四季與晝夜的形成
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為什麼會出現四季呢?一切都是由於地球的傾斜!
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許多人認為地球在夏天離太陽更近,所以溫度高;同樣,地球在冬天距離太陽最遠,所以溫度低。
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這種觀點聽起來很有道理,其實是不正確的。
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地球的軌道並不是個正圓,而是有些扁的橢圓。在一年中的某些月份,地球比其他時候距離太陽更近。然而,與想像中相反,在北半球,我們冬天離太陽最近,夏天離太陽最遠;但其實地球全年距離的變化對天氣並未造成很大的影響。
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為什麼會出現四季呢?一切都是由於地球的傾斜!
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許多人認為地球在夏天離太陽更近,所以溫度高;同樣,地球在冬天距離太陽最遠,所以溫度低。
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這種觀點聽起來很有道理,其實是不正確的。
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地球的軌道並不是個正圓,而是有些扁的橢圓。在一年中的某些月份,地球比其他時候距離太陽更近。然而,與想像中相反,在北半球,我們冬天離太陽最近,夏天離太陽最遠;但其實地球全年距離的變化對天氣並未造成很大的影響。
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地球上四季的形成其實另有原因。
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地軸是地球自轉的假想軸,它透過地心連接南北兩極。地球每天圍繞地軸轉一圈。這就是地球上晝夜交替的原因。
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地球上有四季正是因為地軸不是直上直下的,而是傾斜的。
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什麼造成了地球的傾斜呢?
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很久很久以前,地球還很年輕,一個巨大的天體撞上了地球,給了它猛烈一擊。從此之後,地軸就不是豎直的了,而是傾斜了一些。
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撞擊地球的天體名字叫做 「忒伊亞」。它將地球的表面撞出了一個大洞,使得許多塵土和砂礫飛入了地球的軌道中。許多科學家認為,這些塵土和砂礫最終形成了月球。
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地球繞太陽旋轉時,傾斜的地軸始終指向同一方向。所以一年中,地球上被太陽直射的區域是不斷變化的。
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可以證明地球是圓的而非平面的幾個方法:
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船隻出入港口時的情形
月蝕時,
可見到地球輪廓是圓的
在同一時刻,
世界各地的竿影不等長
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◎形成晝夜的原因:地球自轉
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( 一)晝夜與四季:
A 、 晝夜形成的原因:
(1) 地球像陀螺一樣,會繞著【自轉軸】旋轉,每轉一圈就是【一天】 。
(2) 由於太陽照射,地球面向太陽的地區為【白天】 ,背著太陽的一面為【黑夜】 。
(3) 正午:在一天中,太陽達到【最高點】的時刻或太陽【仰角】(陽光和地平線的夾角) 最大的時刻。
(4) 自地球北極的上空觀看,會發現地球是以 【逆時鐘】 方向轉動;如果從赤道的方向看, 則地球是由【西向東】轉。
(5) 天空中日月星辰的及每天有晝夜交替的現象,都是地球【自轉】所造成的。
B 、 地球的自轉:
(1) 地球由於由西向東自轉,因此太陽及月球都是由【東方】升起, 【西方】落下。
(2) 每天夜晚觀測星星的位置不相同:
甲、 地球的自轉軸指向天空的【北極星】 ;因此它在天空的位置幾乎是不動的。
