「恆星演化嘅嘢，我識條鐵咩」之 1. 原恆星

老老實實，成日俾人問：「讀天體物理做乜嫁？」

初時真係唔知點答好…

「天體物理學家…」
「我夠知啦！」
「知你又問？」
「我係指你工作內容做啲咩呀！」
「研究囉…」
「咁研究啲咩？」
都叫得天體物理學家，仲會研究啲咩…唔通會研究人腦咩…
「基本上所有天體啦…我就主要研究超質黑洞同吸積盤…」
「研究到有咩用？」
有咩用呢個問題呢…其實就真係好難答。問得呢個問題，佢其實只係想知你有無或只係想諷刺你無梁振英式經濟貢獻(CY-nomic Contribution)。

其實，天文或者天體物理的研究，根本上和研究歷史、考古差不多。想知道我們現在住的星系、星球甚至宇宙以前是怎麼樣，往後會怎麼樣，我們就要知道整個宇宙是怎樣演化的。

怎樣知道呢？你想要知道一個人一生到底是怎麼樣，你不用自己經歷完一次。只要看看身邊不同年紀的人，大槪你都能拼湊出人的一生。

宇宙中充滿著不同年紀的恆星、星系、星雲等等。依樣畫葫蘆就可以瞭解宇宙的歷史。要以現有觀測到的天文現象和事件拼砌出一個完整的宇宙發展史，首要自然是先把恆星的一生推演出來，於是恆星演化就成為天體物理很重要的研究課題了。

整個恆星演化的過程主要涉及兩種力的比賽：重力和熱膨脹力。

重力，是物體之間的吸引力。只要有質量的物體，便會和其他有質量的物體間産生一個吸引力，如果無其他的力出現，兩個物體會越走越近。當然，大家都知道地球上所有物體都會展現這個力，但因為地球的質量太大，所以地球上所有物體感受到地球的引力大於感受到其他物體的引力。那麼如果地球的引力不存在的話，那重力的效果便會展現了。當然，有圖有真相，這個實驗是的確做過的：

影片中，國際太空站的太空人在一個塑膠袋內放了些鹽粒。大家看到如果沒有外力影響的話，鹽粒是傾向聚在一起的。這是一個比較不嚴謹，但簡單的證明了即使物體的質量很小，但之間的確存在引力的。



熱膨脹力則係指熱力使物件中的粒子獲得額外的能量，粒子會開始加劇振動。於是，粒子和粒子之間的碰撞就會增加。為了緩衝這些撞擊，物體就會開始膨脹。

所以，如果物體熱力太高，熱膨脹力比引力大的話，物體就會膨脹。例如引爆炸彈就是一個極端的熱力突然過大的過程。


反之，如果物體質量太大，引力比熱膨脹力大的話，物體就會收縮。

所以簡而言之，引力把物體拉在一起；熱力則把物體擴張。

有種情況，在特定的溫度下物體膨脹至一個特定的體積時，熱膨脹力和引力平衡了的話，物體本身就會維持穩定的狀態。不過，熱力是會不停流失的，要維持這個體積，就要在物體之中不停提供熱力。

宇宙之中亦存在很多粒子，這些粒子大部份是氫氣，少量氦氣和微量其他元素，我們稱之為星際物質。

如果這些星際物質之中，有一些位置物質分佈得密集一點點的話，裡面的粒子就會好像影片中的鹽粒一樣，開始聚集起來。這些聚合的地方，會變成一些不規則的地方，我們叫它做分子雲。

這些分子雲的密度分佈得不平均，當中一些密度更高的地方會因粒子繼續聚集再收縮，形成很多個小型球狀雲。這些密度高的地方，粒子和粒子因太擠逼而開始互相碰撞，碰撞間的磨擦和粒子移動的能量會產生熱，於是收縮過程暫緩。

因分子雲這時是透明的，熱力很容易就散失出去。當熱力不足，引力又贏了，分子雲又開始加速收縮，一旦收縮，碰撞又再增加，熱力又重新補上，收縮過程又再減慢，就這樣引力和熱力一直爭持著⋯

引力和熱力的鬥爭持續，但當溫度開始越來越高，分子雲中的粒子離子化(一個因高溫令原子“分拆的過程”，物質的特性會有改變。我會之後有機會時詳述。)了，就會變成一個不透明的氣體雲。熱力開始很難散發出去，於是溫度加速升高，升到約2、3千度的時候，因熱力很難走出去，引力和熱力達至一個平衝的時候，一顆恆星的原型就形成了。

我們稱這一個原生的恆星時期為原恆星。任何一處的星際物質密度夠高的話，就會形成原恆星。不過，原恆星並未算是一顆恆星，因為它缺少了一樣條件：它沒有核聚變的機制令自身發光。而自身發光就是恆星的基本條件。下圖是一個畫家依描述繪畫出來的原恆星。

