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10-1 　星光的秘密

10-1 　星光的秘密. 講義 P.154. P.188. 10-1 　星光的秘密. 圖片來源： http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/ap030207.html. 夜空下的獵戶座，由不同顏色的天體組成。星光中隱藏了什麼祕密呢？. 恆星顏色與表面溫度. 表面溫度較高的星球所發出的熱輻射 , 其能量分布偏重於波長較短的電磁波. 高一複習. 波長較短. 表面 溫度高 的星球，能量分布偏重於較短波長 ( 紫外線 ) 側，所以 顏色偏 ____

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10-1 　星光的秘密

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Presentation Transcript

  1. 10-1　星光的秘密 講義P.154 P.188

  2. 10-1　星光的秘密 • 圖片來源：http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/ap030207.html • 夜空下的獵戶座，由不同顏色的天體組成。星光中隱藏了什麼祕密呢？

  3. 恆星顏色與表面溫度 表面溫度較高的星球所發出的熱輻射,其能量分布偏重於波長較短的電磁波 高一複習 波長較短 • 表面溫度高的星球，能量分布偏重於較短波長(紫外線)側，所以顏色偏____ • 表面溫度低的星球，能量分布偏重於較長波長(紅外線)側，所以顏色偏____ 藍 紅 波長較長

  4. 星球的溫度與顏色 輻射強度能量（焦耳／平方公分 · 秒） 輻射能量強度最大的光 織女星的輻射曲線T = 20,000 K 太陽的輻射曲線T = 6,000 K 10,000 20,000 30,000 可見光 波長（埃= 10-10 m） 高一複習 • 性質不同的天體，輻射波長的能量分布也不同。 • 天體會發出各種波長的光(電磁波)，輻射能量最強的光，其波長與天體表面的絕對溫度成反比

  5. 10-1.1　恆星光譜與顏色 攝譜儀和光譜 一、：藉攝譜儀將星光分光後，形成按照光的波長長短排列的圖案。 講義P.154 P.188 光譜

  6. 10-1.1　恆星光譜與顏色 (一)恆星輻射電磁波是連續性分布。 (二)可見光光譜波長自750奈米至390奈米，可分為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。 講義P.154 P.188

  7. 10-1.1　恆星光譜與顏色 二、恆星的顏色 (一)恆星所發射電磁波的波長及其強度，與星體的表面溫度有關。 1.溫度越高，星體輻射的總能量（曲線下的面積）也越多。 講義P.154-155 P.189

  8. 10-1.1　恆星光譜與顏色 2.溫度不同，則輻射出能量最強的電磁波的波長不同。 (1)韋恩定律： T (K) = 3×10−3 / λ(m) T：恆星表面溫度(K) λ：恆星輻射出能量最強的電磁波的波長 講義P.154 P.189

  9. 10-1.1　恆星光譜與顏色 2.溫度不同，則輻射出能量最強的電磁波的波長不同。 (2)溫度愈高的輻射體，所發出的輻射總量愈強，且輻射量最強處愈集中在短波長的波段；溫度較低的輻射體，所發出的輻射總量愈少，且輻射量最強處愈集中在長波長的波段。 講義P.155 P.189

  10. 10-1.1　恆星光譜與顏色--星星的顏色 1.表面溫度3000K的恆星： (1)輻射量集中在紅外線波段。 (2)可見光中，紅光的輻射量大於藍光的輻射量。 (3)看起來偏紅色。

  11. 2.表面溫度10000K的恆星： (1)輻射量集中在紫外線波段。 (2)可見光中，藍光輻射量大於紅光輻射量。 (3)看起來偏藍色。 3.太陽的表面溫度約5800K： (1)輻射量集中在可見光波段。 (2)黃光的輻射量最強。 (3)太陽看起來偏黃色。 10-1.1　恆星光譜與顏色--星星的顏色

  12. 10-1.2　恆星光譜類型 一、能階與光譜 (一)原子或分子中的電子位於不同軌域，其電子便擁有不同的能量，所對應的能量呈階梯狀分布，稱為。 (二)當電子得到特定波長的光子激發時，會躍遷到較高能量的能階；當電子降回較低能量的能階，會放出特定波長的光子，就會在光譜上留下相對應的譜線。 能階