乙、 天空的星星繞著北極星,以【逆時鐘】的方向運轉。
丙、 遠離北極星的星星,受地平線的影響,有【東升西落】的現象。
(3) 由於地球的自轉傾斜,因此【夏季】的晝長夜短, 【冬季】時晝短夜長。
C 、 地球的公轉:
(1) 地球除了自轉外,由北極上空向下看,地球以 【逆 時鐘】方向繞太陽公轉。
(2) 地球的自轉軸相對於公轉軸傾斜【23.5 度】 。
(3) 地球繞太陽公轉一周的時間稱為【一年】 。
(4) 地球繞太陽公轉,軌道所在的面稱為【黃道面】 。
D 、 四季變化的成因:
(1) 由於地球的【自轉軸】與【黃 道面】並非垂直,而是傾斜 【23.5】 度,部分地區在一年 當中會有太陽照射 【角度】 的 不同或照射時間 【長短】 的差 異,便是四季變化的成因。
(2) 四季的溫度變化:陽光直射處
地面的溫度較 【高】 ,斜射處的地面溫度較【低】 。
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(3) 以北半球(臺灣)來看:
甲、 夏至當天,陽光會直射【北 回歸線】 ,春分及秋分會直射 【赤道】 ,冬至則陽光直射 【南迴歸線】 。
乙、 北半球的夏至時,地球位於 【遠日點】 ,而冬至時,則位 於【近日點】 。
丙、 太陽在不同季節時的運動軌跡:
丁、 【春分】和【秋分】時,太陽升起的位置在正 東方,由正西方落下;夏至時,太陽升起的位 置偏 【北】 ;冬至時,太陽升起的位置偏 【南】 。
戊、 由於陽光直射位置改變,造成晝夜長短不同, 例如臺灣在夏天時,白天比夜晚【長】 , 【冬天】 時則相反。
E 、 生物對氣候的適應:
(1) 冬眠:通常生物有適應不同氣候型態的能力,生活在溫 帶地區的生物,有些必須靠【冬眠】來適應季節變換 所帶來的溫度變化。 例如:蛙、蛇、熊等動物的冬眠。
(2) 遷徙 : 有些動物隨著季節改變而遷徙到適合生存的環境。 例如:每年九月底會有黑面琵鷺從【北方】來到臺灣 的【曾文溪】過冬,直到次年【三月】再陸續飛回。
F 、 黃道:
(1) 當地球繞太陽公轉時,太陽看起來會在這些星座構成的背景前移動,移動的軌跡就稱
為黃道 (最常見的定義);
(2) 如果太陽位於巨大的天球中央,地球公轉軌 跡在天球上的投影即為黃道;
(3) 地球的公轉軌跡即為黃道。
G 、 晝夜長短變化與季節:
(1) 由於直射位置的改變,造成晝夜長短的不 同,例如在臺灣夏天時,白天比夜晚長, 冬天時則相反。
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補充說明:
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因日出東方之故,我們知道地球自轉的方向應該是由西向東轉。
所以在東邊的城市(東京),會比在西邊的城市(臺北)更早看到日出。
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為配合世界各地民眾的起居作息,地球被分成了 24 個時區。每向東過一時區則鐘錶撥快一小時,向西則撥慢一小時。
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地球上各地方晝夜循環不息,以英國格林維治地方的子午線為標準時刻的世界時,不適合世界各地民眾的起居作息時間,西元1884年,在美國華盛頓召開的國際性時間會議中決議,全世界按統一標準劃分時區,實行分區計時,這種時間稱為標準時,它以格林維治經線為零度作標準,把西經7.5度到東經7.5度定為零時區,由零時區分別向東與向西每隔15度劃為一時區,東西各有十二個時區,東十二區與西十二區重合,此區有一條國際換日線,作為國際日期的變換,全球合計共有廿四個標準時區,同一時區內使用同一時刻,每向東過一時區則鐘錶撥快一小時,向西則撥慢一小時。
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不過時區界線原則上雖按上述方式劃分,但為方便實施避免施政困擾,世界各國往往加以變通,取政區界線或自然界線來劃分時區。(如夏威夷、阿留申群島等地方)
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(以上時區部份資料摘自中央氣象局)
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◎形成四季的原因:地球公轉、地軸傾斜
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(一)地軸的傾斜
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如果地軸和地球運行的軌道垂直,則日光直射之處永遠都是赤道,我們的每一天也都會是12小時白天,12小時黑夜,但這和實際情形不符合,所以地軸必定是傾斜的。
