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介紹宇宙射線(Cosmic Ray)的書–宇宙飛彈(2)

介紹宇宙射線(Cosmic Ray)的書–宇宙飛彈(2)
台北市立永春高級中學地球科學科張菊秀老師 / 國立台灣師範大學地球科學系陳林文教授責任編輯

在宇宙射線中,發現正電子

1932年,安德森與尼德邁爾將雲霧室放在強磁場中,來觀察宇宙射線經過磁場時,路徑變化情況。並拍攝照片。通過對照片的詳細分析,發現有一種特別軌跡,走不同的路徑,與當時已知的帶電粒子路徑都不同。根據軌跡在磁場偏轉的方向,判斷這種粒子是帶正電荷,又根據軌跡曲率的大小,推知這種粒子的質量要比質子輕得多,且與電子的質量近乎相等。他們發現了正電子 ! 人類第一次發現了反物質。

安德森想要從宇宙射線中找到新射線,也曾多次乘坐氣球升入高空,進行危險觀測實驗。1936年度的諾貝爾物理學獎,就是表彰安德森的重大發現。

介紹宇宙射線(Cosmic Ray)的書–宇宙飛彈(1)

介紹宇宙射線(Cosmic Ray)的書–宇宙飛彈(1)
台北市立永春高級中學地球科學科張菊秀老師 /國立台灣師範大學地球科學系陳林文教授責任編輯

這是一本專門介紹宇宙射線的書,雖然是涉及高能物理學,但是,在作者的用心筆耕下,許多平常無法了解的高深學問(如量子物理、相對論…等等),竟然可以輕鬆進入學習狀況。

作者羅傑.科萊、布魯.道森與編者保羅.戴維斯都是南澳阿得雷得大學物理系教授,他們進行宇宙射線地面觀察工作多年,對宇宙射線的搜尋、分析與解讀很有一套,可以說是研究宇宙射線的專家們,這本書就是他們合作的結晶。
宇宙中充滿許許多多美麗的奇景,特別是這些年來,在太空中執行觀測任務的哈柏望遠鏡,更是開闊了我們的視野,然而人的眼睛能夠看得到的光(能量),僅僅是這個宇宙所散發總能量的千億分之一,我們不禁要問:除了可以看見的光之外,相當高的能量是用什麼樣的形式存在宇宙?有多少的宇宙秘密,蘊涵在這些能量變化中?宇宙射線可能就是解答這些問題的關鍵,但是,由於它看不見 (觀測的對象是高能粒子而不是可見的光),因此,這是一個全然未知的天文學領域,人們對它的研究也是一直處於瞎子摸象的情況中,直到近年來,儀器與觀念的進步,我們才能對宇宙中,高能的物質(也就是宇宙射線)有些認識,人們也漸漸了解宇宙射線給我們帶來許許多多的宇宙深部的訊息。

絕對星等與視星等

絕對星等與視星等 (Absolute Magnitude, Apparent Magnitude)
臺北市立建國高級中學蔡哲銘老師/國立臺灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

恆星的亮度是我們在觀測星體時,直接就能接收到的訊息。大約在西元前150年,古希臘天文學家希巴卡斯(Hipparchus)編製了一份星表,包含1022顆恆星,依據它們的亮度,由亮至暗劃分為1、2、3、4、5、6 ─ 六個等級。大約三百年後,亞歷山大港的托勒密(Ptolemy)繼承了希巴卡斯的概念,將恆星的亮度分為六個星等,,全天最亮的二十顆明星的亮度為一星等,肉眼能看見的最亮恆星亮度為6星等。一般將亮度為1星等的恆星簡稱為1等星,餘類推。

歐洲文藝復興以後,技術進展很快,許多人都測量恆星的亮度,都認為一等星的亮度大約是六等星的一百倍。英國天文學家普森(N. Pogson)在1856年,建議明訂1等星的亮度是6等星的100倍。根據這個關係,星等被量化。重新定義後的星等,每級之間亮度則相差 100(1/6-1)=2.512倍。

