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詞 彙


目 錄 :

Coreless planet Hot Jupiter
恆星類: 中子星 中子星的噴流 黑洞 黑洞噴流 類星體 波霎 紅巨星  白矮星 棕矮星 
  恆星光譜分類 赫羅圖 主序星 色指數          
亮星類: 參宿七 畢宿五 天狼星 心宿二 軒轅十四 天津四 河鼓二(牛郎星) 織女星  
星團類: 星團 球狀星團 疏散星團 M45 昴宿星團          
星系類: 星系 星系對碰 星系長城 銀河系 橢圓星系 螺旋星系 棒旋星系 透鏡狀星系 星系種類結構圖
星系團 星系群 活躍星系核 超星系團 絲狀結構 空洞     超重黑洞
星雲類: 星雲 瀰漫星雲 發射星雲 反射星雲 黑暗星雲 行星狀星雲 超新星殘留雲氣 蟹狀星雲 (M1)  
星圖類: 星表 星圖 星等 四象 二十八宿 天球 赤道座標系 地平座標系 距星
  去極度與入宿度 赤經 赤緯 黃道面 黃道 12 宮 梅西爾星體 NGC 星表   東大距和西大距
宇宙學類: 大爆發(大霹靂) 五行說 渾天說 思辨宇宙 亞諾芝曼德宇宙 和諧宇宙 菲洛勞斯宇宙 柏拉圖多面體 同心球宇宙
  地心體系 本輪套均輪說 日心體系 多重宇宙論 宇宙自然法則大辯論        
大霹靂學說類: 大霹靂學說 宇宙膨脹 宇宙背景輻射 宇宙規模大辯論 餘暉 普朗克時期 大一統時期 大暴脹時期 電弱時期
  夸克時期 強子時期 輕子時期 光子時期 太初核融合 物質主導時期 復合時期 黑暗時期 原始物質豐度
不同於大霹靂學說類: 準穩定態模型 牛頓力學改良式模型 遲緩光模型 電漿宇宙模型 渾沌膨脹的宇宙起源 旋論鏡像宇宙起源 迴旋狀無止盡宇宙起源    
相對論類: 狹義相對論 廣義相對論 透鏡效應 重力透鏡 愛因斯坦環 愛因斯坦十字 四維時空 張量 彎曲時空
  伽利略變換 洛仁子變換 明可士基空間 馬克士威方程式 時間膨脹 長度縮短 都卜勒效應 規範變換 規範場
  質能關係式 質能的轉換 事件間格 (度規) 慣性      
天文學家類: 洛下閎 耿壽昌 張衡 郭守敬 蘇頌 王致遠 史伯    
  泰利斯 亞諾芝曼德 畢達哥拉斯 菲洛勞斯 柏拉圖 阿里斯塔克 亞里斯多德 阿波羅尼士 厄拉托西尼
托勒密 希巴克斯 哥白尼 第谷 刻卜勒 伽利略 牛頓 赫維留(J. Hevelius) 惠更斯(Christian Huygens)
  卡西尼(G. D. Cassini) 霍爾(C. M. Hall) 威廉•赫瑟爾(William Herschel) 弗朗哈佛(Joseph Fraunhofer) 威廉•巴森茲(William Parsons) 利比希(J. Liebig) 華耳 (Walther) Johann TiTius Johann Bode
  James Keeler 庫柏 (Gerard Kuiper) 富可(J.B. Foucault) 梅西爾 (Charles Messier) 威廉˙赫歇耳 (William Herschel) 約翰˙赫歇耳 (John Herschel) 德雷耳 (J.L.E. Dreyer) Hevelius Riccioli
  笛卡兒 (Rene Descartes) 湯瑪士 (Thomas Digges) 馬克斯威爾 喬治加墨 (George Gamov) 馬休茲 (Matthews) 約塞琳貝爾 (Jocelyn Bell) 彭齊亞斯 (A. Penzias) 威爾遜 (R.W.Wilson) 都卜勒 (Doppler)
  顏斯基 (Karl Jansky) 雷伯 (G. Reber) John Couch Adams Clyde Tombaugh Biermann Carswell、 Walsh Weyman 瑪格麗特杰勒
  約翰修茲勞 鮑立 (Wolfgang Pauli) 阮勒斯 (F.Reines) 柯文 (C.Cowan) 哈柏 (Hubble) 狄拉克 (P.A.M. Dirac) 安德森 道耳吞 (Daton) Kip Thorne
  洛仁子 明可士基 (Hermeann Minkowski) Hermann Weyl 雷蒙.戴維斯 (Raymond Davis) 小柴昌俊 (Mastoshi Koshba) 吉亞康尼 (Riccardo Giacconi Jr ) Alexander Friedmann Georges Lemaitre Roger Penrose
  Stephen Hawking Curtis Shapley Sheldon Glashow Steven Weinberg Freeman Dyson Alan Guth Margaret Geller Vera Rubin
  George Smoot Paczynski Lamb Tammann van den Bergh Peebles Turner 阿爾伯特•愛因斯坦 艾丁頓 (Arthur Eddington)
太陽表面現象類: 光球層 色球層 日冕 日冕洞 日冕物質拋射 米粒組織 針狀體 日珥 光斑
黑子的蝴蝶效應 太陽黑子 太陽風 閃燄耀斑 太陽磁層 太陽層頂 太陽活動 卡靈頓自轉  
太陽系內現象類: 月相 日月食 日食 月食 磁層 地球磁層 合與衝 順行與逆行 極光
  磁暴 波德定律 日鞘 范艾倫輻射帶 終端震波 日球  
  近日點 遠日點 行星際磁場 帕克螺旋 太陽圈電流片 地磁指數 IHV 適居帶 氣候與天氣 氣旋
行星類: 行星 矮行星 小行星體 類地行星 類木行星 彗星 原行星 微行星 歐特雲
太陽系外行星類: 碳行星 冥府行星 無核行星氦氣行星 熱木星熱海王星 鐵行星 海洋行星 脈衝星行星
  超級地球               德雷克公式
曆法類: 二十四節氣 至點 春分 夏至 秋分 冬至 陰曆 天干與地支 干支紀年
  農民曆 (夏曆) 陽曆 古羅馬曆法與努馬曆法 儒略曆 格里曆 19 年 7 閏法      
天體運動類: 進動 (precession) 章動 (nutation) 攝動 (Perturbation) 歲差 (axial precession) 天平動 (Libration)        
星際現象類: 恆星風 盾形震波 震波 (激波) 迴光現象 拉格朗日點 超新星爆發 伽瑪射線爆發  
  潮汐力 潮汐鎖定 電漿 紅 (位) 移 藍 (位) 移        
電磁波類: 電磁波 紅外光 可見光 紫外光 X 射線 γ 射線 微波 無線電波 熱輻射
  星光譜線 電場 磁場            
觀測儀器類: 圭表 渾儀 渾象 簡儀 水運儀象台 窺管或窺衡 日晷 仰儀 日冕儀
質量單位類: 公噸(M.T.) 公斤(kg) 公兩(hg) 公錢(dkg) 公克(g) 公釐(dg) 公毫(cg) 公絲(mg) 磅(lb)
長度單位類: 公里(千米,km) 公尺(米,m) 公寸 公分(厘米,cm) 公釐(毫米,mm) 微米(micron) (A) 奈米(nm) 費米(fermi)
  (mi) (ft) (in) 天文單位(AU) 光年(Ly) 秒差距(pc)      
時間單位類: 時辰 小時(辰) 分鐘 秒鐘 原子秒 太陽日 朔望月 恆星月 回歸年
  閏秒 閏月 閏年 一天 一星期 時標 世界標準時  
  周期 恆星周期 會合周期 軌道周期 近點周期 回歸周期  
溫度類: 溫度 攝氏溫度 絕對溫度 華氏溫度
密度類: 密度 質量密度 粒子密度   磁通量  
基本物質類: 微中子 反物質 輕子 夸克 介子 重子 強子 質子 中子
  暗能量   暗物質   電子 希格斯子 湮滅反應       宇宙射線
基本作用力類: 重力(萬有引力) 電磁力 弱作用力 強作用力 靜流體平衡        


中子星(Neutron Star):
一顆半徑不到 15 公里,但每立方公分就擁有數十億噸質量的超高密度、幾乎都是中子所組成的星體。 它是恆星演化到核融合反應結束、邁向死亡而塌陷後僅靠中子間的斥力維持它不致繼續塌陷的星體。 因為中子星通常都俱有強烈的磁場和高速的自轉,以致於在它的磁場兩極有電磁波輻射和物質噴流的現象; 若這些電磁波能規律地仿如燈塔的探照被我們觀測到,所以在 1967 年由於這個特徵發現了它們的存在, 因此它們也有著「波霎」的稱呼。

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中子星的噴流:
因為中子星通常都俱有強烈的磁場和高速的自轉,以致於在它的磁場兩極有電磁波輻射和物質噴流的現象。

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超新星爆發(Supernova):
巨型恆星的演化晚期,核融合反應結束,內部突然失去支撐力量,造成塌陷成超高密度的內核, 而其餘的大量物質則會因著高速地膨脹而被拋向太空;從外觀看來,驟然星體變得較亮、且較大而明顯, 仿如誕生了一顆新星般,所以引用剛發現時的稱乎,叫它為「超新星爆發」。

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黑洞(Black Hole):
一顆年老且巨大的星球在 生命即將結束時,會塌陷入自體之中,變成體積微小、密度卻極重的物體, 其重力比一百萬個太陽還大。它可吸入任何物體,甚至光線,形成一個看不到任何東西的區域, 它就是「黑洞」。

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超重黑洞(Supermassive black hole):
超重黑洞是質量為 105 至 1010 倍太陽質量的一種黑洞。 一般相信,它存在於所有星系的核心,包括銀河系在內的核心,都擁有個超重黑洞。

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黑洞吸入物質、黑洞兩極噴流:
黑洞雖然是平時無法目視得到的超巨大重力場區域,它形成後會一直吸入鄰近的物質, 在這些星際物質包圍下更不易曝露出它的存在。在 1997 年起,哈柏太空望遠鏡利用紅外光可穿透這些物質雲氣的特性, 仿如照妖鏡般地證實了它們的存在。因為黑洞中心通常都俱有強烈的磁場和高速的自轉, 以致於在它的磁場兩極被發現有周期性、量子性的物質噴流現象。

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紅巨星、白矮星:
一顆類似太陽大小 質量的恆星, 它會在赫•羅圖 (H-R diagram) 的主序帶上停留約百億年,其間它會 穩定地進行「氫融合成氦」的核能反應而產生大量的光和熱, 造就出向外擴散的力量足以抵擋住向內的重力,而維持外觀的平衡狀態 (現在的太陽正處於此狀態)。 直到氫的數量過少而使得「氫融合成氦」的能量不足以維持住穩定平衡的狀態, 接著在星球內部的塌縮、體積變小促使較高原子序元素的融合反應產生, 也就是它離開了主序帶的停留,進入「碳氮氧循環」核能反應的變星階段。 此時星球的外觀充滿著快速擴散的氣體,氣體因著擴散逐漸降低了它們的溫度而呈現 「紅色」的低溫特徵, 如此外觀巨大呈現泛紅的星體被稱之為「紅巨星」 (預計太陽成為紅巨星的晚期可能地球會被此種氣體所籠罩)。 當低溫泛紅的氣體散去後,裸露出原來星球內部的核心密緻組成,這類的星體是靠著自體殘留體溫散熱發光, 我們稱它為「白矮星」。

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棕矮星:
在星系中「矮星」的類型可依據 Snow White 對於它們可觀測到的顏色 (也就是表面溫度) 和質量的大小劃分為以下幾種 : 恆星已經過核融合過程後塌縮成體積如地球大小且表面熱輻射為白光的 「白矮星」、 如恆星質量大小與表面溫度類似於太陽的「黃矮星」、 恆星質量比太陽小但密度比太陽大且溫度低而泛紅的「紅矮星」、 大小仿若恆星但沒有足夠質量 (僅有 0.01 - 0.084 個太陽質量) 來誘導產生核融合反應的低溫(約攝氏 400 - 700 度) 的「棕矮星」、 以及白矮星冷卻後喪失熱和光芒的「黑矮星」等幾種。

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星系種類結構圖(Hubble sequence):
星際間的星系外觀為什麼會是如此的千奇百怪?上世紀 (20 世紀) 初,偉大天文家 哈柏 (Edwin P. Hubble,1889 - 1953) 的早期研究工作就是分類出 星系種類結構圖 。他將星系的不同類型區分成 : 橢圓星系 (Elliptical Galaxies) 依扁平情況以 E0 (圓球形)、E1、E2、、、E7 標示, 螺旋星系 (Spiral Galaxies,或稱為「旋臂星系」) 依旋臂緊密或開放情況以 Sa (有緊密的旋轉臂)、Sb、Sc (有開放的旋轉臂) 標示, 棒旋星系 (Barred-Spiral Galaxies,或稱為「棒狀旋臂星系」) 以 SBa (有棒狀和緊密的旋轉臂)、SBb、SBc (有棒狀和開放的旋轉臂) 標示, 和 透鏡狀星系 S0 (盤碟狀但無旋轉臂), 以及 不規則形狀的星系 以 Irr 標示 (或稱為奇特 Pec 標示 ), 來辨識星系外觀的差異和試圖解釋各個不同類型星系之間的關聯,這會是和星系的演化過程有關聯。

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星系對碰(Colliding galaxies):
星系間互相靠近和穿透的過程,彼此間會造成了重力渦旋的現象, 也就會加速著星系內部的恆星演化和新恆星的群體生成。

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星系長城(The Great Wall):
在 1985 年,瑪格麗特•杰勒和約翰•修茲勞標示出在 6 億光年間的一萬五千個星系時, 發現宇宙中星系、星系團等分布並不是以往所想像在大尺度是呈均勻的分布,反而有著大尺度結構的星系、 星系團連結成「長城」般的存在事實,呈現連結成絲狀結構 (或稱之為「宇宙網」cosmic web),仿如星系所構築的長城。。

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絲狀結構 (Galaxy filament):
在天文學裡,絲狀結構指的是巨觀一些星系緊密連結呈絲帶狀的結構體。 有些星系在絲狀結構中和其他眾多星系的特別緊密組合而形成了超星系團。

