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Dec. 09 2016

便知識:一邊蹲馬桶一邊學天文

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  • 便知識:一邊蹲馬桶一邊學天文

日本人熱愛天文是眾所皆知的,但您能想像一邊上廁所,還能一邊學習恆星演化嗎?原來這是由日本國立天文台(National Astronomical Observatory of Japan,簡稱NAOJ)的學生所發起的「天文廁紙」(Astronomy Toilet Paper,簡稱ATP)計畫。可惜,目前僅在日本國內販售,一捲大約兩百元日幣左右,有計畫前往日本旅行的朋友,不妨多帶幾捲廁紙回來,送禮自用兩相宜喔!

這捲廁紙以6張為一個循環,70公分6小張的廁紙中,就說盡了太陽型恆星100億年的歷史,從宇宙中的氣體分子雲中誕生了原恆星,逐漸脫離雲繭,形成金牛座T型星,進入壯年時期的主序星和行星系統,用盡燃料的老年時期膨脹成為紅巨星,最後將氣體拋回太空,以行星狀星雲畫下生命的句點。

恆星的生死輪迴以氣體開始,也以氣體結束,這些氣體又將成為下一代恆星、行星,更包含你的身體、和你現在舉目所及一切事物的原料。這樣壯闊的循環,是不是也和我們的消化循環有著異曲同工之妙呢?下次上廁所時,不妨好好思考一下這個問題吧!更多照片和販售地點請看這裡

分子雲

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即使是在接近真空的宇宙中,仍有極少量的氣體存在,氣體中有些特別濃密的部分稱為分子雲(暗雲),宇宙中閃亮的恆星就是從這些暗星雲中誕生出來,分子雲因為本身的重力而塌縮,並分裂成一塊塊,密度較高的部分就是分子雲核心,也就是恆星寶寶誕生的地方。

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宇宙豆知識:夜空中閃閃發亮的星星也會歷經誕生和死亡的過程。星星是從飄浮在宇宙中的氣體開始輝煌的一生,也在噴發出氣體後結束生命,下一代的星星又從這些氣體中誕生。這捲廁紙呈現出類似太陽恆星的璀璨的一生。(註:「豆知識」即「小知識」之意)

原恆星

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分子雲的核心會因自身的重力收縮,恆星寶寶(原恆星)就由此誕生,恆星寶寶和太陽這類的成年恆星不同,還不會有核融合反應,氣體和塵埃會在恆星周圍聚集形成旋轉的的圓盤,再繼續往原恆星落下,讓原恆星越長越大。原恆星也會向兩極噴出氣體噴流。
宇宙豆知識:圖中天體的規模大小以「天文單位」(Astronomical Unit)來表示,一天文單位也就是太陽和地球的平均距離,約為1億5000萬公里。太陽和冥王星的距離約為40AU,太陽離最近的恆星約有27萬AU。

金牛座T型星+原行星盤

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當原恆星周圍的氣體和塵埃逐漸消散,我們就能看到恆星寶寶從雲氣中誕生,氣體和塵埃仍然會在恆星周圍以原行星盤的形式環繞著,天文學家認為像地球和木星這樣的行星就是從原行星盤中形成的。這樣的恆星開始能被可見光觀察到,周圍還有氣體和塵埃形成的圓盤,就稱為金牛座T型星。

宇宙豆知識:天文學家不只用可見光,還用「不可見」的光──像是無線電波、紅外線、紫外線、X射線─這些電磁波來觀察宇宙。不同波長的電磁波能幫助我們觀測、理解不同的天文現象。

主序星和行星系統

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終於恆星邁向稱為主序星的穩定階段,在恆星的核心進行核融合反應,產生我們所看見的星光。恆星的壽命是由質量決定,越重的恆星壽命越短,越輕的恆星壽命越長。像太陽這樣的恆星大約可以在主序帶活100億年,目前的太陽已經有50億歲,還可以再活50億歲。在這個階段原行星盤中的氣體和塵埃已經逐漸形成行星。

宇宙豆知識:目前我們已經在太陽系外發現超過100個系外行星了,大部分都是像木星這樣巨大的行星,但是隨著觀測儀器和技術的進步,很快我們就能發現像地球這麼小的行星了。

註:自克卜勒(Kepler)太空望遠鏡升空後,發現系外行星的數量大幅增加,截至2016年5月19日,已確認的系外行星有3268顆。也已經發現不少類似地球大小的行星,詳細資料可參考http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/

紅巨星

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當恆星將核心的氫燃料用盡之後,恆星會開始膨脹,此時表面的溫度會下降並轉變為紅色,這個階段稱為紅巨星。像是天蝎座心臟的心宿二,和獵戶座左肩的參宿四,都是相當典型的紅巨星。

宇宙豆知識:再過50億年後,太陽也會逐漸變老,形成紅巨星,那時候的太陽表面會膨脹到地球的軌道。最後太陽會以行星狀星雲結束它一百億年的生命。

行星狀星雲

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像太陽這樣不是太重的恆星在形成紅巨星時,會相當不穩定,無法以自身的重力抓住恆星外圍的氣體,因此外層的氣體會不斷向外膨脹,形成行星狀星雲,這些氣體最終會回歸到宇宙中,成為下一代恆星和行星的原料。你的身體和這捲廁紙,都是由恆星的殘骸所形成的。

宇宙豆知識:在行星狀星雲的中心,會有恆星的核心殘存下來,稱為白矮星。白矮星的表面溫度一開始高達攝氏幾萬度,接著會逐漸冷卻。周圍的氣體會以每秒數十公里的速度向外膨脹。

本文轉載自台北市立天文館期刊《臺北星空》第 73 期
撰文:胡佳伶

DEC. 2019

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