黯淡年輕太陽(Sun)的矛盾(下)

黯淡年輕太陽(Sun)的矛盾(下)
國立台灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

行星大氣的調節機制

行星的大氣像是一個有機體,當環境改變時(例如太陽輻射減弱),大氣本身產生相對的回饋作用,或是增強、或是減弱環境改變時所產生的效應。基本上,當太陽輻射減少了30%,地球由於受熱減少,表面溫度會隨之下降。

不過,要注意的是:太陽輻射所減少的30%,並不是直接反應在地球表面的溫度改變上。地球表面的溫度決定於能源(熱)流進與流出的收支平衡。流進地球的輻射量,正比與太陽發出的輻射量,但是流出的輻射量卻與地球表面溫度的四次方有關。如果沒有任何其他的回饋機制,太陽輻射減少30%,會導致地表溫度降低7%。

地球影響氣候的各種回饋機制彼此牽扯糾纏、相當複雜。但是有主要兩個因素是可以被確認。其一是反照率(albedo),二是溫室效應。

黯淡年輕太陽(Sun)的矛盾(上)

黯淡年輕太陽(Sun)的矛盾(上)
國立台灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

推理與常軌衝突時,科學家總是想要找出解決矛盾知道,最近十年來,天文學家與地球科學家都在探討的「黯淡年輕太陽矛盾」議題,便是屬於這類推理與常軌衝突的情形。

太陽穩定的發出光與熱,維持了地球上的氣候穩定,讓生命持續發展。但是想想看,如果太陽的輻射量減少了少了30%的太陽輻射,會發生什麼事?

穩定,是非常重要的因素。太陽,穩定的太陽,提供地球上生命所需要的光與熱。如果太陽所發出的光與熱增加或減少30%,一定會對地球的生態環境造成巨大的影響。如果太陽的光度降至目前的70%,而地球的熱能支出沒有相對減少的話,地球的表面溫度一定會降低,而且低至冰點以下,整個地球將成為一個冰封的世界,成為一個冰凍的星球。

金星凌日(Transit of Venus)

金星凌日(Transit of Venus)
國立臺灣師範大學地球科學研究所陳柏宇研究生/國立臺灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

金星凌日的現象與日食的現象類似,都是天體從太陽盤面前經過的現象,只是金星距離地球很遠,看起來金星呈現一個黑點通過太陽盤面。水星與金星位於太陽與地球軌道之間,稱為內行星(inferior planets,注意不要與inner planets混淆)。

當內行星通過地球與太陽之間,就會呈現太陽被內行星遮住一小部分的現象,這個現象在人類的歷史中發生過不少次,但是實際觀測的次數並不多。
內行星與太陽位於同一方向時,稱為「合」。內行星在太陽與地球之間稱為「下合」,太陽在內行星與地球之間稱為「上合」。

金星凌日發生時,金星位於地球與太陽的連線上,位於「下合」的位置,因此會被耀眼的陽光所影響,因此早期人類要觀測金星凌日並不容易,也很難準確觀測金星初虧(接觸太陽盤面)、食暨(金星整個進入太陽盤面)、復圓的時刻。

土星環

土星環 (Rings of Saturn)
國立臺灣師範大學地科所彭天音碩士生/國立臺灣師範大學傅學海副教授責任編輯

土星環環中有不計其數的小顆粒,大小從微米到公尺都有。這些小顆粒的軌道成叢集般繞著土星運轉。環中顆粒的主要成分是水跟冰,還有一些塵埃和其它的化學物質。伽利略(Galileo Galilei)在1610年把望遠鏡指向天空,成為觀察土星環的第一個人。在1655年,惠更斯(Huygens)成為描述環是環繞土星的盤狀之第一人。拉普拉斯(Laplace)認為土星環是由許多微細的小環累積而成的,並有空隙。在環的中間有一些空隙是軌道共振引起的波動造成的,像是泰坦環和G環(Titan Ringlet , G Ring)。

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