經格林威治皇家天文臺認證
由美國NASA、歐洲太空總署(ESA)頂尖天文機構提供最新太陽寫真
為什麼要觀測太陽?這不過就是一個天天東升西落、給我們溫暖的星球?
看似沒有變化的太陽實際上非常活躍,
像是太陽閃焰、日冕巨量,都會造成衛星損壞、網路癱瘓、跳電等現象。
◎美國太空總署登「月」計畫,為何用「太陽之神」阿波羅命名?
◎一輩子一定要看一次極光!極光如何形成?除了南北極,赤道有機會嗎?
◎1967年的古巴飛彈危機,美國與古巴差點幹架,導火線竟是因為太陽!
◎下一次日食何時發生?怎麼在家製作可以直視太陽的日食眼鏡?
想知道你生日、結婚日「當天的太陽」長啥樣?
只要上美國NASA網站就可查到!
(本書封面上的太陽,就是作者結婚當天2022年5月3日的太陽寫真)
作者雷恩.法蘭西博士是美國國家太陽天文臺(NSO)的太陽物理學家,
這個工作就是對最接近地球的恆星──太陽,進行觀測、研究。
◎因為觀測太陽,有人入獄、有人出名
義大利天文學家伽利略,因提倡「太陽才是宇宙中心」說,被當成邪教;
認為「太陽可能有生物棲息」的威廉.赫雪爾,卻成為英國皇家天文學會會長。
結果,論點正確的伽利略被終身軟禁;判斷錯誤的赫雪爾卻一舉成名。
◎經過幾世紀研究,太陽底下可還有新鮮事?
.近年的氣象預報,連太陽活動都列入示警
太陽磁暴除了形成美麗的極光,還可能干擾人造衛星、癱瘓通訊設施,
為了將傷害降至最低,各國預報員會提供每日兩次的太空氣象預報。
沒有大氣層保護的太空人,一旦收到磁暴預警,可以向國際太空站尋求庇護。
(2024年5月10日,臺灣中央氣象署就罕見的發布太陽磁暴示警)
.太陽輻射風暴會增加罹癌風險?
太陽上的活動會將粒子加速到高能狀態,形成太陽輻射風暴,
此時若乘坐飛機經過高緯度地區,罹癌的風險就會增加,
這會對天天在高空飛行的機長、空姐造成威脅嗎?
◎觀察太陽的簡要指南
.安全提醒:肉眼直視太陽,會改變你的色彩感覺、出現盲點、讓視覺變形,
唯一可以直視太陽的日子,就是日全食發生時(太陽完全被月球遮住)。
上一次日全食發生在2024年4月,下次呢?哪些地方可以清楚看到?
本書收錄美國NASA、歐洲太空總署(ESA)提供的太空衛星直接影像,
當日食、月食出現時,如何在不傷害眼睛的狀況下,打造自己的觀測儀器。
作者簡介:
雷恩.法蘭西(Ryan French)
雷恩.法蘭西博士是太陽物理學家、科學推廣者和作家。目前正投入於最新的太陽物理學研究中,利用地面和太空的強大望遠鏡來探索太陽的奧祕。他與全球的許多太陽物理學家合作,研究足跡遍及世界各地。致力於透過社群平臺、博物館、天文臺以及電視和廣播,與大眾分享太陽和太空的神奇故事。
熱愛健行、攀岩和滑雪,也許是因為高山能更接近太陽吧!歡迎來到www.ryanjfrench.com,關注雷恩博士的研究項目與最新動態。
譯者簡介:
藍仕豪
國立清華大學天文所碩士,臺灣大學工程科學及海洋工程學系學士,喜好業餘觀星與推廣傳統服飾。譯有《太空的故事》、《我的第一本天文太空書》、《茶杯裡的風暴》、《把太陽系帶到你眼前》(大是文化出版)等科普書籍,翻譯作品曾獲得第九屆吳大猷科學普及著作獎佳作,同時也是藝文專欄作家。
章節試閱
好想看極光……但小心電器故障
極光觀測在人類歷史上由來已久,但通常僅限於接近極區的高緯度地區,然而在1859年9月1日的這天晚上,一場史無前例的大範圍極光秀,在夜空中以難以置信的樣貌呈現,令所有的目擊者印象深刻。
