天文學

天文學（粵拼：tin1 man4 hok6）係一門專研究天體同宇宙嘅自然科學。天文學運用數學、物理同化學來解釋宇宙入面唔同嘅天體，包括恆星、行星、衞星、彗星、星系等等，同埋其他各種現象，譬如日食、行星順行同逆行、超新星爆炸、伽瑪射線暴、宇宙微波背景輻射等等。可以噉講，任何源於地球大氣層以外嘅自然現象都屬於天文學嘅研究範圍。

個名點嚟

中文「天文」一詞最早出現喺《易傳》；《易經·賁卦·彖辭》：「剛柔交錯，天文也；文明以止，人文也。觀乎天文，以察時變；觀乎人文，以化成天下。」「文」係指一切現象或形相，「天文」就係指自然現象。^[1]^[2]根據原意，天文學就係研究自然現象嘅學問，而而家特指研究天體同宇宙。

天文學嘅英文名Astronomy，德文名Astronomie，同埋西班牙文名Astronomía，都係由拉丁文Astronomia演變出嚟嘅。而拉丁文Astronomia係由古希臘文兩個字組成，分別係：ἀστρονομία，再源於ἄστρον (astron)，意為「星」；同埋-νομία (-nomia)，再源於νόμος (nomos)，意為「法則」。組成嘅意思就係「星嘅法則」。

歷史

史前時期

人類好早就出於唔同原因開始研究並記錄各種天象，因為天文學嘅發展，既有實際意義，譬如利用恆星導航、利用太陽同月光嘅週期變化來確定曆法同節氣，亦可以幫助迷信嘅人理解罕見天文現象。

文藝復興到啟蒙運動

而喺歐洲文藝復興開始之後，天文學研究促進咗科學發展，人類開始研究地球以外嘅世界，並正確地計算其他行星嘅軌跡，並提出咗地動說，指出地球唔係宇宙嘅中心，提出呢啲科學家嘅人尤其是精通數學、物理、化學，因此佢哋嘅理論喺當時能夠推翻教會嘅地心說，導致咗啟蒙運動嘅開始。喺當時一啲至出名嘅物理學家同數學家，哥白尼、伽利略、牛頓、歐拉等等，都係為現代天文學奠下咗良好嘅基礎。

法國大革命之後到咗二次世界大戰嘅發展

工業革命及法國大革命之後隨著工業同科學不斷嘅發展，以及物理化學嘅新發明及發現例如光譜儀、相機、改良嘅天文望遠鏡、經緯度測量儀等等，導致天文學飛速嘅發展，不斷有天文學嘅新發現，例如發現咗天王星同海王星。法國天文學家查理斯·梅西亞發現咗大量嘅星雲，證明咗恆星唔係唯一宇宙發光嘅星體，並編輯咗《梅西耶星團星雲列表》。19世紀中期嘅美國哈佛大學同意大利科學家並用光譜儀證明太陽係一粒恆星並分析其他恆星嘅光譜，並提出咗哈佛光譜分類法。1913年美國物理學家羅素同丹麥天文學家，分析咗大量星體嘅質量結構及化學組成，喺美國製作咗第一幅赫羅圖，為日後恆星天文學見下咗良好嘅基礎。其中當時愛因斯坦、霍金、哈勃提出咗好多理論，佢哋好多研究成果，都係為咗解答天文學上嘅問題

二次世界大戰之後事而家嘅發展

到20世紀中期二次世界大戰結束後，人類技術高度發展，以及唔同嘅發明例如射電天文望遠鏡、電子計算機、太空船引擎等等，及一啲有足夠嘅能力去探索地球大氣層以外嘅世界。蘇聯首先實現載人太空任務。美國太空人首先登陸月球，係人類第一次踏足地球之外嘅天體，1970年代美國更發射咗一啲無人太空船例如旅行家1號，以及建造咗一啲大型嘅射箭矩陣望遠鏡，尋找一啲新型嘅天體。1980年代射電同埋紅外線天文學嘅越嚟越普及，喺1995年物理學家同天文學家搵到宇宙中第一粒棕矮星，並喺第二年尋找到第一粒系外行星。二戰後嘅研究太空航行技術，推動咗好多第啲唔拉更嘅科技進步，譬如衛星電視、全球定位系統、高溫陶瓷、高度防水材料、太空育種等等，都令地球表面居民嘅生活質素提升。