畫家想像的原恆星

如果這個原恆星的質量夠高，就會繼續演化；否則，一旦原恆星中心的熱力開始散失，就會因為它沒有核聚變而只有一直散失熱力直到完全變成一個冰泠、不會發光的天體，我們叫它們做棕矮星(Brown Dwarf)。

宇宙中充滿著這些恆星的產房、育嬰所。其中一個最著名的，是位於巨蛇座（Serphens）的 M16 鷹星雲（Eagle Nebula）。

M16 鷹星雲

細看之下，你可能會看到很多小光點，這些都是剛形成的恆星。另外，有沒有看到星雲幾個頂端都有光從裡面散發出來？天文學家相信這裡面有不少的原恆星正準備誕生成為真正的恆星。

當然，真正的恆星演化是要複雜一點的，上面列出的是比較有代表性的過程。

下一次，於這系列就會介紹原恆星演化之後是甚麼。

至於文首的那問題，我那時是答：「研究到我就可以即刻攞博士學位嚕~」

Stargazing101 觀星入門(2)：金牛座(Taurus)

差不多踏入四月，春天也過了大半，但是，現在在剛入黑，望向西面的話，我們還僅僅可以看到一個冬天著名的星座，也是觀星新手容易上手的星座—金牛座(Taurus)。

金牛座既為黃道十二星座的其中一員，我自然是不懷疑各位都知道有這麼一個星座。那麼這隻牛又有甚麼好看呢？

有看我之前寫的文章，就會知道，其實是可以從獵戶座(Orion)找到金牛座的方向。它們之間的排列就好像獵人在和狂牛搏鬥一樣。

不過，其實金牛座本身也是一個頗容易認的星座。因為它的主星多數都很光亮，在新界或者離市中心遠一點的地方都能看到。事實上，黃道十二星座之中，能在市區看得到的已經所餘無幾了…（真想好好拜託那些做廣告的，別有事沒事都把燈射上天，那些燈光都浪費在搶大自然的鏡了…）金牛座是碩果僅存之一。

在古希臘傳說中，這隻牛其實是白色的。這其實是宙斯(Zeus)又犯那"每個男人都會犯的錯"。

腓尼基(Phoenicia)國王有一個女兒叫歐羅巴(Europa)。歐羅巴很喜歡在泰爾(Tyre)的海邊玩。有一天大色鬼宙斯經過地中海看到歐羅巴就想據為己有，於是就走到牛群之中，化身成一隻很漂亮的白色公牛。歐羅巴看到這特別的白牛，就逗牠玩。最後，歐羅巴更騎在白牛的背上。
這隻白牛當時便立刻跳入地中海，一直游到希臘的克里特島(Crete)，這才變回原來宙斯的樣子，向歐羅巴示愛。結果，不懂天文的無知少女歐羅巴就被騙而成為宙斯的小三（也有可能是小四、小五、小六、小七…）。宙斯為了紀念這次的"豐功偉蹟"，就把這隻白牛昇上天成為星座。

金牛座的主星中，要數最耀目的應該是那顆金黃色的牛眼畢宿五(Aldebaran)了。由獵戶座的腰帶一直線向西方伸延大槪就可以找到了。

畢宿五的 目視星等 平均達到0.87等，排全天最亮的恆星肯定是20名以內。（星等是一個量度光度的單位，數值越低，星就越亮。例如從地球看太陽是-26等、月亮約-16等、織女星是0等，有機會我會詳細介紹。）亦可能是這顆泛金黃色的恆星，才會予人一種像是充滿怒火的牛的形像吧。但是，畢宿五其實是顆已經年老的恆星，現正進入了紅巨星的階段。所以，不知那天，畢宿五可能就會進行恆星爆發，變成行星狀星雲，然後變成白矮星。

畢宿五的附近有另外4顆恆星，和畢宿五形成一個V字，這就是金牛座的臉了。其實，這個V字之中，你還可以看到一堆較暗但肉眼也能看到的恆星，這些恆星(除了畢宿五之外)其實都來自於同一個星團，就是著名的畢宿星團(Hyades)。

在這個瓜子面的上方，有兩顆比周圍稍亮一點點的恆星，這兩顆星形成牛角。

牛的左角，是五車五(Alnath)。右角，是天關星(ζ Tauri)。在天關的旁邊，是一個被編號為 M1 的星雲—蟹狀星雲(Crab Nebula)。

M1 蟹狀

這個蟹狀星雲其實是公元1054年一次超新星爆發後的殘骸。中國人發現了那次爆發並且記錄下來。而那次爆發是歷史上最早有人詳細記錄超新星爆發的一次。

當時是宋朝，《宋會要》卷五十二記載：

初，至和元年五月，晨出東方，守天關，晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。

裡面說，這次的爆發，連白天也能見到，足足二十三日。

《宋史》亦記載：

至和元年五月己丑，出天關東南可數寸，歲餘稍沒。

宋史卷九

這顆新星足足一年多才從夜空消失呢！

而現在同一個位置，就是蟹狀星雲了。

美國太空總署就模擬了這次的爆發。

這個蟹狀星雲一直都現在都還繼續擴散著。

蟹狀星雲裡頭有一個小白點，是一顆中子星，因不停發出電波脈沖訊號，天文學家稱之為蟹狀星雲脈沖星(Crab Pulsar)。

不過，要觀看蟹狀星雲就要借助一下天文望遠鏡了。因為這個深空天體只有8.4等，而且又小，所以一般人很難用肉眼看到。(什麼？你能看到？有興趣應徵做狗仔隊嗎？聞說薪金不錯的說…)

