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成大物理 Physics Dept., NCKU 海洋系統科學導論-1 海洋全方位觀 1. 從太陽系看地球行星的比較 2. 地球系統圈(太空圈、大氣圈、水圈、 冰圈、地圈、生物圈)及相互關係 3. 太空時代的人類活動 4. NASA的介紹 成功大學物理系 許瑞榮 成大物理 Physics Dept., NCKU 從太陽系看地球行星的比較 與太空時代的人類活動 行星及柯伊伯帶 太陽系成員 行星 矮行星 衛星 太陽系小天體 小行星 彗星 流星體 柯伊伯帶 歐特雲 冥王星 柯伊伯帶是短週期彗星的故鄉 歐特雲是長週 期彗星的故鄉 太陽系的探測 ~人類的太空活動 50,000 AU 成大物理 Physics Dept., NCKU 行星 (八大行星) 水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星 矮行星：榖神星 (Ceres)、冥王星、鬩神星 (Eris)、鳥神星 (Makemake)，豐饒神星 (Haumea) 衛星 169顆 (2008/04/26) 太陽系小天體 小行星：小行星主帶、近地小行星、特洛伊群 (至少十萬顆以上) 彗星：數量未知 流星體：數量未知 太陽系外圍：彗星的故鄉 柯伊伯帶(凱伯帶; Kuiper belt)： 短週期彗星(p < 200年)的故鄉、已經觀測證實。也稱為海王星外天體，數量未知。 歐特雲 (Oort cloud)： 長週期彗星的故鄉、天體數量未知，尚未有觀測證據。 太陽系的起源 成大物理 Physics Dept., NCKU 太陽系家族大多的成員幾乎在 同一個平面上繞著太陽運行， 地球公轉的軌道稱為黃道。從 地球看出去，黃道也是太陽在 一年之中在恆星間運行的軌道。 若以海王星的軌道為參考，大 行星幾乎全在同一平面上。縱 然以冥王星的軌道為參考，太 陽系盤面的厚度小於冥王星軌 道的五十分之一，因此太陽系 的形狀像個扁平的圓盤。 太陽系內圍成員的分佈 成大物理 太陽與行星的比較 Physics Dept., NCKU 土星 木星 水星 金星 天王星 地球 火星 矮行星 /冥王星 海王星 太陽 太陽的質量佔太陽系總質量的99.9%，相較之下，所有的行星都很渺小。木星的個子最大，如果它 的質量再大上80倍，它會是我們太陽系的第二顆恆星。水星最嬌小，直徑大約和太陽系最大衛星 木衛三相當。 大行星軌道特性及其他數據 成大物理 (太陽系小天體最新資訊 http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/MPLists.html) Physics Dept., NCKU 天體 軌道 半長軸 (A.U.) 軌道週期 (地球年) 軌道 離心率 質量 (M⊕) 半徑 (R⊕) 自轉週期 (地球日) 衛星數 (2008. 1201) 表面 溫度 (C) 平均密度 (kg/m3) 水星 0.39 0.24 0.206 0.055 0.38 58 0 -173 ~ 330 5400 金星 0.72 0.62 0.007 0.81 0.95 -243 0 472 5200 地球 1.0 1.0 0.017 1.0 1.0 1.0 1 -50 ~ 50 5500 火星 1.5 1.9 0.093 0.11 0.53 1.0 2 -140 ~ 20 3900 木星 5.2 11.9 0.048 318 11.2 0.41- 63 -120 1300 土星 9.5 29.5 0.056 95 9.5 0.43 60 -180 700 天王星 19.2 84 0.046 15 4.0 -0.69 27 -220 1200 海王星 30.1 165 0.010 17 3.9 0.72 13 -216 1700 矮行星 冥王星 39.5 249 0.248 0.003 0.2 -6.4 3 -230 2300 註：1 AU = 1.496108 km，M⊕ = 地球的質量 = 5.7961024 kg，R⊕ = 地球的半徑 = 6378 km http://www.dtm.ciw.edu/sheppard/satellites/ 成大物理 九大行星可分成二大類 Physics Dept., NCKU 類地行星(內行星) 水星 體積小、密度高、石質、 自轉慢、磁場弱、衛星少 地球 木衛三 火星 金星 月球 木衛四 木星 地球 類木行星(外行星) 體積大、密度低、氣態、 自轉快、磁場強、衛星多 土星 木衛二 天王星 土衛六 海王星 海衛一 成大物理 類地行星的內部結構 Physics Dept., NCKU 類地行星在結構上可以分成核 心、函層和固態的表殼。水星 的核心佔體積的42%，比例最 高。 由於月亮和地球有時候當 成是雙行星，所以在本圖中月 亮也一併列入比較。 水星沒有水 成大物理 Physics Dept., NCKU 類木行星的內部結構 木星及其他類木行星沒有 固態的表面，可能有個石 質的核心，核心外面包著 金屬氫及液態氫層 石質核心 金屬氫層 分子氫層 成大物理 太陽系是如何形成的？ Physics Dept., NCKU 太陽系的主要特徵 所有行星的軌道幾乎都在同一平面上。除了水星之外，其他行星的軌道面的夾角多都在數度 之內。 太陽的赤道幾乎和行星公轉的軌道面重合。 行星的軌道都很接近圓形，只有水星的軌道較扁長。 行星都是沿逆時鐘方向繞太陽公轉。 大多數行星自轉的方向和太陽相同，都是循著逆時鐘的方向自轉，只有金星、和冥王星是順 時鐘方向自轉，而天王星是躺在軌道上自轉。 絕大多數的衛星繞行公轉的方向，和行星的自轉方向相同。 行星的組成和性質有高度的差異性。類地行星的密度高、較稀薄的大氣、自轉緩慢而且衛星 數量很少。類木行星的密度低、濃密的大氣、自轉快速而且衛星數量很多。 小行星是很古老的天體，它們的組成和性質都和行星與衛星有很大差異，它們是未經演化的 原始物質。而落到地面的隕石，都是很年代很古老的岩石。 彗星是很原始的冰質天體，它們來自太陽系的外圍，而且軌道面可以和黃道面夾任何角度。 