LV.39 宇宙、恆星與天體運動

本關重點

天體尺度由小到大：行星 → 恆星（含行星系統）→ 星系 → 星系團。天文單位（AU，地日平均距離）用在太陽系內，光年（light-year，光一年走的距離）用在恆星與星系之間。
遠方星系的光譜都往長波長偏移（紅移），表示它們在遠離我們，而且越遠越快 → 宇宙正在膨脹，是霹靂說（Big Bang）的重要證據。
星等越小越亮，可以是負數；每差 5 等亮度差 100 倍。視星等（m）＝看起來多亮，絕對星等（M）＝放到同一標準距離時多亮。
恆星顏色反映表面溫度：藍白最熱、紅色最冷，太陽是中間的黃色。
地球大氣只讓可見光與無線電波大量通過（大氣窗），X 射線、紫外線、多數紅外線要到太空觀測。
周日運動來自地球自轉、周年運動來自地球公轉；太陽直射點在南北回歸線間移動，造成二分二至的正午太陽高度變化。

單位	定義	適用範圍
天文單位 AU	地球到太陽平均距離，約 1.5 × 10⁸ km（光走約 8 分 20 秒）	太陽系內
光年	光一年走的距離，約 9.46 × 10¹² km	恆星、銀河系

光年是距離單位，不是時間單位。因為光要走一段時間才到地球，我們看到的星光都是「過去的樣子」：看 4.2 光年外的比鄰星，看到的是它 4.2 年前發出的光。

銀河系是一個含有上千億顆恆星的星系，直徑約 10 萬光年；銀河系與仙女座星系等數十個星系組成本星系群，更大的尺度上還有星系團。

二十世紀初，天文學家發現幾乎所有遙遠星系的光譜線都往紅色（長波長）那端偏移，表示它們在遠離我們；而且距離越遠，遠離速度越快。最合理的解釋是空間本身在膨脹。把這個膨脹往過去倒推，宇宙早期應該非常緻密、炙熱，這就是霹靂說的核心。

但要注意：所有星系都在遠離我們，不代表我們在宇宙中心。想像烤葡萄乾麵包，麵團膨脹時，任何一顆葡萄乾都會看到其他葡萄乾離自己遠去。

古希臘人把最亮的星稱為 1 等、肉眼勉強可見的稱為 6 等。現代定義讓「相差 5 等＝亮度相差 100 倍」，所以每差 1 等約差 2.5 倍，比 1 等更亮的星就給 0 等、負數。

判斷「誰本身比較亮」只能看 M；若題目只給 m 和距離，就用推理：越遠卻看起來一樣亮，本身一定比較亮。

物體越熱，發出的光越偏向短波長。恆星也一樣：表面約 2 萬 K 以上呈藍白，約 1 萬 K 呈白色，約 6000 K 呈黃色（太陽約 5800 K），約 3000–3500 K 呈紅色。

但顏色只告訴我們表面溫度，不直接等於「本身亮不亮」——紅色的參宿四表面溫度低，卻因為體積巨大而非常亮。

不同天體在不同波段「發光」：冷的塵埃雲在紅外線明顯，炙熱的氣體發出 X 射線，中性氫氣發出無線電波。地球大氣只有可見光窗與無線電窗，所以地面可以蓋光學與無線電望遠鏡；紅外線會被水氣吸收，X 射線、γ 射線、多數紫外線被高層大氣擋住，要靠太空望遠鏡（例如紅外線的 JWST）。

周日運動：地球由西向東自轉，所以星星看起來東升西落，繞著北天極轉；北極星的仰角約等於當地緯度。
周年運動：地球公轉使太陽在背景星空中的位置一年繞一圈，所以不同季節晚上看到的星座不同。
二分二至：地軸傾斜約 23.5°。正午太陽高度角 = 90° − |當地緯度 − 太陽直射點緯度|。以臺北（約 25°N）為例：夏至直射 23.5°N，約 88.5°；春秋分直射赤道，約 65°；冬至直射 23.5°S，約 41.5°，竿影一年最長。

112 學年度學測第 41–44 題：火星與地球的數據表題組，其中問到在火星上看織女星的顏色，以及絕對星等會不會因觀測地點而不同。本關第 9 題練習同一觀念。
114 學年度學測第 18 題：給木星視星等的變化範圍，以及木星、土星的半徑與到太陽距離，推論土星最亮時的星等範圍——只需定性比較，不需套距離公式。
111 學年度學測第 31 題：由恆星與行星的顏色推論表面溫度與發光能力，要分清「恆星自己發光」與「行星反射陽光」。
113 學年度學測第 54–55 題：從「20 世紀因天文觀測得諾貝爾獎者都來自無線電觀測」推論大氣窗與太空時代；判斷望遠鏡口徑越做越大的原因。
111 學年度學測第 30 題：從面向東方拍攝的星跡照片判斷拍攝地的緯度。

真題中的星等題都是給星等數值或比例關係讓學生比較，絕對星等若需要會直接給，不要求由距離或視差自行計算。

宇宙、恆星與天體運動擋住了去路！共 9 題。

計時從進入每題開始，看詳解時暫停；同分比時間。