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中正講座 ( 八 ) 期中報告 主題: 多波段觀測下的宇宙面貌 A Look of the Universe in Multi-Wavelengths 演講者:孫維新教授 組別:第二十小組 小組長:陳昀婕 組員:錢妍坊、瞿發敏、尹可雲 鄭雯軒、凌牧傑、黃鈺傑 目錄 I. 前言 II. 演講者介紹 III. 演講內容大綱 IV. 相關補充資料 V. 結論及感想 前言 本次報告是以台灣大學天文所孫維新教授所演講之題目

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a look of the universe in multi wavelengths

中正講座(八)期中報告主題:多波段觀測下的宇宙面貌A Look of the Universe in Multi-Wavelengths演講者:孫維新教授

組別:第二十小組

小組長:陳昀婕

組員:錢妍坊、瞿發敏、尹可雲

鄭雯軒、凌牧傑、黃鈺傑

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目錄

I.前言

II.演講者介紹

III.演講內容大綱

IV.相關補充資料

V.結論及感想

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前言

本次報告是以台灣大學天文所孫維新教授所演講之題目

─多波段觀測下的宇宙面貌為主題。

本小組挑選此題目是因孫教授生動活潑的演講而感興趣,

本報告先以前言做本報告之簡要介紹,接著介紹孫維新教授的背景資料,

其次再節錄孫教授演講之精華,做簡單

之介紹,其後,是為關於天文相關資料

之補充,

最後,以演講結論及本次演講之心得

做為報告之結束。

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演講者背景資料
  • 於國立中央大學開設「認識星空」通識課程,以遠距方式進行教學,獲得本校2003年教學傑出獎
  • 於屏東海洋生物博物館建立「中央大學墾丁天文台」,對國內大學及高中生提供尖端天文觀測研習課程撰寫科普書籍 ,對社會大眾之科普教育不遺餘力
  • 接受教育部與國科會委託,策劃之「2005世界物理年」活動架構,規劃完成「2005年科學季—探索物理博覽會」,對整體提昇物理科學的教育內涵有明確貢獻。
  • 孫教授教學和研究領域有

1. 活躍星系核與類星體

2. 星系演化與恆星形成

3. 鹿林山星際物質發射線巡天計畫

4. 墾丁天文台教育訓練計畫

5. 青藏高原天文台科研及教育計畫

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演講內容大綱

I.意義: 人類所熟悉知可見光僅能予與人類部分事實,所得的資訊也僅只片段。隨著人類科技發展,得以由多種不同波段之儀器進行觀測,藉以認知更多異於以往的巨觀科學。

II.從伽利略到愛因斯坦

伽利略 以望遠鏡觀測天文 1609(2009天文物理四百週年)

虎克 倍率放大

愛因斯坦

1905(奇蹟年 2005世界物理年)

1905 3月 「光量子」理論《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》

1905 4月 液體中的擴散速度來計算糖分子的大小《根據分子運動論研究靜止液體中懸浮微粒的運動》

1905 5月 布朗運動

1905 6月 狹義相對論基本原理 (「光速不變」&「相對性原理」)

1905 9月 E = mc² 《物體慣性與其所含能量有關嗎?》

III.愛因斯坦之後人類科技長足發展,得以藉由非可見光觀察物理變動。

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III.光譜

電磁光譜包含六大譜區 可見光位於 400 至 700 納米的範圍

恆星、星系,和其他許多宇宙天體在各個波段都會發出輻射

我們要研究這些天體的本質,就必須要在各個波段都能夠進行觀察

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IV.隱身術

以兩面鏡子的90度反射作用,使人產生機關中的人下半身不見了的錯覺。

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V.多波段天文觀測

多波段天文觀測

各波段的物理意義及發射機制:

X-射線(X-ray): 極高溫氣體、高能天体

紫外線(UV):高溫恆星(OB恆星、白矮星)

可見光(Visible):正常恆星

近紅外(Near-IR):低溫恆星、高溫灰塵

遠紅外(Far-IR):低溫灰塵

紫外線 可見光 紅外線

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可見光 無線電波
  • 以可見光觀測:2009年,土星環消失,測對著太陽或地球
  • 但以其他波段觀測:可測得土星環
  • 以天狼星和其伴星(一個白矮星)為例:
  • X-ray
  • 大星:天狼星之伴星(白矮星)
  • 小星:天狼星
  • X-ray表示能量大小,大者表示能量愈大,反之亦然。
  • 可見光影像
  • 可見光影像

X-ray

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VI.多波段觀測的特色

研究天體在各個波段的輻射分佈,對這個天體的物理機制才能有整體的瞭解。

可以穿透吸收物質,看得更深更遠(ex. 銀河中心的電波觀測)

