宇宙の鍊金術師 － 恆星［國際光之年］

莎士比亞的王子復仇記中，Hamlet寫了一封信給Ophelia，內容是這樣的：

Doubt thou the stars are fire; doubt that the sun doth move; doubt truth to be a liar; but never doubt I love.

你可以懷疑星星都是火焰；你可以懷疑太陽其實是在天上移動；你可以懷疑真理都是謊言；但永遠不要懷疑我的愛。

可惜沒有人會當面更正Hamlet，星星的確星一團“火焰”呢。

同樣的誤解也出現在獅子王（Lion King）中：

Pumbaa：Timon，你有試猜過天上的小星星是甚麼嗎？
Timon：我不用猜，我知道是甚麼。
Pumbaa：噢，那是甚麼？
Timon： 是螢火蟲啦，螢火蟲飛上去時給那些藍藍黑黑的東西黏住了。
Pumbaa：噢…我還經常以為那些是幾十億里外燃燒著的氣團呢。
Timba：Pumbaa，和你在一起，甚麼都變成是氣體了。

其實，Pumbaa是對的，星星的確是在宇宙間燃燒中的氣體。

可是，是甚樣燃燒的呢？

會不會是簡單如我們日常見到的燃燒過程？

在19世紀初，就已經有人計算，如果假設整個太陽都是由氧和炭組成，那普通方式燃燒達致太陽的亮度，太陽到底可以燃燒多久？ 計算出來的答案是1000年左右。

你也覺得不可能吧… 那不就表示最早要在宋朝開始才有太陽出現？即使以當時已知最強的化學反應去計算也只能得出三千年的時間。當時的宇宙觀是由教會主導，大眾主要信奉一位17世紀德高望重的愛爾蘭大主教James Ussher的學說。Ussher以聖經為根本，推論出世界是於公元前4004年的秋分（以當時的朱利安曆proleptic Julian Calendar計算），即10月22日星期六黃昏6點創造（Annals of the World, 1650）。以當時的想法，那太陽至少要有5千多年的壽命才合理。

James Ussher 1581-1656

到了1854年，英國科學家William Thomson(即後來的Lord Kelvin，計算出絕對零度是-273.15°C的那個科學家)嘗試以重力產生的能量去解釋太陽的熱力之源。

William Thomson (aka Lord Kelvin) 1824-1907

當時物理學的巨頭們，包括德國的Helmholtz、Mayer、蘇格蘭的Waterson等都覺得引力是太陽發熱發亮的來源。(其實，他們當時除了引力之外，對其他能量來源所知甚少…)Thomson和Helmholtz提出兩個太陽發光的能量源：

1. 隕石撞擊太陽表面所釋放的能量轉化為太陽的能量。
2. 太陽在塌縮的過程中，釋放的能量成為了熱能。

聽起來好像天方夜譚吧，不過當時這可是一個相當革新的看法呢。

1854年，Lord Kelvin宣布他用隕石撞擊的模型計算出太陽的壽命約二千萬年。似乎和當時的宇宙觀十分脗合。不過，天文觀測却少有看見大量隕石撞擊太陽去提供這龐大的能量。

於是在1862年，Lord Kelvin用太陽表面塌縮的模型重新計算，得出太陽壽命約三千萬年的上限。

其實，當中是有一些"小"插曲的。1859年，達爾文（Charles Darwin）發表了他對物種演化的著作物始原種（On the origin of species by natural selection）。當中他推論土谷剝蝕需要約三億年的時間，所以地球的年齡至少有三億年以上。這和Lord Kelvin的計算就不符了，因為地球不可能早於太陽誕生。

Charles Darwin 1809-1882

當然，Lord Kelvin是堅信自己的演算是正確無誤的。所以他不停撰文攻擊達爾文。當時Lord Kelvin是一位英國科學界享負盛名的名人，大家都對他的計算深信不疑。所以，在物始原種的最後版本之中，達爾文把所有有關提及時間推論的字眼都刪去…他於1869在寫給他同事Alfred Wallace的信中提到：

Thomson's views on the recent age of the world have been for some time one of my sorest troubles.