夏季(夏至)時,日光直射北回歸線,此時北回歸線上(臺灣)白晝部份比黑夜部份長,北半球會變得晝長夜短,南半球則剛好相反。此時的北極在永晝的狀態,而南極是永夜。
冬季(冬至)時,日光直射南回歸線,此時北回歸線上(臺灣)白晝部份比黑夜部份短,北半球會變得晝短夜長,南半球則是相反的夏天。此時的北極在永夜的狀態,而南極是永晝。
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(二)地球公轉
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一年四季的產生,除了地軸傾斜,還需要地球的公轉,才會使得太陽直射的地方一直不停改變,產生晝夜長短的變化。
一年中,地軸的方向是固定的,都指向我們星空中的北極星。
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關於月相
月相,是由地球上所觀看之月光形態。月球本身不發光,月球直接被太陽照射之部份反射太陽光,才可見發亮,其陰影部分是月球自己之陰暗面。根據天文學,月球環繞地球公轉時,地球、月球、太陽之相對位置不斷規律地變化,使觀測者從不同角度看到月球被太陽照明之部分,造成月相盈虧圓缺之變化。
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4:54
從北半球觀察的2020年的月相和天平動,以每小時為時間間隔,帶有標題和擴展信息文本。
4:54
從南半球觀察的2020年的月相和天平動,以每小時為時間間隔,帶有標題和擴展信息文本。
月相盈虧周期平均是29.53日,曆法中之朔望月源於此。
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概論
當地球位於月球和太陽之間時,我們可以看到整個被太陽直射的月球部分,這就是滿月。當月球位於地球和太陽之間時,我們只能看到月球不被太陽照射的部分,這就是朔;而當首度再見到月球明亮的部分時,稱為「新月」。當地月聯線和日月聯線正好成直角時,我們正好可以看到月球被太陽直射的部分的一半,這就是弦月(半月,因為月球亮部的圓弧如同弓柄,近似直線的黑影邊緣如弓箭的弦,故得名)。
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月相的更替周期是29.53日,稱為一個朔望月,它是曆法中歷月和星期的來源。這個時間比月球公轉的時間(恆星月)要長,因為當月球繞地球公轉時,地球也在繞太陽公轉,一個朔望月月球大約要繞(360+360*29.53/365.24)=389.11度(公轉只繞360度)。所以一恆星月大約為29.53 * 360 / 389.11 = 27.32天。
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月相不包括由於地球遮住太陽所造成之月食。月球繞地球公轉的軌道面(白道面)與地球繞太陽公轉的軌道面(黃道面)之間有5度夾角,因此新月或滿月時月地日之間往往並非完全是一條直線。當月地日之間完全是一條直線時就可以觀察到日食(新月時)或月食(滿月時)。正是由於這5度的傾斜,每月都有朔和滿月然而並非每月都有月蝕和日食。
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對地球中低緯度區的觀察者來說,月球永遠是東升西落,北半球月球中天方位偏南,而南半球則偏北;而月升至月落大約都是半日的時間,但若月亮在天空的期間是白晝,則通常很難被注意到[註 1]。
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月相的名稱
月曆
主條目:陰曆
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2005年5-6月的月相。
曆月的平均長度是一年的1/12,大約是30.4天左右,而月球相位(朔望月)的循環周期平均是29.53天。因此,月球相位的每個階段在每個月平均都會持續的提前一天。如果你在一個月的每一天都拍攝月球的相位,從日落後的黃昏開始,然後每天延後約25分鐘拍攝,然後在日出之前的凌晨結束,你可以創建出如同圖示的2005年5月8日至2005年6月6日的完整月相複合圖。但要注意在5月20日沒有圖像,因為在5月19日晚間的子夜之前拍了一張,而下一張在5月20日晚間的子夜之後,已經是5月21日才拍攝。同樣的,如果你觀察月曆上月球出沒的時間,有時候也有某一天會被跳過去(即當天沒有月出或月沒)。當月亮在升起的時間接近某一天的子夜之前,則下一次再升起時就會在第二天子夜之後而跳過了一天(月沒和中天有是相同的狀況)。這種跳過一天的現象是人為的曆法造成的,並不是月球的行為古怪。
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如此週而復始地重複12個月,也是地球繞太陽一週的週期,稱之年;陽曆!