在瞬變天體的輻射能量迅速轉換的過程中,可以經由多波段同步觀測,送出警訊,獲得不同波段的天體影像(ex. GRB的國際聯測)

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VII.多波段同步觀測的成功計畫
  • γ-爆(Gamma-Ray Bursts)的國際聯測
  • (γ-rays and optical)
  • 活躍星系核(AGN)的國際聯測
  • (紫外、可見光、紅外)

VIII.多波段觀測的望遠鏡

γ-rays:CGRO, SWIFT, GLAST

X-rays: Chandra, ROSAT

UV:IUE, GALEX

Optical:HST and ground-based telescopes

IR:IRAS, ISO, Sptizer

Radio:VLA, VLBI,

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IX.台灣光學天文台

台灣鹿林前山光學天文台(中央大學)

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X.相關補充資料
  • 陣列式的望遠鏡 :為了提高射電望遠鏡的解析力除了加大口徑之外,便是由多台同步觀測,這便稱為陣列.它的原理是利用干涉原理使若干台望遠鏡總和起來的結果和一個特大號的望遠鏡觀測結果差不多
  • 微中子望遠鏡 :為1960年代之後興起之天文觀測儀器,其主體為15,000加侖的四氯化二碳(C2Cl4)液體,為常見的洗衣店乾洗溶劑。
  • 射電(無線電波)望遠鏡:基本原理和收音機是差不多的,都是將某一特定的波段電磁波接收起來,再經過數據處理將影像或資料呈現在我們眼前.
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多波段觀測望遠鏡之應用
  • 宇宙初期的星系質量大得超乎預期
  • 天文學家利用美國航太總署(NASA)大天文台(Great Observatories)的其中兩架--史匹哲太空望遠鏡(Spitzer)與哈柏太空望遠鏡(Hubble)觀測非常遙遠的星系中恆星質量的估算,結果發現其中距離最遠的星系,其質量大得異常,且星系結構發展得相當成熟,不似其他在宇宙年輕時期的星系該有的模樣--按現行星系形成理論,星系是經由小星系逐漸合併而形成,但這個新發現的星系,顯然不肯遵守這個規則,因此讓這些天文學家相當驚訝。
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黑洞搜尋
  • 當物質以高速落入星系中心超重黑洞的過程中,會產生大量輻射和光,因此可在不同波段偵測到這些輻射。含有這種活躍的超重黑洞的系統稱為「活躍星系核」(active galactic nuclei,AGN)。這些AGN由於非常明亮,即使在很遠的距離外,仍可在短時間曝光下顯現蹤影,因此天文學家們決定跳脫傳統深入研究很小一片天區的觀測研究窠臼,改以大面積、短時間曝光的方式掃瞄天空,搜尋這些AGN 。其使用的多波段觀測方法為先從史匹哲的紅外波段中的天體顏色區分出是星系還是恆星,然後再從錢卓和其他可見光觀測中判定這些天體是否為AGN。這種搜尋方式對於發現被遮蔽的AGN特別有效。結果在離地球約110億光年遠的地方,總共發現了600多個被遮蔽的AGN,還有700多個沒有被遮蔽的AGN。
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XI.結論及心得感想(一)
  • 孫維新教授真的是ㄧ個很令人敬佩的老師,不僅擁有豐富的學問,還是ㄧ位極優秀的演講者。整個演講過程中可說是毫無冷場,處處充滿學問及樂趣,真的讓我們受益匪淺。
  • 演講中穿插著一些影片使台下的聽眾確確實時感受到科學的奧妙,讓人想實際到科博館去探險一番。我想那真的是非常寶貴的經驗,一輩子都很難從記憶中抹滅掉。
  • 科技越發達,越覺得人類真是渺小啊。學的越多,你越會發現你不懂的越多。宇宙是無止盡的。
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結論及心得感想(二)
  • 自己高中的時候唸的是理組,後來卻選擇毫不相關的法律科就讀,最大的原因即是覺得課本裡的東西,實在是難以理解。孫教授卻簡單的點出了學習自然科目的初衷--「希望可以了解大自然」「大自然非常有趣」。
  • 很希望台灣的教育可以朝著這個方向發展,課本裡的知識總是學理多過於自然現象的探索,可以讓學生親手做的實驗非常的少。往往是了解某個方程式,或是化學式,但是卻不知道相對於此在現實裡發生的現象是什麼
  • 在演講中有一段讓我印象很深刻的是演講準備的影片,一群跟我年紀不相上下的學生,在經過一星期的星象觀察後,決定自己以後要從事研究星相的工作。雖然只是短短的一個星期的體驗,但卻可以讓人激發出對科學這麼濃厚的興趣!