熔岩，後來冷卻固化成細小的玻璃球。 在歷次阿波羅探月任務，所帶回來的月球土壤樣本中，就有大量這類的玻璃球。而上面照片中的小球體就是其中之一，它的大小只有四分之一公釐 (millimeter)。 這顆小球體非常的有趣，因為，它是另一個極小撞擊事件的受害者。在球體的左上方可以看見這次撞擊所產生的隕石坑，以及在它周圍由震波所造成的碎裂區域。 在仔細分析這類隕石撞擊的年代後，有部份隕石活動，大約在五億年前就逐漸增加，而到現在仍然沒有減緩的趨勢。

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NGC 6960: 女巫帚星雲




說明:

　　一萬年前，人類還沒開始用文字來記錄歷史，當時一定有一顆「客星」，忽然出現在夜空中，然後在幾個星期後，又消失匿跡。 現在我們知道那是一顆超新星，是恆星發生爆炸所產生的現象。它所留下來的遺骸稱為面紗星雲 (Veil Nebula)，是一個到現在還在擴張的美麗氣殼。 上面的這張照片中的天體，就是面紗星雲的西緣，它正式的名稱是NGC 6960 ，也常被暱稱為女巫帚星雲(Witch's Broom Nebula)。 當氣殼急速向外擴張時，它衝擊四周原來就存在的雲氣，除了激發雲氣發光外，本身也輻射出各種顏色的輝光。 這個超新星遺骸位在天鵝座 (Cygnus)，距離我們約有1400光年。 照片中這把"巫婆掃帚"的大小，大約比滿月的視張角要大上三倍多。 星雲上方的那顆明亮的藍色恆星，是天鵝座52星，在遠離光害的地區，用肉眼就能夠看到它。雖然它緊貼著"掃帚"，不過它和這次發生在古代的超新星爆炸事件無關。

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年輕的星系POX 186




說明:

　　不是很久以前，也不是那麼遙遠的地方，一個星系誕生了！ 在這張哈伯太空望遠鏡影像裡，這個由恆星、雲氣和塵埃所組成的宇宙島POX 186，位在室女座(Virgo)一處較不擁擠的天區，距離我們只有六千八百萬光年而已。 和我們銀河系這類的星系比起來，POX 186是個很小很小的星系。例如，我們銀河系橫跨了十萬光年的範圍，含有二千億顆恆星，而這個嬌小星系的大小只有九百光年，含有大約一千萬顆恆星。 以宇宙的尺度來說，POX 186也很年輕。這張哈伯望遠鏡顯示，這個扭曲星系的年齡可能只有一億年，而且是兩個更小星系互撞的結果。 事實上POX 186的觀測顯示這種孤立的小型星系，可能是宇宙最後形成的一批星系，因為像宇宙中最大型的星系都是在數十億年前形成的。

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銀河核心的X射線輻射




說明:

　　使用錢卓拉X光太空觀測站，天文學家長期地觀測距離我們26,000光年遠處的銀河系中心。這一幅壯麗的假色景象，橫跨約130光年。它透漏了銀河系中心有一個富於X-光的活躍區域。這個區域是由一個被稱為人馬座A*的銀河系中心源所造成的，而一般相信這個中心源是一個具有三百萬個 太陽質量的超重黑洞。就具有這麼巨大質量的人馬座A*而言，即使是在它的X-光活躍時期，它所發出的X光還是比一般遙遠的星系要少的很多。這個事實，讓天文學家認為這個超重黑洞周圍正因缺乏掉入的物質，而處於挨餓的狀態。事實上，這一張清晰的X光影像顯示出，橫跨銀河系中心的數十光年的範圍內具有數百萬度的高溫雲氣(右上與左下)。這正是已有大量的物質，從黑洞的周圍被清出的證據。

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星系團Abell 1689附近的扭曲空間




說明:

　　離我們二十億光年遠的星系團Abell 1689，是宇宙中最大質量的天體之一。 在上面這幅由哈伯望遠鏡先進巡天相機所拍攝的影像裡，Abell 1689正如同愛因斯坦重力理論所預測的，扭曲了它後面星系所發出的光，產生了多個變形的影像。 天體巨大重力透鏡效應的強度和它的質量有關，不過影像中這群泛黃星系的可見物質，只佔造成這些背景星系弧狀影像所需要質量的百分之一而已！ 事實上，造成這種宇宙空間扭曲，並產生這種重力透鏡效應的大部份質量，是一種仍然很神祕的暗物質。 我們會知道星團的主要重力來源是不可見的暗物質，完全是來自觀測它們所扭曲的背景星系影像，以及它們如何把影像會聚成影像弧。