成大物理 Physics Dept., NCKU 太陽星雲理論 (a)-(c) 太陽星雲塌縮形成扁平盤和中央星；(d)-(f)盤面物質吸積形成行星。 成大物理 Physics Dept., NCKU 太陽系物質的凝結序列 太陽系物質的凝結序列，是指在太陽星雲內的理論溫度分佈，以及在不 同位置所能凝結的物質。 成大物理 Physics Dept., NCKU 電腦模擬的內行星之形成 電腦模擬所顯示的太陽系內行星形成過程。(a) 開始時有100顆微行星繞 太陽公轉；(b) 三千萬年後，微行星經過相互吸積，形成22顆原行星；(c ) 再經過一億五千萬年後，原行星進一步聚成四顆內行星。 成大物理 從地球上如何探測太陽系？ Physics Dept., NCKU Spectroscopy reveals the chemical composition of the planets 成大物理 Physics Dept., NCKU 成大物理 Physics Dept., NCKU 木星的衛星Europa表面有水冰 成大物理 水星 Physics Dept., NCKU 地面 水手十號 信使號 ap081008.html 水星沒有衛星，軌道較扁平，軌道和黃道面的夾角高達7度。水星的大氣非常稀薄，很接近真空， 無法保持穩定的表面溫度，日夜溫差非常極端。水星有相當大的鐵核，鐵質核心約佔全部體積 的42%。水星的磁場大約是地球的百分之一，但水星自轉非常緩慢(58日)，它如何維持這麼強的 磁場，仍是個有待解決的謎題。 成大物理 Physics Dept., NCKU 地面 (可見光) 金星 麥哲倫號 (電波) 地球的姐妹行星(半徑、質量、密度、化學組成)。大氣以二氧化碳為主(96%)、氮佔3.5%、水氣 +硫酸+鹽酸(0.5%)。表面氣壓是地球的90倍，溫度達攝氏472度。自轉為逆轉，無磁場。 為何金星和地球的差異這麼大？失控的溫室效應？ 成大物理 地球 Physics Dept., NCKU 地球的結構 可分成地核（鐵鎳質）、地函 和地殼（矽酸盬）等三大部份。 地核的溫度可能有一萬度，比 太陽表面還要高溫。 水和大氣到底是怎麼來的？(未 定論) 固態 鐵鎳內核 被捕獲的彗星，為地球帶來水 和大氣。大氣後來再經過演化 和植物的調節，才有現在的組 成和大氣結構。(天文學家喜歡 的想法！) 地殼 目前的大氣中，氮佔了75%， 氧佔23.1%，氬氣佔1.29%，其 餘的是氦、氖和含量不定的二 氧化碳和水氣。 溫室效應？臭氧洞？ ap021125.html 液態 鐵外核 地函 成大物理 Physics Dept., NCKU Google: what is the origin of Earth's ocean What is the origin of the Earth's oceans? | Answers Encyclopedia ... Get the answer to “What is the origin of the Earth‘s oceans?” at Answers Encyclopedia, where answers are verified with credible reference sources like ... answers.encyclopedia.com/.../origin-earth-oceans-104146.html - It now appears that the waters making up the present oceans (and the gases that make up the present atmosphere) were not of cosmic origin, i.e., were not present in the primordial atmosphere. Instead, they were derived from the interior of the earth sometime in the first one or two billion years after the earth's formation. It is now also generally accepted that a new ocean crust has been forming more or less continuously for at least the past 200 million years through a process of volcanic activity along the midocean ridge system (see seafloor spreading ), which consists of a series of underwater mountains. On the basis of present knowledge it seems highly probable that all ocean waters and atmospheric gases were gradually released by the separation of these volatile components from the silicate rocks of the crust and upper mantle through volcanic activity. (Molten lava is known to contain appreciable amounts of water and other volatiles that are released upon solidification.) With the passage of time, water released by volcanic activity gradually filled oceanic depressions. 成大物理 Physics Dept., NCKU •What do we know about the origin of the earth‘s oceans? Is it more ... 