對於一般天文愛好者來講，天文除咗係一門科學，亦可以係一種休閒嗜好。好多業餘天文愛好者鍾意觀星、天體攝影、發現小行星、月面反射通訊等等活動。天文學上嘅物理現象、外星人猜想等等，亦係文學、影視、音樂、藝術常見嘅題材。

基本概念

宇宙中嘅天體

星系群

星系

恆星

產生核聚變發光質量較大嘅天體，等離子體組成，通常都係以太陽質量作為佢哋嘅單位。佢哋係天文學最常見嘅研究範疇。

行星(包括矮行星)

質量較少而唔識發光嘅天體，形態氣體或者係固體，圍繞住恆星公轉，通常以地球質量或者木星質量作為佢哋嘅單位。同佢哋都係天文學最常見研究嘅範疇。

天然衛星

小行星

天文學嘅公式同埋科學常數

恆星天文學同太陽嘅公式

太陽質量

$M_{\odot }={\frac {4\pi ^{2}\times (1{\rm {AU}})^{3}}{G\times (1{\rm {yr}})^{2}}}=(1.98855\ \pm \ 0.00025)\ \times 10^{30}\mathrm {k} \mathrm {g}$

$\mathrm {M_{\odot }} ={\frac {4\pi ^{2}\cdot a^{3}}{G\cdot T^{2}}}$

恆星半徑同光度之間嘅關係

太陽亮度

視星等

$m_{x}=-2.5\log _{10}\left({\frac {F_{x}}{F_{x,0}}}\right)\,,$

核聚變化學方程

${\ce {^{1}H + ^{1}H-> ^{2}H + e+ +\upsilon}}$

${\ce {^{2}_{1}H + ^{2}_{1}H ->^{3}_{1}H + p+}}$

${\ce {^{2}_{1}H + ^{2}_{1}H ->^{3}_{2}He + n}}$

關於天體物理學嘅公式

天文觀測

主要用嚟觀測天體同其他物體嘅資訊來源係可見光，或者更加廣義啲講，係電磁輻射。^[3] 天文觀測可以根據觀測到嘅電磁頻譜範圍嚟分類。有啲頻譜範圍喺地球表面可以觀測到，但有啲就要喺高海拔或者地球大氣層以外先可以觀測。以下係呢啲子範疇嘅具體資訊。

電波天文學

電波天文學利用波長超過約一毫米嘅輻射，即超出可見光範圍嘅電磁波。^[4] 電波天文學同其他天文觀測方式有啲唔同，因為觀測到嘅電波可以當成波，唔係光子。所以比較容易量度振幅同波相位，而呢啲量度喺較短波長就冇咁容易做到。^[4]

雖然有啲電波係天文物體直接發出，屬於熱輻射，但大部分電波輻射係由同步加速輻射產生，呢啲係因為電子喺磁場入面運行所造成嘅。^[4] 仲有，有啲譜線係由星際氣體發出，例如21厘米嘅氫譜線，喺電波波長可以觀測到。^[4]

喺電波波長範圍內，有好多唔同種類嘅天體可以觀測到，包括超新星、星際氣體、脈衝星同活躍星系核等。^[5]^[4]

紅外線天文學

紅外線天文學係用嚟偵測同分析紅外線輻射，即波長比紅光長而又喺我哋視覺範圍以外嘅輻射。紅外線譜係用嚟研究啲冷到唔會發出可見光嘅物體，例如行星、環星盤或者被塵埃阻擋光線嘅星雲。紅外線嘅較長波長可以穿透阻擋可見光嘅塵埃雲，咁就可以觀測嵌喺分子雲入面嘅年輕星同星系嘅核心。寬視場紅外線巡天探測器（WISE）特別適合用嚟揭示大量星系原恆星同佢哋嘅星團宿主。^[7]^[8]