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空洞 (Void):
在天文學裡,空洞指的是絲狀結構之間的空間。 空洞與絲狀結構一起是宇宙組成中最大尺度的結構,空洞中只包含很少或完全不包含任何星系。

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類星體 (Quasar):
似星體是有著極大「紅位移」且暗淡仿如恆星的一群, 許多天文學家相信它們可能是距離我們極遙遠且具尚未得知活躍能量的星系。

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活躍星系核(Active Galaxy nuclear):
活躍星系的特徵是,在一些非光學頻率的高能量輻射量,遠超過於一般的星系電磁波的輻射量。 而現今發現這些活躍星系核心所輻射的高能量、高頻率來源可能是巨大星體(或許就是黑洞) 的電磁波輻射和磁場兩極噴流。

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恆星風 (Stellar winds):
是從恆星表面逃逸出的超音速電漿(帶電粒子)物質流,恆星風普遍存在於所有恆星當中,但恆星質量的大小差異造成恆星風速度、 強度有著很大差別。 太陽發出的恆星風通常稱為太陽風,速度每秒約為 200 - 300 公里,從日冕洞吹襲出的太陽風速度則可高速達每秒約 700 公里。 紅巨星恆星風的速度較低,大約為每秒 20 - 60公里。

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梅西爾星體:
18 世紀,法國的彗星觀測家梅西爾(Charles Messier,1730 - 1817) , 在觀測時常被星空中微暗濛濛的固定天體所困惑,他為了便於區別這些微暗濛濛天體和彗星, 便著手將其以 M 為名首,將小型望遠鏡能見到的全天星空中昏暗濛濛星體,依序編出了 113 個, 如今去除不存在的誤差剩下 110 個名為「梅西爾星雲」的天體,造福了後來的彗星和星雲的觀測者。

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NGC 星表:
威廉˙赫歇耳 (Willian Herschel,1733 - 1822)、約翰˙赫歇耳 (John Herschel,1792 - 1871) 父子受到梅西爾的影響, 開始了大規模的星雲、星團的觀測。 1864 年,威廉父子的觀測成果,包括 5000 個星雲、星團,編成星雲和星團總目錄,簡稱「GC 星表」正式出版。 1888 年,丹麥天文學家德雷耳 (J.L.E. Dreyer,1852 - 1926) 將 GC 星表增補改編, 包括 7840 個星雲、星團的赤經、到北天極的角距離、形狀和尋找辦法等, 作為星雲星團的新編總目錄 (New General Catague,簡寫成 NGC ) 發表。

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電磁波 (Electromagnetic Wave) :
電磁波是描述電場和磁場變化特性的橫波。此波的電場部分之波動方向和磁場部分之波動方向互相成直角, 且都和電磁波傳播前進方向垂直。電磁波依它們特定的頻率 (或波長) 區間, 可有無線電波、微波、熱射線、可見光、X射線和伽瑪射線等。這些依其電磁波頻率 (或波長) 的排列, 簡稱為「電磁波譜」。

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電磁輻射 (Electromagnetic Radiation) :
電磁輻射是一種波動的能量。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。 電磁輻射依頻率一般區分為無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光、X 射線和 γ 射線等幾種形式。 依據各個波段俱有的能量特徵,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 (如太陽表面), 才會有可見光的輻射;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 γ 射線呈現。除了物體表面溫度可來說明不同波段的電磁輻射來源之外, 氣體被強光照射下所產生的「螢光效應」,也會有少量的高能量電磁波如紫外光、X 射線呈現。 至於在核爆、超新星爆發時,則也會有大量的紫外光、X 射線和 γ 射線呈現。

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紅外光 (Infrared):
紅外光是一種電磁波,在電磁波譜中,其範圍自波長為 7000 埃 (1 A = 10-8 公分 = 10-4微米) 的紅光到波長為 0.1 公分的微波。紅外光是 M. Herschel 於 1800 年所發現的。紅外光有著顯著的熱效應, 可用溫差電偶、光敏電阻或光電管等儀器探測。按波長略可分成 0.75 ~ 3.0 微米 (1 微米 = 10-4 公分) 的近紅外區、3.0 ~ 30.0 微米的中紅外區和 30.0 ~ 1000.0 微米的遠紅外區等三段。應用紅外光譜, 在研究分子結構、固態物質的光學性質、夜視環境等,用途極大。

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可見光 (Optical-light):
可見光是一種電磁波,其範圍波長約為 4000 ~ 7000 埃 (1 A = 10-8 公分 = 10-4 微米)。 透過菱鏡可得知可見光的組成顏色,通常介定波長約為 4000 ~ 4500 埃的為紫光; 波長約為 4500 ~ 5200 埃的為籃光;波長約為 5200 ~ 5600 埃的為綠光;波長約為 5600 ~ 6000 埃的光為黃光; 波長約為 6000 ~ 6250 埃的光為橘光;波長約為 6250 ~ 7000 埃的光為紅光。

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紫外光 (Ultraviolet):
紫外光是一種電磁波,在電磁波譜中,其範圍波長為 100 ~ 4000 埃 (1 A = 10-8 公分 = 10-4 微米) 的電磁波。 這一範圍開始於可見光的短波極限,而與長波 X 射線的波長相重疊。 紫外光是 J. W. Ritter 於 1801 年所發現的。應用上,在測定氣體或液體中如氯、二氧化硫、二氧化氮、 二硫化炭、臭氧、汞等特定分子、以及各種未飽和化合物的成分的紫外吸收光譜,用途很大。

X 射線 (X-ray) :
X 射線是一種穿透力很強的電磁波,在電磁波譜中,其範圍波長為 0.1 ~ 100 埃 (1 A = 10-8 公分 = 10-4 微米) 的電磁波。X 射線是倫琴 (W. Rongen) 於 1895 年所發現的,所以 X 射線又被稱為「倫琴射線 」。 X 射線通常是由高速電子與固體碰撞而產生的,或是強光照射下所產生的「螢光效應」, 也會有少量的 X 射線呈現。因為它的強穿透力較不會損傷周遭組成物質,所以可用來作非破壞性物品等材料檢驗、 以及動物的身體內部骨格等醫學檢查。

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γ 射線 (γ-ray) :
γ 射線的特徵和 X 射線極為相似,是一種輻射能量高且俱極穿透力極強的電磁波,在電磁波譜中, 其範圍波長為 0.1 埃 (1 A = 10-8 公分 = 10-4 微米) 以下的電磁波。γ 射線是維拉德 (P. Villard) 於 1900 年所證實的。γ 射線通常是由極高速電子與原子核碰撞而產生。

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微波 (Microwave) :
微波是一種電磁波,在電磁波譜中,其範圍波長為 0.1 ~ 15 公分的電磁波。 微波常被用於短距離的通訊或遙控,如電視機、冷氣機、音響等遙控器都是運用到微波的原理。 現今也已用 2450 MHz的頻率被用於廚房中的蒸煮食物。

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無線電波 (Radio) :
無線電波是一種電磁波,在電磁波譜中,其範圍波長為 15 公分 ~ 2 公里的電磁波。 無線電波常被用於長距離的通訊,如電視機、收音機等頻道都是運用到無線電波不易被阻擋、折射、變頻等特性。 現今也用無線電波來探索宇宙遙遠處的奧秘。

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星表 (Star Catalogue):
將星空中的天體資料,按不同的需求編制而成的表冊。在星表中通常列有星體的位置 (以赤經度、赤緯度來標記)、亮度(現今多採用「星等」數來表示)、顏色和距離等數據。 各類特殊星表中,無論是雙星星表、變星星表、星團星表等,當我們在觀察某顆星體時,只要查閱有關表冊, 便能用望遠鏡找到它。世上最古的星表,是我國古代天文學家甘德和石申所制的星表。

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星圖 (Star Map):
用一定的幾何規則將星空上的甯P標畫在平面上的圖。星圖略可依需求,有一種是示意性星圖, 如馬王堆帛圖上的日月星辰,洛陽西漢墓星圖;另一種是標示有星體位置、易於野外觀測使用的一般星圖、 星座盤;還有一種天文學家工作用的專業星圖,例如巴洛馬星圖上不僅標出甯P,還有星雲、 星團和變星等不同類的星體,同時所提供的位置也比一般的星圖來得精確。我國古代許多天文學家, 為了認識和記載星空天象也繪製出不少星圖,其中著名的有《敦煌星圖》和蘇州石刻《天文圖》等。

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星等 (Stellar Magnitude) :
在觀測天文學上,為了便於認識和有著星體明亮度的標準,將星空裡肉眼能見到的星體相對亮度強弱, 分成 1 至 6 等級。由較亮等級的 1 等星,劃分到肉眼勉強能見的 6 等星;換言之, 天文學上規定星體亮度每差 2.512 倍,星等即差 1 等,1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。 亮度比 1 等星更亮的則稱為「零等星」或「負幾等星」,如天狼星為 - 1.4 等星、太陽的平均星等是 - 26.7等。 在星圖上為了便於識別這些星體,常依據星等的大小,將星體的標示劃成了不同的大(表示較亮)小(較暗)。 而這些大小點的標示並不是代表星體本身的體積或質量的大小,只是在星圖上表是這些星體的亮暗相對程度。 近代天文學家更進一步地將星體亮暗程度,方法上分成不考慮距離、肉眼觀測的「視星等」, 和假設在 32.6 光年(10 秒差)遠所測到的「絕對星等」兩種。

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星雲 (Nebulae):
恆星的一生演化當中,無論是雲氣凝聚的恆星誕生過程、 恆星內部的核融合啟動瞬間、雛星的紫外光強烈向外輻射、恆星垂死前後的重力崩塌與氣體擴漲、 恆星死亡後的兩極噴流 等等劇烈轉變過程中,都會對鄰近的太空雲氣造成可觀的影響, 而留下數種不同類型的星雲 (Nebulae) 景觀。為了便於解說恆星的一生不同階段可能造成不同的雲氣外觀, 我們將星雲類型略分成瀰漫星雲 (Diffuse Nebulae)、發射星雲 (Emission Nebulae)、 反射星雲 (Refection Nebulae)、超新星爆發殘留物 (Supernova Remnants)、行星狀星雲 (Planetary Nebulae) 和暗星雲 (Dark Nebulae) 等類型。

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瀰漫星雲 (Diffuse Nebulae):
是星雲分類中發射星雲、反射星雲、黑暗星雲的統稱。 它有別於恆星晚年所形成的行星狀星雲和超新星爆發殘留物。

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發射星雲 (Emission Nebulae):
發射星雲 是一團高溫的氣體雲氣, 雲氣內的 原子 受到鄰近恆星所輻射出的 紫外線能量 的激發, 使得這些原子內的電子從穩定的低能階能提升到較不穩定的高能階上, 因而當電子再從不穩定的高能階躍回穩定的低能階時, 會將此 能量 的差值藉由電磁波輻射發射出來。 我們經常觀測到的發射星雲多呈紅色,就是因為星雲內大量的氫原子被激發後發射 紅光波段 電磁波。 當然,我們也可以看到氫以外的原子所輻射的其他顏色光譜。依據目前所知,發射星雲內常孕有剛誕生、或即將有恆星誕生。

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反射星雲 (Refection Nebulae):
它的組成是一團塵埃的雲氣,這些塵埃仿如霧氣般造成了局部區域的不透明, 它們本身並未發射任何電磁波,明亮的原因僅是簡單地反射了鄰近恆星們的光。 我們經常觀測到的反射星雲多呈藍色,原因是因為星雲內大量的塵埃對藍色波段電磁波的散射效果較佳而已。 這種現象的物理學原理,正如同 地球大氣層中的塵埃對於來自太陽表面的電磁波之散射效果一樣, 使我們白天所見到的晴朗天空是呈現藍色。反射星雲內也會孕有形成中的恆星。

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暗星雲 (Dark Nebulae):
它是一團擋住後方恆星光的塵埃雲氣。 基本上,黑暗星雲的物理特性和反射星雲相似;只是在幾何上,來自鄰近的光源、雲氣與地球三者間的位置不同而已。 暗星雲經常被發現位處於反射星雲和發射星雲的臨界面上。

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超新星爆發殘留物 (Supernova Remnants)
是星雲分類中的一種。 一顆大於 3 倍太陽質量的恆星,當它內部核融合耗盡,會產生強烈的重力崩塌與氣體擴漲現象,稱之為「超新星爆發 (Supernova)」。 而這些外逸的大量雲氣和殘塊將會構成環狀的外觀,例如自1987 年所觀測到超新星爆發後至今正在膨脹中的 1987A 超新星爆發殘留物, 現在仍可看到爆發當時從中心噴流出來的高熱離子氣體,以及激波所形成的對稱環狀雲氣。 觀測這些超新星的殘留物之狀況,有助於我們瞭解恆星的晚期演化。

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星團 (Star Cluster):
恆星聚集的規模分類中,所謂的「星團」規模大小通常都遠比不上「星系」來得龐大。 星團中有的核心很密集,例如:球狀星團 (Globular Cluster)。 也有的顯得十分的稀疏且、形狀呈現不規則且通常沒有對稱性,稱它們是疏散星團或是開放星團 (Open Cluster)。

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星系 (Galaxy):
是一個包含數量龐大恆星、星際雲氣與塵埃、星團、星雲和暗物質,並且受到重力束縛的大質量系統。 典型的星系,從只有數千萬顆恆星的矮星系到上兆顆恆星的橢圓星系都有,全都環繞著質量中心運轉。 在可觀測的宇宙中,星系的總數可能超過 1,000 億個以上。

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星系團(Galaxy groups and clusters):
是由數百到數千個星系組成的體系,包含了少量星系的星系團叫做星系群。 銀河系所在的星系群叫做本星系群,成員星系大約為 40 個。 距離本星系群較近的一個星系團是室女座星系團,包含了超過 2500 個星系。

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超星系團(Supercluster):
是在宇宙的大尺度結構中,比星系團和星系群更大的結構。

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四象 (The 4 Celestial Images):
在古代人們,便於觀察星空、辨識方位和標示日月的運動情況,依據春分前後黃昏時的地平方位天象, 將星空區分成東(日月星辰升起之方位)、西(日月星辰落下之處)、南、北(旋天不動點方向)四個方向, 以青、白、紅、黑四種顏色和龍、虎、雀、武(龜蛇相纏)四組動物形象的匹配來表示, 這東方蒼龍、西方白虎、南方朱雀、北方玄武等四象的劃分在周朝以前就已出現。

