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宇宙有上下嗎?
2007/04/16 02:22:30瀏覽6685|回應5|推薦23

時和問,宇宙有上下嗎?有趣的問題。

隨伴著的問題是:銀河重心在地球的南方嗎?

先談銀河重心和地球的相對位置。(可參考《銀河結構與太陽位置》。)

銀河直徑約十萬光年,是一個中間厚邊緣薄的漩渦狀盤面。大約有一千億顆恆星和其他物質繞著中心旋轉,而銀河的中心也就是它的重心。

銀河中央核心部份厚約一萬光年,銀河面厚約 3,000-6,000 光年。太陽的位置距銀河中心約 3 萬光年,距銀河邊緣約 2 萬光年。

上圖顯示,若以銀道(銀河)來作為天球座標的依據,那麼人馬座方向的銀河中心就是銀經 0°,銀經 90° 在天鵝座方向,180° 在御夫座方向(金牛座北方),270° 在船帆座方向(半人馬座東方)。

我們在北半球,所以夏天可以看到人馬座在南方天空,但不代表銀河中心在地球南方。

事實上,銀河中心相對地球位置不斷變動。因為地球赤道面與黃道面(地球公轉所構成的面)有大約 23° 的夾角,黃道面與銀道面有 62° 夾角,而赤道面與銀道面又有 123° 夾角,所以相對關係複雜(參考下圖)。我們看天空中的銀河,有時左斜、有時右斜,有時在南、有時在北,即知。

從銀河側面觀察,太陽位置比銀河盤面水平中線略高 113 光年。因為擾動的關係,銀河旋臂上的星體,在圍繞著銀心旋轉的同時,不斷上下波動,就像波浪一樣。目前的太陽正通過水平中線而往上移動。

以太陽系的角度觀察,銀河系中的星體是順時鐘方向旋轉的。由於太陽正在朝上方移動,所以不是朝著天鵝座行進,而是朝著織女星靠近武仙座的方向前進。

講到銀河是順時鐘旋轉,就講到星體的上下了。

星體本身沒有上下可言,上下是人的觀念。決定上下的定義有兩種,一種是客觀的,一種是主觀的。

所謂客觀的定義,是依星體的旋轉方向來決定南北極的;所謂主觀的定義,是依人的習慣、也就是太陽系的方向來決定南北極的。

第一種定義,用的是右手定則(見下下圖)。當你右手握拳、豎起拇指,如果星體旋轉的方向是你四指握拳的方向,那麼,你拇指的方向就是北極,也就是所謂的上方。

想想地球,地球是自西向東旋轉的,也就是逆時鐘方向,這時,拇指的方向就是北極。

整個太陽系,所有行星的公轉都是逆時鐘旋轉的,所以太陽系的北極和地球的北極,大體上是在同一個方向,只差 23°

如果以太陽系的標準來說,銀河的旋臂是順時鐘旋轉的,所以銀河系的南北極和我們正好相反。

不過由於我們有時必須利用銀河的座標(銀道天球座標)來標定各星體的位置,如果這個座標的南北極和太陽的南北極正好相反,會造成許多不便。所以我們在標定銀道座標的時候,是以黃道面上方的銀極作為銀河的北極。

這就是主觀的南北極。依這個定義,北銀極在牧夫座大角星附近(處女座之北),南銀極在玉夫座(寶瓶座之南)。

對於某些行星來說,因為有兩種定義而造成了一些認知上的困擾。例如金星可能被較大的小行星撞擊過,所以它是倒著轉的。

以右手法則觀察,應該是金星的南北極和地球相反;但是如果以地球的北方來定義金星的北極,那麼就是金星的旋轉方向相反。其實都是一回事,只是定義不同而已。

最後講到宇宙了。

宇宙是開放的、封閉的或平坦的,至今尚無定論;宇宙有多大,也不知道。但是霍金曾經證明,宇宙不會旋轉。既然不會旋轉,宇宙也就沒有客觀的南北極或上下了。(宇宙不會轉動,見《宇宙的寂寞心靈》第 156 頁,遠流出版。)

那麼,以地球方向來定義宇宙的上下如何呢?

我們現在用赤道天球座標、黃道天球座標和銀道天球座標來標定天體的位置,其實就是以我們的上方為天球上方的意思。但是,這只是我們從地球看出去時,這些可見宇宙中的星體在天球上的位置,不是宇宙的真實結構(參考《你是宇宙的中心》)。雖然依我們的角度看有上下,卻不是我們標定了宇宙的上下。

我們標定了銀河的南北極,所以銀河有上下。可是我們沒有標定宇宙的南北極。整個宇宙還有太多未知,我們連它的形狀、結構和大小都不知道。

 

( 知識學習科學百科 )
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琉璃帳
等級:8
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我已經裝了
2007/05/11 14:24
量子客說的軟體,我已經裝好了,有點複雜,還在摸索,看來蠻好玩的。

量子客
等級:7
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WinStars 2 是一款不錯的免費天文軟體
2007/05/10 01:12
不妨去下載安裝:WinStars 2
http://www.winstars.net/english/index.html

它有兩種檢視模式,可以模擬在地球上的某一地點來觀星,也可以漂在地球之外來看太陽系及銀河。
也可以設定時間的流動速率來看天體的運轉。
或就簡單當作是電腦桌面的星座盤吧。

琉璃帳
等級:8
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星空圖
2007/04/20 02:12

中央氣象局網站中,天文觀測資料網頁內有星空圖,裡面有台灣一年十二個月晚上可見的星空。這個星空圖中沒有出現的星座,就是台灣看不到的星座了。

這個星圖顯示,每年五、六月間晚上八時左右,可以看到南十字座,但它已經在地平線上了,再南的星座就看不到了。


琉璃帳
等級:8
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台灣可以看到南十字星座
2007/04/19 23:17

比南十字星座更南的星座,台灣可能就看不到,我倒是沒有仔細研究過,究竟台灣看不到那些星座。也許氣象局的網站上可以查到。近日十分忙,一時無暇查看。

要看到全天球的星星,若不考慮地平線上的障礙,只要兩座望遠鏡就夠了。而且不一定要在南北極,兩座望遠鏡只要在地球上任何相對的位置都可以。


時和
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什麼星座在台灣看不到?
2007/04/19 18:02

動用到星座盤來對照文章,大概是了解本篇大意。

由星座盤上看,在北半球一定看到北極星在北方;同樣地,在南半球一定看到南十字星座在南方。似乎在南半球看不到北極星?那在北半球是不是也看不到什麼星座?

另外,如果不計較望遠鏡的清晰,在地球的不同地點是否可以看到所有天球的方向?譬如,在北極、南極、及赤道各放一支望遠鏡,是否可以看到所有天球的方向?