當這場極光秀開始時,北美洲正值夜晚時分,北極光的目擊者所在的位置中,最南方遠達佛羅里達州、古巴與墨西哥,甚至是哥倫比亞。當夜晚隨著地球自轉橫越太平洋,來到彼岸的亞洲時,夏威夷、日本南部以及中國南方,也都有人見證了當地首次的極光。
歐洲在9月2日迎來夜晚時,極光已經有所消退,但是較高緯度的地區依然可以見到。南半球的澳洲北部,也見證到同樣令人印象深刻的南極光。這次的極光現象,不只地理範圍上達到前所未有的廣闊,實質強度也是超乎想像,其明亮的程度遠勝過滿月月光,當時在科羅拉多州洛磯山脈上的工人,甚至將窗外的極光誤認為日出而準備開始上工。
儘管歐洲人錯過這場極光秀最壯觀的部分,但是也經歷許多同等怪異的事情。1859年最尖端的科技結晶是電報機,它是一臺笨重的機器,能藉由電話線將訊號傳送到接收者的電報機上,這時人類還未發明電話,因此電報僅能傳送文字訊息而非聲音。
當美洲的夜空正在經歷極光,同時正當9月2日白天的歐洲,開始發生各種關於電報機的異常現象:許多在關機狀態下,甚至已經拔除電源的電報機,依然持續發送或是接收電報,在這種沒有供電的情況下依然運作的電報機⋯⋯簡直就是鬧鬼了;而其他原先正在運作的電報機則出現火花,讓電報員遭受一些小規模的電擊。甚至包括維基百科條目在內,更是認為電報機曾爆炸起火,然而這種說法因為缺乏可靠的歷史證據,並未獲得證實。
我認為人們即使沒有目睹電報機爆炸,也會覺得這是個有趣的故事,畢竟電報機靈異的出現訊號,就已經非常奇特而且引人入勝了(即使少了視覺震撼)。
當聽聞發生盛大的極光現象以及機器奇怪的行為後,理查.卡林頓立即認為這兩者有所關聯,即使受限於當時知識,他無法得知任何造成這種現象的物理機制,卻仍然堅信地球上這些異常的現象,與他僅僅一天前觀測到的太陽明亮特徵有關。
卡林頓的發現,使人類首次知道太陽表面的活動會影響人類在地球上的生活,也同時發現「太空氣象」(space weather)的存在。
這些由卡林頓觀測到的現象所引起的異常情況,包含極光與儀器故障,最終都以他的名字命名為「卡林頓事件」(The CarringtonEvent)。
磁暴可能造成重大的經濟損失
當地球磁場受到太陽活動而出現變化時,就可能會出現磁暴。其原理是當帶有明顯南向磁場的日冕巨量噴發(coronal mass ejection,以下簡稱CME。太陽電漿的爆發現象,會將大量電漿拋射到太陽系的其他地方,也能抵達地球)或是高速太陽風流,在地球晝側影響磁層,造成地球夜側發生磁重聯的現象。
當地球磁場在經歷磁暴而產生變化時,地球上的長距離導線就會出現明顯的感應電流。不幸的是,我們的電力輸送線、電報線與鐵路供電系統,正是這種長距離的導線。
在1859年卡林頓事件期間,即使沒有人為輸送電流,地磁變化在電報線中產生的電流足夠大,使得電報機獲得明顯的電報訊號。
對正在運作的電報系統而言,額外的電流出現使得系統過載,導致電報機出現火花並電擊操作人員。
普遍來說,當快速變化的電場出現時,如果電子元件沒有抵抗的設計,就會遭受許多損害。在我們的居家環境當中,快速的開關電器,或是電器忽然發生故障,都可能會導致開關跳脫或保險絲熔斷,這樣的設計是為了避免家中電力系統產生永久性的損壞。
在磁暴期間產生的電流,會明顯大於吹風機造成短路的電流。更不幸的是,我們現代生活中有大量的電器,因此要擔心的問題,遠多於當年的卡林頓事件。
在太空中,我們日常生活中所依賴的人造衛星,如果身處在磁場變化劇烈的區域,就可能出現超出其設計範圍的感應電流,引發暫時的故障或永久性的損傷。
而在地面上,火車供電設施中,長達數公里的直條電纜(十分良好的導體),也會因為磁場劇變而引發類似的技術故障。