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二十四節氣 (The 24 Seasonal Periods):
地球繞行太陽一周就是一年,隨著春夏秋冬四季氣候的周期性變化, 先民將冬至到次年冬至整個回歸年時間平分成十二等分,每個分點稱為「中氣」, 再將中氣間長均分為二,其分點叫作「節氣」。這十二中氣和十二節氣的統稱為「二十四節氣」。 我國在農業社會時期的春耕、夏耘、秋收、冬藏等日常起居作息生活,都與二十四節息息相關。 由於歷代領域大都在黃河流域,節氣名稱因此依該地區氣候變換和耕耘、播種等農事來命名。 二十四節氣名稱首見於《淮南子˙天文訓》,二十四節氣按它們的含義可分成四類:
表示寒暑變遷的有:立春、春分;立夏、夏至;立秋、秋分;立冬、冬至。
象徵氣溫變化的有:小暑、大暑、處暑、小寒、大寒。
反應降雨量的有:雨水、穀雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪。
標示農事活動的有:驚蟄、清明、小滿、芒種。
(因地球運行快慢不均,在近日點附近公轉運行較快、遠日點附近運行較慢等因素, 造成下面所列日期約有前後一、二天的差異)
節氣 大約日期 含 義
小寒 1 月 6 日 一整年中最寒冷的時段開始。
大寒 1 月 21 日 最寒冷的時段。
立春 2 月 6 日 冬天即將結束,春季來臨了。大地呈現綠意盎然、春光明媚的景象。
雨水 2 月 21 日 天氣逐漸暖和,雨水開始增多了。農夫開始下田忙於播種耕作。
驚蟄 3 月 6 日 春雷驚醒了冬眠中的蟲類和蟄伏的動物。大地充滿生氣、鳥語花香。
春分 3 月 21 日 這一天晝夜均分,正是春季的中期。傳說當日若雨秋季有豐收。
清明 4 月 6 日 春暖花開、大地氣清景明、萬物滋生。
穀雨 4 月 21 日 「雨生百穀」之意,春雨豐沛、穀物茁壯生長。此時氣候多變,提醒農民時雨將降,莫誤農事。
立夏 5 月 6 日 夏季開始了。
小滿 5 月 21 日 麥類夏熱作物籽粒豐滿起來了。
芒種 6 月 6 日 麥類有芒了、夏熱作物成熟該收割了,秋作物該趕快下種了。
夏至 6 月 21 日 古稱「日北至」,表示盛夏來臨,白晝漸短、黑夜增長了。
小暑 7 月 8 日 一整年中最炎熱的季節開始。
大暑 7 月 23 日 最炎熱的季節。
立秋 8 月 8 日 秋天開始了。
處暑 8 月 23 日 「處」是「止」的意思。夏季結束了,氣溫開始逐漸下降。
白露 9 月 8 日 天氣已漸涼起了,水氣在樹木、花草上結成露珠。
秋分 9 月 23 日 這一天晝夜均分,正是秋季的中期。
寒露 10 月 8 日 天氣更涼了。
霜降 10 月 23 日 開始有霜了。
立冬 11 月 8 日 冬天開始了。
小雪 11 月 23 日 下雪季節開始。
大雪 12 月 8 日 下雪季節。
冬至 12 月 22 日 古稱「日南至」,表示寒冬來臨,白晝漸長、黑夜縮短了。

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二十八宿 (The 28 Mansions):
二十八宿是古代的一種標示甯P群系統,為了便於觀察和研究星空, 依據太陽和月亮所經過的星空背景組成 28 個星組,用來作為標示日月星辰的位置和量度它們的運動情況。 「宿」有宿舍、旅舍之意,所以二十八宿又叫作二十八舍;標明以甯P為背景, 月亮每二十七天多一些繞地球轉一圈,每晚它在天上都要換一個「住」處,每宿跨越範圍大小不同。 古代我國、印度、阿拉伯、伊朗和埃及等國,都有類似二十八宿的甯P群系統。 我國遠在周代之前就有二十八宿的劃分,且將二十八宿又和四象相配而均分為四組,即
東方蒼龍之象,包括角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿;
西方白虎之象,包括奎、婁、胃、昴、畢、觜、參七宿;
南方朱雀之象,包括井、鬼、柳、星、張、翼、軫七宿;
北方玄武之象,包括斗、牛、女、虛、危、室、壁七宿。

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夏至日 (Summer Solstice):
每年 6 月 22 日前後,太陽光直射北回歸線,在北半球是一整年中接受日照最多且白晝時間最長的一天。 此後,陽光直射點將逐漸南移,北半球日照縮小、白晝時間減短。換言之,在南半球,這一天是冬至。

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冬至日 (Winter Solstice):
每年 12 月 22 日前後,太陽光直射南回歸線,在北半球是一整年中接受日照最少且白晝時間最短的一天。 此後,陽光直射點將逐漸北移,北半球日照增大、白晝時間漸長。換言之,在南半球,這一天是夏至。

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春分日 (Vernal Equinox) :
每年 3 月 22 日前後,太陽光直射赤道,此時日照南北半球相等, 在北半球和南半球白晝時間和黑夜時間都相等的一天。此後,陽光直射點將逐漸北移, 北半球日照增大、白晝時間漸長、黑夜時間縮短,直到夏至日為止。換言之,在南半球,這一天是秋分。

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秋分日 (Autumnal Equinox) :
每年 9 月 22 日前後,太陽光直射赤道,此時日照南北半球相等, 在北半球和南半球白晝時間和黑夜時間都相等的一天。此後,陽光直射點將逐漸南移, 北半球日照縮小、白晝時間減短、黑夜時間漸長,直到冬至日為止。換言之,在南半球,這一天是春分。

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至點 (Solstice):
太陽升起的「至點」,乃是針對「夏至」和「冬至」當天太陽升起後在空中的位置而言, 「夏至」中午太陽所在的仰角最大,而「冬至」中午太陽所在的仰角最小。

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月食 (Lunar Eclipse) :
當太陽、地球、月球運行約成一直線時,如月球運行到地球陰影內,則會形成「月食」天文現象。 依地球遮璧陽光照射到月面的多寡之景象,約可區分出「月偏食」和「月全食」。當月全食發生時, 我們在地球上仍可看到因受地球大氣所折射到月面的陽光,使得呈現出「暗紅色」月面的天文奇觀。

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日食 (Solar Eclipse):
當太陽、地球、月球運行約成一直線時,如月球陰影掠過地球,會造成 「日食」天文現象。 依目視太陽被月球遮掩的多寡,約可區分出「日偏食」、「日全食」和「日環食」。 當日全食發生時,我們在地球上可看到平日因強烈陽光而不易看出的太陽閃燄、太陽日珥等太陽表面現象。

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日月食 (Eclipse):
日月食,是針對眾所熟悉的日食和月食的統稱。 當太陽、地球、月球運行約在與「黃道面」和「白道面」的相交直線重疊時,則有日食、月食天文現象產生。

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東大距和西大距 :
從地球上觀看內行星 (也就是水星和金星) 與太陽間的最大「角距離」, 此時是目視這兩顆行星距離太陽最遠、停留夜空最長的時候、是目視它們的良機。 它們呈現在太陽東側的最大「角距離」時,稱之為「東大距」; 換言之,它們呈現在太陽西側的最大「角距離」時,稱之為「西大距」。

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合日與衝日 (Conjunction vs Opposition) :
從我們居住的 地球 向外觀看星空中天象的變化, 當某兩顆星運行的軌跡極為接近時 (也就是兩顆星在 天球 上的位置僅有少許的 角度距離 時), 我們就稱它們有了「」的天象, 例如:「 土星合月 」意思是 土星 月球 此時在天球上極為靠近。 當然,如 金星 太陽 、地球成一直線時,我們在地球上觀看到的是「金星合日」。 對於 水星 與金星這兩顆「內行星 (繞行太陽的軌道在地球繞行太陽之內的行星)」而言,會有著上合和下合的區別。
         若是地球正好位於太陽與 火星 之間、且成一直線時, 我們就稱有了 火星「」的天象。 對於火星、木星與土星等外行星而言, 當有「」的天象形成時, 常是它們與地球最接近的時刻,是地面上對它們觀測的大好時機。

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順行和逆行 (Direct motion vs Retrograde motion) :
對於 火星 木星 土星 等「外行星 (繞行 太陽 的軌道在 地球 繞行太陽之外的行星)」而言,從地球上觀察它們的運行, 可以觀察到它們在 天球 上的眾多恆星背景前的移動現象, 絕大部分時間都是由西向東快速地運動,我們稱這種運行方式為「順行」 (direct motionprograde motion) ; 但是有時候會慢下來而暫停 (我們稱此種暫停現象為「留 (Stop motion)」), 甚至反方向移動 (我們稱此現象為「 逆行 (retrograde motion)」) 少許距離, 接著再度會慢下來而暫停,最後又恢復快速地由西向東運動, 在天球上畫出了如上圖的 逆行路徑圈 (retrograde loop) 。 這種有趣的行星運動現象,使得 托勒密 等的 地心體系 哥白尼 日心體系 裡有著絕然不同的解釋,

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波德定律 (Bode's law) :
太陽系裡眾行星繞行太陽公轉的軌道有沒有一個簡單的式子就可以表示清楚 ? 18 世紀,英國牛津大學教授 David Gregory (1659 - 1708) 首先注意到已發現的行星 (依序為水星金星地球、火星、木星、 土星) 繞行太陽公轉的軌道半徑比例,分別可簡略以 4、7、10、15、52、92 來表示。 1766 年,法國自然學家 Charles Bonnet 稍調整上列數字且以 4、4+3、4+6、4+12、4+48、4+96 等關係數列來表示。 但為何在火星木星之間獨缺個 4+24 的行星呢 ? 難道是造物者所留空隙的玩笑嗎 ? 不 ! 年青的德國天文學家 Johann Elert Bode (1747 - 1826), 於 1772 年在其出版的書中強調深信是尚未找著的原始行星存在此間隙中,如此數列關係稱之為 「波德定律 (Bode's law)」。 之後,在此間隙中至今已發現了數以萬計的小行星體構成的「小行星帶」。 1781 年 3 月,Willan Herschel (1738 -1822) 依據 波德定律的延伸數字 (4+192) 發現了天王星

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參宿七 (Rigel) :
在獵戶座四邊形的西南角上,可看到這顆距離我們約 900 光年的藍白色亮星 (視星等為 0.12,絕對星等為 - 7.1),它的亮度比太陽要亮上十多萬倍。 它還是一顆星齡約數白萬年、且正快速演化中的年輕變星。

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畢宿五 (Aldebaran) :
在金牛座牛角頂,可看到這顆距離我們約 70 光年的紅色亮星 (視星等為 0.85,絕對星等為 - 0.3), 它的亮度比太陽要亮數百倍。它是一顆星將邁入晚年的 紅巨星

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天狼星 (Sirius) :
在大犬座中,可看到這顆全星空最亮、距離我們約 8.6 光年的青白色亮星 (視星等為 - 1.46,絕對星等為 1.4)。 它其實是一顆白矮星伴隨一顆質量和體積大小約為太陽2倍的青白色主星,所構成的「雙星」。 古埃及每當發現天狼星在黎明時從東方升起的時候,正是一年一度尼羅河泛濫的季節, 此時,大地回春而開始農忙播種時刻,所以古埃及特別崇拜天狼星。

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心宿二 (Antares) :
在天蝎座心臟位置,可看到這顆距離我們約 33 光年的火紅色亮星 (視星等為 0.96,絕對星等為 4.7), 所以又稱為「大火」。它其實是一顆5等星伴隨一顆半徑約 2 天文單位且不斷拋出大量物質的紅巨星, 所構成的「雙星」,心宿二也是顆無線電波源變星。心宿二和獵戶座腰帶上的 3 顆亮星遙遙相望, 以往是海上航行的導航星。

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軒轅十四 (Regulus) :
在獅子座心臟位置,可看到這顆距離我們約 80 光年的白色亮星 (視星等為 1.35,絕對星等為 - 0.6)。 自古以來,人們一直重視這顆春季星空之王,把它視為「帝王之星」,且以黃帝的名字(軒轅)來稱呼它; 在西方稱它為「小帝王」。

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天津四 (Deneb) :
夏天夜空銀河上有個十字形星座,像似大天鵝南飛,這就是天鵝座,在天鵝座的頭部位置, 可看到這顆距離我們約 1500 光年的藍白色亮星 (視星等為 125,絕對星等為 - 7.5)。 它的直徑比太陽大 100 多倍、亮度比太陽要亮上十多萬倍。 它與銀河兩岸的牛郎星和織女星正好形成一個很大的直角三角形。

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河鼓二(牛郎星) (Altair) 、織女星 (Vega):
夏天夜空銀河畔的天鷹座中,可看到一顆距離我們約 16 光年的銀白色亮星 (視星等為 0.77,絕對星等為 2.2),稱為「牛郎星」。 在牛郎星的兩邊各有顆較暗星,閃爍中仿如人挑東西般,所以牛郎星又稱為「扁擔星」。 在天琴座中,可看到一顆距離我們約 26 光年的青白色亮星 (視星等為 0.03,絕對星等為 0.5), 它就是「織女星」。自古以來,在夏季裡人們總是會注意到位置分處銀河兩岸遙遙相望的這兩顆亮星, 它們還有著牛郎和織女恩愛夫妻遭嫉被拆散分居天河的兩邊,只能每年七月初七,在銀河上架起的鵲橋上, 牛郎攜二子與織女相會的浪漫動人神話。

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蟹狀星雲 (M1) :
有名的蟹狀星雲 , 是一個超新星爆炸後所遺留下來像一片雲的殘留物,殘骸是一顆波霎 (pulsar), 它是顆具強烈磁場且高速旋轉的中子星,體積像城市一般大,卻有太陽的質量,每秒就自轉好幾次, 且發射無線電波。要看見蟹狀星雲中央的波霎,需要大望遠鏡,而星雲只要小望遠鏡就能看見, 呈不規則的形狀,位於金牛角西北方,它在 6000 光年之外爆發,光線到達地球時已是西元 1054 年 7 月 4 日, 被亞洲的天文學家發現,更被美洲的土著燒在陶器上,作為紀錄。爆炸時的亮度白天都能看見, 一直保持好幾個月。