沒有望遠鏡的朋友先別泄氣嘛，金牛座中還有七個美女等著你。

可能有朋友已經知道我要說的是有七姊妹星團之稱，編號 M45 的昴宿星團(Pleiades)了。

M45昴宿星團

昴宿星團之所以出名，是因為這個星團光度達1.6等，單用肉眼都能看到，而且整個星團在地球看來又不小。用雙筒望遠鏡也能分辨出星團內最光亮的幾顆星。

昴宿星團位於金牛座的背部，是一個疏散星團。從獵戶座的參宿四向畢宿五的方向伸延不遠就能看到。

測驗時間又到，又從下圖試一下能不能找到金牛座？

如果瀏覽器不支援Javascript亦可參照下圖答案。

都找到了嗎？所以，要觀星其實也不難吧。

Stargazing101 觀星入門(1)：獵戶座(Orion) [不正經mode]

遙~~~~~想我還年青的時候("乾隆年間左右啦")，身邊的朋友知道我會認星座，都會跟我說："天文，識女仔，最好用。"我是一直都不相信的，直到我大學時期，有那麼一件事差點改變了我這想法：

一個天朗氣清的仲夏夜，我剛好在尖沙咀海旁，打算漫步到紅磡車站坐車回家。那時大約已是晚上十一點多，我漸漸走近一對男女身旁。那對男女年齡我想跟我差不多吧，在竊竊細語。

當然我是無意聽他們在說什麼…突然，男的好像發現UFO似的指著天上，說："呢~~呢~~那就是金星(Venus)了，是愛神維納斯。"

嗚嘩~~~不會吧，已十一點多了，你不如說那個是太陽…你是見鬼了吧…(想知為什麼？讓我賣一下關子，你繼續留意這個Blog就會知道的了！)

下意識順著他指的方向望過去…噗哧，那是織女星(Vega)呢。正強忍著大笑，忽聽得女方就回應一句："嘩~~你好叻呀~~"就把頭依偎在那男的的右肩膀上了…

我呆了一呆，原來"識女仔"是這麼回事呀… 這不就是懂幾個天文的東西就騙吃騙喝嗎？(按：從前有一天，陳振聰當了上市公司主席；李丞責成了天體物理學博士，娶了個港姐。其實，辛辛苦苦讀個天體物理，幹嘛去？)

當時的感想大概是：

就在我不知笑好、哭好之際，那男的轉過臉來白了我一眼，膽小的我自然是繼續我回家的路程…

老實說，這麼大了也從沒有"享受"過這種認識天文的"福利"。不過我想，如果你的相貌就差那麼一點點就可勝過潘安，激死宋玉的話，學會觀星始終是有好處的。(按：從前有一天，陳振聰當了上市公司主席；李丞責成了天體物理學博士，娶了個港姐。-完-)

女孩子嘛，不想那麼容易被騙，還是要有那麼點知識的。

女孩子學會觀星，就會由無知少女，升級至女神了。一班觀音兵拜倒你石榴裙下，你要找到一個有型，又會那麼浪漫帶你去觀星的才子也就容易很多。不至於那麼容易受騙之餘，有時甚至可以反過來取笑一下那些煩人的狂蜂浪蝶。
男孩子的話…易受騙的女孩子都已經少了，你還不好好增值自己嗎？

想學觀星？選冬天就對了。冬天學觀星是很好的時間：

• 天氣乾燥，下雨天少。 
• 太陽早下山，看個一、兩個小時再回家洗澡睡覺也不遲。 
• 天氣冷，約女孩子看星時才有籍口依偎一下。然後那些你脫下外衣讓女孩子褸著的英雄情節才會出現呀！什麼？之後？沒之後啦！喂！你還在想嗎？旁邊的那個誰幫我搞他的頭一下！
• 笑話講完了，其實，更重要的，是冬天出名容易認的星座比較多；例如：獵戶座。 