於是大家就高高興興以為問題終於解決了⋯

不過，在往後的幾十年間，物理的發展是人人都始料不及的。

1896年，Röntgen和Becquerel發現了放射性物質。科學家發現放射性能夠利用來作物質的年齡鑑定。其後以放射性鑑年法，地質學家斷定地球的年齡是46億年。如果這是對的話，那Lord Kelvin的理論就可以宣判死刑了。

1905年，愛因斯坦提出了E=mc²的質能互換公式。當然，他還不知道應該怎麼應用⋯

到了1920年，事情出現了轉機。
英國物理學家Aston發現四個氫原子核竟然比一個氦原子核重0.7%。當時科學界幾乎都肯定四個氫原子核（四個質子）和一個氦原子（兩個中子和兩個質子）是差不多一樣重的，至少不會有7%的差距。

英國天文學家Eddington作為英國當時少數熟悉相對論的學者之一，自然會聯想到這消失的0.7%會否和能量有關係？宇宙中存在大量的氫氣，如果有機制解釋由氫轉化成其他元素的方法的話，地球上不同的元素的來源可能就有解釋了⋯

愛因斯坦和Eddington

於是，同年Eddington提出太陽的能量來源是來自於這0.7%的質量差距—核子融合反應。他猜想，如果氦氣是由4個氫原子組成的話，那當中的質量會有0.7%是消失了的。這些能量有可能經由愛因斯坦的質能轉換方程式E=mc²轉化成能量了。這些能量就是太陽發光發熱的來源。

這個過程我們稱之為核聚變（Nuclear Fusion）。核聚變是甚麼？好！先溫習一下中四的化學課。

地球上有各種不同元素，都是由不同的原子所組成。原子裹面由各種數量的質子、中子和電子組成。質子和中子的重量差不多，電子則只有約中子8000分之一的重量。

大部份的氫擁有一粒質子、一粒電子。

大部份的氦擁有兩粒質子、兩粒中子和兩粒電子。

氫（左）和氦（右）原子結構

如果有方法強行擠壓四個氫原子核在一起的話，經過核子反應，是會聚成一個氦原子的。就是把輕的元素聚變成較重的元素的一個過程。

簡化版氫核聚變

同樣道理，就好像鍊金術一樣，其他更重的元素也能經同樣過程轉成再重的元素。

Eddington提出太陽中蘊含大量的氫原子，這些氫原子在不停轉化成氦原子。這就能提供足夠而且穩定的能量去支持太陽發熱發光。那核聚變的能量到底有多大呢？

1克的氫轉化成0.993克的氦，那0.007克的質量所產生的能量轉化成內功輸入我體內，我可以抱起一艘載滿貨物的貨輪（以6萬噸計）由山腳帶上大帽山了。

太陽的總質量大約是198,855,000,000,000,000,000,000,000,000,000克，不用經過計算都能感受到那龐大的能量了吧。

隨後幾代的物理學家，包括Gamov、Bethe、Schwarzschild等等，再進一步發展這套理論，現在，我們一般相信太陽，甚至宇宙中的所有恆星都是經過核聚變，把質量轉化成能量去提供給恆星發光發熱。

以太陽計算，如果使用核聚變發光的話，太陽的壽命約為100億年。估計現在太陽已形成了約50億年。所以，太陽離“燃料耗盡”的日子尚餘50億年的時間。

進入21世紀，世界開始關注傳統石油能源即將耗盡的問題，所以近幾十年很多公司機構努力投入資源開發新能源，太陽能是其中之一。

使用太陽能主要是利用一種半導體造成太陽能板，放在能接收陽光的地方去吸收太陽能替水管加熱或轉化成電力。這種發電方法乾淨、對環境的破壞亦小，而且至少可以再用個50億年，所以很多公司都在努力開發不同方法收集太陽能並且降低成本。