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M45 昴宿星團 (Pleiades):
昴宿星團位於金牛肩膀的位置,我國俗稱七姊妹,是亮而年輕的開放星團,藍色環繞的雲體已淡, 要最暗最清楚的夜晚才能看見。肉眼可見 6 顆,在小型雙筒望遠鏡中相當燦爛耀眼,可見 30 到 40 顆星, 透過天文望遠鏡可見數百顆。昴宿星團中較亮的 9 顆星,常被以父母和七個姊妹的名字為名來分辨: Atlas (父)為 3.6 星等,距離地球 290 光年;Pleione (母)為 5.1 星等,距離我們 95 光年; Alcyone 為 2.9 星等,距離地球 240 光年,是昴宿最亮的星;Asterope 為 5.8 星等,距離我們 490 光年; Celaeno 為 5.5 星等,距離我們 590 光年;Taygeta 為 4.3 星等,距離我們 360 光年; 以及距離地球 390 光年遠的 Electra (3.7 星等)、Maia (3.9 星等)、Merope (4.2 星等)。

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渾儀 (Armillary Sphere,Celestial Globe):
在古代中國,『』字有圓球的含意。古人認為天是圓的, 形狀像蛋殼,出現在天上的星星是鑲崁在蛋殼上的彈丸,而我們的地球則是蛋黃, 人們是在這個蛋黃上測量日月星辰的位置。因此,把這種想法稱為「渾天說」, 而觀測天體的儀器叫做「渾儀」。

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渾象 (Celestial Globe):
公元前 70 至 50 年間 耿壽昌有「渾象」的創製, 它是一種教學、表演天體視運動的儀器; 它是將日、月、二十八星宿等天體以及赤道、黃道都繪製在一個圓球面上, 能使人們不受日夜時間、陰雨天候的限制,隨時瞭解當時的天象。 渾象不但位置精準不差,補足肉眼無法觀測的空白, 況且能幫人們直覺地、抽象地理解日月星辰的運動規律。

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簡儀 (A Simplify Armillary Sphere):
元代郭守敬對於在使用傳統的渾儀觀測時, 感到渾儀的環圈過於繁複,相互遮擋了不少天區且妨礙觀測等缺失,因而產的生了要簡化渾儀的想法。 於至元十三年(公元 1276 年)郭守敬分析研究了渾儀上每一道環的作用和相互之間的關係, 毅然進行革命性改革,去掉那些不必要的和作支架用的圓環,取消了渾儀中的白、黃道環; 並把保留的圓環從層層套圈中分離出來,使渾儀用來測量不同座標的圓環分開, 而後組成為兩個互相獨立、結構簡單的赤道裝置(赤道經緯儀) 和地平裝置,另增加立運儀而創構成 「簡儀」。

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水運儀象台 (The astronomical clock tower powered by water):
宋元祐年間〔西元 1088 年左右〕,吏部尚書蘇頌檢查太史局與翰林兩天文台不同構造之天文觀測儀器後, 兼採自漢唐以來諸家對於渾儀 渾象、激水運輸之說法, 將儀象分置於一台中之上下隔,且樞機輪軸隱於中;司辰、擊鼓、搖鈴、 執牌的設備連於輪軸之上且出沒於五層木閣內,以水激輪、輪轉而儀象皆動。 製成中國唯一有說明的自動水運天文 (渾) 儀 (渾) 象及自動報時天文台,名為「水運儀象台」。

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圭表 (An ancient Chinese sundial):
圭表和日晷都是以太陽為觀測目標的計時儀器,它們結構簡單是我國流傳於世的最古老的天文儀器。 它們的創制年代久遠,已不可考。現在一般人所言的「圭表」是由「」發展而來, 而「日晷」是再由圭表演變而來。 所謂的「」, 最初就是一根直立於平地上的竿子或石柱,遠古人們在生活中就發現太陽照射下的物體影子, 這些影子之方向和長短會隨著太陽所在位置而有規律地變化。 逐漸地,就有人想到用竹竿或石柱來專門作為觀測影子變化的工具, 這就產生了最古老的天文儀器 ──

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窺管或窺衡 :
窺管或窺衡是我國古天文觀測中極重要且特殊的設施, 它位在依據渾天說研製而成的渾天儀正中央, 扮演著整個觀測儀的靈魂組件,它相當於現今的天文望遠鏡。

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天球 (Celestial Sphere):
由於人們的視力所及,難以辨別甯P距離我們的遠近區別, 故為簡化系統化的描述甯P和我們間的位置關係, 以稱之為「天球」的假想球面為甯P目視的座標。為了確定天體在天球上的位置(球面座標), 必須有兩個獨立的座標數據來表示,為著希望這兩個數據的表示能簡明易懂,也就有了不同的天文座標系統。 中國古代即有「地平座標系」、 赤道座標系」和 「 黃道座標系 」三種球面座標系統。

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赤道座標系 (Equator Coordinate System):
赤道座標系 在方位概念生成過程中,先由太陽昇落的運動軌跡觀察定出「東西」方向, 然後才觀察到星辰看起來似乎繞著不動點(北天極,鄰近北極星)運行, 而又定出「南北」方向。 觀察者坐北朝南(因我國位處北半球,日月長年出現在偏南的方位),仰天觀星, 發現天之「 左旋 」 (日月星辰從左出而右行,周期地運行著),而定義出垂直於指向北極軸線的平面為「天赤道」。 此天赤道平行於地球赤道,它雖非指地球的赤道,但對於非常遙遠的天球面而言,兩者已幾乎無差別。 嚴格地來說,「 天赤道 (Celestial equator)」是地球赤道面向外延伸而與天球相交形成的大圓環。 以指向北「天球北極 (Celestial pole)」軸和天赤道建立的座標系統稱為 「赤道座標系 (Equatorial coordinate system)」。 在古代中國的 赤道座標系 裡,是以 天球上 天體位置的兩個座標分量, 用「 去極度 」和「 入宿度 」來表示的赤道座標。

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地平座標系 (Horizonal Coordinate System):
以天球上天體位置的兩個座標分量,用「地平高度」和「方位」來表示的地平座標系。 以頭頂正上方的「天頂」和「地平圈」為基本點圈建立的座標系統稱為 「地平座標系」, 兩個座標分量是地平高度(以仰角計)和方位。

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距星 (Standard Star):
法國天文學家德爾普指出, 二十八宿 的星區劃分已明確地預示了今日劃分星空區域的精密方法。 依據《呂氏春秋》所記載二十八宿建構形成的初期目的, 是為了觀測月亮的周期運動。 二十八宿的選取由於古代是憑肉眼直接觀測,為了測定天體的明確位置, 所以都必需在各宿中選取一顆較明亮的星作為測量的標準, 這顆被選定的星稱之為「 距星 」。 由西向東相鄰兩宿的距星「赤經差」,稱為此宿(位處西側者)的「赤道距度」(簡稱為距度)。

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去極度與入宿度 :
赤道座標系中,天體的位置是用 「去極度」 和「入宿度」來表示。天體和赤道的角距離叫作「赤緯」,所謂的去極度是指天體與北極的角度, 相當於現代的「90 度減去緯度」。而「入宿度」 是指該天體與它西側相鄰的距星的赤經差, 所以我國古代的赤道座標系統的赤經起算點不是一個而是二十八個。

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五行說 (Concept of the five primary elements of metal, wood, water, fire, and earth):
觀其自然事物的規律,從商周代交替之時起, 民間即有將水、火、木、金、土看成是自然界最 基本物質 的想法; 西周末,史伯提出五行結合生成各樣事物的「 五行說 」成型。

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渾天說 (Celestial):
在古代中國,『』字有圓球的含意。古人認為天是圓的,形狀像蛋殼, 出現在天上的星星是鑲崁在蛋殼上的彈丸,而我們的地球則是蛋黃, 人們是在這個蛋黃上測量日月星辰的位置。因此,把這種想法稱為「渾天說



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天干與地支 (the Ten Celestial Stems and Twelve Terrestrial Branches):
干支 是天干和地支的總稱。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸叫 天干,子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥叫 地支。把干支順序相配正好六十為一周, 這就是俗稱的六十甲子。

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干支紀年
古人常用干支紀法來 紀年 、紀月、紀日、紀時。 一般認為從東漢建成三十年(公元 54 年)開始, 我國使用干支 紀年 , 延續至今從未間斷。紀年的方法是:甲子為第一年、乙丑為第二年、 、、、至癸亥為止,然後又從甲子開始,如 1984 年是甲子年,而今年(2001年)就是辛巳年。

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農民曆 (夏曆) (Chinese calendar) :
我們尚使用中的農民曆是屬於陽曆、還是陰曆呢? 其實它既不是陽曆也不是陰曆,它屬於「陰陽合曆」。 陰陽合曆是可以兼顧陰曆和陽曆優點的一種曆法,所謂「初一常在朔、四季有定時」。 換言之,陰陽合曆可採用「 朔望月 」 (稱之為「朔策」) 作為月的單位, 它的月曆的日期代表著一定的 月相 ; 另一方面,它又可與四季寒暑 、 節氣相配合。這對於日出而作、日落而息的農耕作息很有幫助, 所以我國自古以來「官方頒布」的曆法,就是這種陰陽合曆, 稱之為「農民曆」或「夏曆」。
         因為月相變化周期約為 29.5 天,全年 12 個月合計 354 天, 為了使夏曆與陽曆在一年中不會差異偏高, 所以採用「 19 年置 7 個閏年」的補救辦法,達到逢閏年則那年就有 13 個月合計 384 天。 因為農民曆可以兼顧陰曆和陽曆的優點,且簡單、易懂、好記, 再加上它配合著我國舊有規律周期地紀年、紀月、紀日、紀時之 「干支紀法」, 所以仍受民間各行各式各業的歡迎與習慣使用。

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陽曆 (Solar calendar) :
地球以約 24 小時 自轉一圈 , 自轉軸與 黃道面 的垂直線之間有著約 23.5 度的 傾斜夾角 , 使得地球南北半球所受到的日照情況不同,形成的氣候與溫度也有所差異。 再加上地球以約 365.2422 天的周期 (365 日 5 時 48 分 46 秒, 我國古代稱為「歲實」,定為 365.25 日) ,在黃道面上 繞著太陽公轉 , 造成了地球南北半球的氣候能有四季寒暑的交替和 24 節氣的輪換 。 太陽的 東升西落 使得地球上的大部分地區有了晝夜之分與竿影的變化, 定出日夜的長短 12 時辰和回歸年的長短;每日它的運行軌跡的不同, 顯示了地區方位的不同,劃分出四季的交替; 清晨或黃昏它在星空所在的位置 ( 黃道十二宮 ) 與氣候變換的密切關連, 有了 24 節氣的劃分。
         一種完全依據觀察太陽的影子與運行軌跡變換而制定出來的曆法, 特別稱之為「陽曆 (the solar calendar)」。 仿似在陰曆中以 12 個朔望為一年的規則,陽曆的月數也訂為 12 個月為一年, 平年日數為 365 天、閏年為 366 天。 現代的公曆就是採用此種陽曆的推算法則。

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古羅馬曆法 (Roman Calendar) 與努馬曆法:
現行公曆是源自於以陰曆為依據的古羅馬曆法 (pre-Julian calendars),但此曆法一年為 10 個月, 其中 1、3、5、8 月為 31 天、其餘月分為 30 天, 全年合計 304 天,尚有 60 天不計入曆月之內為休息日。
        公元前 713 年,年羅馬努馬王參照希臘曆法曆年總日數 354 天對古羅馬曆法進行改革, 規定一年為 12 個月、單月 31 天、雙月 30 天 (全年 355 天), 每四年增加兩個「補充月」、第二年補充月是 22 天、第四年補充月是 23 天。如此, 四年的平均天數 ( 366.25 天) 只比 回歸年 約多一天。

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儒略曆 (Julian calendar) :
公元前 713 年古羅馬王 努馬改曆 , 使得每四年的平均天數比回歸年約多一天。 多年後那種以增減補充月來改變曆法以配合天時之舉,終究造成了曆法的混亂。 公元前 46 年,羅馬執行官儒略凱撒頒布改曆的命令,從公元前 45 年 1 月 1 日開始實施, 這就是簡稱的「 儒略曆 (Julian calendar) 」。
        「儒略曆」內容大致是每年分成 12 個月, 單數月分為大月、每月 31 天,雙數月分為小月、每月 30 天、唯 2 月分為29天,平年 365 天, 每隔 3 年置 1 閏年 (閏年 2 月分為 30 天)。 儒略曆是一種 陽曆 , 迥異於先前以 陰曆 為依據的古羅馬曆法。 公元前 46 年,古羅馬努馬曆日期與太陽年差了 90 天, 為了讓新曆法與季節吻合,使得公元前 46 年那年竟長達 445 天, 這就是史上所稱的曆法「亂年」。

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格里曆 (Gregorian calendar):
儒略曆 每隔 3 年置 1 閏年, 是每 4 年置閏 1 次、而不是每 3 年置閏 1 次的意思。 可惜,儒略凱撒改曆一年後遇刺,掌管編制和頒布曆法的大祭司誤解儒略曆每隔 3 年置 1 閏年的規則。 公元前 9 年發現此錯誤,奧古斯丁下令從公元前 8 年至公元前 4 年停止閏年 3 次,用以修正誤差。 為紀念此功績,從 2 月分取出 1 天而將 8 月定名為「 奧古斯丁月 (August)」改為大月 31 天。 其後的大小月分順延,也就是 9 月分、11 月分改為小月 30 天,10 月分、12 月分改為大月 31 天, 這樣月分的安排延用至今。
        公元 325 年,羅馬宗教會議決議將 春分日 定於每年的 3 21 日。 但儒略曆的曆年平均長度為 365.25 天, 比 回歸年 365.2422 天長了 0.0078 天, 這使得 16 世紀的「春分日」提早了 10 天的到來。 於是,1582 年 3 月 1 日羅馬教皇格里高利頒布改曆。改曆內容大致是
     (一)、1582 年 10 月 4 日的次日為 10 月 15 日,這樣日曆上的 10 日空白, 把一千多年中累積的老帳一筆勾銷,使得來年的春分日回到原訂的每年 3 月 21 日;
     (二)、除了 4 年置閏 1 次外,另加規定逢「世紀年數」能被 400 整除的才是閏年。
        這次改革後的新曆法簡稱為「 格里曆 (the Gregorian calendar) 」。