要數全天的星座之中最出名，獵戶座可算是星座之王，不是第一也會是頭三名了吧。

獵戶座出名的原因在於它的幾顆主星都非常光亮，形狀又易認。我眼力不好，但在尖沙咀也經常看得出它主星的其中六顆。

而且，獵戶座之內包含了幾個用肉眼都能觀看得到的深空天體(Deep Sky Object)，所以是初學者接觸觀星最好的入門對象。

上圖是一幅獵戶座的星座圖，古希臘人以一個右手持木棒、左手持獅皮、腰纏一把配劍的獵人形態去代表這個星座。這個獵人的名字就叫做Orion。

古希臘關於Orion的神話都頗多…我就寫我印象較深(故事較短)的一個。

古希臘傳說獵人Orion是海神Poseidon之子，擅長狩獵。他誇下海口，說他能殺死任何猛獸。女神赫拉(Hera，就是那個醋罈子)聽到很不悅，派了一隻巨蠍去攻擊他。結果又真的被蠍子用尾針刺中Orion，就中毒死了…宙斯(Zeus)覺得Orion是一個很利害的獵人，死了挻可惜的，又是自己的姪兒，就把他昇上天空，成為自己的收藏品。不過巨蠍也很酷，也一併放到天上，成了天蠍座(Scorpio)。但原來這一針，Orion就患上蠍子驚恐症，怕了這隻巨蠍。於是Orion要等巨蠍在天空消失了，才敢出來…(事實上，天蠍座和獵戶座在天球的位置相差約180度，所以見到天蠍座的時間是的確看不到獵戶座的。)

當然，星座和任何人、神、動物都無關，但為易於溝通，天文愛好者都愛用這些形象去標示各星體。例如獵戶座的主星我們都愛用"腰帶"、"右肩"、"左腳"等去稱呼…

獵戶座有7顆主星，包括：

右肩，參宿四(Betelgeuse)，發出淡淡的橙紅色。參宿四是一顆超紅巨星(Super Red-Giant)，有差不多20個太陽的質量，光度會以5.7年的時間作周期變化，光度可以由0.2等變到1.3 等。熟悉恆星演化的朋友就知道，紅巨星就是年老的恆星。而預計參宿四會在未來數百萬年內發生超新星爆炸而成為一顆中子星。所以，不知什麼時候，這獵戶的右肩就會爆炸，然後消失。
左肩，參宿五(Bellatrix)。
腰帶由三顆主星組成：參宿一(Alnitak)、參宿二(Alnilam)、參宿三(Mintaka)。皆為超藍巨星(Super Blue-Giant)。參宿一、二、三就是中國古人說三星拱照的那三顆星，即是福、祿、壽三星。中國天文參宿的參有三之意，其實也是源自這三顆星。在參宿一旁邊是著名的馬頭星雲(Horsehead Nebula)，但單憑肉眼未必個個能看到，在香港就更難了。不過如果在光害小的地區，例如西貢東壩、鳳凰山，用相機爆光個幾分鐘也應該能拍得到。

馬頭星雲，位於參宿一的南方。圖中馬頭左方的亮星就是參宿一。
而圖中參宿一下方的是火焰星雲(Flame Nebula)。

右膝，參宿六(Saiph)。
左腳腂，參宿七(Rigel)。這顆藍白色的星，表面溫度足有12000度。
配劍位置是一個編號M42的星雲，一般稱之為獵戶座大星雲。 如果夜間無雲，光害不大，香港也可以用肉眼看見。這個星雲直徑達25光年左右，約地球和太陽距離的150萬倍。如果用天文望遠鏡或雙筒望遠鏡觀測，你有機會見到星雲裏面有很多小亮點。這些小亮點相信是我們稱為原恆星的天體，等於是初生的太陽。事實上，天文學家相信太陽最初也是從一個形成太陽系的"星雲"中誕生出來。

哈勃太空望遠鏡拍攝得的M42獵戶座大星雲

雖然3月已是春天，但一直到4月尾，晚上8點的時候，你還是可以在南面或西南面看得見整個獵戶座在天空。

我們其實還可以從獵戶座找到其他幾個有名的恆星。
從參宿三向參宿一的方向伸延，會見到夜空最亮的恆星—大犬座的天狼星(Sirius)
從右膝(參宿六)向參宿一的方向伸延，會找到御夫座的五車二 (Capella)
從參宿一向參宿三的方向伸延，會找到一顆金黃色的恆星—金牛座的畢宿五(Aldebaran)
從左肩(參宿五)向右肩(參宿四)的方向伸延，會找到小犬座的南河三(Procyon)
從左腳腂(參宿七)向右肩(參宿四)的方向伸延，會找到雙子座的北河三(Pollux)
有時從左肩(參宿五)向右膝(參宿六)的方向伸延至差不多地平線的位置，會找到船底座的老人星(Canopus)