此外,磁暴引起的電場也會在其它地方生成額外的電流,例如在電力輸送網中,電纜與變壓器等設備本身就已經帶有電流,當額外的電流出現,就可能造成許多元件損壞。
如果變壓器損毀,可能造成局部地區出現數小時至數天不等的停電狀況。在1989年時發生的一場CME,就造成加拿大東海岸的電網癱瘓了13個小時,使得數百萬人無電可用。
就如同極光出現在極區一樣,磁暴所帶來的負面影響,在地球兩極的區域也最為明顯。
差點引發美國與古巴的戰爭
X光會傷害身體,因此人在一生當中都應盡可能減少暴露在X光當中。
幸運的是,地球的大氣層會吸收X光,因此太陽閃焰發出的X光不會抵達地球表面,但也正因為吸收了X光的能量,大氣的外層就會升溫而膨脹。雖然大氣層外圍的升溫不會影響地表的溫度,卻會影響我們的通訊系統,這是因為要傳送遠距離的無線電訊號,必須藉由外圍的大氣層(譯註:稱為電離層)來反射無線電波,為不同地點之間的衛星、船舶與飛機提供通訊服務。
當太陽閃焰(當太陽表面的磁場發生磁重聯,使得大氣當中的電漿升溫、粒子獲得加速和產生耀眼光芒的現象)發生時,如果地球的外圍大氣層因X光影響而膨脹,就會使得無線電波難以有效傳播,這種現象稱為「無線電中斷」(radio blackout),而最嚴重的區域則是在地球的晝側。
在無線電中斷的期間,應用無線電波傳送訊號的技術將難以正常運作,甚至會完全停擺。對於執行軍事行動和救災而言,了解無線電通訊在何種情況下會失效,是至關重要的事情。
例如2017年的9月分,艾瑪颶風重創加勒比海時,地球恰巧遭受一系列大型太陽閃焰的影響,出現無線電中斷的情況,導致救援受到阻礙。
無線電中斷如果發生在國防軍事上,使得決策者無法判斷這究竟是來自太空氣象,抑或是敵方陣營的干擾攻擊,將可能導致非常嚴重的後果。
在古巴飛彈危機最嚴峻的1967年,美國的追蹤系統因為太陽活動而導致無線電中斷,當時軍方的初步判定認為這是敵方進攻的前奏,所幸美國在下令報復反擊之前,科學家意識到這是太陽的傑作,而非敵人的行動。為了避免產生誤判而導致無法挽回的嚴重後果,這件事情也成為美國挹注經費在研究太空氣象的轉捩點。
全球導航衛星系統(Global navigation satellite systems,GNSS),例如由美國營運操作的全球定位系統(Global Positioning System,GPS)的通訊,也是藉由通過大氣層的無線電波來傳遞。
在太空氣象發生劇烈事件的期間,人造衛星的訊號將受阻而無法傳達到地表,雖然乍聽之下,生活中失去GPS訊號不需要大驚小怪,但是許多領域如航空、船運、急難服務、大型自動化農業生產或採礦,都依賴GPS來運作。
大規模的無線電中斷相當罕見,衛星定位導航的技術從發明至今,我們還沒有經歷過大規模的中斷事件,不過小規模的中斷事件則時有所聞,影響許多倚賴無線電科技的專業用戶。
在家就能下載太空資料
自從2010年美國國家航空暨太空總署NASA的太陽動力學探測器(SDO)發射後,它每分鐘內都會以10種不同波長的濾鏡分別拍攝太陽數次,並將獲得的4K解析度影像傳回地球,至今幾乎未曾間斷過。
SDO上所搭載的大氣成像組件(AIA),能觀察太陽光中不同波長的影像,而不同波長的陽光則會反映出太陽不同分層的狀態。
其中標示濾鏡所對應的光波波長,以埃(angstrom,符號為Å)為單位,1Å相當於0.1nm。
有些濾鏡允許一條以上的發射譜線通過,因此拍攝的影像也會同時反映出多種的溫度。