家居使用太陽能板

不過，早在上世紀五十年代，科學家已經以另一種方式的太陽能在發展。概念是在地球造人工太陽！如果能在地球上造一個小型的太陽，我們不就可以不停的收集巨大的能源了？

蜘蛛俠中，八爪魚博士就成功製造過人工太陽

聽起來好像很好，又好像很簡單，其實不然。

要做一個人工太陽，即是要在地球複製一個核聚變反應堆。可以要產生核聚變，必需要有至少攝氏1億度的高溫，而且要有十分高壓的環境使燃料聚在一起。太陽的內部本身就能提供這類環境，所以太陽發生核聚變是很自然的事，但如何在地球複製這樣的環境呢？

這個工程看似Mission Impossible，但科學家可不會這麼簡單就打退堂鼓的。

前蘇聯在1950年代就發明了一個設施—TOKAMAK。它是一個大型的機器，科學家把氫離子注入TOKAMAK之內，用磁場把離子漿提昇起來並開始加速，使離子在一個圓環的軌道之中流動。科學家期望當溫度達至1億度的時候就會點燃核聚變。

利用磁場使離子漿離地 - from WIKI

TOKAMAK運作原理

另一個較新的方法，是美國的NIF（National Ignition Facility）。概念是用192支高能量的雷射槍分佈於一個球形設施之中，然後同時向一個氫氣丸射出雷射光束。在短時間內，氫氣丸會被加熱至高溫，然後會產生爆炸。根據牛頓力學第三定律，當氫氣丸的外殼發生爆炸後，氫氣丸內部會被瞬間加壓從而達至高溫高壓的條件。這樣內裡的氫氣粒子就會自動引發核聚變。

"盛載"核聚變的"容器" - credit: NIF

容器裡每一個洞將會放入一條雷射束 - credit: NIF

NIF運作原理，有興趣可看全片。

雖然直至現在這兩個實驗還未能提供穩定的核聚變反應，但世界上有幾十個國家正進行規模不一的TOKAMAK和NIF實驗。原因？

核聚變能提供十分潔淨的發電方法，因為核聚變的副產品主要是氦、碳、氧、鐵等元素，不帶幅射。而且，發電量是大得驚人的，如果一個核聚變反應堆能建成，你放一杯水入去作燃料，發電量足夠一個香港般的大城市用一個星期！

還有，原油價格不停升，升至100美元一桶，難保有一天會升至300美元一桶甚至更高，如果你的國家有一個核聚變的發電機，人家賣一千美元一桶石油還關你事嗎？

所以成日有人問我天體物理有咩用，等人工核聚變成功了時我就又多一個答案可以提供了。

而我不知「星軌」是甚麼

數碼相機的發展，顛覆了攝影的傳統。影相不再是一個像二十年前般奢侈的興趣。而且能即時看到成品，學習的難度和成本也下降了不少。於是相機不再只是攝影師的“搵食工具”，很多人即使不是專業攝影師，都擁有一部，甚至多部相機。

做完龍友影“o靚模”、影風景、影候鳥之後，相機還有沒有其他用處呢？夜攝如何呢？

影夜景逐漸成為各攝影發燒友開始會涉獵的範圍。而夜景除了拍街燈之外，星空就是另一個熱門的題材。

事實上，業餘天文學家很多時候都會參與天文攝影。因為作為觀測記錄的工具，用手畫是無論如何也比不上把天體拍攝下來的。

就在各大相機公司開始投入精力去生產天文攝影的相機後，開始有較多的人去參與星空拍攝。

不過，近差不多十年來出現了一個新名詞—星軌。

當我第一次聽的時候，是有人問我「點樣影星軌？」。我想了幾秒鐘，這名詞我聽都未聽過⋯我以為他是指日行跡（Analemma）。

我記得我說出了一句嚇壞他的說話：影日行跡，你要把相機放在一個地方，一年不動，所有相機設定也不動，每天或隔一段日子，同一個時間你拍攝那個天區的太陽，多重曝光後就是了。