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關於生物的起源與演化歷程
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生命起源與演化歷程
主條目:生命演化歷程、地球歷史和演化樹
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位在美國冰川國家公園的前寒武紀疊層石(stromatolite),可能是已知最早的生命化石紀錄。
對於最初始的生命起源,目前尚未明瞭。因為這段過程牽涉到太陽系與地球的形成過程,所以對於生命起源的研究,許多是來自物理學與化學。例如1952年的米勒-尤里實驗中,史坦利·米勒與哈羅德·尤里以氨、甲烷、氫氣、氰酸與水等分子,模擬地球的原始狀態,並首次在實驗室中製造出生物的最基本物質[117]。而近年的研究發現,作為胺基酸原料的有機分子,有可能是來自太空中[118],或是海底火山[117]。
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而關於包括遺傳物質在內的有機分子演化過程,現在科學家一般認為核糖核酸比蛋白質與脫氧核糖核酸更早出現,之後出現類似反轉錄酶的蛋白質,最後才有脫氧核糖核酸,不過這些理論的證據並不多[119]。脂肪酸的出現則構成了原始的細胞膜,之後經由內共生等過程,形成最早的單細胞生物。
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在演化過程中,有許多關鍵性的生物分化,配合地質年代與演化歷程,能夠歸納出演化時間表。2015年一項在西澳的古老岩石進行的研究中發現41億年前「生物曾經存在(英語:Biotic material)的行跡」[120][121]。原核單細胞生物則出現在33億年前。到了18.5億年前,才出現最早的真核單細胞生物。16億年前真核藻類出現。6.65億年前動物出現。再此之前的年代稱為前寒武紀[122]。
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古生代是由5億4千1百萬年前到5億1千萬年前所發生的寒武紀大爆發開始,此時大多數現代動物在分類上的門已經出現。之後海中藻類大量爆發,而且植物與節肢動物開始登上陸地。最早的維管束植物在4億3千9百萬到4億9百萬年前出現。接著是有頜類與昆蟲的出現。3億5千9百萬年前到3億年前,維管束植物開始發展成大型森林,同時最早的種子植物與羊膜動物出現,並由兩棲類支配地球。最後羊膜動物開始發展,並分化出一支類似哺乳類的合弓綱支配地球,隨後發生二疊紀滅絕事件,古生代結束[122]。
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中生代開始於2億5千百萬年前,這時羊膜動物的另一支蜥形綱以及裸子植物逐漸支配地球。1億4千5百萬年前到6千6百萬年前,開花植物出現,最後中生代結束於白堊紀滅絕事件。
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6千6百萬年前之後則稱為新生代,哺乳類、鳥類與能夠爲開花植物授粉的昆蟲開始發展。開花植物與哺乳動物在這段時間取代了裸子植物與爬蟲類,成為支配地球的生物。可能是人類祖先的類人猿出現在360萬年前,直到10萬年前,現代人(學名:Homo sapiens)才誕生[123]。
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生物史
(地科影響生物/動植物演化的進化發展史:脊椎動物演化順序:魚類→ 兩生類→ 爬蟲類→ 鳥類、哺乳類。植物演化順序:藻類→ 蘚苔類→ 蕨類→ 裸子植物→ 被子植物。)
人類歷史(進化史)
地理活動
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人類利用大自然科學的發展、自然科學的發現(物理:古典力學、聲學、光學、熱力學、電磁學、量子力學;化學:分子、電子、離子、原子、原子團在內的核-電子體系等等。)、改變世界的1000個(以上不只)重大發明等科學革命(如工業革命、生物科技的應用、醫學等);再來近代發展出來的,人文社會應用科學:
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人類與兒童家庭社會心理等近代人文科學的發展(人類發展心理學、兩性關係、親職教育、家庭概論、嬰幼兒教保實務、幼兒教育、兒童行為觀察與輔導、教育概論與教育/認知心理學、社會學、人類行為與社會環境、政治學、生活經濟學、商業與金融概論、生涯發展與規劃(就看你有能力賺多少錢,來決定你能怎樣過日子;而不是你想過怎樣的日子你就必須去賺多少錢!你如果不是很能工作的人,就是想辦法降生活標準,讓自己錢包夠用不用更費力去賺更多也夠用,才能減壓!有能力賺多少,決定了你的消費水準,沒能力賺就砍開銷!低空飛也能活!日子過得下去,這就是規劃,沒那麼複雜!!)、營養學與膳食計劃暨菜單設計與成本控制(就看你有多少餐費預算,分配每日六大類食物,對應不同年齡時期其營養學上各營養素建議攝取量,根據自己的預算與喜好,決定選擇攝取哪些種類的食物,再依據自己的飲食喜好與容易製作的程度決定烹調方法與搭配好油!就是膳食計劃的概念與營養學的應用!)老人疾病與用藥、老人營養與護理(年輕時預防三高與癌症、骨鬆等基礎保健,老了自然就健康,就不用花大錢去住安養,居家長照就可!一生的財務規劃不過如此!)、安寧緩和醫療....,等!