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19 年 7 閏法:
陰曆 為基礎的回曆有「閏年」, 每到閏年增加一天於 12 月底 。 以 陽曆 為依據的公曆也有閏年, 每到閏年增加一天於 2 月底 。 我國 夏曆 為「陰陽合曆」、 以「朔望月」(又稱之為「朔策」) 為依據, 12 個朔望月為一年,一年有 354 天, 而比 回歸年 約少 11 天; 但夏曆又必須顧慮到季節時令 (如上圖所記載的「交節圖」), 到底夏曆要如何置閏,才能使夏曆與回歸年相符呢? 簡易的方法是採用「 19 年 7 閏法 」, 也就是 19 個平年 (合 19 X12 = 228 個朔望月), 另有 7 個「 閏月 」,共有 235 個朔望月,相當於 6939.75 天 ( 365.25 X 19 = 6939.75) , 此數值僅比 19 個回歸年約多 3.5 小時。此辦法雖是可取的,但又該如何安置此 7 個閏月呢? 因為 24 節氣 其實是涵有 12 個「節氣」和 12 個「中氣」之分, 它們依順序相間交替,而 12 個中氣分別又作為 12 個月的標誌。 「19 年 7 閏法」是「沒有中氣的月作為上個月的閏月」。 換言之,「19 年 7 閏法」使得夏曆的曆法和季節變化相協調, 而且夏曆中每個月都呈現有一個「中氣」來標記那個月分,既簡易又不會混淆。

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大爆發(大霹靂,Big-Bang) :
1930 年,天文學家 喬治•加墨 (George Gamow) 提出形成宇宙的 『 大爆發 』理論, 它基本論點是建立在宇宙始於一次難以想像的 巨大爆發 , 這次爆發創造了今日圍繞著我們的每件事物。 它從爆發的一點通漸延伸至現今我們周圍的廣大天空。

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宇宙微波背景輻射(cosmic microwave background radiation,CMBR):
是一種充滿整個宇宙殘留溫度約為3 K的背景輻射電磁輻射,在厘米波段上可以觀測到。 宇宙微波背景輻射的存在強力地佐證支持宇宙的起源來自大霹靂的論點。

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透鏡效應、重力透鏡 (Gravitational lens):
當光透過某些物質或是路經它們的附近時,若會受到它們的影響而產生「偏折」現象時, 我們就稱這是「透鏡效應」 所造成的結果。 1911 年,愛因斯坦發表「廣義相對論」, 闡述重力的本質是導因於物質的分布而彎曲了鄰近的時間─空間結構。 當另一物質在此凹陷彎曲的時空結構中運行時,它的行進行為、 路徑正如被凹陷彎曲時空中的物質吸引般的偏折。 依據愛因斯坦廣義相對論,知道當光經過有物質分布的彎曲時空時,會造成光的偏折現象。 但並不是所有被偏折的光都會被我們觀測得到,唯有極少數正位於與我們觀測點有某特定角度 (至多約 10 秒弧)內彎曲的光才會被我們發覺。 1979 年,天文學家 Carswell、Walsh 和 Weyman 吃驚地發現兩個極為靠近的似星體, 它們的發光情形完全一致。這種類似的現象後來發覺屢出不窮,他們解釋此現象是原本單一的發光體, 所發出的星光在彎曲時空裡經過不同的路徑而被我們觀測到,這種現象稱之為 「重力透鏡」 的「海市蜃樓(mirages)」效應。

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愛因斯坦環 (Einstein Ring):
1987 年,在法國 Toulouse 的天文觀測小組在進行 Abell 370 星系團觀測時,發現到另一種 「重力透鏡」的 「海市蜃樓(mirages)」效應,因為有環狀影像呈現, 所以稱之為「 愛因斯坦環 」。 上右圖這些奇異呈環狀星系分布的藍色物體影像是什麼?它們所圍繞呈黃色的星系雲氣, 正是構成重力透鏡的黑暗物質星系雲氣。 這些藍色物體影像大致呈四大塊的多影像分布, 其實是位於黑暗星系雲後的另一星系被黑暗星系雲形成的 透鏡效應偏折的影像。

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愛因斯坦十字 (Einstein Cross):
依據愛因斯坦 廣義相對論 , 知道當光經過有物質分布的彎曲時空時, 會造成 光的偏折現象 。 但並不是所有被偏折的光都會被我們觀測得到, 唯有極少數正位於與我們觀測點有某特定角度(至多約 10 秒弧)內彎曲的光才會被我們發覺 。 還好,在宇宙間有著極大量的 星雲 星系 星系團 , 使得我們仍有機會可以藉著望遠鏡拍攝下為數不少的壯麗 「 重力透鏡 」成像照片。分析這些照片所顯示的形狀, 可以推論光從光源行進到我們所在位置之間 所路經的物質分布 和它們 運行的情形 , 尤其是對於一些仍未被我們發現的黑暗物質的分布及其運行之瞭解, 從重力透鏡所顯現的照片中來解讀,更顯其重要性。又因光源、透鏡和觀測者三者位置間的不同, 略可窺知數種不同的重力透鏡效果。 例如上圖躲在星系雲氣後的星系現形了。 離我們較近處由眾多黑暗物質組成的星系雲氣, 正如同一具大型的透鏡,使得離我們較遠處的星系光看起來像圍繞在它們四周, 呈虹弧形狀 。 若是躲在星系雲氣後的星系 (光源)、黑暗物質星系雲氣 (透鏡)、 和我們 (觀測者) 三者位置幾近一線時, 就會呈現「愛因斯坦十字型 (Einstein Cross)」效果。

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張量 (Tensor):
張量 (Tensor) 是 n 維空間內,有 nr 個分量的一種量, 其中每個分量都是座標的函數, 而在座標變換時,這些分量也依照某些規則作線性變換。 r 稱為該張量的階 (Rank),第零階張量 (r = 0) 為純量 (Scale),第一階張量 (r = 1) 為向量 (Vector), 第二階張量 (r = 2) 則成為矩陣 (Matrix)。 由於變換方式的不同,張量分成協變張量 (Covariant Tensor,誌標在下者)、 反變張量 (Contravariant Tensor,誌標在上者)、 混合張量 (誌標在上者和誌標在下者都有者) 三類。

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狹義相對論 (Special relativity):
愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 首倡狹義相對論時,由邏輯的推論提出相對論的兩個基本假設:
        第一個假設又稱為「相對性原理」。 就是在所有以等速作相對運動的慣性座標系中, 任何物理定律均具有「相同形式」(在廣義相對論中相同地需要以 「張量 (Tensor)」的形式呈現)。 因此欲使馬克士威方程在不同的 慣性座標系均呈同一形式, 則伽利略變換將不再適用, 這是因為馬克士威方程 (Maxwell's equations) 在不同的伽利略觀察者有不同的形式, 因此必需新的變換定律。
        第二個假設又稱為「光速不變原理」。 就是假設光在真空的速度,在所有慣性座標系中都相同不變,都是常數 c (c 值為 299792458 公尺 / 秒)。
        由於這兩個假設,否定「以太」的存在, 並使洛仁子變換 (Lorentz Transformation) 成為狹義相對論中的變換定律。

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廣義相對論 (General relativity):
 阿爾伯特 • 愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 於 1915 年完成了廣義相對論, 並於 1916 年發表。廣義相對論推翻了已有 250 年的 牛頓重力理論。 在牛頓重力理論中,萬有引力(重力) 是質量間互相吸引的交互作用力, 也是質量大的物體吸引其他物質的力量。 行星被視為是受到 太陽重力環繞太陽在橢圓軌道上運行。 但在愛因斯坦描述的宇宙中,重力不是一種外力, 而是嵌入於一個空間和時間的『場』 ─「時空場」中。 因此,當物體通過這個時空場而運動時, 仿如像太陽這樣的大質量物體可使它周圍的「時空連續結構」彎曲, 太陽系的行星就會沿著時空場中彎曲的路線運動。 愛因斯坦指出:「物質的分布決定著空間的彎曲;彎曲的空間描述著物質會如何的運動」。 廣義相對論精確地揭示了光經過太陽附近會發生的彎曲偏折程度。 廣義相對論反覆地被觀測和實驗所證實,它的一個推斷是宇宙必然會不斷膨脹的, 由此形成了「宇宙大爆發」理論的基礎。 此外,廣義相對論對於解釋黑洞類星體奇異星體 的運動來說是十分重要的。

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四維時空 (4-dimensional space):
907 年明可士基 (Hermann Minkowski,1864.6.22. - 1909.1.12.) 在所著《Raum und Zeit (空間與時間) 》 一書中,將空間時間視為一個流形連續體  (Manifold), 為愛因斯坦的狹義相對論特別提供 四維空間的數學結構, 影響了愛因斯坦在狹義相對論和廣義相對論上對於 「度規 (Metric)」的構思。
        愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 在狹義相對論裡, 提出相對論的兩個基本假設之一的「相對性原理」。 就是在所有以等速作相對運動的慣性座標系中, 任何物理定律均具有「相同形式」。 因此欲使馬克士威方程在不同的慣性座標系均呈同一形式, 則伽利略變換 將不再適用, 這是因為馬克士威方程在不同的伽利略觀察者有不同的形式, 因此必需新的變換定律, 使洛仁子變換成為狹義相對論中的變換定律。 換言之,物理定律裡的物理量要能夠在洛仁子變換下運算, 則它們先決條件是要先能表示成包含 空間時間函數的 「四維向量 (4 - vector)」。
        首先考量的四維慣性座標系是將時間視為等同三維空間的另一維度, 稱之為四維的時空, 我們常以 xμ ≡ (x1, x2 , x3 , x4) = (x , y , z , ct) 來表示,式中 μ = 1, 2, 3, 4 。 而其他眾所熟悉物理定律裡的量,那些是能夠以四維向量的形式呈現呢 ? 能夠以四維向量的形式呈現的這些量,才是我們感興趣的「物理量」。 如電磁波的表達形式中的「相位 (Phase)」可表示成 kx - ω t = kμ xμ , 即四維波數 kμ = (k , ω/c ) 。

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明可士基空間 (Minkowski space):
明可士基 (Hermann Minkowski,1864.6.22. - 1909.1.12.) 以研究 相對論 的數學而出名, 為愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 的狹義相對論特別提供 四維空間的數學結構, 於 1907 年在所著《Raum und Zeit (空間與時間) 》一書中發表, 他將空間時間視為一個流形連續體  (Manifold), 影響了愛因斯坦在狹義相對論和廣義相對論上對於 「度規 (Metric)」的構思。
        明可士基在四維空間中, 其中三維用以決定空間一點的位置 (x, y, z), 而第四維用以代表一事件發生在該點的時刻 t。我們經常將此空間的四個座標寫成 xμ = (ct , x, y, z) 式中 c 為真空中的光速,(μ= 0, 1, 2, 3)。這四個座標即稱之為「明可士基座標」, 這時的事件間隔為 d s2 = c2 d t2 - d x2 - d y2 - d z2 = Σ ηij d xi d xj , 式中 ηij (i, j = 0, 1, 2, 3) 稱之為「明可士基度規 (Minkowski metric)」。 η00 = +1, η11 = η22 = η33 = - 1, 其他的 ηij = 0 (當 i≠j 時)。

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洛仁子變換 (Lorentz transformation):
對於牛頓力學而言, 在等速相對運動SS' 兩座標系中的變換關係, 伽利略時空變換即可滿足其不變性。 但到 19 世紀末, 電磁學理論馬克士威方程式為基礎地發展至完整的馬克士威電磁學理論, 卻發現伽利略時空變換式已無法滿足其不變性。 洛仁子 (Hendrik Antoon Lorentz,1853.7.18. - 1928.2.4.) 在狹義相對論發表之前幾年, 從純粹數學方面探討以何種時空變換,方可使馬克士威方程式保持其不變性? 設 S' 以等速 v 沿 S 系統之正 x 方向運動,則他得到如下的時空變換式: x' = γ (x - v t) , y' = y, z' = z , t' = γ (t - β x / c) , 式中 β = v / c , γ2 = 1 / (1 - β2)。 此變換式稱為「洛仁子變換 (Lorentz Transformation)」。直到 1905 年狹義相對論發表後, 洛仁子略變換的物理意義才得到解釋。 在明可士四維時空的架構下,洛仁子略變換也是等速相對運動座標系間變換的必然結果。 在洛仁子變換中,若速度 v 遠小於光速,則洛仁子變換非常接近伽利略變換, 即 β → 0 , γ → 1 , 所以可將伽利略時空變換視為洛仁子變換的近似值。

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伽利略變換 (Galilean Transformation):
假設 SS' 兩座標系有一相對速度 v 。 在 S' 內一定點 P ,對 S 座標系中的觀測者的瞬時位置為 . r = r' + v t 。 凡是將相對位置寫成這種形式的慣性座標系, 稱之為「伽利略座標系」。 在這種座標系中,時間 t 被認為是絕對的物理量,它不隨座標系的任何相對運動與速度而發生改變。
        伽利略變換是在等速相對運動的 SS' 兩座標系中的變換關係, 設 S' 以等速 v 沿 S 系統之正 x 方向運動,則此二座標系的時空變換為: x' = x - v t , y' = y, z' = z , t' = t . 此變換式稱為 「伽利略變換 (Galilean Transformation)」。 伽利略不變性是指在伽利略變換下, 在兩座標系統內所見的「物理定律」均相同。 伽利略變換為牛頓力學中的變換, 與狹義相對論中的洛仁子變換不同。

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馬克士威方程式 (Maxwell's equations):
馬克士威 (James Clerk Maxwell,1831.6.13. - 1879.11.5.) 是 19 世紀最偉大的數學家和物理學家之一。 他利用法拉第實驗發現的電磁感應現象,得以對電磁場精確地描述。他更進一步地假設電磁場一致作用, 產生一種新的能量,稱之為「輻射能」。 1864 年,馬克士威統合了原有電學和磁學的理論完成完整的電磁理論, 現稱之為「馬克士威方程式 (Maxwell's equations)」, 在電磁學中馬克士威方程式的重要性猶如力學中的 牛頓運動定律 一樣具有權威性。 這理論預測有「電磁波」的存在,在真空中以光速傳播, 馬克士威認為光波的本質是 電磁波, 而非機械波。 1887 年赫茲 (Heinrich Hertz, 1857 - 1894) 發現電磁波, 因此電磁波成為近代科學研究的重要一支。
        馬克士威方程式統整和修正了原有磁學中的 安培定律 (▽ x H = 4π/c J + 1/c ∂ D / ∂ t) 和 法拉第定律 (▽ x E = -1/c ∂ B / ∂ t), 以及原有電學中的高斯定律 (▽ • D = 4π ρ ) 和 歐姆定律 (▽ • B = 0 ) ,式中描述的磁場強度 H,電場強度 E, 電位移 D (D = ε E), 電荷密度 ρ,傳導電流 J (J = σ E),B = μ H, ε 是介質的電容率,μ 是磁導率, 向量運算子 ▽ ≡ (∂ /∂ x , ∂ /∂ y , ∂ /∂ z ) 。 在真空中 ε0 與 μ0 又和光速 c 有 ε0 μ0 = 1 / c2 的關係。

