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了解天文学常识就能把妹?呵呵

本帖由 漂亮的石头2015-04-14 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    2012-02-10
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    在你的专业里,有什么基础知识是和普通人的认识不相符的?

    [​IMG] One Two,效果拔群。

    说几个和(业余)天文学有关系的「反直觉」知识。

    写个目录:

    1. 肉眼可以胜任不少天象观测
    2. 10 秒一颗的流星雨算「暴雨」
    3. 地球与星座间无所谓距离
    4. 太阳系插图都是「骗人」的
    5. 日月食的发生频率相当
    6. 「北极星」并非亘古不变
    7. α星不一定是最亮的
    8. 光年不仅仅是长度单位

    1. 肉眼(naked eye)作为一种还不错的光学仪器,可以胜任不少天象观测

    很多人会认为拥有一台望远镜哪怕只是双筒才有资格被称为「天文爱好者」。在我看来,一双视力正常的眼睛,足矣。在大城市尤其如此,光污染让再强大的望远镜也无太多用武之地。我曾粗略统计过那些仅用肉眼就能观看的常见天文现象(地球上有哪些裸眼可直接观察到的,极其震撼的太空景象? - One Two 的回答),大致如下:

    • 日月同辉 *
    • 金星凌日(需要减光装置)
    • 人造卫星「闪光」*
    • 行星大距 / 冲日
    • (双)行星伴月 *
    • 星座 / 星群 *
    • 月全食
    • 银河 / 黄道光 *
    • 大彗星 *
    • 日全食(非全食阶段需要减光装置)
    • 流星(雨)*
    • 极光 *

    *:表示该天象用肉眼观看才有最佳效果

    当然,有一些天象用望远镜才能获得最佳观测效果,比如上面没有星号的天象,或者是必须出动望远镜的:


    怎样,肉眼的性价比还不低吧。不过这只是针对业余观测的说辞,在专业的天文学研究中,肉眼早在 400 年前就不够用了,现代天文学家还恨不得把天文望远镜都往高处扔,往太空扔。

    2. 10 秒一颗的流星雨算「流星暴」

    (Shenmegui!答主你是希尔瑞斯吗?)

    唔......反正我不是凯丁。先说一个和流星雨相关的专业术语:「每小时天顶流星数」(Zenithal Hourly Rate,简称 ZHR)。ZHR 值表示理想状态下观测者每小时能够看到的流星数,那么「理想状态」是个什么状态呢?

    • 辐射点位于天顶
    • 极限星等 6.5 等
    • 天空晴朗无云
    • 观测者视力良好,观测时不走神

    反正就是个很(bu)理(xian)想(shi)的状态啦,换句话说,实际观测中看到的流星数量只可能比 ZHR 值低。而非常不幸的是,媒体报道流星雨时往往就把 ZHR 值直接翻译成「每小时能够看到 xx 颗流星」,忽略了这是一个理想状态下的数值,这样的做法是不可取的。

    这样就引出另外一个问题了,既然 ZHR 值如此不现实,应该要有一种修正公式让其变得现实一些。修正公式长这样[1][2]

    [​IMG]

    或者是

    [​IMG]

    其中

    • [​IMG]表示实际观测到的流星流量(颗 / 小时)
    • [​IMG]是云量修正系数,[​IMG][​IMG]表示云量(%)
    • [​IMG]表示族群指数(Population Index),不同流星雨的[​IMG]值不同,大多介于 2-3
    • [​IMG]是极限星等
    • [​IMG]表示辐射点的地平高度(°)

    举个栗子,2013 年 8 月 13 日凌晨时英仙座流星雨的 ZHR 值为 109[3],那个时候我就在从化某山旮旯看流星雨,当时天气晴朗,银河清晰可见,极限星等约 5.5。我在 1.5h 内看到 30 颗群内流星,也就是 20 颗 / 小时。

    是的,号称全年三大流星雨之一(其余两个是双子座流星雨和象限仪流星雨)的英仙座流星雨我最后只能在一小时内看 20 颗,还是在无云,极限星等已有 5.5 的情况下。

    之所以和 ZHR 值相差甚远,主要原因是当时辐射点的地平高度并不高,只有大概 30°,另外极限星等也没有达到 6.5。将我的观测值带入上面的修正公式:

    [​IMG]

    与 109 相差不大。

    接下来说说什么是「流星暴」,我们一般认为 ZHR 值大于 1000 的流星雨可以称作流星暴,这是什么水平,平均 3 秒一颗流星,要是每三秒钟天上掉一滴水,没有人会觉得在下雨,只会想是不是哪家把没拧干的衣服晾出来了......别忘了这还是理想状态。就算我们假设一个好一点的观测环境,比如极限星等 5.5,天空无云,辐射点高度 45°,r 值取 2,那么实际观测值应该是

    [​IMG]

    大概 10 秒一颗流星。

    PS:历史上的流星暴多数来自狮子座流星雨,这也是为什么狮子座流星雨会有「流星雨之王」,「狮王の怒吼」这样的美名。最近一次狮王怒吼发生在 2001 年,我有幸亲眼目睹,也成为了我入坑的标志。

    3. 星座只是一种二维投影

    在知乎上发现有几个问题都在问星座的距离:

    黄道十二宫对应的星座的哪个离地球最远? - 地理

    天蝎座距离太阳系多少光年? - 天文学

    十二星座和地球的距离的排列顺序是怎么样的? - 星座(天文)

    我们来看看真实的星空是怎样的,举个栗子:

    [​IMG]

    (来源:人教版高一地理)