而南河三、天狼星和參宿四就組成一個冬夜會見到的冬季大三角！

結尾，就做個測驗，看大家是否能融會貫通吧，試看看下面的星空，看你能不能找到獵戶座和上面介紹過的恆星？


本圖沒有五車二和老人星。 把滑鼠游標放在圖上即會顯示答案。

如果瀏覽器不支援Javascript亦可參照下圖答案。

盡量試完才看答案
試完才看答案吧
試一試吧
你試過了？
沒騙我嗎？
有覆卷嗎？
有？
真的？
什麼？再不給你看，你以後就不看？
真的要做完哦？
好吧！ 

二十四節氣－春分

3月21日，太陽走到了黃經0度的位置，地球踏入了春分。而每年大約3月20日至22日太陽就會走到天球上的這個位置。

春分是指冬至之後，太陽直射赤道的日子。這天，地球上幾乎所有地方（除了兩極極點之外），理論上日與夜的長度是一樣的。太陽當天會於正東方昇起，落於正西。

因為地球自轉軸的傾斜，於是產生了四季。如果沒有這個傾斜的話：

那地球上每一個緯度接受太陽光的時間就會一樣。而不論地球走到公轉軌道上什麼地方，這個時間都是一樣：12小時，每一天都是春、秋分一樣，也就不會有季節的區別了（這只是概括而言，地球上要影響氣候的原因有很多，不過最大程度形成季節的是地球的這個傾斜自轉軸。）。

春分是由冬天進入夏天的分界線。太陽待在天空的軌道會越來越長，所以白天的時間也會越來越長，太陽照亮地面的時間會越來長，所以日間溫度會越來越高。然後進入夏天了。

有關春分，還有一個生活的“小知識”！

如果有朋友熟悉占星的話（最好以後少看一點啦～），你會見到白羊座是第一個星座。這是因為，以往春分當日，太陽的位置就剛好走進白羊座的範圍。於是，古代的占星師就賦予白羊座一個開首的地位（也就是為什麼星矢打十二宮時會是白羊宮開始。）不過，過了幾百年後，春分日太陽已不在白羊座而是雙魚座了。原因，是因為地球自轉軸的歲差運動(Axial Precession)。

地球的自轉軸傾斜（Axial Tilt）了約23.5度。現在這個軸的北極方向指著北極星（Polar Star）。但是其實地球的自轉軸並非永遠都穩定地指著同一點，而是好像一個轉速很慢的陀螺一般，搖搖晃晃的，自轉軸會在天球上畫上一個圈。要畫成一個圈約需時25,772年。所以，不久的將來，北極星就不會是小熊座的勾陳一（Polaris）[事實上現在已不是指正著勾陳一了]而是變成另一顆星。（公元13700年北極指著的就會是織女星。）25,772年後，就又變回是小熊座的勾陳一了。

可這樣和春分星座有甚麼關係？

試想像一下，古代春分時，太陽是在白羊座中。地球的自轉軸（紅色箭頭）是向下圖的上方傾斜。(下圖是黃道星座和太陽、地球相對位置的示意圖。不按比例⋯）

誇張點說，如果到了猿人襲地球的年代，地球回到本來的春分點時，自轉軸歲差令自轉軸指向太陽方向的話，這個春分點實際就變成夏至了。

那春分點實質是三個月前的位置。

所以，在新的春分，太陽已走到摩羯座了。

而實際上，每年的自轉軸歲差都把春分和其他節氣推早20分鐘左右。25,772年之後，累積提早了的時間就差不多一年，春分點又回到原來的地方，跟自轉軸歲差的周期吻合。

從春分點在白羊座的年代過了的那幾百年，自轉軸歲差只轉了小許，太陽走到剛好在雙魚座中，就變成現在這個樣子了。

亦是因為歲差的原因，令黃道本來只有12個星座，變成13個星座。但這是後話了。
下面是一段解釋自轉軸歲差的影片，有興趣的朋友可看看。

四月四日，月食

講起月食的成因，很多人都知道：“不就是月球、地球和太陽連成一直線時的天文現象嗎？”

不過，以前帶活動時常常會有人問：月球一直圍繞地球公轉，那每個月不就都有一次月食、一次日食了麼？

其實，日、月食不常見是因為地球的公轉軌道，和月球的公轉軌道並不在同一個平面上，而是有一個差不多5度的夾角。就因為這5度的夾角，月球、地球和太陽真正連成一直線的機會沒有像滿月那麼多。不然，就不會有滿月的出現了。

亦因為這約5度的夾角，地球上看到的月食大致可分為：月全食、月偏食和半影月食。

地球被太陽照射後，地球進入黑夜的一面會伸延出兩個區域，本影區（Umbra）和半影區（Penumbra）。本影區就是幾乎所有太陽光都被地球遮擋的區域，而半影區就是有少量太陽光從地球旁邊照射到的地方。

當月球進入地球的本影區，就會出現月全食（Total Eclipse）。

月全食最大的特徵就是，當月球完全進入地球本影區時會出現俗稱紅月亮的現象。這是因為太陽的光線被地球大氣層偏折，但大部份顏色的光線被大氣層散射（Scatter）走了，只有少量的紅光能到達月球的表面再反射到我們的眼睛，於是看到的月球就會呈現褐紅色。