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長度縮短 (Length contraction):
如何地正確量測靜止於慣性座標的剛體長度?在同一慣性座標系 K 座標系, 剛性棒的本徵長度 L0 不會隨著慣性 K 座標系的運動而有所改變。 若此時在另一個與此座標系等速 v 運動的不同 慣性 K' 座標系來看這根剛性棒, 量測的長度會是如何呢? 是否仍量測到同一的 L0 長度呢?
        因為該根剛性棒隨 K 座標系一起相對於 K' 座標系沿 x 軸方向 (同於 x' 軸方向) 運動, 它的兩個端點在 K' 座標系的位置座標隨時間 t' 而不斷改變,位置座標的數值與時間的量取有關了。 唯一的選擇是,在同一時刻記錄下兩端的座標值。 要求在 t'1 = t'2 的條件下, 測出 x'1(t'1) 和 x'2(t'2), 這時在 K' 座標系測出在 K 座標系本徵長度 L0 的剛性棒長度為 x'2 - x'1 = L, 運用洛仁子略變換式 (Lorentz Transformation): x' = γ (x - v t) , t' = γ (t - β x / c) , 式中 β = v / c , γ2 = 1 / (1 - β2)。 則上述測量條件下,可以得到 L 和 L0 的關係式為 L = L0 / γ , 這就是「長度縮短」的關係式。
        換言之,這「洛仁子收縮效應」並不是剛體物質本身的壓縮, 而是時間和空間測量上所帶來的一種收縮效應,因此它所反應的該是時空結構上的一種性質。 從洛仁子收縮效應可以看出,愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 的「相對時空」 概念決然不同於牛頓力學中的「絕對時空」概念。

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時間膨脹 (Time dilation):
在不同的慣性座標系中是否仍量測到同一時間間隔的呈現呢?若 K 座標系一起相對於 K' 座標系沿 x 軸方向 (同於 x' 軸方向) 以等速 v 運動, 在 K' 座標系有兩個事件 x'1 , t'1 和 x'2 , t'2 同時發生, 即 t'1 = t'2,但 x'1 ≠ x'2。 這兩個事件對於 K 座標系而言,是否也是同時發生的事件呢? 運用洛仁子略變換式 (Lorentz Transformation): x' = γ (x - v t) , t' = γ (t - β x / c) , 式中 β = v / c , γ2 = 1 / (1 - β2)。 則上述測量條件下,可以得到 t1 ≠ t2, 也就是不同時。 若在 K' 座標系的同地點前後有兩個事件 x'1 , t'2 和 x'2 , t'2 發生, 即 x'1 = x'2, 但時間間隔 τ0 ≡ Δt' = t'2 - t'1 ≠ 0 (此時間間隔 τ0 又稱之為「原時 (Proper time)」)。 這兩個事件對於 K 座標系而言,其時間間隔 τ = t2 - t1 是否也是會相同呢? 運用上述洛仁子略變換式, 可以得到 τ 和 τ0 的關係式為 τ = γ τ0 , 這就是「時間膨脹」的關係式。
        換言之,愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 提及運動的時鐘變慢之相對性「時間膨脹」概念, 是時間空間測量上所帶來的一種時間膨脹效應, 因此它所反應的該是時空結構上的一種性質。 從洛仁子略變換式可以看出, 愛因斯坦的「相對時空」概念決然不同於牛頓力學中的 「絕對時空」概念。

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都卜勒效應 (Doppler effect) ─ 紅位移 (Red Shift)、藍位移 (Blue Shift):
物理定律裡的物理量要能夠在 洛仁子變換下運算, 則它們先決條件是要先能表示成包含 空間時間函數的 「四維向量」。例如:探討到建立相對論力學系統所定義出的四維向量 xμ 、 kμ 、 vμ 和 pμ 等四維向量,式中 μ = 1, 2, 3, 4 。 它們在洛仁子變換下運算的不變性會為我們得出什麼重大的物理意義呢?
        首先說明 kμ xμ 表示 (電磁) 波動的相位波數在座標變換中是不變的量, 而得知 kμ = ( k1, k2, k3, k4) = ( kx, ky, kz, ω/c) 是個四維波數向量。 進一步地瞭解它滿足在洛仁子變換下運算的不變的特性, 也就是說,選定 x 方向是電磁波傳播的方向,則得到如下的變換式: k1' = γ (k1 - β k4) , k2' = k2, k3' = k3 , k4' = γ (k4 - β k1 ) , 式中 β = v / c , γ2 = 1 / (1 - β2)。
        若我們再選定電磁波傳播的方向和觀察者觀測方向有 θ 的夾角 (即 kx = k cosθ ),則 k4' = γ (k4 - β k1 ) 可表示成 ω'/c = γ (ω/c - v/c k1 ) 則 ω' = γ (ω - v k cosθ ) , 這關係式就是「都卜勒效應 (Doppler effect)」。 當電磁波傳播的方向平行於觀察者觀測方向時 (θ = 0, cosθ = 1, k = ω/c ), 則得到 ω' = [(1 + β) / (1 - β) ]1/ 2 ω; 當電磁波傳播的方向垂直於觀察者觀測方向時 (θ = π/ 2, cosθ = 0 ),則得到 ω' = γ ω。 我們觀察夜空若發現某星光的光譜呈 「藍位移 (blue shift)」, 則依都卜勒效應分析可得知此星球是靠近我們而來; 反之,若某星光的光譜呈 「紅位移 (red shift)」, 則依都卜勒效應分析可得知此星球是遠離我們而去。 正因為有著都卜勒效應的光譜分析,我們發現絕大多數的星光是呈現「紅位移」的跡象, 也就是說,我們觀測到的宇宙眾星辰絕大多數是正加速地離我們遠去, 驗證著「宇宙大霹靂」的學說。

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質能關係式 (Mass–energy equivalence):
物理定律裡的物理量要能夠在 洛仁子變換下運算, 則它們先決條件是要先能表示成包含 空間時間函數的 「四維向量」。例如:探討到建立相對論力學系統所定義出的四維向量 xμ 、 kμ 、 vμ 和 pμ 等四維向量,式中 μ = 1, 2, 3, 4 。 它們在洛仁子變換下運算的不變性會為我們得出什麼重大的物理意義呢?
        首先瞭解利用張量列式運算時, 常照愛因斯坦規則表示。 在一個求和式中,只寫出通項, 而以重覆出現的下誌標和上誌標來表示該式代表求和,且將張量的階數收縮 2 階。 並且 0 階張量「純量 (scale)」在 座標變換中是個守恆不變的量。 因此上述的四維向量 任何兩個作向量內積運算所得的數值必然是個守恆不變的量。 例如: xμ xμ = S2 表示兩事件間隔在座標變換中是不變的量。 kμ xμ 表示 (電磁) 波動的相位波數在座標變換中是不變的量。 vμ vμ = - c2 表示真空中電磁波的傳播速度在座標變換中是不變的量。 vμ pμ = - m0 c2 和 pμ pμ = pp - E2 / c2 = - m02 c2,得知靜止質量 m0 的質點能量 E 可以表示成 E = m0 c2 這就是著名的「質能關係式」。

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質能的轉換 (Mass–energy transformation):
物理定律裡的物理量要能夠在 洛仁子變換下運算具有不變性, 而且利用四維的張量列式運算, 瞭解 0 階張量「純量 (scale)」在座標變換中是個 守恆不變的量。 由四維速度 vμ (式中 μ = 1, 2, 3, 4) 和四維動量 pμ 等張量運算中推得 vμ pμ = - m0 c2 和 pμ pμ = pp - E2 / c2 = - m02 c2, 得知靜止質量 m0 的質點能量 E 可以表示成 E = m0 c2 這就是著明的 「質能關係式」。 而且質量在相對運動中的變換是 mv = γ m0 , 式中 β = v / c , γ2 = 1 / (1 - β2) ; 動能 T 則是 T = (γ -1) m0 c2 = mv c2 - m0 c2 。 因此 mv c2 可視為是質量在相對運動中的總能量,所以 E = T + m0 c2 = mv c2 稱為 「質能相當性 (Mass-Energy Equivalance)」, 說明質量可視為相當的能量 m c2 ,而能量也可以合成一定的質量, 質量和能量是可以互換。 二次世界大戰末期的原子彈爆炸和現今的核子試爆,都是在從事將少量的質量變化 Δm, 經相對論的質能變換關係式 ΔE = Δm c2 , 在瞬間能釋放出巨大的能量。

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事件間格(度規) (Metric):
狹義相對論中, 在每個時空點上有著無限多個局部慣性座標系, 它們之間由「洛仁子變換 (Lorentz Transformation)」聯繫著起來。 洛仁子變換的性質就是它使得無限接近的兩點事件 (Event) 的「間格」d s 保持不變。 d s 由下面的方程定義: d s2 = c2 d t2 - d x2 - d y2 - d z2 = Σ ηij d xi d xj , 式中 c 為真空中的光速,ηij 稱之為「明可士基度規 (Minkowski metric)」。 這個間格可以用尺和時鐘來量度, x, y, z, t 是對於某局部慣性座標系量度的座標時間。 為了表達有限的時間 - 空間區域,並且考慮四維「流形連續體 (Manifold)」 的高斯座標, 四維座標以四個數字 x1, x2, x3, x4 單值地表示每個時間 - 空間點。這樣, 廣義相對性原理的數字表達式就是:表示普通自然規律的方程組對於所有座標系都是相同的。
        局部慣性座標系微分 可用高斯座標系的微分 d x 線性地表示, 此時兩個事件的間隔 d s 可用下面的形式來表示: d s2 = Σ gαβ d xα d xβ , gαβ = gβα , gαβ 是 xμ 的連續函數, 它決定四維流形連續體的「度規 (Metric)」。 參數 gαβ 在高斯座標系中也同樣地描述重力場, 而且「重力場度規的物理原因是等同的」。

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宇宙射線 (Cosmic ray):
19 世紀末、20 世紀初,科學家偵測到許多來自外太空的高能量的「奇異粒子」, 它們的半衰期 (Half Life) 非常短 ,也就是它們的生命存活時間極為短暫。所以當代的科學家們大多懷疑, 在地球的外圍有著一圈是這些奇異粒子的來源處, 因為他們相信在這些奇異粒子半衰期如此短的情況下,應該是來自距離我們地球表面不遠的地方, 所以地球外層被這群奇異粒子源包圍住似乎是合理的解釋。
        直到愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 的 狹義相對論提出後, 我們才瞭解若是來自外太空的奇異粒子, 它們相對於地球的速度若是極為高速, 則它們半衰期的表示應該考慮其相對性的效應。 也就是,愛因斯坦提及運動的時鐘變慢之相對性 「時間膨脹」概念, 可以得到 τ 和 τ0 的關係式為 τ = γ τ0 , 式中 β = v / c , γ2 = 1 / (1 - β2), τ0 可視為地面上所量測到的奇異粒子半衰期、 τ 為奇異粒子運行到地球上來之中的半衰期相當於地球所歷經的時間。 這就是「時間膨脹」關係式的很好的例證, 以致於科學家們改變了原有地球外存有「奇異粒子源圈層」的概念, 相信這些奇異粒子是來自於宇宙的各個地方, 只是它們在太空中運行的速度可略近於光速而已,所以改稱它們為「宇宙射線 (Cosmic ray)」。

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重力(萬有引力) (Gravity):
牛頓力學裡, 牛頓描述宇宙中的每個質點與其他質點之間, 都存在著一種由質量引起的引力性交互作用, 其引力的大小與兩質點質量 (m1 和 m2 ) 乘積成正比、 與其間的距離 r 的平方成反比, 這種交互作用稱為「重力 (Gravity)」。 上述關係稱為「牛頓萬有引力定律」, 列式如下: F = G m1 m2 / r2, 式中 G 為萬有引力常數 (又稱為重力常數), 其值為 6.673 x 10-8 厘米3 / 克 秒2。 至於「萬有引力的本質為何 ?」此問題需等到愛因斯坦的相對論才得以解答。 換言之,重力是一種看不見的力,它究竟如何發生作用仍有待瞭解,但不論物體是多麼小都有重力, 即將其他物體拉向自己的力量,重力是將宇宙聚集在一起成星球、 成星系的一種力。 這種力的大小視這兩物體質量的大小和距離而定。 例如,地球表面的物體 (質量為 m) 都會和地球產生重力 (或稱為「重量 (Weight)」 W = m g), 這重力的方向都指向地心 (所以也稱之為「地心引力」)、 而力的大小 (W) 和物體質量 m 成正比,式中「重力加速度」 g = G M / R2, M 為地球質量,R 為地球半徑。g 值約為 980 厘米 / 秒2

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慣性 (Inertia):
牛頓力學非常成功地描述出人們所見到的物體運動情況, 它的理論哲學背景是什麼呢 ? 它是如何建構出如此漂亮的數學架構呢 ? 它是如何地和我們的日常生活認知結合在一起的呢 ? 我們將分別介紹其精粹所在。首先從牛頓第一運動定律說起。 牛頓力學的牛頓第一運動定律 (也被稱為「慣性定律」), 簡單地常被描述成「一質點或物體不受外力作用下恆保持其原有狀態, 即靜止者恆為靜止,而動者恆在一直線上作等速的運動。」 這一條定律義涵著一切物體所具有的「慣性 (Inertia)」之通性, 代表改變原有運動狀態的反抗 (resist),亦即保有原有運動狀態的習性。 例如:「質量 (Mass)」是這種性質的量度,質量的大小表示改變其運動狀態的難易。 而改變轉動運動狀態的反抗,則以「慣性矩 (Moment of Inertia)」量度之。
        在牛頓力學裡,首先呈現此慣性定律,明顯地用意在於描述探究的背景,仿如敘述舞臺上的戲曲怖景。 定律中特別提及的「慣性」、「狀態 (States)」、 「靜止(Rest)」、「等速運動 (Uniform motion)」 等名詞均是牛頓力學中重要的量度標準。 另一重點是,「慣性座標系 (Frame of Inertia)」和絕對「時間」是慣性定律的相應公式一起明確地定義的。 也就是說,慣性定律蘊涵著無限多個相互之間作等速直線運動的慣性座標系, 因而也就存在著無限多個物理學上特別優越的相互「等效」的運動狀態。 而時間是絕對的,它與具體的慣性座標系的選擇無關。