21 Oct 1999 ... Tobias C. Owen of the Institute for Astronomy in Honolulu, Hawaii, offers this overview: www.scientificamerican.com/article.cfm?id=what-do... What do we know about the origin of the earth's oceans? Is it more likely that they derive from icy comets that struck the young earth or from material released from the earth's interior during volcanic activity? Tobias C. Owen of the Institute for Astronomy in Honolulu, Hawaii, offers this overview: "This is a very good question, because we do not yet have an answer that everyone accepts. "Hence, the best model for the source of the oceans at the moment is a combination of water derived from comets and water that was caught up in the rocky body of the earth as it formed. James C. G. Walker of the University of Michigan confirms that conclusion, adding his perspective: "The best current thinking is that volatiles (elements and compounds, including water, that vaporize at low temperatures) were released from the solid phase as the earth accreted. Thus, the earth and its oceans and atmosphere grew together. 成大物理 Physics Dept., NCKU •Origin of water on Earth - Wikipedia, the free encyclopedia Meteoritics & Planetary Science 35, 2000, S. 1309–1329; ^ H. Genda, M. Ikoma, Origin of the Ocean on the Earth: Early Evolution of Water D/H in a ... en.wikipedia.org/wiki/Origin_of_water_on_Earth Origin of water on Earth From Wikipedia, the free encyclopedia The question of the origin of water on Earth, or the question of why there is clearly more water on the Earth than on the other planets of the Solar System, has not been clarified. There are several acknowledged theories as to how the world's oceans were formed over the past 4.6 billion years. Origins Some of the most likely contributory factors to the origin of the Earth's oceans are as follows: The cooling of the primordial Earth to the point where the outgassed volatile components were held in an atmosphere of sufficient pressure for the stabilization and retention of liquid water. Comets, trans-Neptunian objects or water-rich meteorites (protoplanets) from the outer reaches of the main asteroid belt colliding with the Earth may have brought water to the world's oceans. Measurements of the ratio of the hydrogen isotopes deuterium and protium point to asteroids, since similar percentage impurities in carbon-rich chondrites were found to oceanic water, whereas previous measurement of the isotopes' concentrations in comets and trans-Neptunian objects correspond only slightly to water on the earth. Biochemically through mineralization and photosynthesis (guttation, transpiration). Gradual leakage of water stored in hydrous minerals of the Earth's rocks. Photolysis: radiation can break down chemical bonds on the surface. 