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一閃一閃亮晶晶---(星星有多遠之四)
2006/07/01 02:11
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「一閃一閃亮晶晶,滿天都是小星星。」

滿天的小星星為什麼都會一閃一閃的呢?那是因為星星的光線穿過地球大氣層的時候,受到了許多干擾。

如果天空中的星星不會閃爍,就我們人類的心靈來說,勢必少掉許多感動;但就天文觀測來說,星星的閃爍卻是很大的挑戰。

在「星星有多遠?」這個系列的最後一篇,我不打算再介紹其他的測距方法了,我想談一下星體測距在實務上的困難。

觀測儀器當然是個重要的變數,包括望遠鏡的品質,操作上的困難和失誤也在所難免。由於近幾十年來科技進步很快,我們不妨假定所有的觀測工具都已經非常精確,操作也沒有問題。

但是,在天文學的發展史上,並不是一開始就是這樣。天球是旋轉的,而拍攝黯淡的星體需要長時間的曝光,如何調整望遠鏡,讓它跟著天球轉動,對準同一個目標,光是這件事就會搞死人。

即使搞定了觀測儀器,如果沒有電子科技的協助,仍然是困難重重。想像一下,要憑肉眼去分辨感光板上一片星光中某一個模糊光點的星等,是不是和品酒師一樣?恐怕藝術的成分比科學的成分高吧?

電子感光技術也搞定之後,還要面對地球大氣的干擾,包括那些讓星星閃爍的諸多原因。這些干擾包括大氣中的灰塵、水氣、雲霧、光害,大氣本身的溫差、它造成的折射,還有對光源的吸收等等。這些誤差,我們知道它的存在,卻很難掌握,幾乎束手無策。

到某個偏遠山頭蓋個大型望遠鏡,固然可以改善觀測品質,但仍然無法根本解決問題。

離開了地球,星空中仍然有許多干擾,例如星際氣體和塵埃,也會阻擋光線的穿越。換句話說,視星等較高的星星,未必是因為遙遠,說不定只是恰好被一片星雲擋住了。

在各種不同波長的光波中,紅外線的波長較長,穿越雲霧的能力也較強。不幸的是,紅外線波段的光線很容易被大氣吸收,所以在地球上很難利用紅外線來觀察星體。

哈伯望遠鏡(上圖)就是為了解決這些問題而設計的。它放在距離地球 600 公里的軌道上,由於不受大氣汙染的影響,又可以獲得紅外光譜圖像,因而大幅的提升了觀測的範圍和效能。

星體運動也是一種干擾。例如螺旋星系的一邊,恆星們向著我們移動;星系的另一邊,恆星遠離我們而去。所以同一個星系,可能有些星星的紅移會偏低,甚至出現藍移;而另一些星星,則可能紅移偏高。這必須有能力去檢驗和校正。

重力也會造成干擾,它會造成光線的折射,使星體看起來遍移了應該在的位置,而且比較大一點,就像是放大鏡一般,這叫作重力透鏡效應。它也會對光譜造成紅移,叫作重力紅移,一個看起很遙遠的星體,可能只是重力紅移的結果。

由於有太多的不確定因素,輾轉相依的結果,遠離太陽系之後的天文觀測,實在無法十分精準。所以我們常在不同的文獻中看到星體距離的不同數據。就以我常提到的 APOD 網站來說,上面對同一個星體所標示的距離,也常常前後不一。

所以,最接近我們的恆星(半人馬座比鄰星)究竟距離我們 4.2 光年或者 4.3 光年,就別計較那麼多了吧!至於那些極遠方的星體,觀測誤差即使達到了 ±15%,也許還是可以接受的呢!

(系列完)


下圖是仙女座星系的正常照片,花了 90 小時來拍攝並進行數位組合;下下圖則是紅外光波段拍得的仙女座,花了 18 小時。從兩張照片的比較可知,紅外光波段的照片,可以提供許多一般照片無法得到的資訊,尤其在旋臂的結構方面,看得比一般照片清楚得多。

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