How Do We Study The Stars? - Yuan - Sen ting

說實話，城市的天空，還滿無聊的。 如果你抬頭看看建築物間的小塊夜空， 你或許能找出北斗七星， 或者是獵戶座腰帶。 不過等等， 再仔細看看那片黑夜， 伸出你的大拇指， 你覺得你蓋住了多少恆星？ 十顆？二十顆？再猜一猜。 如果你用哈勃天文望遠鏡 去看那片拇指大小的天空， 你不會看到許多小亮點， 而是看到一團團光暈。 而這些光暈不是恆星， 它們是星系，就像我們的銀河系一樣， 每個都是好幾十億恆星的群落， 在你大拇指底下，就有超過一千個星系。 宇宙的規模比你從城市裡所見的還要巨大， 甚至比你從鄉間所望見的星空還要浩瀚。 這就是天文物理學家眼中的宇宙， 裡面的恆星比地球上的沙粒還要多。 每當你在夜晚仰望星空時， 你實際上是在參與人類史上最古老的科學活動。 天文研究在人類史上 比航海、農業、可能比語言的存在還要古老。 但不像其他科學，天文學的基礎完全只憑觀測。 我們無法在實驗室控制任何變因或參數。 用最尖端的科技，我們可以送人類上月球 並探勘太陽系的邊界， 但比起星辰間的無垠地帶， 人類所能探觸的距離簡直微不足道。 所以我們怎麼獲得大量其他星系的知識呢？ 我們怎麼知道它們的成分、數量， 甚至確定它們存在？ 好吧，我們可以先從仰望天空 最先看到的東西開始：星星。 我們試著了解它們的特質。 它們的成分是甚麼？溫度多高？ 規模多大？存在了多久？ 它們離地球的距離有多遠？ 信不信由你， 這些答案都可以從星星發出的光芒推算出來。 我們將這些星光轉換為彩虹光譜， 就可以破解這些星辰背後的秘密。 當你在地球上看到彩虹的時候， 其實你看到的是太陽所發出的光， 被大氣層的水珠折射後所散發的光譜， 水珠將光線分散成不同的波長，形成彩虹。 所以當我們分析其他星球的光芒時， 我們可以自己將它變成彩虹，但不是用水珠， 是用其他分散光譜的儀器。 當我們仔細觀察太陽光的彩虹光譜時， 有個奇怪的現象：彩虹光裡有一些黑線。 這些黑線就像指紋一樣，是原子的特有的波紋。 在大氣層中， 每一種原子只會吸收某段特定波長的光， 這些波長的光被吸收的量， 取決於該原子數量的多寡。 所以如果我們觀察在這個特定波長裡， 有多少光不見了， 我們不只可以推斷出 太陽系大氣層裡有哪些元素， 甚至還可以推算出元素所占的比例。 同樣的方法也可運用於其他恆星： 將恆星的彩虹光譜分析出來， 看看裡面缺少那些波段， 就可推算出有那些元素的存在。 太好了，現在你知道恆星的成分了。 儘管我們眼睛的可見光有限， 我們並不會被此限制， 試想，還有無線電波呢。 是的，無線電波可以讓你 在車上聽廣播金曲排行榜， 但這種波也可以在太空中自由傳遞， 而因為它們是從太空中非常遠的地方傳來， 無線電波可以告訴我們宇宙非常早期的歷史， 甚至可以追朔到 宇宙大爆炸後僅幾千年的時間。 我們也可以研究其他比較冷的物體 所發出來的遠紅外線， 像是太空中的氣體和塵雲， 也可以觀察剛誕生的、 比較熱的恆星所發出來的紫外線光。 研究不同的波長，不但可以讓我們 對一個物體有更全面的了解， 也可以讓我們對宇宙有不同的認識。 因此，天文物理學家運用了幾種不同的望遠鏡， 好讓他們可以完整觀察各種光線， 包含遠紅外線、紫外線和X光射線， 接收的媒介包含巨型的無線電接收器、 反射鏡和人造衛星， 這些可以偵測到 原本地球大氣層收不到的東西。 天文物理學家不只可以看見 宇宙中好幾十億的星系中好幾十億的恆星， 他們也可以透過各種媒介聽見、 觸及、感覺到這些星球的存在。 每一個恆星都訴說著不同的故事。 但這一切都是從光開始的， 有些光我們看得見，有些我們看不見。 想知道宇宙的祕密嗎？ 就追隨光吧。