當月球不能完全進入地球本影區的時候，我們就稱之為月偏食(Partial Eclipse)。

而如果月球完全不能進入本影區，而只在半影區的時候，那就稱為半影月食（Penumbral Eclipse）。不過半影月食的光度變化比較少，所以肉眼一般難以察覺。

而其他時候，就只能看到一輪滿月在天空了。

在天文，月食分為7個階段：
食始（P1/First Contact）：月球開始進入半影區。
初虧（U1/Second Contact）：月球開始進入本影區。
食既（U2/Third Contact）：月球完全踏入本影區的一刻。
食甚（Greatest Eclipse）：月面中心和本影區中心最接近的一刻。
生光（U3/Fourth Contact）：月球開始離開本影區的一刻。
復圓（U4/Fifth Contact）：月球完全離開本影區。
食終（P4/Sixth Contact）：月球離開半影區，月食過程完結。
不過因光度變化不明顯，所以食始和食終肉眼很難察覺。

網上有不少以往不同地方月全食的影片，大家可以看到一些業餘天文愛好者拍攝的影片也可大約了解月食的面貌。例如這個在2010年冬至日（冬至是什麼？！快點擊我之前介紹驚蟄的文章！）於美國拍攝的月全食過程。（連結）

4月4日的月食是月全食，香港可以觀測得到。當天的月食約由下午6:15初虧，但當天月出的時間約為下午6:33。所以月出的時候，月食已經開始了。天文之中有一個術語，叫做帶食月出，就是表示月出時月食已開始的狀態。

雖然今次不能觀看整個月食，但因為食既時月球已昇上天空，所以肉眼能欣賞的過程今次在香港都能看到，所以還是值得好好凖備一下去觀看這難得的天文現象。

食既：晚上7時54分
食甚：晚上8時正
生光：晚上8時06分
復圓：晚上9時45分
食終：晚上11時正

整個過程，月球會在東南偏東至東南位置。

今次的月食在本影區共歷時約3小時30分鐘，食甚有12分鐘之多，也夠拍攝和觀測了。

觀看月食相比其他天文觀測比較簡單，因為月球的光度在地球上看明顯比其他天體都亮，所以只要當天天氣晴朗，月球應該不難找到。

不過，天有不測之風雲，出外觀月時，還是最好準備好雨具。當天，在太陽下山之後，找一個東面開揚的地方，應該就能看到月球慢慢在東面昇起。如果沒有天文望遠鏡的朋友，一個觀鳥用，甚至很普通的雙筒望遠鏡也能有很好的效果。如果雙筒望遠鏡也沒有，單用肉眼其實也可以享受到觀月食的樂趣的。

其實，每次月食發生，香港也有不少機構會舉辦一些免費的公眾觀測活動，屆時公眾就可以在專家帶領下使用專業的天文設備觀賞天文現象。過往舉辦的例如有太空館的路邊天文活動，有興趣的朋友要留意太空館的公怖了。今年，香港天文台聯同太空館亦會有網上即時播放是次的月食過程，讓安在家中的朋友也能觀賞這次香港天文盛事。(連結)

讀完這篇文章，想知多些的話，太空館現在上映的天象節目《日食傳奇》可能會適合你。片中會介紹日、月食的成因、歴史和故事，讓大家更能認識這些天文現象，映期至8月31日。

不過，天文觀測最重要的還是天氣，所以就讓我用一句天文人愛用的祝福語作結吧：Clear Sky!

廣義相對論發表100周年

1915年，愛因斯坦（Albert Einstein）嘗試將重力理論加入到他1905年發表的狹義相對論（Special Relativity）之中，出版了革命性的廣義相對論（General Relativity）。今年，正是廣義相對論發表後100周年。

19世紀是物理發展得相當發達的時代，研究了二百年的牛頓力學已發展得相當完善；另外，電磁理論（Electromagnetism）亦開始備受矚目，科學家們爭相研究，務求要先想出劃時代的理論。

當時的物理學界奉牛頓力學為真理。牛頓力學之中，時間、空間是兩個互不相關而又具有絕對性的概念。絕對空間的意思是，無論你（觀察者）身處甚麼環境（慣性系統），無論你自己（觀察者）有沒有在移動，向那裡移動，對同一個物件或距離所量度出來的長度是一樣的，例如公園有兩棵樹，一個站在樹旁的人和坐在高速行駛火車內的人所看到那兩棵樹的距離是一樣的；同理，時間亦是一樣。這是牛頓力學之中一個從未被驗證的假設。

在19世紀末，物理學術界其中一樣熱門的研究課題，是尋找一種幫助光線在宇宙真空之間傳播，叫以太（Aether）的物質。19世紀的整整一百年間，物理學家都認為只有以太能令光在真空之中穿梭。不過，在漫長的尋找過程之中，科學家們開始懷疑以太是否真的存在。而且，他們還意外地發現，光線無論在甚麼環境（慣性系統）下測量，真空裡的速度皆為一個固定的數值（常數），無論你自己（觀察者）有沒有在移動及向那個方向移動，即是現在所說的光速不變定律。