這些影像主要的使用者,是太陽物理學研究員以及太空氣象預報員,然而一般民眾也可以輕鬆取得SDO的觀測結果,這是由於SDO與多數NASA的太空任務一樣,經費都來自於納稅人,而美國的政策則認為取之於公眾的經費,成果就應當開放給公眾共享,因此這些科學任務所獲取的影像與數據,所有人使用都可以使用。
至於其它的航太機構,如歐洲太空總署(ESA)與日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)也有類似的政策。
事實上,多數的太空任務所獲取的資料都不是影像,然而太陽則是一個例外,AIA 9個不同通帶(passband)下的影像,雖然你會看到各種鮮豔的色彩,但是這並不是太陽的真實顏色,這是因為拍攝的波段大多屬於紫外線,而人眼本來就無法看見而不會有所謂「真實」的顏色,因此NASA只是利用顏色來區分不同濾鏡的影像。
好想看極光……但小心電器故障
極光觀測在人類歷史上由來已久,但通常僅限於接近極區的高緯度地區,然而在1859年9月1日的這天晚上,一場史無前例的大範圍極光秀,在夜空中以難以置信的樣貌呈現,令所有的目擊者印象深刻。
當這場極光秀開始時,北美洲正值夜晚時分,北極光的目擊者所在的位置中,最南方遠達佛羅里達州、古巴與墨西哥,甚至是哥倫比亞。當夜晚隨著地球自轉橫越太平洋,來到彼岸的亞洲時,夏威夷、日本南部以及中國南方,也都有人見證了當地首次的極光。
歐洲在9月2日迎來夜晚時,極光已經有所消退,但是較高緯度的地區依...
推薦序
最壯觀的天文現象,一生必看的奇觀
國立清華大學天文研究所特聘教授、中華民國天文學會理事長/江國興
在浩瀚的宇宙中,太陽是我們最熟悉的天體之一。從古代文明對太陽的崇拜到現代科學的探索,它一直是人類社會不可或缺的一部分。
《近看太陽》為我們提供深入了解這顆恆星的絕佳機會。這本書以淺顯易懂的語言,帶領讀者探索太陽的各個面向,從歷史、觀測方法到現代科學研究,內容包羅萬象。更重要的是,作者是一位太陽物理學家。
這本書的出現,正好填補了市面上太陽科普讀物的空缺。首先,作者從歷史的角度切入,介紹人類如何觀測太陽,以及這些觀測對科學發展的影響,例如伽利略因為支持「日心說」而被終身軟禁的故事。不僅讓我們了解科學探索的艱辛,也讓我們感受到科學家們對真理的追求和堅持。
接著,書中詳細描述了太陽的物理特性。從太陽黑子的週期變化到太陽自轉的發現,延伸到太陽的演化與磁場,這些內容不僅增進了我們對太陽的認識,也讓我們了解到太陽對地球和人類生活的深遠影響。特別是關於太陽物理的描述,作者用淺白的文字和生動的例子,讓讀者能夠輕鬆理解這些複雜的科學概念。
此外,書中還探討了太陽對地球氣候和科技的影響。全球暖化是否與太陽有關?太陽風暴如何影響我們的衛星和電力系統?這些問題在書中都有詳細的解答。作者不僅提供科學解釋,還給出實際建議,讓讀者能夠更好的應對可能發生的自然災害。
書中最吸引我的部分之一,是作者提供了豐富實用的指南,幫助讀者進行安全、有效的太陽觀測。特別是日食的觀測,更讓我津津樂道。
日全食是最壯觀的天文現象之一,也是許多天文愛好者一生必看的奇觀。自1999年以來,我已經觀測過10次日全食,每次的體驗都獨一無二。日全食使我深刻體會到天、地、人之間的互動,那種震撼,絕非筆墨所能形容。
整體來說,《近看太陽》是一本內容豐富、易於理解的科普書籍。無論你是天文學的初學者,還是單純對太陽有濃厚興趣的讀者,都能從中獲得豐碩的知識和啟發。
透過本書,讀者不僅能夠深入理解太陽對地球和人類的重要性,更能在夜晚仰望星空時,對這顆恆星產生更加深刻的敬畏和熱愛。