他眼睛瞪得大大的，下巴差不多到地板，說「星軌喎？」

我想了一想，也對哦，Analemma主要針對太陽，是指因太陽在天球的軌道每年不同的日子都在不停改變（可參考天文誌中關於春分的文章），於是當用一年時間，每天同一時間記錄太陽的位置，就會出現一個類似8字的軌跡。

他說星軌，難道是行星的逆行運動（Retrograde motion）？
本來所有的天體在天球上都是東昇西落的，所以在天球向東運行一般叫作順行（Prograde）。
逆行運動是指與地球相鄰的行星在距離地球很接近時，因地球的公轉速度較快的原因，而引致該行星看起來像是在天球中向西移動的現象。

假設你身在藍色的星球上，看紅色星球的運動。你看到的天球就正如深藍色的平面。紅色的星球就會出現在天球停一停頓，甚至反向行走的現象。

From Wikipedia

「如果係影行星逆行，都係差唔多啦，只不過要查吓邊段日子會逆行，又係每晚同一個時間拍一張，疊起嚟就係啦！」

他看起來不太滿意答案，拿出一本雜誌的相片，說「咁影完疊完就會變成咁？」

From Nikon Website

哦～原來他是說星流跡（Star Trail）呀⋯

星流跡其實是地球自轉的結果。地球自轉，於是恆星看起來在天球上東昇西落。如果把恆星的行走軌跡都記錄在底片上，就形成一幅星流跡了。

所以，拍攝星流跡是比較簡單的，只要把相機固定向著天球的其中一個範圍，再長時間曝光，譬如以前用菲林相機，開著B快門，開著幾十分鐘甚至一、兩個小時就可以得到一張星流跡了。

如果想成品好像上圖般一個個同心圓的效果的話，就要將北極星放入視場之中。

如果視場之中沒有北極星的話，就會拍出另一種的星流跡。

From Wikipedia

這是一種叫做固定攝影的天文攝影方法。算是天文攝影中最簡單，需要器材最少的一種。只要你有一部相機，有一個穩定的腳架，就可以了。

數碼相機拍攝，就可以再好好運用電腦科技。只要用相機拍攝同一個範圍，每張曝光幾十秒，拍幾十張、甚至過百張，用軟件把相片疊起來也可以製成一張星流跡，市面上有很多軟件可以把照片疊起來，有免費的，也有收費的。

疊相的好處是可以消除相片的雜訊，尤其在香港光害較大，所以分開多次曝光的話，每張相片受光害的影響也較少。

那星軌是說錯的囉？

其實也說不準。現在稱這叫做星軌的人越來越多，難保有一天就真的所有人都叫星軌了。

但也想大家知道，這其實是“星流跡”呀！聽起來，不專業一點嗎？我就是稱它做星流跡的，嘻嘻~

聽不到的說話—光

天文是科學，而科學的基本就是證據。科學研究都是由推導理論開始，但最終都要從實驗確認，再由現實的現象證明。

如果從事化學（Chemistry）研究，你可以“左溝右溝”去測試化學反應。

如果從事生物（Biology）研究，你可以近距離觀察，甚至抽樣研究各樣動、植物。

如果研究物理（Physics），力學、電力學⋯你都可以親身做實驗研究。

但是天文研究，我們不能去拿取太陽，不能嘗試把牛郎星（Altair）和織女星（Vega）撞在一起試試看。所以，天文觀測就成為了天文研究的唯一“實驗”。而天文觀測中，光，是最重要的訊息來源。