    参考阅读:同一星座中的天体,是确实在空间上相对较近,还是仅仅在地球的视野的投影上比较近? - One Two 的回答

    4. 太阳系 / 银河系 / 宇宙空旷得令人发指

    各类插图中的太阳系要么是这样:

    [​IMG](来源:百度)

    要么是这样:

    [​IMG](来源:高中物理教科书)

    书本上的太阳系插图大体如此,耳濡目染多时,以致于只要提起太阳系,大部分人的脑海中都会浮现以上的画面。而真实情况是这样的:即便在真实的太空之中开上帝视角,也没有可能看到图中的效果。图中的轨道大小与天体大小并不遵循真实比例,真实的太阳系远比图中展现的要空旷得多。如果的确要按照真实比例绘图,比如要展现八大行星的轨道,这样八大行星一个都看不到;若要展现八大行星的相对大小,插图的长度恐怕塞不下书本。 引用一下 @特斯拉猫 的一小段回答:

    现在我们假定我们模型中太阳的大小为一个苹果大小(直径 10cm),现在我们把太阳系缩小到了原来的140 亿分之一 ,等比例缩小的话,地球距离太阳大概是10.7m,直径已经是二十多米了,太空实验室君表示压力很大,那我们算一下最远的海王星,大概是300m。也就是说你即使把太阳缩小成一个苹果,太阳系模型的直径也有 600m。​

    按照这个比例印刷一本页宽 15cm 的书,太阳在第一页,那么海王星在第 2000 页。

    所以不可以赖画师不尊重客观事实,这只是单纯的

    [​IMG]

    建议阅读:在太空实验室里,模拟太阳系做一个完全按比例缩小的迷你太阳系,现实吗? - 特斯拉猫的回答

    有时候感觉人生很无聊,可以试着打开这个网站:If the Moon Were Only 1 Pixel

    至于银河系乃至宇宙级别的空旷就更不用说了,可以参考我的拙作:宇宙有多空旷? - One Two 的回答

    5. 日月食的发生频率相当

    深入了解过日月食原理的童鞋不难得出这一结论,我在这里就直接分析数据了——2001 至 2100 年间发生日月食的次数如下[4][5]

    [​IMG]

    [​IMG]

    100 年间发生 224 次日食,228 次月食,但在 228 次月食中,有 85 次是观赏性近似为零(肉眼不易察觉)的半影月食,除去这些,就只剩下 142 次月食。这样看日食要比月食多出一半,就算把日偏食排除,日(全 / 环 / 混合)食次数也还有 147 次。但实际感觉却是月食比日食更加容易遇到,原因是,日食带尤其是全食带覆盖地区窄,而月食能在半个地球同步直播。

    6. 北极星是一群被地轴选召的孩子(啊不对是恒星)

    [​IMG](作者:Tauʻolunga)

    由于岁差的关系,地球自转轴会以约 26000 年的周期在天球上画出一个圆,圆周附近的恒星都有机会成为「北极星」。北极星不是一颗星在战斗,它们有一个团队。

    7. α 星不一定是最亮的

    简单来说就是拜耳在命名时比较任性,没有严格按照恒星亮度进行编号,尽管大部分星座的 α 星的确是星座内的最亮星,但特例也有不少[6]

    • 从北往南命名,星等相近的前提下靠北的恒星优先命名(如猎户座)
    • 首先升起的亮星优先命名(如双子座)
    • 有机会成为北极星的优先命名(如天龙座)
    • 随便(如人马座、天秤座)
    • ......

    据(不一定靠谱的,不是我)统计,全天 88 星座中有至少 30 个的 α 星不是最亮星。

    8. 光年是长度单位,但和时间有紧密联系

    以前总听到有人纠正道「光年不是时间单位,是长度单位」,那个时候「光年是时间单位」是一种直觉。现在则慢慢转变成「光年是长度单位」是一种直觉,但是不要忽略了「光年」有个「年」字。

    引用一下我自己的回答(通过哈勃望远镜所看到的宇宙为什么会是很久以前的? - One Two 的回答):

    「光年」的的确确是一个长度单位,但由于光速在我们宇宙中的特殊设定,就注定了它和时间脱不了干系。

    于是乎从某种意义上说,不论是哈勃望远镜抑或是肉眼,看到的都是「过去」的宇宙图景,距离越远,历史越悠久。我们甚至可以简单粗暴地理解为:我们看到的天体影像的历史(年)和其距离(光年)在数值上相等 *。比如说我们现在看到的天狼星,实际上只是其八年前的影像;我们现在看到的参宿四的样子,它的光芒自郑和下西洋开始就在宇宙空间中穿行;至于仙女座大星系(M31),我们能够有幸看到人类起源之时别人家的星系是怎样一番图景。
    这样看来天文学还有一丝「考古」的意味,宇宙中每个角落都像是一档有「延迟」的直播节目,「延迟」的时间视乎它与地球的距离。1987 年 2 月 24 日,天文学家在大麦哲伦星云内观测到了一次超新星(SN 1987A)爆发,大麦哲伦星云距离我们约 16.8 万光年,这就意味着这颗超新星在约 16 万年以前就已经爆发,爆炸最初发射出的光子经过十多万光年的长途跋涉,终于在 1987 年年初到达地球。宇宙给我们蓝星人带来一场超新星爆发的现场直播,咱们自然就不能浪费如此宝贵的机会。此后天文界对 SN 1987A 进行了持续观测,这里有个延时 GIF[1]展示了 SN 1987A 在 15 年间(1994-2009)的变化。
    *:在大尺度下(如星系团之间或者大于 1 亿光年)还需要考虑宇宙膨胀的影响,此时两者在数值上不再相等。​

    9. 别想着了解一堆天文学常识就能提高把妹成功率

    呵呵这事儿看脸......

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