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人類世代史(如家庭生命週期、世代的變遷、人與世代的一生...。)、生死哲學與宗教、神與魔鬼、宇宙人類發展;
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宇宙進化史!
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關於宇宙的創生與終結:關於黑洞
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太空天文 專欄 萬物之理 透視科學
跌入黑洞的瞬間,會發生什麼事?——《高手相對論》
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遠流出版 ・2022/05/01
相關標籤: 事件視界 (8) 天文學 (25) 廣義相對論 (23) 時空彎曲 (2) 物理學 (24) 重力場 (9) 黑洞 (124)
熱門標籤: 量子力學 (48) CT值 (8) 後遺症 (3) 快篩 (7) 時間 (38) 宇宙 (84)
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宇宙最初的光芒
將近一百四十億年前,一切自虛無中霹靂而生,我們的宇宙從一個熾熱、壓縮又微小到無法想像的小點中迸發誕生,接著幾乎是在一瞬間便往外膨脹,形成太空的這個空間以超過光速的程度急速擴張,一直到所有存在的物體大約成為一顆葡萄柚的大小。
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然後,宇宙持續擴張、冷卻,接著形成了最初的物質,就在那第一秒內,中子、質子、電子、光子、中微子等各種粒子組成的高密度團相互推擠,形成一股驚人而熾灼的熱,散發出有如霧般的光。宇宙生成大約三十八萬年後,這顆泡泡已經擴張到幾千萬光年以外的地方,並且冷卻到了幾千度左右,這樣的溫度足以讓原子組合在一起,宇宙第一次透出了光。
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一開始只是一閃即逝的光,然後黑暗再度籠罩,還要再過幾千萬年,重力才能夠吸引住稍有密度的各種物質,粗暴地將一團團氣體碰撞在一起,形成最早的星星及星系,就這樣,天空的燈光一個個亮了起來。
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大霹靂(Big Bang)
大多數的宇宙學入門大概都會以自己的方式描述這一連串事件,但謎團仍未解開:大霹靂(Big Bang)真的是一切的開端嗎?或者我們的宇宙只是在另一個更大的多重宇宙中一顆不斷膨脹的泡泡?宇宙會永遠擴張下去嗎?或者到最後會在一次大擠壓中再次崩塌?不過,眾人都能同意宇宙的普遍性質及宇宙是怎麼回事,目前已經揭露的事實是,這是一台龐大且精細的機器,由物理粒子組成,並且其中的作用力也依循著數學方程式及法則。
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仰望星辰的人類歷史
這本書要說的是不同的故事。宇宙的科學解釋是我們現代文明的巔峰,如此擲地有聲的見解足以消弭其他所有不同看法。研究宇宙的宇宙學曾一度被形容為在哲學及精神層面上的廣泛追尋,要找出人類存在的意義,要問我們是誰、我們在哪裡、我們為何在此地,如今卻是數學天文學的一個分支。那麼,那些大哉問怎麼了呢?我們對於宇宙已經沒有其他什麼需要知道的嗎?
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這本書並不是要詳細描述最新的天文學進展,是要介紹長久以來,人們從星辰收集到的知識歷史,是關於人們的宇宙觀如何讓他們認識了現實的本質及生命的意義;關於我們已經捨棄的那些神祇與靈魂、神話與神獸、宮殿與天體;關於科學觀點如何成為主流,而這段路程又是如何形塑今日的我們。這是一段關於人的故事,講述了祭司、女神、探險家、革命家和君王,故事並非由大霹靂開始,甚至也不是由科學的誕生開始,而是由最早抬頭望向星星的人類開始,以及他們在天空中找到的答案。
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為何要在乎過去對天上的信仰?考古學家和歷史學家通常不會如此。我們知道,科學是立基於試圖理解天堂的念頭,不過學者要更全面追溯人類歷史進展時就鮮少以此為焦點,我認為此舉對於我們要理解自己從何而來造成了巨大的盲點。事實上,人們在天空中所看到的模式一直都主宰著人們在地上生活的方式,形塑了對於時間與空間、權力與事實、生與死等概念。
我們在古老的過往中便看見這一點:執著於日食的巴比倫人;建造金字塔以引導靈魂前往星星所在之處的埃及法老;在太陽旗幟下奮戰的羅馬皇帝。對宇宙的概念也形塑了現代世界,即使我們忘記這些影響力的根源,卻也已經深植在社會當中,存在我們的國會、教堂、藝廊、時鐘與地圖裡。從基督教的誕生,乃至歐洲的探險及主宰星球,其中核心的影響力正是對太陽、月亮、星星的信仰,他們指引著不羈的立法人員創建了民主與人權原則、引導經濟學家建立資本主義所仰賴的框架,甚至指示畫家畫出了第一幅抽象畫。