最壯觀的天文現象,一生必看的奇觀
國立清華大學天文研究所特聘教授、中華民國天文學會理事長/江國興
在浩瀚的宇宙中,太陽是我們最熟悉的天體之一。從古代文明對太陽的崇拜到現代科學的探索,它一直是人類社會不可或缺的一部分。
《近看太陽》為我們提供深入了解這顆恆星的絕佳機會。這本書以淺顯易懂的語言,帶領讀者探索太陽的各個面向,從歷史、觀測方法到現代科學研究,內容包羅萬象。更重要的是,作者是一位太陽物理學家。
這本書的出現,正好填補了市面上太陽科普讀物的空缺。首先,作者從歷史的角度切入,介紹人類如何...
作者序
特別注意!
在我們開始近看太陽之前,以下事項必須謹慎以待:儘管人類的眼睛能夠適應生活中多數的環境,但「直視太陽」絕對是一個例外。即使本書封面的太陽十分吸引人,我依舊強烈建議你不要以肉眼直視太陽。接下來的內容將會介紹從古至今的科學家們如何觀測太陽,以及如何自行安全的觀看太陽。
在此依舊要重申,若是使用不適當的設備觀看太陽,可能會導致你的眼睛留下永久性的傷害,例如對色彩感覺的變化、出現盲點、影像扭曲等問題。不過也不必過度擔心,只要透過正確的方式,太陽絕對是非常值得一看的美麗天體,敬請期待本書的介紹。
前言 歡迎來到太陽的世界!
我們對於太陽的存在早就習以為常,只要是晴朗的白天都能見到它高掛在天空中。這顆恆星作用似乎只是在東升西落之前提供我們光明與溫暖,然而也正因如此,它確實值得我們(如同數個世紀前的祖先那樣)去重視與認識。看似沒有變化的太陽,實際上非常活躍:它有著不斷翻騰的大氣層,變化的時間尺度從數秒到數個世紀不等。
其中有些過程即使離地球甚遠,例如太陽閃焰(solar flares)與日冕巨量噴發(coronal mass ejections)都會影響到地表上人類的生活,因為這些現象會造成人造衛星的損壞,導致通訊網路的癱瘓,甚至讓電力系統跳電、故障。因此,作為人類這樣的物種,就有必要來認識我們的恆星與地球之間的關聯。
太陽造就了現今的一切,如果它當時誕生成一顆稍冷或稍熱的恆星,你現在就沒機會讀到本書了。
太陽的直徑大約是地球的100倍,而體積則是約為地球的100萬倍(100x100x100,譯註:體積為長度的三次方),地球繞行太陽的距離,也約為太陽直徑的100倍。儘管上述的數字相當龐大也具有重要意義,太陽的質量在銀河系2,500億顆恆星中仍接近於平均值而已,而且出乎意料的平凡。
在天文觀測上,其他銀河系中的恆星在我們看來僅僅是一個光點,而太陽最主要的優勢便在於可以就近觀察,科學家得以利用從無線電到伽馬射線波段的各種望遠儀器,在一分鐘內獲得許多高解析度的資料。因此,科學家們正逐漸開啟通往宇宙的大門,對於太陽這顆最近的恆星的研究成果,也能應用在其他的恆星上。
本書接下來所介紹的太陽,會帶給你耳目一新的感受,我們將探索古代科學家理解太陽的心路歷程,以及重現太陽在遠古先民生活中所扮演的角色。直到本書結束,你會了解許多有關太陽的物理過程與原理,從內部的核融合到表面的噴發現象,並且將這些知識應用到其他遙遠的恆星、系外行星。
最後,你也可以成為觀測太陽的一員,我們將會提供如何在舒適的家中,造訪美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration,NASA)以及歐洲太空總署(European Space Agency,ESA)的天文臺,或是從自家院子觀測太陽。無論想在普通的晴天觀測還是打算追逐日全食,這本書都能滿足你的需求。
歡迎來到太陽的世界!