成大物理 Physics Dept., NCKU 火星 MGS/NASA HST/NASA • 火星的大 氣無毒 • 南極區表 面之下 可能含有大 量的水 MGS/NASA 水冰！ 大氣中，二氧化碳佔95%，氮和氬大約各佔2%，氧氣佔0.15%，水氣只有0.03%。由於火星質量太小，難以維繫大氣，表面氣壓 只有地球的百分之一。因為空氣稀薄，日夜溫差將近50度，容易產生強風引起沙暴。火星氣候有類似地球的四季變化，極冠的 主要成份是乾冰和水冰，極冠的範圍會隨著季節的變化而增大或縮小。火星表面有類似流水浸蝕所留下來的痕跡，所以火星過 去的環境，可能較適合生命起源和發展，不過到目前為止，科學家還沒有找到火星生命存在的證據。火星土壤和地球相似，主 要的成份是矽酸鹽。另外，火星土壤的含鐵量比地球高，所以它火紅的色彩是來自土壤中的氧化鐵。 截至2008/1201，共有三十五次火星探測任務，成功的只有12次。目前的火星探測船/車有Mars Phoenix Lander,，Mars Global Surveyor、Mars Odyssey、Mars Express-ESA、Mars Exploration Rovers (Spirit & Opportunity)、和正在前往的Nozomi (hope; failed)-JPN。最近的失敗案例有Mars Observer (1993)、Mars 96 (1996)、Mars Climate Orbiter (1998)、Mars Polar Lander (1999)、Deep Space 2 (1999)、Beagle 2 (ESA, 2003)。 成大物理 Physics Dept., NCKU 火星鳳凰號登陸船下的水冰 成大物理 木星 Physics Dept., NCKU 帶紋 sharpest ground image (ap081106.html) 帶狀區 木星環(紅外光) 木星質量佔全部行星物質的71%，組成和恆星很像，如果質量再大上80倍，它會是太陽系的第二顆恆星。 木星有色彩鮮明的帶狀區 (zones) 與帶紋 (belts)，帶狀區為亮黃白色的高壓區域，氣體由此向外流。帶紋的 顏色較暗，通常是紅色、棕色或藍綠色，它們是低壓區，下降氣流由此進入木星。木星著名的大紅斑，大 約是地球的兩倍大，已經存在超過300年，是個逆時鐘旋轉的高壓氣旋，溫度稍微比周圍低。（顏色？） 氫佔木星質量的78%，氦佔19%，其餘的是水、甲烷和氨，再加上大氣厚重，直徑又是地球的11倍，所以 被稱為是氣態巨行星。從1973年起，共有包括伽利略號之內的六艘太空船探測過木星，而我們對木星的了 解，主要就是來自這些太空探測計畫。在1978年，研讀航行家探測船所傳回來的影像，天文學家才知道木 星也有環系，不過亮度遠不及土星環。 成大物理 Physics Dept., NCKU ap081020.html 卡西尼號 土星 HST 土星環 土星密度只有0.7 g/cm3，所以如果你能找到一個夠大的水盆，土星會漂浮在水面上！土星比木 星所含有更高比例的氫，88%的質量是氫，11%是氦，而其餘的是甲烷和氨。 在外觀上，土星的本體很像是木星，帶狀區是氣體由向外流的區域，暗色的帶紋是下降氣流進 入的位置，只不過土星的帶狀區和帶紋較柔和而已。 土星環的直徑有25萬公里，不過厚度卻不超過2公里，如果側對著我們，土星環在視覺上就像 是消失了。雖然土星環的外觀很壯麗，但是環系物質的總量不多，如果把它們全部集成一團， 只能造成一個直徑不到100公里的球體。土星環的主要組成物質為小冰塊、塵埃和包著冰的小 石塊，它們的大小介於1公分到5公尺之間，絕大多數是10公分左右的團塊。 （土星環是如何形 成的？） (ap080505.html ; electrical storm) 成大物理 Physics Dept., NCKU 土星環 http://www.planetary.org/saturn/rings.html ap050504.html 卡西尼號穿越土星環面 影像左側略高於主環之淡藍色小亮點為地球 ap061016.html 成大物理 天王星 (Uranus) Physics Dept., NCKU 春天 夏天 N HST/NASA ap041118, false color 秋天 太陽 冬天 天王星的四季 10 m Keck II + adaptive optics 天王星的公轉週期大約是84年，自轉週期略比17小時多。天王星的自轉軸和軌道的夾角是97.9， 也就是說它是躺著公轉。當太陽直射天王星的南極時，南極有將近21年是永畫，而北極則是永夜。 天王星奇特的自轉軸指向，可能是它在形成後不久，受到一顆像地球大小的天體側面撞擊的結果。 天王星的大氣將近有84%是氫，14%是氦，2%是甲烷，其餘的是氨和水氣。在可見光波段，甲烷 較容易吸收長波長的光，所以反射和散射的光大多是短波長的藍光，使它帶了藍色的色澤。從地 球看出去，天王星是個外觀上沒有任何特徵的藍色小圓盤，我們對它的了解主要來自航行家二號 探測船。 成大物理 Physics Dept., NCKU MimasCassini division (2-to-1 resonance) 不穩定區，直點被清光了 Pandora & Prometheus (Shepherd Satellites ) F ring Pandora的速度較慢其萬有引力會把靠近Pandora附近的F ring的部份速度也拖慢了，造 成質點往F ring集中；反之， Prometheus的速度較快其萬有引力會把靠近Prometheus附 近的F ring的部份速度也加快了，造成質點往F ring集中。 