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捷克布拉格舊市政廳天文鐘。
今日光害籠罩著我們的星球,星星幾乎消失了,過去在黑暗的夜空中能看見上千顆星星,但今日在城市裡的我們只能看見幾十顆。天文學家擔心,就連這些很快也會遠遠不敵人造衛星的數量,在美國和歐洲的大多數人根本再也看不見銀河。看著自然遺產這樣逐漸消蝕實在是災難一場,我們與銀河系及浩瀚宇宙之間的連結也會就此消逝。沒有人為此群起大聲疾呼,大多數人只是聳聳肩,依舊盯著自己的手機,絲毫不擔心即將失去這片在歷史上其他每一種人類文化都視為必要的景象。
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宇宙的本質與生命的追尋
但是,我們仍然努力想弄清楚我們在宇宙中的位置,科學在這方面的進展十分成功:今天一個五歲小孩比起幾千年前的古早文化更清楚物理宇宙的歷史、組成及本質,但是科學也將這些文化在生命中發現的意義拆解了大半,將個人經驗屏除在我們對現實的理解之外,取而代之的是時空概念抽象而數學化的網格。
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地球從存在的中心被踢到了邊緣,生命被重塑成隨機意外的結果,而且也完全不管神明了,現在一切都能以物理法則來解釋。我們在宇宙秩序中完全不是什麼有意義的角色,而是如物理學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)所言,我們只是「化學渣滓」,存在於一個中等大小的星球表面,繞著一個沒什麼重要性的星球運行。
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幾百年來不斷有人批評反對這樣冰冷機械式地解釋人性,過程中經常全盤否決科學的見解,一直到不久之前仍屬於禁忌話題,但現在即使是受人敬重的科學家也對此表達擔憂,他們認為或許物理物質並非宇宙全貌、並非我們的全貌;或許,科學只看見了全貌的一半。我們可以解釋星體與星系,但心智呢?意識本身呢?這些論戰逐漸形成一場世紀之戰,可能會改變整個西方的世界觀。
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畫下戰線之後,我想我們必須換個角度思考,提出概述,因此這是一本關於宇宙的書,不是科學指南,是從人性出發。我不長篇大論地講述,而是選擇了十二個時刻,你或許也可以稱之為墊腳石,讓我們理解歷史上的人們是如何看待天空,尤其是這十二篇故事依循著西方物質宇宙觀點的崛起,爬梳這套宇宙模型如何主導我們的生活。這些故事從人類最早透過洞穴壁畫及巨石陣來表達人性開始追溯,途中講述了基督教、民主及科學等重要傳統的誕生,最後進行到追尋外星生命以及近來飛入真正的且虛擬的太空之旅。
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這趟旅程能夠解釋今日的我們是誰,或許還能指引出未來的航道。所謂當局者迷,我們很難看見其極限,因此我希望拉遠距離去檢視人類宇宙信仰的深度歷史,或許有助於我們探索世界觀的界線,還可能看得更遠。我們是如何成為無意義的宇宙中被動的機械?這些信念如何影響我們生活的方式?而我們由此又能前往何方?
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黑洞
根據廣義相對論,一個星體的質量愈大、自身的尺寸愈小,它對周圍空間彎曲的程度就愈厲害。所謂「黑洞」,就是它把周圍空間彎曲得實在是太厲害了,以致連光線都無法從裡面出來。
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從外面看,黑洞本身是一個黑黑的洞。但是如果黑洞附近有其他物質,比如星際間的氣體或者帶電的粒子,你會看到它周圍有一個光圈。那些光來自帶電粒子加速度運動產生的輻射。
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而普通恆星、質量大體積小的中子星,以及黑洞對時空的彎曲程度都不相同。
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與黑洞有關的知識,像史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)的《時間簡史》(A Brief History of Time)這類書已講了很多,而你需要知道的只是一個概念:「事件視界」(Event Horizon)。
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所謂事件視界,就是分隔黑洞內外的一條界線。事件視界以外,光至少還可以離開黑洞;而不管什麼東西一旦進入事件視界,就再也不能逃脫黑洞了。
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現在,我們來思考一件特別有詩意的事情——掉入黑洞,會是一種什麼樣的體驗?
