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2006 年 8 月 3 日

紫外光天文學史 (3): 紫外光是一種高能量光子
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明 : 依據「 熱輻射 」的論點,當物體受熱時,由其 原子 或分子的熱擾動, 激發 物體放出 輻射 能量。 熱輻射與物體的性質及 溫度有關 , 其輻射能量是 連續能譜 , 以 電磁波形式 向四面八方傳遞, 其輻射能量對波長的分布 呈山峰狀 (如上圖所示), 峰頂所對應的波長 λmax 和物體表面溫度 T , 可用韋恩 (Wilhelm Wien, 1864 - 1928) 對於黑體輻射的「位移定律 (Wien's displacement law)」來討論, 在一定溫度時,能量密度對輻射波長的關係式: 「在能量密度最大處之波長與 絕對溫度 T 的乘積為定值」 或表示成 λmax•T = 0.29 。 至於,在某溫度物體表面的總發射強度是輻射面上單位面積所有方向之所有波長能量的發射率。 有關熱輻射的若干性質,可由「史蒂芬•波茲曼輻射定律 (Stefan - Boltzmann's law of radiation) 」 :「從黑體單位表面在單位時間內所釋出的 能量 輻射能 I 可表示為 I = σ T 4 」導出, 式中史蒂芬•波茲曼常數 σ 的數值為 5.77 • 10 -12 瓦特 / 公分2 4

         電磁輻射 (Electromagnetic Radiation) 是一種波動的能量。 電磁輻射說明 電磁波 的發射和傳播, 是透過 空間 或介質傳遞其能量。  依據 各個波段具有的能量特徵 , 可得知在非常低溫下 (接近絕對零度時),物質內的原子僅能輻射出無線電波和微波; 當在攝氏零度左右 (水的冰點) 則原子可輻射 紅外光 ; 在表面溫度約攝氏 5 ∼ 6 千度的物質,才會有可見光的輻射;在溫度 1 ∼ 100 萬度的物體表面,就會發出 紫外光 ; 在溫度百萬度的物體表面,就會有 X 射線 ;到了表面溫度達百億度的物體表面, 也會有 伽瑪射線 呈現。 為了精確地說明各電磁波段偵測到的主要溫度分布,特別表列如下:
        

電磁波形式 無線電波   紅外光   可見光   紫外光   X 射線   γ 射線
偵測的溫度範圍   < 10 K  10 ~ 103 K 103 ~ 104 K 104 ~ 106 K 106 ~ 108 K   > 108 K 


         由上述論點,可以得知能夠被偵測到的紫外光輻射,其溫度範圍內的物質狀態絕大多數已經不似較低溫的固態、液態或氣態, 而該是原子多已游離呈 電漿態 。 所以溫度比太陽表面還要高的非常騺熱恆星表面、 超新星爆發 超新星的殘留物 等星際雲氣之高能量光子狀態是天文學家最感興趣的。

明日主題 : 紫外光天文學史 (4): 紫外光的來源與發現
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主編 : 陳輝樺陳輝樺                 
                             諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                                      王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
                                                           蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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