Saturn’s F Ring and Its Two Shepherds 成大物理 Physics Dept., NCKU 成大物理 Physics Dept., NCKU 成大物理 Physics Dept., NCKU 1977 發現 1986 Voyager 2 證實 Rings of Uranus 成大物理 Physics Dept., NCKU 海王星 Neptune and Triton ap060618.html 海王星環 海王星的大氣成份很像天王星，84%是氫，14%是氦，2%是甲烷，不過沒氨和水氣，它藍綠色的色調也是來 自大氣中的甲烷。 我們對海王星的了解，主要來自1989年的航行家二號飛越任務。根據航行家傳回來的影像，海王星有個比天 王星活躍的大氣層，大氣層並且有個大小和地球相當的大暗斑。很據1994年的哈伯望遠鏡影像，這個位在南 半球的暗斑已經消失，而在1995年，另一個新的暗斑出現在北半球。 （為什麼？） 成大物理 Physics Dept., NCKU 哈伯望遠鏡影像 矮行星／冥王星 (134340/Pluto) 地面望遠鏡影像 http://pluto.jhuapl.edu/index.php New Horizon spacecraft 發射：19 January 2006 2015年抵達冥王星 冥王星的組成和類地行星與類木行星差異都很大，但和海衛一相似，由70%的岩石與20%的水冰所組成， 表面覆蓋著甲烷冰、氮冰(%)及一氧化碳冰。天文學家認為冥王星、冥衛一與海衛一，都是柯伊伯帶天體， 因此其行星的定位一直爭議不斷。 太陽系形成時，中心區應有很多這類天體。但在類木行星的重力作用下，離太陽50AU的範圍內，只有冥 王星和海衛一，找到穩定的軌道，其餘的冰矮星，不是被併吞就是被趕到柯伊伯帶或更外圍的區域裡。 國際天文聯盟在2006年8月的布拉格會議，投票將冥王星降級為矮行星。 成大物理 Physics Dept., NCKU 矮行星／ 鬩神星 (Eris) ap050801.html 鬩神星 (136199 Eris)的發現，引發了冥王星定位的爭議。因凱伊伯帶內可能有更多這類天體，而冥王星為此 類矮行星的原型，故國際天文聯盟在2006年8月的將冥王星降格為矮行星。鬩神星不但直徑比冥王星稍大，質 量也比冥王星還大27%。這項新結果，讓試圖為冥王星降級翻案的支持者幾乎徹底絕望。鬩神星之華文譯名 源自「兄弟鬩牆」之意，因其發現引發天文界對冥王星定位之爭，至今未息，故實至名歸，鬩神星之衛星名 為鬩衛一 (136199 Eris I /Dysnomia)。 成大物理 Physics Dept., NCKU 矮行星/穀神星 (1 Ceres) (HST) 1801年1月1日由Giuseppe Piazzi所發現，並在接 下來的五十年之中被歸類為行星。直徑約950公 里，與太陽的平均距離有2.8 AU。後來再發現小 行星主帶內的其他天體後，復被降級為小行星。 2006年8月，國際天文聯盟將穀神星重新分類為 矮行星。 Dawn mission在2007年9月27日發射太空船，前 往探測穀神星及灶神星 (http://dawn.jpl.nasa.gov)。 成大物理 Physics Dept., NCKU 鳥神星 (Makemake) Makemake Haumea 冥王星 ap080716.html 科伊伯帶天體Makemake的發音為MAH-kay MAH-kay。比冥王星小一點，離太陽也比冥王星稍 遠一點，亮度也比冥王星稍暗一些，它的軌道傾角可比冥王星要大得多。2005年料Mike Brown (Caltech)發現，臨時編號為2005FY9，最近才以復活島神話的人類創造神Makemake命名。鳥 神星被歸類為類冥矮行星，這個家族繼冥王星、鬩神星後的第三個成員。鳥神星的外觀偏紅色， 表面可能覆蓋著甲烷冰。它與太陽之間的天體則只是想像的衛星。 成大物理 Physics Dept., NCKU 大衛星不一定會比行星小！ 水星 木衛三 月球 木衛四 木衛一 木衛二 土衛六 海衛一 成大物理 木星的衛星 Physics Dept., NCKU 伽利略衛星 成大物理 Physics Dept., NCKU 土星的衛星及土星環 成大物理 Physics Dept., NCKU 1994年 彗星(SL9)撞木星 引潮力 HST/NASA 常會有近地小行星的謠言流傳在網路或報章媒體之上，引起不必要的恐慌，當你無法確定這 類傳言是否正確，請查詢國際天文聯盟 所發佈新聞稿，網址是 http://cfa-www.harvard.edu/cfa/ps/mpc.html。 成大物理 Physics Dept., NCKU 撞擊彗星—人類的復仇 http://www.nasa.gov/mission_pages/deepimpact/main/index.html ap050718.html 冰箱大小的的撞擊器於2005年7月4號，以每小時高於35,000公里的速度， 撞擊坦普一號彗星，。撞出一大團的彗核物。研究深度撞擊號傳回的影像 與資料，發現彗星表面有水冰，內部含有有機物質…，基本上是地面觀測 發現成果的再證實。 (2005年美國國慶非常昂貴的煙火表演！) 成大物理 Physics Dept., NCKU 彗星的核心通常只 有數公里大，但是 在太陽附近時，它 的彗髮可以成長到 數百萬公里，彗尾 的長度可以延伸到 數個天文單位，而 彗髮的外面還有一 層地面看不見，但 是直徑千萬公里大 的氫氣囊。 彗星的結構 成大物理 Physics Dept., NCKU 彗尾在太陽風和太陽光 的吹襲下，永遠指向遠 離太陽的方向，離子尾 粒子很微細，散射陽光 造成藍色的色澤，並且 筆直指離太陽。塵埃尾 粒子較大，會反射陽光 形成黃白色的色澤。 彗尾的指向與太陽 彗星軌道 太陽 成大物理 Physics Dept., NCKU 海爾-波普彗星 (C/1995 O1 Hale-Bopp) 亮彗星 百武彗星 (C/1996 B2 Hyakutake ) 彗星由國際天文聯盟( International Astronomical Union ) 依發現的年份、上或下月份與發現者 來命名，慣例上用除“I”與 “Z”之外的廿四個英文字母來代表。 