除咗接近可見光波長嘅紅外線，大氣層對紅外線輻射有強烈吸收，仲有大氣層本身都會產生顯著嘅紅外線輻射。所以，紅外線天文台一般都要設喺高同乾燥嘅地點或者外太空。^[9]

有啲分子喺紅外線範圍輻射特別強，咁就可以用嚟研究太空化學，特別係可以偵測彗星入面嘅水。^[10]

光學天文學

昴宿星望遠鏡（左）同凱克天文台（中），位於莫納克亞山，係觀測近紅外線同可見光波長嘅例子。NASA紅外線天文設施（右）則專注於近紅外線波段嘅觀測。

光學天文學，亦即可見光天文學，係歷史最悠久嘅天文學形式。^[11]

早期嘅觀測圖像係手畫出嚟嘅。到咗19世紀末到20世紀，影像開始用攝影設備記錄。而現代影像主要用電荷耦合器（CCD）等數碼探測器嚟記錄。雖然可見光範圍由大約4000埃（400納米）至7000埃（700納米），^[11] 同樣嘅設備亦可以觀測接近紫外線同近紅外線嘅輻射。

紫外線天文學

紫外線天文學用嚟觀測波長喺大約100至3200埃（10至320納米）之間嘅紫外線。^[4] 呢啲波長嘅光會被地球大氣層吸收，所以需要喺高層大氣或者太空進行觀測。

紫外線天文學最適合用嚟研究熱輻射同來自熱藍恆星（例如OB星）嘅譜線輻射，呢啲恆星喺呢個波段範圍特別明亮。呢啲研究範圍亦包括其他星系入面嘅藍星，佢哋係紫外線巡天嘅主要目標之一。其他常見紫外線觀測對象包括行星狀星雲、超新星殘骸同活躍星系核。^[4] 不過，由於紫外線容易被星際塵埃吸收，所以必須對紫外線嘅數據進行校正。^[4]

X射線天文學

X射線天文學係研究X射線波段嘅天文學。一般嚟講，X射線輻射由以下方式產生：同步加速輻射（即電子沿著磁場線運行）、高溫氣體輻射（超過10⁷ 開爾文）同高密度氣體輻射（亦超過10⁷開爾文）。^[4]

由於X射線會被地球大氣層吸收，所有X射線觀測都必須喺高空氣球、火箭或者X射線天文衛星上進行。值得注意嘅X射線天體來源包括X射線聯星、脈衝星、超新星殘骸、橢圓星系、星系團同活躍星系核。^[4]

伽瑪射線天文學

伽瑪射線天文學係研究電磁頻譜中最短波長嘅天文物體。伽瑪射線可以透過衛星，例如康普頓伽瑪射線天文台，或者專用嘅大氣契倫科夫望遠鏡觀測到。^[4] 契倫科夫望遠鏡唔係直接探測伽瑪射線，而係探測伽瑪射線喺地球大氣層吸收時產生嘅可見光閃爍。^[12]

大多數伽瑪射線來源其實係伽瑪射線暴，呢啲天體喺短短幾毫秒至幾千秒內產生伽瑪射線後就會消失。只有約10%嘅伽瑪射線來源係穩定嘅，包括脈衝星、中子星同黑洞候選者，例如活躍星系核。^[4]

唔基於電磁頻譜嘅範疇

除咗電磁輻射，仲有其他由遠距離來源嘅現象，可以喺地球度觀測到。

喺中微子天文學方面，天文學家會用高度屏蔽嘅中微子觀測所，例如SAGE、GALLEX同神岡II/III，嚟探測中微子。絕大部分穿過地球嘅中微子都係嚟自太陽，但係喺超新星1987A發生時，亦探測到24粒中微子。^[4]

宇宙射線係一啲高能量嘅粒子（例如原子核），佢哋進入地球大氣層時會衰變或者被吸收，產生一連串嘅次級粒子，而呢啲粒子可以俾現時嘅觀測站探測到。^[13] 一啲未來嘅中微子探測器可能都會對宇宙射線撞擊地球大氣層時產生嘅粒子敏感。^[4]