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彎曲時空 (Curved space):
1916 年,阿爾伯特 • 愛因斯坦 (Albert Einstein,1879.3.14. - 1955.4.18.) 發表「廣義相對論」。 根據廣義相對論,可以做許多天文現象的預測,例如,重力場會使物質附近的空間「彎曲」, 穿越這個空間的光會因而「偏折」, 這就是 1911 年愛因斯坦預測的光偏折 (bending of light) 現象。 當日食發生時,觀測太陽周遭出現的星星 , 就會發現它們的位置與平日所見的位置稍有不同 , 利用廣義相對論中的愛因斯坦方程式, 可以算出星光偏折的角度。 因此,日全食的觀測記錄,就能用來考驗廣義相對論的正確性。 1917 年,英國天文學界預測出 1919 年 5 月 29 日的一次日全食, 劍橋大學天文學家亞瑟•愛丁頓 (Arthur Eddington,1882.12.28.- 1944.11.22.) 規劃兩個觀測隊, 他們分別在西非海岸和巴西順利地拍攝到了日全食照片,隨後將照片沖洗出來,日食時的星星位置果真偏了, 驗證了愛因斯坦廣義相對論宣稱的 「時空是隨著物質的分佈而彎曲」, 彎曲的空間造成了光的偏折現象。

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規範變換 (Gauge Transformation) 、規範場 (Gauge field):
馬克士威方程式 統整和修正了原有磁學中的安培定律 ▽ x B - 1/c ∂ E / ∂ t = 4π/c J法拉第定律 ▽ x E +1/c ∂ B / ∂ t = 0, 以及原有電學中的高斯定律 ▽ • E = 4π ρ 和 歐姆定律 ▽ • B = 0 ,式中描述的磁場強度 B,電場強度 E, 電荷密度 ρ,傳導電流 J , 向量運算子 ▽ ≡ (∂ /∂ x , ∂ /∂ y , ∂ /∂ z ) 。 式中電荷密度 ρ 和電流密度 J 滿足連續方程 (電荷守恆律): ▽ • J + ∂ ρ /∂ t = 0 。 而 1828 年 George Green 首先引入電場 E 和磁場 B 又可以用向量電位 A 和純量電位 φ 表示的概念 :

    E = - ▽φ - 1/c ∂ A /∂ t       和                 B = ▽ x A 。   
        雖然馬克士威方程式 已可以地用但磁場強度 B 和電場強度 E 完全的表達, 但未能將磁場強度 B 、電場強度 E 和向量電位 A 、 純量電位 φ 的關係明確地表明。 因為在 1929 年 Hermann Weyl 首先提到上式中若將 A 和 φ 經過下列的變換, 可發現 BE 仍然不變,
A' = A + ▽Λ             和         φ' = φ - 1/c ∂ Λ /∂ t ,
式中 Λ 為 x 和 t 的任意函數。 上式的轉換稱之為「規範變換 (Gauge Transformation)」, Λ 稱為「規範函數」。 後來狄拉克 (Paul Dirac,1902.8.8.- 1984.10.20.) 等人稱 A 和 φ 為「規範場 (Gauge field)」。

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暗能量 (Dark Energy):
宇宙大霹靂是怎麼造成的 ? 現今的宇宙為什麼仍在快速地膨脹 ? 數千億顆恆星為何能擠在一個小小的星系空間內而不會崩潰 ? 這些困擾著天文學家的問題, 答案可能就快要揭曉了。2001 年 4 月美國太空總署 (NASA) 發布 新聞指出, 從哈柏望遠鏡所觀測到一顆形成於 100 億年前的超新星仍持續地加快速度遠離我們。 也就是說,宇宙擴張的速度並未減緩、而是愈來愈快。 這新證據支持了愛因斯坦在 80 多年前提出的神祕 「暗能量」正在加速宇宙擴張的理論。 科學家指出,解開「暗能量」之謎可能是瞭解時間、空間、物質與能量本質的關鍵。 他們估計,暗能量約占宇宙的三分之二。

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月相 (Lunar Phase):
若你的右手姆指平行地球自轉軸方向而指向北極,月球公轉的方向是沿著食指彎轉方向 繞地球轉動 ,由於地球與月球相對位置的改變,加上反射太陽光, 造成地球上觀測者感覺月面的圓缺有逐日變化景觀,這種狀況稱為「月相」的變化。

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陰曆 (Lunar Calendar):
古代的中國人,很早就知道利用「月相」變化來計算每個月份的日子, 就叫「 陰曆 」。 因為古人稱月球為「太陰」,所以又稱它為「太陰曆」。 陰曆每月的長短不一,大月 30 天,小月 29 天, 陰曆年的長短由月的整數倍構成。 陰曆的日期和月相關係著;如朔是初一;十五、十六為望;初七、八是上弦月;下弦月是在二十二、二十三。 正因為這樣,人們可以很容易根據月相的圓缺狀況,去判斷當時的日期了。

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地球磁層
因著地球內部的磁場(簡稱為 地磁 )存在的主因,使得地球上空有著 電離層 的存在、 和地球大氣層外 磁層 范艾倫輻射帶 的呈現。

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熱輻射 (Theromal Radiation):
所有物體都會因著它 表面的溫度 ,以電磁波的形式發出 熱輻射 , 通常可依據它的 波長 不同而大致區分成無線電波、 微波、紅外光、可見光、紫外光、X 光、伽瑪光等。

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太陽黑子的蝴蝶效應 :
太陽表面黑子所出現的頻率和在太陽赤道附近呈現南北對稱分布的情形,因圖形狀似如蝴蝶, 而有著「 蝴蝶圖示」或「蝴蝶效應」的稱呼。

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太陽黑子 (Sunspots):
太陽強烈磁場活動限制了帶電粒子的自由對流作用,因而使得於局部區域粒子數降低, 以致於造成表面溫度相對較低、在可見光譜範圍呈現顏色較暗的區域。

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閃燄耀斑 (Flare):
太陽閃燄耀斑指著是太陽表面劇烈地暴發噴流現象。 這些現象的發生原因是來自太陽媦h的不穩定能量傳導, 在太陽的內部所進行的核融合反應產生了巨大的能量, 促使著高密度的帶電粒子 (電漿體) 快速地將這些能量向外傳遞出來。當它們流到太陽表面時(溫度約攝氏 6,000 度) 仍是受到其他帶電粒子群所形成的強烈磁場束縛, 而呈現出磁場迴路的壯麗景觀。有時會在太陽表面局部的呈現明暗強烈的對比情形, 中心部位溫度比周圍來得低 (溫度約攝氏 4,000 度) 俗稱之為「太陽黑子 (Sun spot)」。 但經常有些超高密度和能量粒子束 (溫度約在攝氏 150,000 - 200,000 度) 會衝出太陽表面, 在太陽黑子的上方迸裂開而超越了太陽表面磁場的束縛, 成為「太陽風」吹向太空,這就是 「太陽閃燄耀斑 (flare)」。 它們將對太陽系裡的行星、衛星、和彗星體等產生重大的影響。 科學家們為描述太陽閃燄耀斑的大小,將其規模由小至大化分成 B (小於 10- 6 瓦特/每平方公尺) 、C (大於 10- 6 瓦特/每平方公尺, 而小於 10- 5 瓦特/每平方公尺) 、M (大於 10- 5 瓦特/每平方公尺, 而小於 10- 4 瓦特/每平方公尺) 和 X (大於 10- 4 瓦特/每平方公尺) 四級

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太陽風 (Solar Wind):
1951 年,科學家 Biermann 注意到彗星在接近太陽的過程中,彗尾的部分有被來自對太陽的帶電粒子 (電子和質子) 所形成每秒數百公里的風 (wind) 吹襲的情形, 使得彗星尾部會出現一條外觀呈藍色的「離子尾」, 而且離子尾方向正好是背對太陽的方向。太陽風的形成可以解釋為太陽表面的磁場和重力,對於 有些超高密度和能量粒子束的引力不足,使得這些帶電粒子群 會衝出太陽表面,在太陽磁力圈上方迸裂開而超越了 太陽表面磁場的束縛逃逸而出, 成為「太陽風」吹向太空。 它們絕多數會在太陽的赤道面 (極接近行星繞太陽公轉的黃道面) 附近向外太空逃逸、且隨著太陽磁層的構造 飛舞 (如上圖), 將對它們所經過的太陽系裡之行星、衛星、 和彗星體等產生重大的影響

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星光譜線 (Stellar spectrum):
光譜科學家從太陽 光譜 的觀察, 瞭解到熱的 物體表面 都會發出「連續光譜」、 照射激發低密度氣體則會發出「放射光譜」、 連續光經過低溫且低密度氣體會呈現「吸收光譜」的事實。 促使天文學家對於星球光源和傳遞到我們地球的過程, 有了理論的依據和探究星球與星雲 組成元素 的方法。 接著又從恆星和我們地球連線間的相對運動, 發現了在光譜上的「 都卜勒效應」。 當一星體遠離我們而去時會有光譜「紅位移 (Red Shift)」現象, 而當一星體接近我們而來時會有光譜「藍位移 (Blue Shift)」的現象。

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伽瑪射線爆發 (Gammar-ray Burst):
人們對於 伽瑪射線 爆發尚僅有初略的基本認識。 伽瑪射線爆發 的質量比太陽重不了多少,可是它在幾十秒的時間內能釋放出來的能量卻 比太陽在一百億年內放出的總能量還要大幾百倍。

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行星狀星雲 (Planetary Nebulae):
當一顆恆星內部核融合耗盡,會產生重力崩塌與氣體擴漲的現象。 這些外逸的大量雲氣將會構成一個類似行星之圓盤外觀的行星狀星雲。

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微中子 (Neutrino):
1930 年鮑立 (Wolfgang Pauli) 提出 微中子(Neutrino)學說, 以解釋「貝他衰變(Beta Decay)」能量、線動量和角動量守琲滌暋D。 他認為每一貝他衰變中有一個稱為「微中子」新的粒子產生並放射出來, 這粒子的靜止質量近乎零、不帶電荷、自旋為 1/2, 微中子呈現的說法,使得核反應貝他衰變過程中能量的分配和衰變後動量等守痡o以解決。 最近加拿大索得柏立微中子觀測所宣布, 太陽核心核融合反應所形成的微中子在飛往地球的約一億五千萬公里途中 發生變化, 只有具有質量的粒子才有可能產生如此的變化,微中子質量約僅質子質量的十億分之一。 直到 1956 年 阮勒斯 (F. Reines) 和柯文 (C. Cowan) , 在實驗室裡利用強大微中子束流的反應器觀察微中子碰撞後轉變的蹤跡,才找到偵測微中子的方法。 1976 年帕爾 (M. Perl) 拼譜完成了微中子和電子(介子)等輕子三類六個的完整圖像。

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泰利斯 ─ 思辯宇宙 :
古希臘自然哲學家泰利斯(Thales,被尊為哲學鼻祖), 主張拋棄天地星辰神話傳說的想像, 首創以「哲學思辯」的方式來探究宇宙結構和組成。 他認為星星和太陽都不是神祇而可能是個大火球, 且提出了是宇宙萬物的本源的見解。 泰利斯認為大地是一個漂浮著的圓盤, 就像一塊木頭漂浮在萬物的本源 (水) 之上, 穹隆狀的天空籠罩著大地。 他曾經憑藉從埃及學來的幾何,並根據美索不達米亞人的天文觀念, 計算四季的長短變換和太陽在星座間位置的變換周期, 準確地預測了公元前 585 年的一次日食

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亞諾芝曼德 ─ 亞諾芝曼德宇宙 :
泰利斯的傳人亞諾芝曼德(Anaximander, 約 611 – 547 BC., 數學家、哲學家) 認為宇宙的本體是「無限」的, 它具有一種像空氣或水般沒有定性的特質, 而萬物都從「無限」中產生。 他的宇宙圖像是懸空圓柱形 大地和籠罩大地的透明天層。 他曾試著想畫出太陽、月球行星大地的距離。

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畢達哥拉斯 ─ 和諧宇宙 :
著名希臘科學家畢達哥拉斯(Pythagoras, 約 580 – 500 BC. 發明著名的數學畢式定理者,被尊為數學和音樂之父), 他憑藉遊學埃及、巴比倫的幾何數學專長和音樂的和諧體驗, 由月相的周期變化觀察推斷 月亮是球狀的(月球), 進一步地推測大地和其他星體也是球狀的,畢達哥拉斯主張以幾何或數學的方式、 以及和諧的原則來瞭解所有的自然事物, 他在義大利率先提出了「和諧宇宙」 的概念和「球形大地(地球)」的見解。 地球是球形的,位於宇宙中央。外圍由內向外有「天空 (Ouranos)」, 天空內的萬物都是如空氣和雲等變化的和可生可滅的;「有序宇宙 (Cosmos)」, 是太陽月亮行星永恆而有序地轉動的地方; 「奧林帕斯 (Olympus)」, 為純元素聚集的區域也是恆星所在之處。 奧林帕斯外界是「天火 (Celestial Fine)」。

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菲洛勞斯 ─ 菲洛勞斯宇宙 :
畢達哥拉斯學派的菲洛勞斯(Philolaus, 活躍於公元前 5 世紀後半), 他不贊成他先師「地球固定在宇宙中心」的見解, 而最早提出了「地球轉動」的推測。 他認為宇宙的中央是一團大火稱「中央火」, 地球每天具有音樂般規律地繞中央火轉動一週, 由於地球(E)總是以同一面朝著中央火,地球上的人們住在背離中央火的一面因此永遠看不見他。 地球每日繞中央火轉一週且永遠以面對著它, 而且地球上會因太陽的照射而出現日夜交替。 此外,它還引進了一個我們肉眼看不見的另一天體叫作「反地球」(A),它的軌道介於地球和中央火之間。