海爾-波普彗星是由海爾和波普各自在1995年七月廿三日發現，並且為該下半月所發現的第一顆 彗星，所以故命名為C/1995 O1 Hale-Bopp 。百武彗星由百武裕司在1996年一月三十日發現的， 是該下半月所發現的第二顆彗星，所以名為C/1996 B2 Hyakutake (圖2.22 (b))。短週期彗星則常 以發現者的名字命名，如哈雷彗星稱為P/Halley。 長週期彗星和短週期彗星之間的分界線是200 年。 成大物理 哈雷彗星的彗核 Physics Dept., NCKU 吉歐托號探測船所 拍攝的哈雷彗星核 心，彗核形狀像顆 馬鈴薯，表面非常 黝黑。 Giotto/ESA 1986年哈雷彗星回歸時，蘇聯的維加二號 (Vega2) 探測船穿過它的彗髮，直到距離彗核8000公 里的位置，才失去訊聯繫。歐洲的吉歐托號 (Giotto)探測船，靠著維加二號提供的彗核精確位 置，行進到距彗核600公里的地方，相機才在彗星微塵粒子的撞擊失去功能。 成大物理 Physics Dept., NCKU 星塵任務 (Stardust) http://stardust.jpl.nasa.gov/ 人類是“星塵”，也就是說，人類的主要成份是已經死亡的 恆星碎片！其實我們太陽系大部份多是星塵。只不過，太陽 系在四十五億年前形成後，已經發生了許多變化，成份也都 變掉了，想要我們太陽系的原貌要上那裡去找呢？另外，地 球上的生命又是如何開始的呢？ 威爾德二號的彗核 彗星是太陽系的殘渣，含有原始太陽系物質 的化石級物體，成份應與星際介質相似，想 要還原太陽系的原貌或星塵，尋找形成生命 的原始有機物質，研究彗星物質是可行的管 道。美國太空總署在1999年發射星塵號太空 船，前往外太空收集從彗星噴發出來的星塵， 並把物質在2006年1月15日送回地球。 預期的星塵成份: 微細玻璃珠、礦物及碳，大小約為人髮的千分之三 意外的發現：預期的星塵只佔極小部份、彗星物質顆粒常與人髮粗細相當、矽化物 單晶… (截至2008/12/07止，尚未有更新的結果公佈) 成大物理 Physics Dept., NCKU 流星雨的成因 主要流星雨之日期與成因 主要流星雨 極大期a 流星雨來源b 天琴座流星雨 四月二十一 彗星1861 I 英仙座流星雨 八月十二日 彗星1862 III(Swift-Tuttle) 天龍座流星雨 十月十日 Giacobini-Zinner 彗星 獵戶座流星雨 十月二十一日 哈雷彗星 金牛座流星雨 十一月七日 Encke 彗星 獅子座流星雨 十一月十六日 彗星1866 I(Tempel-Tuttle) 雙子座流星雨 十二月十二日 小行星1983 TBb a 詳細日期與其他資料，請參考台北市立天文教育資料館網站 (http://www.tam.gov.tw/home.htm)或中央氣象局天文站網站 (http://www.cwb.gov.tw/V2.0/astron/astro.htm)。 b 由IRAS衛星在1983年發現，可能是"燃盡"彗星的遺骸。 成大物理 彗星的故鄉 Physics Dept., NCKU 柯伊伯帶(凱伯帶) 歐特雲 歐特(Jan Oort)認為在距離太陽30,000 AU到 一光年之間的球殼狀地帶，有數以萬億計 的彗星存在，這些彗星是太陽系形成時的 殘留物。有時歐特彗星受到“路過” 的天 體的影響或彼此間的碰撞，離開了原來的 軌道。部份彗星會以大角度的軌道進入內 太陽系。理論雖然廣為天文學家相信，不 過現在缺乏直接觀測證據。 歐特雲可以解釋長週期彗星的由來，但無法 合理解答軌道在黃道面附近的短週彗星。 1951年，柯伊伯(Gerard Kuiper) 提議在距離 太陽30到100 AU之間有一彗星帶，帶上有 很多冰質的天體，這些軌道面與行星類以的 天體，偶而受到外行星的重力擾動與牽引， 向太陽的方向運動，越過海王星的軌道時， 進一步受海王星重力的影響，而進入內太陽 系成為短週期彗星。 柯伊伯帶已在1992年 被證實。 成大物理 Physics Dept., NCKU 柯伊伯帶天體的發現 http://www.ifa.hawaii.edu/faculty/jewitt/kb.html 根據凝結理論，海王星外面的柯伊伯帶，應有一些原始的微行星。天文學家David Jewitt與 Jane Luu自1988年起，以低光度電子攝影機，尋找柯伊伯帶物體。他們在1992年找到第一個 這類物體(1992 QB1)，1992 QB1距太陽的平均距離為43AU，而公轉的週期為291年。自1992 年至2007年10月為止，已發現了1000多顆柯伊伯帶物體 (KBO)。天文學家認為在30AU到 50AU之間的柯伊伯帶內，直徑超過100公里的KBO至少有七萬顆，而鬩神星、冥王星、冥衛 一和海衛一，都是柯伊伯帶天體。 成大物理 Physics Dept., NCKU 中美掩星計畫 The Taiwan-America Occultation Survey (TAOS) 天文學家認為冥王星、冥衛一、海衛 一與失和星都是柯伊伯帶天體。可是 柯伊伯帶到底有多少彗星核？ 經過十年規畫和準備，TAOS從2005年開始收集資料，收錄70多億筆恆星亮度數 據，但並未測到任何掩星事件，顯示太陽系外圍天體之數量，遠少於理論估計。 (2008/10/03; http://taos.asiaa.sinica.edu.tw/) 成大物理 Physics Dept., NCKU 3. 太空時代的人類活動 除了前面所談到的太陽系探索的太空任務之外，還有對外太空的探索 與基礎科學的研究，以及對地球環境的監測與研究的衛星任務： 太空望遠鏡(ST) 國際太空站(ISS) 太空天氣(SOHO) 氣象衛星 通訊衛星 GPS 海洋水色 磁層與電離層的探測 地球環境監測 成大物理 Physics Dept., NCKU 2. 