特別注意!
在我們開始近看太陽之前,以下事項必須謹慎以待:儘管人類的眼睛能夠適應生活中多數的環境,但「直視太陽」絕對是一個例外。即使本書封面的太陽十分吸引人,我依舊強烈建議你不要以肉眼直視太陽。接下來的內容將會介紹從古至今的科學家們如何觀測太陽,以及如何自行安全的觀看太陽。
在此依舊要重申,若是使用不適當的設備觀看太陽,可能會導致你的眼睛留下永久性的傷害,例如對色彩感覺的變化、出現盲點、影像扭曲等問題。不過也不必過度擔心,只要透過正確的方式,太陽絕對是非常值得一看的美麗天體,敬請期待本書的介紹。...
目錄
特別注意!
推薦序 最壯觀的天文現象,一生必看的奇觀/江國興
前言:歡迎來到太陽的世界!
第一章:觀測太陽,有人成名有人坐牢
這麼巧?各國太陽神都這造型/橫跨400年歷史的文獻,只出現一張太陽插圖/伽利略因為日心說,被終身軟禁/全球暖化是人為,與太陽無關/黑子變化有規律!每11年為一週期/太陽自轉週期,啤酒廠老闆發現的/好想看極光……但小心電器故障/日全食才看得到的皇冠/每隻蝴蝶就代表一次太陽週期/太陽黑子是一顆大磁鐵,強度是地球的數千倍
第二章 太陽底下可還有新鮮事?
有機會成為黑洞嗎?取決於質量/太陽系的質心,不在太陽中心/氣態、液態、固態,還有電漿態/微波、無線電波都是太陽光/氦是觀測太陽時發現的/北極變南極,78萬年前發生過一次/磁鐵也有能量,什麼是磁性自由能?/如何取得天王星與海王星近距離照片/除了綠光,極光還有紅光和藍光/影響人類科技的太空氣象/磁暴可能造成重大的經濟損失/衛星壞掉了,可以重啟嗎?/差點引發美國與古巴的戰爭/該為自然災害做什麼準備?/太空氣象也有預報員?/透過年輪和冰芯,推測發生太陽閃焰的規模/獵戶座的參宿四已來到生命盡頭/太陽物理學的三大謎團/現今最大望遠鏡,主鏡比一層樓還高!
第三章 近看太陽
安全提醒/無風、乾燥、接近正午最適合/自備日食眼鏡/動手DIY,長時間觀測的訣竅/為你的望遠鏡加上濾光片/利用日常生活中的相機原理/在家就能下載太空資料
第四章 簡要指南
第五章 下次日食何時出現?
只有水星和金星才有的現象/往後10年的日食哪裡看?/日食後有機會在兩週內看到月食/末日電影最喜歡引用的星體/太陽也會分身?
第六章 資源與詞彙
電腦軟體與網路資源/名詞對照與解釋/圖片出處/鳴謝
特別注意!
推薦序 最壯觀的天文現象,一生必看的奇觀/江國興
前言:歡迎來到太陽的世界!
第一章:觀測太陽,有人成名有人坐牢
這麼巧?各國太陽神都這造型/橫跨400年歷史的文獻,只出現一張太陽插圖/伽利略因為日心說,被終身軟禁/全球暖化是人為,與太陽無關/黑子變化有規律!每11年為一週期/太陽自轉週期,啤酒廠老闆發現的/好想看極光……但小心電器故障/日全食才看得到的皇冠/每隻蝴蝶就代表一次太陽週期/太陽黑子是一顆大磁鐵,強度是地球的數千倍
第二章 太陽底下可還有新鮮事?
有機會成為黑洞嗎?取決於質...