  13. 光譜 電子能階降低時，會放射特定波長的光。 • (A)、(B)為氫原子結構的示意圖，其中的電子會因(A)吸收光子或(B)放出光子而發生能階躍遷或降低，變成(C)中的吸收光譜或發射光譜。 電子能階躍遷時，會吸收特定波長的光。 吸收光譜(暗線光譜)：連續光譜經過低溫且低密度的氣體時，產生吸收譜線。 發射光譜(明線光譜)：電子由高能階回到低能階，發出特定波長的光，產生發射譜線。

  14. 10-1.2　恆星光譜類型

  15. 10-1.2　恆星光譜類型 二、光譜型態 (一)：恆星發出的電磁波是連續的，經攝譜儀可得到連續不中斷的可見光光譜。 連續光譜

  16. 10-1.2　恆星光譜類型 二、光譜型態 (二)（暗線）：恆星的熱輻射通過低溫、低密度的氣體，如行星大氣或星際雲氣時，某些特定波長的電磁波會被吸收，在光譜上出現一些相對應的暗紋。 吸收光譜

  17. 10-1.2　恆星光譜類型 二、光譜型態 (三)（亮線）：高溫、低密度氣體所發出的光譜並不是連續的，而是由特定波長的亮紋組成。 發射光譜

  18. 10-1.2　恆星光譜類型 三、恆星光譜類型 (一)依恆星的表面溫度排列，由高至低分出O、B、A、F、G、K、M七種主要類型，再依譜線亮度的強弱細分成十個副型，分別以阿拉伯數字0至9表示，如B0、B1、B2……B9。 (二)太陽是G2型星，光譜介於G0和K0之間，表面溫度約5800K。

  19. 10-1.2　恆星光譜類型

  20. 恆星光譜的分類工作是由女性天文學家安妮．坎農（Annie Jump Cannon，1863～1941）提出的，她先根據氫原子吸收譜線將恆星分成A到Q等類型，再將重複的類型刪除，最後依恆星的表面溫度重新排列，便出現了現行的O、B、A、F、G、K、M分類法。此種分類法有一簡單的背誦口訣：Oh! Be AFine Guy / Girl, Kiss Me.

  21. 10-1.2　恆星光譜類型 三、恆星光譜類型 (三)利用恆星光譜上某種元素的吸收線，可推測出該恆星大氣中含有該元素，再依實際譜線的強度來推算各化學元素的相對含量。大多數恆星和太陽的大氣很相似，氫占絕大多數，和氦加起來約96～99%，重元素僅占1～4%。

  22. 利用光譜推測天體組成 H Ca Fe Mg Ca, Mg H, Ca, Fe 不同的譜線可對應不同的元素! 含有什麼元素?

  23. 利用光譜推測天體組成 紅外線 可見光 紫外線 大氣層外的太陽輻射值 可推知地球大氣的成分 太陽輻射理想值 海平面的太陽輻射值 O2 H2O CO2 O3

  24. 利用光譜推測天體組成 太陽的可見光光譜-吸收譜線 恆星大氣的成分 由譜線的強弱可推知元素相對含量

  25. 利用光譜推測天體組成 恆星大氣的主成分為氫、氦 再經由理論模型推估恆星內部的化學組成

  26. 10-2　時間與距離 從地球所見愈遙遠天體的光，乃時間愈久的光，必須經過愈久的時間傳遞才能抵達地球。科技進步下若能再看得更遠些，就更能夠提供給我們宇宙愈早期的資訊。 重點概念

  27. 10-2　時間與距離 地球上看到的星空係不同時空的疊合－－不同時間從不同天體出發而同時抵達地球。金牛座α星（畢宿五），距離地球約65光年；金牛座ζ星（天關）附近有個蟹狀星雲M1，距離地球約6500光年，是超新星的殘骸；昴宿星團M45，是大而明亮的疏散星團，距離地球約400光年，同時交疊編織出不同時空的燦爛星空。 重點概念

  28. 常用的天文距離單位 復習 • 光年(ly )：光走一年的距離，約10兆公里(1013公里) • 好用之處：可以反推出星光到達觀測者的時間，有時空的意涵 • 常用於表示太陽系之外的天體距離 • 秒差距（ pc ， parsec）： 1 pc≒3.26光年，為天文學家常用的單位 • 天文單位(AU.)＝地球與太陽間的平均距離，約1億5千萬公里。適用於描述太陽系內的天體

