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天文观测本文重定向自 天文觀測

天文观测是以各类仪器以各种波段接收来自宇宙各类目标天体的辐射与电磁辐射,具体观测其可见光或特殊波长影像、光谱影像等,借此研究其状态、变化、距离、化学组成等的一种重要途径,而实地采样分析也属天文观测的范畴内。

以科学的方法进行天文观测

所谓科学的方法 包括下列这些步骤:

  1. '观察' 一种现象,
  2. 建立一种解释现象的'假说',
  3. 以逻辑的推导来'预测'后续的结果,
  4. '检验' 预测的结果,进而
  5. '复制' 以消除任何的错误。

观察的行为会不断的进行上表的前四个步骤,信赖五官的感受:视觉的、 听觉味觉触觉、和嗅觉,和测量的技术。同时也要了解,在做观测时总是有所局限的。天文观测则以视觉和仪器的能力为主。

范例- 大爆炸

宇宙论,原始的观察是我们似乎是居住在被半球形的天空覆盖着的一个平坦的地球上。太阳在我们的世界中似乎是在巨大的透明碗中运行者,每天东昇西没。有许多不同的学说在解释我们的世界,最后似乎认为宇宙是稳定的。

连爱因斯坦起初都相信这样的宇宙。

观察:哈伯的红位移

在1920年代,威尔逊山天文台埃德温·哈勃,观察了一些星系,发现这些星系彼此都在互相远离。因此,我们相信宇宙在诞生之初经历了大爆炸。膨胀的速率显然是一个常数(哈勃常数),证据则在来自星系的光都有多普勒效应,在光谱上显示出红移

爱因斯坦因此修正了他的爱因斯坦方程。参见宇宙常数

关于元素丰度的假说

如果宇宙是膨胀的,那么原本的宇宙一定比现在更小、更热和密度更高。乔治·伽莫夫便假设在周期表上的元素都是在早期高密度的环境下经由核反应生成的,那么应该可以算得出来含量是多少。他与创造出大爆炸这个名词的弗雷德·霍伊尔辩论这个问题,要证明谁才是对的。但是恩里科·费米和其他一些科学家证明只有最轻的元素(氢与氦)能在早期的宇宙中产生,其他的重元素不会在宇宙早期的阶段中出现。

盖莫夫预言:宇宙的温度会因为膨胀而降低,结果是宇宙现在的温度应该相当于55–10 kelvin黑体辐射

观察:微波背景辐射

在1965年,阿诺·彭齐亚斯罗伯特·威尔逊发现了宇宙微波背景辐射,与伽莫夫的预言相符。他们二人因此获得了诺贝尔物理学奖。

大爆炸假说的确认

在这些证据出现之后,盖莫夫的假说就更可能是正确的了。现在对宇宙的年龄最好的预测值是大爆炸发生在137亿年前。

最近的观测

更精密的观测,例如来自宇宙微波背景探测卫星(COBE)的观测数据就与2.7k的黑体完全符合。

未来的观测

当然,整个观测的结果在未来可能还会有不同的理解与认知。未来的人们在回顾大爆炸的理论时,或许会像我们嘲笑早期地心说的理论一样的嘲笑我们。只要有证据一切都是有可能的。

参考资料: J.A. Peacock, A.F. Heavens, A.T. Davies (eds.), 1989. Physics of the Early Universe. Proceedings of the 36th Scottish Universities Summer School in Physics (SUSSP). ISBN 0905945190.

专业天文观测

天文学上的天文观测以一米以上大口径固定望远镜(安装在大气较稳定而晴空日数较多、光害较少的地方或高山上)或一个或一组(可达百个)射电望远镜接收可见光和能通过地球大气到达地表的辐射,以观测其强度变化和合成其影像,由此发展出光谱天文学射电天文学。而观测目标亦多种多样,近至月球、太阳活动、各行星表面变化、卫星、化学组成等,更甚者包括星系距离、位置测定和监测等。

由于地球大气组成部分吸收部分波段宇宙辐射致不能观测,而且碍于地球大气的流动对影像的干扰影响清晰度致未能发挥望远镜的理论极限,1950年代以美国、苏联为首的太空科技竞赛开始,不断发射探测飞行器到各行星近距离观测,甚至降落其表面为地面天文观测作佐证。而1960年代开始,美国研究把地面各种观测仪器、望远镜送上地球大气层外作观测,由1980年代至今各国已有多架太空望远镜送上地球卫星轨道运行。现今更发展出全球联合干涉阵观测,以各地射电望远镜观测据点收集数据,借助电脑分析并有效提高观测精度和分辨率,成为广泛的观测手段。

而实地采样分析包括在陨石坑旁采集陨石碎片、发射载人航天飞机或行星际深测器到行星或卫星表面上采集样本并送回地球,现有部分发射并降落到行星表面上的探测车上皆有捡拾与即场分析装置,把透过中转卫星把分析数据传回地球。

业余天文观测

业余天文爱好者大多以肉眼、双筒望远镜或半米以下较大口径望远镜观测和摄影;观测地点大多在地球表面上选择较佳的位置,相对于专业天文观测不需太严格但机动性能比较好,分布也较广;但多数集中在都市或市区近郊地方活动,较受光害与城市化衍生的烟尘所影响。

业余天文观测因碍于仪器关系,颇集中在可见光波段观测(摄影),亦因此天气状况、尤其是云量对业余天文观测来说起了极关键的作用。天文爱好者概叹因天气影响致重要天象观测泡汤者不计其数。而观对象也较集中在当月所发生的天文现象中,例如行星冲日流星群极盛、日月食与彗星等,较富裕的天文爱好者并会在自家中兴建私人天文观测圆顶并添置望远镜、赤道仪作观测和摄影,甚至经常驱车到观星地点追踪拍摄天体或自费远赴别国观测日全食,亦有涉及至光谱观测等。

参看


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