愛因斯坦就是在這樣的氛圍下成長。他開始發覺，牛頓力學在物件速度很高的時候就會開始失效。而且之前提到的光速不變現象，似乎與牛頓力學的時間、空間之絕對性相違背。

於是愛因斯坦著手思考當時大家都覺得理所當然的絕對性是否真確。他進行了一系列的思想實驗（Thought Experiment），發覺如果光速不變是真的話，那麼空間和時間的絕對性就不存在了，那距離和時間的長短其實就是一個相對的概念，即時間和長度是受觀察者的移動速度不同而有差異，而時間和空間，其實本質是一樣的，於是就有了時空（Space-time）的觀念。

平順的時空

愛因斯坦把這些想法於1905年寫成了一篇論文並在德國的《物理年報》(Annalen der Physik)刊登，往後我們稱之為狹義相對論。這些思考實驗十分有趣，但因篇幅所限，我只好在往後的文章中和大家仔細分享，有興趣的朋友就要留意了。

不過，這篇論文當時並未受到重視。幸好當時德國物理學界的巨頭普朗克（Max Planck）看出這篇革命性理論的影響力，相對論就在德國開始流傳。

普朗克 Max Planck

歲差運動簡圖

當時，天文界還有一個牛頓力學解釋不到的現象，就是水星的近日點歲差運動（Apsidal Precession）。每顆行星繞著母星系的恆星以橢圓形的軌道旋轉運行。軌道上離太陽最近的一點，天文學家稱之為近日點（Perihelion）。如果只有一顆行星繞著母恆星公轉的話，這個近日點的位置是不變的。不過，如果行星系統之中還有其他行星的話，就有可能被其他行星拉扯而使得近日點的位置也繞著母恆星公轉，這就稱之為歲差運動。牛頓力學能準確預計到其他行星的近日點歲差，但偏偏水星的歲差就存在著差不多10%的差異。

在普朗克的鼓勵下，愛因斯坦把狹義相對論的原理，加入重力去重新思考整個理論。愛因斯坦假設，牛頓力學所說的力，其實是物體的質量使時空彎曲，物體在依循這個彎曲的時空運動時就表現得好像故意繞著中間的天體公轉。但事實上，物體本身並不知道附近有一個巨大的天體，亦不會感受到任何的力。同樣地，當物體在時空上運動，時空會感受到物體的質量而被彎曲，就好像有船在水面上行過而形成漣漪一樣。當時，愛因斯坦為了驗證這套理論，就用了水星近日點歲差的數據，而剛好，水星近日點歲差的誤差就被這個時空的“漣漪”修正了（觀測上水星近日點歲差為43角秒，相對論的修正值為42.98角秒）。這套理論於1915年11月25日被編寫成4頁紙的論文，而這4頁紙就成為影響後世科技的廣義相對論。

相對論之中很多的現象已經被實驗證明，例如：光線於重力下的彎曲、時間延緩等等。其中，重力彎曲光線的驗證故事被英國廣播公司拍成一齣電影《Einstein and Eddington》，由《Lord of the Ring》中扮演Gollum的Andy Serkis和《Doctor Who》的男主角David Tennant主演，有興趣的朋友可以找來看看。

相對論對我們現在日常生活最重要的影響就是—GPS，全球定位系統。GPS是由24個人造衞星組成的系統，在地球的高空軌道上運作。當有裝置發出查詢的訊號時，裝置會比較從不同人造衞星的訊號時間差，計算出現在地的位置。現今全球定位的誤差約為5至10米，所以人造衞星量度時間的誤差就要少於光行走這10米的時間，約為33微秒，即三千萬份之一秒。GPS的衞星位處地面上空2萬公里，時間於相對論的修正值就有45微秒。所以不考慮相對論的話，是肯定無法達到5至10米誤差的準確度的。

廣義相對論對於天體物理和天文來說至關重要，因為它主要論述了巨大天體對時間和空間的影響。而一直被視為怪物的黑洞亦是由廣義相對論中預測得來。所以，廣義相對論由日常生活小至每日的網絡使用，大至科學研究，都和我們息息相關。往後，我會再多談一些黑洞的有趣現象和故事。

國際光之年 International Year of Light

2015年是一個物理史上很值得慶祝的一年：

1000周年紀念：1015年，阿拉伯科學家哈辛（Alhazen）發表光學書（Book of Optics）。

200周年紀念：法國科學家菲涅耳（Fresnel）於1815年首次提出光可能是波（Wave）的形態。

150周年紀念：1865年，英國物理學家麥斯威爾（Maxwell）發表著名的光電磁理論（Electromagnetic Theory of Light）。

100周年紀念：愛因斯坦（Einstein）於1915年出版光電效應（Photoelectric Effect）的論文，同時發表了改革古典重力理論的廣義相對論（General Theory of Relativity）。