適逢今年是國際光之年（International Year of Light），今次就以光來作題目吧。

光，到底是什麼呢？

物理之中，光有個“術語”叫做電磁波（Electromagnetic Wave），是原子（Atom）之中電子（Electron）活動的產物，內裹包含很多東西。

第一樣電磁波是無線電波（Radio Wave）。無線電波我們主要使用於通訊，譬如收音機訊號、電視機訊號。

第二樣是微波（Microwave）。日常生活也經常用到，例如各位家中、辦公室都用的微波爐，就是最直接使用微波科技的電器。另外，一些遠程的通訊也會使用微波通訊。

第三種是紅外線（Infrared）。紅外線主要用於醫療和短程通訊。例如大部份的電視遙控器都是使用紅外線發送訊號、又或者有些按摩椅的針灸功能也是使用紅外線的。

第四種是可見光（Visible Light）。人眼只對這一範圍的電磁波有反應，所以就叫可見光，亦即大家平時所見到不同顏色的光線。

第五種是紫外線（Ultraviolet）。作為女仕的天敵，其實紫外線還是在不少生活的範疇起到作用。例如紫外線治療、科學鑑證、消毒等等等等⋯

第六種是X光（X-ray）。主要用於醫學上。

最後，是伽馬射線（Gamma Ray）。這是一種能量極高的電磁波，一旦被照射，身體細胞的DNA會被破壞，對身體造成傷害。不過幸好伽馬射線普遍存在於宇宙之中，並且不能穿透大氣層。而且，現在有醫學研究在探討伽馬射線對癌症治療的效用。

這幾種電磁波按次序排列起來就叫做電磁波譜（Electromagnetic Spectrum）。

電磁波主要有兩種表達方法，波長（Wavelength）或頻率（Frequency）。波長越長，頻率越低；相反波長越短，頻率越高。頻率越高，能量就越高。即是：無線電波的能量最低，伽馬射線的能量最高。

因為不同的天體會發出不同的“光”，所以整個電磁波譜都被天文學家利用來觀察宇宙，於是天文界有不同的天文學“派別”，容後細述。

當然，傳統天文學主要是研究可見光的。當時的天文學家發明了一個量度星光的方法：星等（Star Magnitude）。

其實，一般日常生活我們已經在用另一個量度單位：lux （單位：lx）

譬如：夜間被街燈照亮的環境約為20 lx、家中開了燈約300-500 lx、電視螢幕約500-900 lx。

但是，如果天文也用這個量度單位就有問題了。太陽的光度是128000 lx、織女星約0.000002 lx、天王星則約為0.000000008 lx。

大家看到吧，要是用lux的話，記數位也記死了。那有沒有一個方便一點的方法呢？那就要去請教數學家了。

數學之中就有一個這樣的工具，就是你小學中學時學過，但又經常埋怨沒用的log了。

log10是1，log100是2，log 1,000,000,000是9，log0.1是-1，log0.0000001是-7⋯所以log是最能簡單又有效地表達相差很遠的數值的。

於是天文學家就發明了使用log做計算的星等，當時為方便，決定用織女星為參考，訂為0等星，星等的數字越大，亮度就越小；如果比織女星亮，就以負數繼續排列下去，例如天狼星是-1等，即比織女星亮。這樣的話：太陽成了-26等、滿月約為-12等、天王星約為6等⋯

在這把尺底下，星等相差6等，光度就相差100倍。

而現代天文之中，即使我們使用可見光以外的電磁波觀測天體時，我們也可以用星等去排列不同天體。

夜空之中，光度不足的天體有很多。天文學家概括以6等星作為人眼的極限，再暗的星就不太可能單以肉眼看得到了。當然實際的情況因人而異，你要說你能看到10等的星我也不會懷疑⋯不過閣下看看眼科醫生比較好，靈魂之窗哦⋯

可惜，即使大多數人眼能看到暗至6等的星，不過在城市之中，因為光害的問題，天空的背景大多被染至4等，甚至有時3等的亮度。於是，比天空背景暗的天體就不太可能用肉眼看到了。