引力波天文學係一個新興嘅天文學範疇，使用引力波探測器收集有關遙遠巨型天體嘅觀測數據。一啲觀測站已經建成，例如雷射干涉引力波觀測站（LIGO）。LIGO喺2015年9月14日首次探測到引力波，觀測到一對雙黑洞合併嘅現象。^[14] 第二次引力波探測喺2015年12月26日發生，並預期會有更多嘅觀測，但係探測引力波需要極度敏感嘅儀器。^[15]^[16]

將電磁輻射、中微子、引力波同其他輔助信息嘅觀測結合一齊，叫做多信使天文學。^[17]^[18]

天體測量學同天體力學

天體測量學係天文學同科學歷史上最古老嘅範疇之一，專注於量度天體嘅位置。過往，準確知道太陽、月亮、行星同恆星嘅位置，對於天文導航（利用天體嚟指引航行）同曆法嘅製作非常重要。^[19]^:39

精確量度行星嘅位置，令科學家對重力嘅攝動理論有深入了解，並能夠精確計算行星過去同未來嘅位置，呢個領域叫做天體力學。最近，對近地天體嘅追蹤，亦幫助預測呢啲物體接近地球或者同地球碰撞嘅可能性。^[20]

量度附近恆星嘅恆星視差，提供咗宇宙距離尺度嘅基準，呢個尺度用嚟測量宇宙嘅規模。恆星視差量度為更遙遠嘅恆星提供咗絕對基準，佢哋嘅屬性可以互相比較。量度徑向速度同自行運動，可以令天文學家繪製出呢啲系統喺銀河系入面嘅運動圖。天體測量學嘅結果亦用嚟計算推測暗物質喺銀河系嘅分佈。^[21]

喺1990年代，透過量度附近恆星嘅恆星搖擺，發現到圍繞嗰啲恆星嘅大型系外行星。^[22]

睇埋

攷

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出面網頁

呢篇同天文相關係楔位文。歡迎幫維基百科擴寫佢。

[1] 〈文化〉. 《《中華百科全書》》 (典藏版)。1983年。原著喺2020-11-18歸檔。喺2020-07-29搵到。

[2] 易經·賁卦·彖辭，維基文庫

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[shu1982-5] 引用錯誤無效嘅<ref>標籤；無文字提供畀叫做shu1982嘅參照

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[15] Tammann, Gustav-Andreas; Thielemann, Friedrich-Karl; Trautmann, Dirk (2003). "Opening new windows in observing the Universe". Europhysics News. 原著喺6 September 2012歸檔. 喺17 November 2016搵到.

[16] LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration; Abbott, B. P.; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Abernathy, M. R.; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adams, T. (15 June 2016). "GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence". Physical Review Letters. 116 (24): 241103. arXiv:1606.04855. Bibcode:2016PhRvL.116x1103A. doi:10.1103/PhysRevLett.116.241103. PMID 27367379. S2CID 118651851.

[17] "Planning for a bright tomorrow: Prospects for gravitational-wave astronomy with Advanced LIGO and Advanced Virgo". LIGO Scientific Collaboration. 原先內容歸檔喺23 April 2016. 喺31 December 2015搵到.

[18] Xing, Zhizhong; Zhou, Shun (2011). Neutrinos in Particle Physics, Astronomy and Cosmology. Springer. p. 313. ISBN 978-3-642-17560-2. 原先內容歸檔喺3 February 2021. 喺20 June 2015搵到.

[:0-19] Fraknoi, Andrew; 等 (2022). Astronomy 2e (第2e版). OpenStax. ISBN 978-1-951693-50-3. OCLC 1322188620. 原先內容歸檔喺23 February 2023. 喺16 March 2023搵到.

[20] Calvert, James B. (28 March 2003). "Celestial Mechanics". University of Denver. 原著喺7 September 2006歸檔. 喺21 August 2006搵到.

[21] "Hall of Precision Astrometry". 弗吉尼亞大學天文學系. 原著喺26 August 2006歸檔. 喺17 November 2016搵到.

[Wolszczan-22] Wolszczan, A.; Frail, D. A. (1992). "A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257+12". Nature. 355 (6356): 145–47. Bibcode:1992Natur.355..145W. doi:10.1038/355145a0. S2CID 4260368.

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