50周年紀念：1965年，美國科學家威爾信（Wilson）和彭齊亞斯（Penzias）發現了宇宙微波背景幅射，此發現成為宇宙大爆炸理論的其中一個佐證。同年，高錕和同事霍咸（George Hockham）發現光纖傳送光訊號的損耗值應低於每公里20分貝（當時是每公里1000分貝以上），於是開展了科學界研發低粍損材料的競賽。

因著以上科學家對人類科技文明的發展，聯合國教科文組織（UNESCO）把2015年定為國際光之年（International Year of Light, IYL2015），希望國際能關注光、和相關科技帶給人類文明的貢獻。  

這些科技，和我們日常生活已經分不開了；由最原始的電燈、電視機、網絡通訊都是科學家們對光的研究而得出來的。甚至軍事、太空科技和天文都和光相關的科技密不可分。

有興趣的朋友，我建議到官方網站 www.light2015.org 瀏覧，裡面有很多相關的學習資料。

我亦會在往後時間多介紹一些和光之年有關的小知識和小故事，希望對大家在瀏覧這些資料時會有些許幫助吧！下一篇，就由廣義相對論開始。

二十四節氣－驚蟄

 今天是三月六日，驚蟄。

以立春為首，驚蟄是中國農曆24節氣（Solar Term）之中的第三個節氣，就趁此機會介紹一下中國的24節氣。

蟄，有藏的意思，驚螯的大意就是指冬眠的動物被驚醒了。每年的三月五日或六日就是驚蟄。

驚蟄當天，太陽走到了黃經345度的位置。（黃經：Ecliptic Longitude，以太陽在天球上的軌道訂立的經度坐標。）華中地區氣溫會迅速回升，出現強烈大氣對流的機會亦會增多，而較易出現雷雨天氣。到了這天，黃河流域附近地區一般已進入春耕活動。

中國以農立國，故中國人對氣候特別關注。於是，中國人的曆法中訂立了24個節氣來幫助農民知道季節更替的規律以決定耕作的時機。

據說中國在商朝時已訂立了4個節氣，每個節氣相隔約90日，以日夜長短定名為：

夏至（Summer Solstice）：一年之中日照最長的一天。
冬至（Winter Solstice）：一年之中日照最短的一天。
春分（Spring Equinox）：冬至之後日夜時間相同的一天。
秋分（Autumn Equinox）：夏至之後日夜時間相同的一天。

可能有人會問，那這四個節氣就是由太陽的位置來定的了？可中國古人不是用陰曆（Lunar Calendar）的嗎？

其實，稱為農曆的中國曆法並不是純陰曆，而是同時以太陽和月亮的位置制定的陰陽曆（Lunisolar Calendar），所以節氣的日子不是跟踲陰曆中的日子，而是和陽曆中的日子有關。有機會，我會在往後詳論。

到了周朝，在每個節氣之間等分成兩分，於是多了立春、立夏、立秋和立冬四個節氣。

而有記錄最早記載24節氣的，應數西漢初《淮南子‧天文訓》。這多出的十六個節氣就是再把八個節氣之間的時間平分為3等分，譬如春分之後約15天訂清明、再15天訂穀雨，再15天又回到立夏，如此就成了中國沿用至今的節氣。

所以，以現代天文的說法，每個節氣之間其實就是太陽在黃經走了15度的時間。24個節氣後，太陽走了360度，就回到天球上原來的位置了。



漢武帝時期《太初曆》中規訂，每一個月之中必須有兩個節氣，第一個稱為節氣（或稱節），第二個稱為中氣（或稱氣）。但因為月球圍繞地球的公轉周期少於三十日，所以並非每個農暦月都可以包含兩個節氣，《太初曆》中就規定無中氣的月份就稱為上一個月的閏月，於是便出現我們經常聽到的閏月了。

這24個節氣其實是反映了黃河流域一帶的氣候和寒暑變化；區分為：
寒暑變化：立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至。
氣溫變化：小暑、大暑、處暑、小寒、大寒。
降雨量：雨水、穀雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪。
農業或物候：驚蟄、清明、小滿、芒種。

其實除了24個節氣之外，還有比較少人聽過的72候。《逸周書》記載，在每個節氣之間的15天之中，5天為一候，通稱初候、中候和末候。唐代《宣明曆》記載了每候的特點，稱為候應。不過中間包含了不少民間迷信，而且對物候的描述也不太凖確，所以沒有被廣泛應用。

正好今天是驚蟄，就以驚蟄的候應作為例子：

驚蟄：初候，桃始華。二候，倉庚鳴。三候，鷹化為鳩。

所以，24節氣其實是反映了太陽對地球上黃河流域一帶的物候寒暑變化的一個指標。以後，除了記得驚蟄是民間迷信打小人的習俗時間外，也要知道這一天其實代表了生機盎然，萬物始動的日子了。