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其他地方可不會帶給你這樣的感受。假設你前往黑洞,我坐在遠處的太空船裡看著你,因為強烈的時間膨脹效應,當你接近黑洞的時候,我會看到你的動作變得愈來愈慢。你會比我老得慢!
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接近黑洞不一定就會掉進黑洞裡,事實上,因為黑洞的尺寸往往比較小,想掉進去也不容易。你完全可以把黑洞當作一顆普通的行星,繞著黑洞轉幾圈,你完全是自由落體運動,不會感到任何不適。但是因為黑洞本身的重力場太強,把時空彎曲得太厲害,所以你轉的這幾圈,在我眼中可就太漫長了。如果你轉兩圈再回來找我,可能我已經老死,而你歸來仍是少年。
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但是,如果你覺得在周邊轉兩圈不過癮,想進入事件視界看看黑洞裡面是什麼情況,那可就麻煩了。
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跨越事件視界⋯⋯會怎樣?圖/envato elements
在事件視界上,你的時間膨脹將會達到無窮大。
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也就是說,當你跌入黑洞的時候,我看到的是你愈走愈慢、愈走愈慢,最後你的身影將永遠停留在事件視界上。
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我感覺到你再也不動了,你那一刻的形象永遠都保留在我的世界中。你那一瞬間,是我的永恆。
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但是時間膨脹是相對於我而言的,你自己不會感覺到這一點,你只會自然地跌入黑洞中。經過事件視界的那一刻,你不會有任何異樣的感覺。黑洞並沒有在邊界線上為你舉行歡迎儀式,你看到的黑洞內部也可以有光線,你眼中的事件視界內外沒有什麼差別。
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然而這是一條有去無回的路,你將會被黑洞殺死,但你不是撞到什麼地方摔死的,而是黑洞把空間彎曲得太厲害,可能你身體下半部分的重力會比身體上半部分的重力強很多,這個差異會把你撕裂⋯⋯。
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我們無法直接觀測到黑洞,但是我們可以從黑洞附近的星體運動方式判斷它的存在。天文學家已經有充分的證據,在宇宙中找到了很多個黑洞。
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有關黑洞的知識都是其他物理學家研究出來的,愛因斯坦沒有回頭看相對論帶來的這場爆炸。他只想做最重要的研究。
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如果我被吸進黑洞會怎麼樣?
很多人似乎都有這個疑問。
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如果路上突然出現一個黑洞,會發生什麼事?圖/天下文化提供
「進入黑洞後會發生什麼事呢?」在許多科學書籍中都有提到,也是我們聽眾和讀者經常提出的問題。但是為什麼大家對這問題特別有興趣呢?難道公園裡處處都是黑洞?或是有人計畫在黑洞附近野餐,但又擔心放任他們的孩子在旁邊跑來跑去會發生問題?
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可能不是。這個問題的吸睛度與實際上會不會發生無關,而是源自我們對迷人太空物體的基本好奇心。眾人皆知,黑洞是神祕莫測的奇怪空間區域,是時空結構中與宇宙實體完全脫節的「空洞」,任何東西都無法逃脫。
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不過,掉入黑洞是什麼感覺呢?一定會死嗎?和掉進普通洞裡的感覺有什麼不同?你會在洞內發現宇宙深處的祕密,還是看到時空在你的眼皮子底下伸展開來?在黑洞裡面,眼睛(或大腦)能正常發揮功能嗎?