地球系統圈(太空圈、大氣圈、水圈、 冰圈、地圈、生物圈)及相互關係 太空圈 Sun and Magnetosphere (NASA) 磁層與大氣層對地球有保護作用 成大物理 Physics Dept., NCKU 高中基礎地秋科學 游鎮烽主編 泰宇出版社 成大物理 Physics Dept., NCKU 高中基礎地秋科學 游鎮烽主編 泰宇出版社 成大物理 Physics Dept., NCKU 高中基礎地秋科學 游鎮烽主編 泰宇出版社 成大物理 Physics Dept., NCKU 高中基礎地秋科學 游鎮烽主編 泰宇出版社 成大物理 NewTalk 新頭殼 Physics Dept., NCKU NASA發現54顆可能適合居住的星球 新頭殼newtalk 2011.02.21 涂鉅旻/編譯報導 為紓解未來人口爆炸的問題，科學家致力於尋找外星球新居住地，近日傳出一則好消息， NASA(美國太空總署)於日前宣布，透過克卜勒(Kepler)望遠鏡發現的54顆星球，似乎有 潛力成為未來外星移民的選項。 這些星球不管大小、溫度、結構、都儘量要符合類似於地球的條件。此外溫度要在華氏0 度到200度之間，距離恆星的距離也要剛好才能符合移民條件。不過光是星球大小這項條 件，54個星球之中，只有6個與地球類似。 此計畫的首席科學家布洛斯基(William Borucki)表示，這是個令人振奮的發現，因為在此 之前，幾乎一無所獲。 不過這些未來「殖民地」多半非常遙遠，如倚賴現有的太空飛行科技，光飛到這些星球至 少需要幾百萬年的時間，因此布洛斯基認為，這些發現只是個開始，其他的就交給我們的 子孫去煩惱吧。 NASA的克卜勒望遠鏡於2009年發射至地球與之間並展開運作，用於找尋環繞著恆星旋轉 、其條件類似地球的行星，目前已發現了約1200顆太陽系外行星，不過大多尚未通過此 計畫研究員的證實。 成大物理 Physics Dept., NCKU What Does NASA Do? 4. NASA的介紹 http://www.nasa.gov/ 02.01.10 NASA's vision: To reach for new heights and reveal the unknown so that what we do and learn will benefit all humankind. To do that, thousands of people have been working around the world -- and off of it -- for 50 years, trying to answer some basic questions. What's out there in space? How do we get there? What will we find? What can we learn there, or learn just by trying to get there, that will make life better here on Earth? A Little History President Dwight D. Eisenhower established the National Aeronautics and Space Administration in 1958, partially in response to the Soviet Union's launch of the first artificial satellite the previous year. NASA grew out of the National Advisory Committee on Aeronautics (NACA), which had been researching flight technology for more than 40 years. President John F. Kennedy focused NASA and the nation on sending astronauts to the moon by the end of the 1960s. Through the Mercury and Gemini projects, NASA developed the technology and skills it needed for the journey. On July 20, 1969, Neil Armstrong and Buzz Aldrin became the first of 12 men to walk on the moon, meeting Kennedy's challenge. Meanwhile, NASA was continuing the aeronautics research pioneered by NACA. It also conducted purely scientific research and worked on developing applications for space technology, combining both pursuits in developing the first weather and communications satellites. After Apollo, NASA focused on creating a reusable ship to provide regular access to space: the space shuttle. First launched in 1981, the space shuttle has had 120 successful flights. In 2000, the United States and Russia established permanent human presence in space aboard the International Space Station, a multinational project representing the work of 16 nations. NASA also has continued its scientific research. In 