所以，要保留這一個自然界的光舞匯演，就要減省不必要的燈光了。只要在夠暗的地方，你就會發現，宇宙其實在向我們訴說著許多故事了⋯

下一篇的光之年系列，我會寫一些關於光的故事。

月全食？我睇你唔到！

四月的天文大事，肯定非四月四日的月食莫屬。你又有沒有去欣賞呢？

最近幾天，天文界鬧得熱烘烘的，是在討論到底剛過去的月食，是不是月全食呢？

上圖是筆者於月食當日，晚上八時正，即預計食甚的一刻拍得的月面照。

大家看到在月球北面的地方還有一些光位，並沒有完全進入地球的本影之中。

為甚麼會有這個情況出現呢？難道天文學家計算錯誤了？

要知道是不是計錯了，先要知道天文學家如何界定本影和半影的位置。

我之前的文章簡單解釋過月食的形成過程，有需要可以先看看。

一個簡單的物件投射出來的影區通常都很容易定義，地球、太陽、月球之間的距離都已經知道，而且各自的大小也已經量度了很多個世紀。只要簡單的三角幾何就可以計出本影、半影在月球軌道面的大小了。

不過，地球外圍擁有一個大氣層，那要考慮的東西就比較多了。

地球的大氣層大約可分為五層，由地面開始分別為：

1. 對流層(Troposphere)
2. 平流層(Stratosphere)
3. 中間層(Mesosphere)
4. 熱流層(Thermosphere)
5. 外氣層 (Exosphere)

天文學家相信大氣層最底下的三層的雲、大氣微粒和污染物會把大陽光阻隔、折射， 因此，當地球的影投在月面上時，會比沒有大氣層的地球大一點。

這個現象其實早在17世紀已經被Phillippe de La Hire發現，而且很多天文學家都量度過這個本影的放大率。後來Jacques Cassini, Pierre Charles le Monnier, Tobias Mayer, Guillaume Le Gentil, Johann Heinrich Lambert, Johann Heinrich Mädler, Johann Friedrich各得出不同的放大率，數值由0.8%到3.5%，於是定了它們的平均值2%。現代的業餘天文學家亦一直有在計算這個本影放大率，數值都在2%附近。
法國天文學家André-Louis Danjon則不太認同這個只簡單將本影和半影放大的理解；他覺得應該將大氣層一部份加到地球的大小當中，就好像放大了地球一樣。於是半影和本影的放大率就變得不一樣。用Danjon的方法計算到的本影放大率會得出1%左右。

天文學家主要仰賴兩個機構的計算：

1. 英國的航海天文曆編制局(Her Majesty's Nautical Almanac Office)，美國海軍天文台用的是相同的計算方法。
2. 法國國家曆法局(French National Almanac Office)，美國太空總署(NASA)用相似的方法。

英國航海天文曆編制局把這個放大比率定為2%；而法國國家曆法局則使用Danjon的計算，把放大率定在1%。兩種計算方法之下得出的2015年4月4日全食時間(食既到生光)分別為12.2分鐘和4.7分鐘。

但大氣層的放大率受到大氣的密度影響，折射率亦會有不同。大氣之中的雲量、氣壓都會影響折射率。而且大氣層亦會把半影和本影的交界模糊掉，所以要一槪而論到底放大率要加到多少是很困難的。

現在大氣層對本影放大的現象還沒有一個肯定的解釋，但一篇在月食前一天的文章出現在我腦海之中。

一位芝加哥的業餘天文學家Curt Renz認為，兩個方法都沒有考慮到地球並非一個完美的球體(Perfect Sphere)。

地球不是一個完美的球體其實不是新聞，它兩極的距離和赤道的直徑是不一樣的。兩極的距離比赤道的直徑少了21公里，這相比地球的平均直徑12741公里顯然是少得可憐，所以一般我們在計算月食是偏食還是全食一般都不用考慮。不過，今次的月食有點不同。

美國太空總署的計算

從美國太空總署的計算中，我們看到月球只是剛剛好完全走入地球的本影區。而且剛好就在地球本影北極的位置，即是地球"扁"了的地方，於是這21公里的距離可能就足以左右大局了。

所以，要決定月全食、月偏食的條件都有很多隨機或還未清楚的因素，這都要依賴我們不停進步，優化我們的計算方法。下一次天文學家成功預測一個天文現象時，我們應該要更加欣賞了！

「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！