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只有一種方法可以找到答案,那就是跳進黑洞。所以抓起你的野餐墊,和你的孩子說聲再見(也許是永別),然後牢牢抓緊,因為我們即將深入黑洞公園展開終極冒險。
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讓我們跳進黑洞尋找答案吧!圖/天下文化提供
接近黑洞
當你接近黑洞時,注意到的第一件事可能是,黑洞確實看起來就像「黑色的洞」。黑洞是絕對黑色,本身完全不發射或反射光線,任何擊中黑洞的光都會被困在裡面。所以當你觀察黑洞時,眼睛看不到任何光子,大腦會將其解釋為黑色。
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黑洞也是個不折不扣的洞。你可以將黑洞視為空間球體,任何進入黑洞的東西都會永遠留在裡面。這是因為已經留在黑洞內的東西所造成的重力效應:質量在黑洞中被壓縮得十分密集,進而產生巨大的重力影響。
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為什麼?因為離有質量的東西愈近,重力愈強,而質量被壓縮代表你可以十分靠近質量中心。質量很大的東西通常分布得相當分散。以地球為例,地球質量大約與一公分寬(大約一個彈珠大小)的黑洞等同大小。如果你與這個黑洞距離一個地球半徑長,感受到的重力就如同站在地球表面一樣,都是 1g。
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如果你與黑洞距離一個地球半徑長,感受到的重力就如同站在地球表面一樣。圖/天下文化提供
但是當你分別接近兩者中心時,會發生截然不同的狀況。當你愈靠近地球中心點,愈感覺不到地球重力。那是因為地球圍繞著你,把你平均的往各個方向拉。相反的,當你離黑洞愈近,感受到的重力愈大,因為整個地球質量近在咫尺的作用在你身上。這就是黑洞強大的威力,超緊緻質量對周圍事物立即產生巨大影響。
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當你離地球中心越近,就越感受不到重力,但當你離黑洞中心愈近,感受到的重力卻越大。圖/天下文化提供
真正緊緻的質量會在自身周圍產生極大重力,並且在一定距離處,把空間扭曲到連光都無法逃脫(請記住,重力不僅會拉動物體,還會扭曲空間)。光不能逃脫的臨界點稱為「事件視界」,在「某種程度」上,事件視界定義了黑洞從何處開始,以此距離為半徑的黑色球體則稱為黑洞。
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黑洞的大小會隨著擠進多少質量而發生變化。如果你把地球壓縮得足夠小,會得到一個彈珠大小的黑洞,因為在大約一公分距離內,光再也無法逃脫。但是如果你再壓縮更多質量,黑洞半徑就會更大。例如,你把太陽壓縮變小,空間扭曲程度更高,事件視界更遠,大約發生在距離中心點三公里處,因此黑洞寬度約六公里。質量愈大,黑洞愈大。
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黑洞的大小會隨著擠進多少質量而發生變化。圖/天下文化提供
其實,黑洞的大小並沒有理論限制。在太空中我們已探測到的黑洞寬度,最小約有二十公里,最大可達數百億公里。實際上,黑洞形成的限制只有周圍環繞物質的多寡,以及所允許的形成時間。
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當你接近黑洞時,可能會注意到的第二件事是,黑洞通常不孤單寂寞。有時你會看到周圍東西掉進黑洞。或者更準確的說,你會看到東西在黑洞周圍旋轉等待落入。
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這種東西稱為「吸積盤」,是由氣體、塵埃和其他物質組成。這些物質沒有被直接吸入黑洞,而是在軌道上盤旋等待、螺旋進入黑洞。這景象對於小黑洞而言,可能不是那麼令人印象深刻,但如果是超大質量黑洞,確實值得一看。氣體和塵埃以超高速度飛來飛去,產生非常強烈的純粹摩擦力,導致物質被撕裂,釋放出許多能量,創造出宇宙中最強大的光源。這些類恆星(或稱類星體)的亮度,有時比單個星系中所有恆星的亮度總和還要高數千倍。
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超大質量黑洞能釋放出許多能量,創造出宇宙中最強大的光源。圖/天下文化提供
幸運的是,並不是所有黑洞,甚至是超大質量黑洞,都會形成類星體(或耀星體,就此而言,像是吃了類固醇的類星體)。大多數時候,吸積盤並沒有合適的東西或條件來創造如此戲劇化的場景。這也算是一樁美事,否則的話,你一靠近活動劇烈的類星體,可能會讓你在瞥見黑洞之前就氣化了。希望你選擇落入的黑洞周圍有個漂亮的、相對平靜的吸積盤,讓你有機會接近並好好欣賞。
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永死就是永生;不信神不信耶穌的就跟神在一起;做個沒有神的人我就正常!
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以上,就是天文地科與地球的發展如何造就世界地理與曆法及歷史的形成,和生物人類的發展!!
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