1997, Mars Pathfinder became the first in a fleet of spacecraft that will explore Mars in the next decade, as we try to determine if life ever existed there. The Terra and Aqua satellites are flagships of a different fleet, this one in Earth orbit, designed to help us understand how our home world is changing. NASA‘s aeronautics teams are focused on improved aircraft travel that is safer and cleaner. Throughout its history, NASA has conducted or funded research that has led to numerous improvements to life here on Earth. 成大物理 Physics Dept., NCKU NASA Today NASA conducts its work in four principal organizations, called mission directorates: Aeronautics: pioneers and proves new flight technologies that improve our ability to explore and which have practical applications on Earth. Exploration Systems: creates capabilities for sustainable human and robotic exploration. Science: explores the Earth, solar system and universe beyond; charts the best route of discovery; and reaps the benefits of Earth and space exploration for society. Space Operations: provides critical enabling technologies for much of the rest of NASA through the space shuttle, the International Space Station and flight support. 成大物理 Physics Dept., NCKU The Future NASA is making significant and sustained investments in: Transformative technology development and demonstrations to pursue new approaches to space exploration, including heavy-lift technologies; Robotic precursor missions to multiple destinations in the solar system; U.S. commercial spaceflight capabilities; Extensions and increased utilization of the International Space Station; Cross-cutting technology development in a new Space Technology Program; Climate change research and observations; NextGen and green aviation; and Education, including focus on Science, Technology, Engineering and Math (STEM). 成大物理 Physics Dept., NCKU 5. 台灣的NASA-NSPO(國家太空中心) http://www.nspo.org.tw/ 願景： (1)頂尖研發機構 (2)亞洲太空科技重鎮 (3)世界太空領域重要成員 目標：(1)建立完整衛星技術能力 (2)進行尖端太空科學研究 (3)推廣衛星應用 1. 建置太空科技運作體系及基礎設施： 以「國家太空中心」為整合中心，負責衛星計畫之推動與執行，已完成建置衛星發 展所需的各項基礎設施，包括衛星整測廠房、地面站系統及各項專業實驗室等。 2. 建立自主發展衛星能力： 已建立衛星系統工程、次系統設計、整合測試、任務操作等多項關鍵技術能量與工程團隊，完 成國內自主設計製造質量僅一公斤的蕃薯號皮米級衛星，並參與丁肇中院士主持的國際太空站 「反物質磁譜儀」實驗計畫，負責電子元件熱分析及測試。 成大物理 Physics Dept., NCKU 3. 研製三枚科技衛星： 福爾摩沙衛星一號為一枚科學任務衛星，已於 1999 年 1 月 27 日成功發射，並完成五年半 任務操作，超出任務目標。福爾摩沙衛星二號為一枚高解析度光學遙測衛星，同時觀測高空 向上閃電，已於 2004 年 5 月 21 日發射升空，開始執行為時 5 年的任務。福爾摩沙衛星三 號主要任務為佈署六枚微衛星，建立全球大氣量測網，已於 2006 年 4 月 15 日發射升空。 4. 執行尖端太空科學研究： 福爾摩沙衛星一號的電離層電漿電動效應儀偵測到十年來最大地磁風暴造成的電離層離子洞； 福爾摩沙衛星二號科學團隊進行先期地面觀測，首次在亞洲大陸上空獲得紅色精靈及巨大噴 流影像；福爾摩沙衛星三號任務之重要性，獲國際著名科學期刊 Nature 顯著報導，廣受國際 科學界矚目。