  29. 昂宿星團 蟹狀星雲 400光年 6500光年 金牛座α星 65光年

  30. 昂宿星團 蟹狀星雲 400光年 6500光年 星空是不同時間的光同時到達地球所疊成的影像 金牛座α星 65光年

  31. 銀河系的恆星 鄰近年輕星系 遙遠古老星系 宇宙背景輻射 大霹靂 現在 137億年

  32. 宇宙的結構 超星系團 星系團(群） 星系 星雲 星團 恆星 小行星、彗星 行星、矮行星 衛星 復習 • 宇宙組織由大到小(平均總質量或空間尺度) ：宇宙＞超星系團＞星系團＞星系＞星團-星雲＞恆星＞行星＞衛星。 • 地球上可清楚看到的個別恆星(或星座) 、星團及星雲均為我們銀河系內的天體。

  33. 大霹靂學說的主要證據 復習 1. 哈伯的發現(哈柏定律) • 距離越遠的星系以越快的速度遠離我們 =>宇宙正在膨脹 =>反推宇宙初形成時有很高的密度 =>現今宇宙起源於一次大爆炸(Big bang) • 星系遠離速度= 距離 × H ，H為常數 • 宇宙年齡(大爆炸始)= 距離÷星系遠離速度 2. 3K背景輻射：威爾遜、潘奇亞斯所發現宇宙四面八方均存在的微弱的3K(大爆炸後冷卻至今的溫度)背景輻射

  34. 哈伯定律 復習 • 1929 年，美國天文家哈伯分析星系的光譜時，發現遙遠的星系在光譜上均呈紅位移的現象，亦即在視線方向上遠離我們而去 • 距離愈遠的星系奔離的速度愈大，奔離速度與距 離成正比，這個關係式被稱為哈伯定律：V ＝H × D V：奔離速度（公里/秒，km/s）D：距離（百萬秒差距，Mpc）H：哈伯常數（公里/（秒‧百萬秒差距） ， km/（s‧Mpc）） • 經過多年的觀測與修正，H約為 71公里/（秒‧百萬秒差距）

  35. 哈伯定律 復習 • 橫軸表示星系與地球的距離，單位百萬秒差距(Mpc)；縱軸表示星系的遠離速度，單位為km/sec，距離我們愈遙遠的星系，遠離的速度愈 快。

  36. 都卜勒效應 復習 波源相對接近 波長變短 頻率增高 波源相對遠離 波長變長 頻率降低 V = f × λ 波速 ＝ 頻率 × 波長

  37. 利用都卜勒效應測量天體的徑向速度 復習 靜止 遠離 紅移 接近 藍移

  38. 復習 日地月關係 補充

  39. 復習 月相盈虧 補充

  40. 範例練習 1.星球的顏色與下列何者密切相關？　(A)星球的大小　(B)星球的密度　(C)星球的亮度　(D)星球的表面溫度。 解題要訣：星球的表面溫度影響星星的輻射狀況，星球會呈現不同的顏色。 （D）

  41. 範例練習 2.下圖為高溫的氫雲其電子之能階變化情形，判斷此時出現的光譜型式為下列何者？　(A)連續光譜　(B)吸收光譜　(C)發射光譜　(D)反射光譜。 （C） 解題要訣：由圖可看出此為原子中電子降低能階時釋出之光子，故為發射光譜。

  42. 範例練習 3.當光線通過較低溫的氣體時，會形成哪一類光譜？　(A)連續光譜　(B)吸收光譜　(C)發射光譜　(D)反射光譜。 （B） 解題要訣：低溫的氣體會吸收特定波長躍升能階。

  43. 範例練習 4.分析恆星的吸收譜線可直接判斷恆星的哪一項性質？　(A)光度　(B)距離　(C)大小　(D)化學成分。 解題要訣：恆星的熱輻射通過低溫、低密度的氣體，某些特定波長的電磁波會被吸收，在光譜上出現一些相對應的暗紋（即吸收譜線），故可判斷恆星的化學成分。 （D）

  44. 範例練習 5.天文學家將恆星分為O、B、A、F、G、K、M等七個主要類型，是依據下列哪一性質劃分？　(A)恆星表面溫度　(B)恆星大小　(C)恆星光度　(D)恆星距離。 解題要訣：此七個類型反應出不同的光譜，光譜不同也是因不同表面溫度所致。 （A）

  45. 範例練習 6.(甲)星色為黃色；(乙)發出之譜線型式主要為發射光譜；(丙)熱量來源主要為氫融合成氦的核反應；(丁)依光譜型分類則屬G型星。上列有關太陽顏色及溫度的敘述，正確的為　(A)甲、丙、丁　(B)乙、丙　(C)甲、丁　(D)丙、丁。 （A） 解題要訣：太陽發出之譜線型式應為吸收光譜。

  46. THE END

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