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柏拉圖 ─ 柏拉圖多面體、同心球宇宙 :
公元前 4 世紀,在希臘本土上出現了一個天文新學派, 它就是柏拉圖學派。 哲學家柏拉圖(Plato, 原本非天文學者,但他影響天文學發展長達二十個世紀之久) 認為「理念」是萬物的本源。 又由於柏拉圖對幾何學的深刻認知, 已認識到五種正多面體的存在,並用它來解釋他的「物質理論」。 他的論點是我們所看到不完整、不完美的事物,該都是由五種完美的且 基本的正多面體物質所組成的, 並且物體最完美的運動是圓的運動,所以天體的運動是由圓的運動組成的。 以正四面體代表火、正六面體代表土、正八面體代表空氣、正二十面體代表水、正十二面體代表宇宙, 這五種正多面體被稱之為「柏拉圖多面體」。 上圖展示的是這五種正多面體,後來被歐幾里德(Euclid, 約 300 BC., 被稱為幾何學之父) 列在他的《元素》(幾何原本,Elements)第十三冊最後, 證明了一個定理:「正四面體不多於五個」。 足見柏拉圖多面體觀念對後世的影響。 柏拉圖還首創了一種同心球層的宇宙體系, 認為地球在宇宙中心安然不動, 距離地球由近及遠的各天球層別是月亮球層、太陽球層、水星球層、金星球層、火星球層、 土星球層和恆星球層。

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亞里斯多德 :
亞里斯多德(Aristotle, 384 – 322 BC.)是個傑出的哲學演講家和作家, 他主張可用絕對的對稱簡單完美等抽象概念來描述和 理解所觀測到的事物。 所以他認為宇宙是球狀且 有限的, 宇宙以地球為中心行星和其他星體都是在這以地球為中心的球層殼上運行, 而這些球殼是以不同的速度和方向旋轉著。 他也是一個傑出的觀測實驗學家, 他觀察月相變化而推測 新月時月球是介在太陽和地球間, 由不同緯度地區星空呈現不同的恆星而推測地球是球狀的, 由長期沒有看出明顯的恆星視差而推測地球相對於恆星的運動是很小的。

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阿里斯塔克 :
古希臘天文學晚期最著名的是 亞歷山大學派, 阿里斯塔克(Aristarchus, 約 310 –230 BC.) 是這一學派早期的代表人物。他的大部分著作至今已以失傳,僅存《太陽月球的大小和距離》一文。 在該文中,他敘述了從日食月食中月球和地球的陰影比例大小, 推測定太陽實際上比地球大得多、 月球比地球小。 又由月球在上弦和下弦間的夾角, 推測出太陽距離地球是月球距離地球的十倍。 阿里斯塔克利用直角三角形的原理在上弦月或下弦月的時候,測量從地球看太陽和月球之間的夾角, 巧妙地測量出太陽、月亮距離的比。 阿里斯塔克進一步認為一個大的東西不應該繞小的東西轉動, 於是他提出了「日心地動說」 (可惜未被當代人接受)。他認為地球一方面每天自西向東轉一周, 導致天體的東昇西落景象。 另一方面它又在一年中繞太陽公轉一周,水、金、火、木、土等行星也是一樣 繞著太陽公轉。 他還認為與地球繞日公轉的軌道直徑相比,恆星幾乎在無限遠處。 因此無慛法看到由於地球公轉而造成的恆星視差現象。

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阿波羅尼士 ─ 本輪套均輪說 :
阿波羅尼士(Apollonius, 262 – 190 BC.)提出了「本輪套均輪說」, 來解釋為什麼我們可以看到行星的順行和逆行的現象。 他認為地球位於宇宙的中心, 天體在本輪上轉動, 而本輪中心又在均輪(以地球為中心的圓) 上作等速率圓周運動

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厄拉托西尼 :
古希臘天文學家堅信地球是圓的, 並認為太陽離地球相當遙遠, 它照射到地球的光係平行光。 應用這兩個觀念亞歷山大學派的厄拉托西尼 (Eratosthenes, 約 276– 195 BC., 哲學家、地理學家),用很巧妙的方法估計出地球的大小。 他利用夏至日太陽位處西奈(Syene) 天頂時(也就是,陽光直射到井底的時候), 他在其北邊約 768 公里遠的亞歷山大城 (Alexandria) 量得夾角,再應用圓周率估出地球的周長。 除了測量地球的大小外,厄拉托西尼還測得黃道面赤道面的夾角為 23 度 22 分。

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希巴克斯 :
偉大的古天文觀測者希巴克斯(Hipparchus, 190 – 125 BC.), 他從兩地測同一次日食, 算出月球地球的距離; 測得和實際值僅差 6 分鐘的回歸年長度; 發現太陽周年視運動的不均勻性; 研究月球的運動,定出了 「黃道面」和月球繞行地球的軌道面 「白道面」的夾角, 並求出朔望月、近點月、 恆星月、交點月的時間數值; 觀測公元前 134 年的一顆新星,促使他以自己發明的三角幾何,製定出包含有 850 顆星體的星表 (星圖) ,且將目視到的恆星依亮度分為 6 等,產生了最早的「星等」概念; 並以觀測到的星體位置和古星圖比較,使他可以相當準確地預測日、月的位置, 並發現了「歲差」的現象。有別於古希臘天文學家對於中心圓軌道的說法, 他提出「偏心圓軌道」的論點。

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托勒密 ─ 地心體系 :
托勒密(Claudius Ptolemy, 約 100 – 170 BC., 天文學家) 集古希臘天文學之大成, 特別是引用了阿波羅尼士的「本輪套均輪說」 和希巴克斯的「偏心圓軌道」的說法, 以及他創見的「均衡點」,提出了一個完整的 「地心體系」巨作。 此共達十三卷的《天文學大成,Almagest 》名著, 在歐洲天文史上產生了重大的影響, 以地球為宇宙中心的「地心體系」思維在歐洲獨霸達約十三個世紀之久。

       托勒密的地心體系要點:
       (1) 地球位於 宇宙中心靜止不動
       (2) 每個行星和月球 都在本輪上等速轉動, 本輪的中心則沿著均輪運動, 只有太陽直接在均輪上繞地球轉動, 地球不在各均輪的圓心上,而是偏離一段距離;
       (3) 水星金星在本輪中心位於地球和太陽的連線上, 這一連線一年繞地球一周, 火星木星土星到它們各自的本輪中心的直線總會和日地線平行, 這三顆行星每年繞其本輪中心一周;
       (4) 恆星都位於「恆星天」之上;
       (5) 日、月、行星除了上述運動外,還與恆星天一起,每天繞地球自東向西轉一周。

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哥白尼 ─ 日心體系 :
在十五世紀的歐美洲是教皇主政時代,仍是遵從以地球為 宇宙中心的 「地心體系」論點。 科學的日心體系 是由著名波蘭天文學家 哥白尼 (Nicolaus Copernicus, 1473 — 1543)1507 年提出的;之後,他寫出了不朽名著 《天體運行論, De Revolutionibus Orbium Coelestium》, 創立了科學的「日心地動說」。 探究哥白尼為什麼會提倡「日心地動說」 ? 原因是 哥白尼年青時習得古希臘天文學,對於托勒密繁瑣的本輪套均輪說地心體系日益感到懷疑, 立志提出一個更合理的解釋。 他分析了托勒密體系中的行星運動, 發現每個行星都有一日一周、 一年一周、歲差等三種共同的周期運動。 他懷疑這三者現象如果都歸於在 托勒密體系中地球被視為靜止不動所造成的, 則可簡化托勒密體系中許多的繁雜結果。於是提出一個太陽居中, 而行星(包括地球)都環繞著太陽運行的「日心體系」。

       1507 年,哥白尼 寫的一篇《從天體結構導出天體運行論要釋》 流傳在他的友人間, 文中他明確地提出「日心體系」的要點:
     (1)、地球不是宇宙的中心, 而只是月球軌道的中心。
     (2)、宇宙的中心在太陽附近,包括地球在內的行星都 環繞著太陽轉動
     (3)、日地距離和眾星所在的天穹層高度相比是微不足道。
     (4)、每天看到的天穹周期性地轉動,是由於地球繞其自轉軸每天旋轉一周所造成的。(地球自轉效應)
     (5)、每年看到的太陽在天球的周期性地運動,並不是太陽本身在動, 而是地球繞著太陽公轉所造成的。(地球公轉效應)
     (6)、目視到的行星順行和逆行的現象,是地球和行星共同繞著太陽運動的結果。

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反物質 :
反物質 (antimatter) 的概念源於 1933 年諾貝爾物理學獎得主狄拉克 (Paul Adrien Maurice Dirac 1902-1984) 的理論構想。 1928 年他將愛因斯坦相對論引進量子力學, 寫下著名的狄拉克方程式以解釋 電子的性質, 並預測反粒子 (反電子稱之為「負電子」或「正子 (positron)」) 的存在。 1932 年,發現從高能宇宙射線所造成正子的軌跡,而得以證實反物質的存在。 在諾貝爾獎學術演講中狄拉克說:「如果宇宙中的正電子 (electron) 和負電子完全對稱, 而地球巧合的是由電子和質子所組成,極可能存在著主要是由反電子和反質子所組成的星球」。 在狄拉克的反粒子預言後的 60 多年之中,實驗物理學家利用 粒子 加速器成功地創生出和基本粒子質量相同、 但所帶電荷相反的反粒子。 1992 年,由德國物理學家甌勒特 (W. Oelert) 在歐洲粒子物理研究中心 (CERN) 首度成功地創生出反氫原子。

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希格斯子 (Higgs boson) :
依據大霹靂起源的宇宙論說法,時空起源初期從奇異點大霹靂發生後的瞬間,創生了對稱的真空 時間與空間的形成、 歷經過冷地真空暴漲與相變 (phase transitions),造就時空不對稱的對稱破壞 (symmetry breaking) 產生粒子物理學家弗朗索瓦•恩格勒 (François Englert,1932.11.06. -) 、羅伯特•布繞特 (Robert Brout, 1928.6.14. - 2011.5.3.)、彼得•威爾•希格斯 (Peter Ware Higgs,1929.5.29.- )、傑拉德•古拉尼  (Gerald Guralnik,1936.9.17. ─)、卡爾•哈庚 (Carl Hagen,1937.2.2. ─)、湯姆•基博爾 (Tom Kibble,1932.12.23. ─) 等人所論述能夠使 基礎粒子 獲得 質量 (mass) 的希格斯機制Higgs mechanism)─ 物質與能量的形成

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輕子、夸克、介子、重子、強子:
瞭解物質的組成,一直是科學家以及人類最大的願望。 現在我們已探究到所有物質的基本組成構造可能是由上 (u) 夸克、下 (d) 夸克、魅 (c) 夸克、 奇 (s) 夸克、頂 (t) 夸克和底 (b) 夸克等 6 種「夸克 (quark)」 (以及它們的反粒子稱之為「反夸克」) 和電子 (electron)、電子微中子 (neutrino)、 μ 粒子 (Muon)、μ 粒子微中子、 τ 粒子 (Tau)、 τ 粒子微中子等 6 種輕子 (Lepton)、希格斯子 (Higgs boson), 以及基本粒子間交換規範粒子 (Gauge particles) 時呈現的電磁力弱作用力強作用力重力等 4 種基本作用力所組成。 所謂的輕子目前為人熟悉的可分成三對 (上述的 6 種不同類型,以單獨存在的型態呈現於原子核外), 每對輕子是由一個粒子和其相關的微中子組成。 相對於單獨存在的輕子特徵, 6 種夸克永遠不會單獨出現, 且由夸克 (或反夸克) 所組成的粒子常被束縛於微小原子核的空間內,因而被稱為「強子 (Hardon)」。 由上述的 6 種夸克和 6 種反夸克當中的一個夸克和一個反夸克所組成的稱為「介子 (Meson)」, 由 3 個夸克或 3 個反夸克所組成的稱為「重子 (baryon)」與「反重子」。

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質子(Proton):
由兩個上夸克 (up quarks) 和一個下夸克 (down quark) 在強交互作用下構成的質子是一種帶 +1 個基本電荷的亞原子粒子, 直徑為 1.6 ~ 1.7 費米 (fm), 質量是 1.6726231 × 10-27 kg,大約是電子質量的 1836.5 倍。

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中子(Neutron):
由一個上夸克 (up quarks) 和兩個下夸克 (down quark) 構成的中子 是一種電中性的粒子,具有與質子大約相同的質量。 絕大多數的原子核都由中子質子組成(僅有一種氫原子的同位素例外,它由一個質子構成)。 在原子核外,自由中子性質不穩定,半衰期 (mean lifetime) 為 15 分鐘。中子衰變時釋放一個電子和一個反微中子而成為質子,稱為「β 衰變」 (beta decay) 過程。 同樣的衰變過程在一些原子核中也存在。 原子核中的中子和質子可以通過吸收和釋放 π 介子互相轉換。 中子是由劍橋大學卡文迪許實驗室的英國物理學家詹姆斯•查德威克 (James Chadwick) 於 1932 年發現的。

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電子(Electron):
是一種帶有負電的亞原子粒子屬於輕子類,是構成物質的基本粒子之一。 電子帶有 1/2 自旋,是一種 費米子 (fermion), 電子的反粒子是 正子 (positron),其質量、自旋、帶電量大小都與電子相同,但是電量正負性與電子相反。 電子與正子會因碰撞而互相湮滅,在這過程中,創生一對以上的 光子 (Photon)。 由電子與中子、質子所組成的原子,是物質的基本單位。相對於中子和質子所組成的原子核 ( (atomic nuclei),電子的質量顯得極小。質子的質量大約是電子質量的 1842 倍。 當原子的電子數與質子數不等時,原子會帶電稱這原子為離子 (ion)。 當原子得到額外的電子時,它帶有負電叫陰離子,失去電子時,它帶有正電叫陽離子。 當正負電量平衡時,稱物體的電性為電中性。 電子與質子之間的吸引性庫倫力 (Coulomb force),使得電子被束縛於原子,稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子,會交換或分享它們的束縛電子, 這是化學鍵 (chemical bonding) 的主要成因。當電子脫離原子核的束縛,能夠自由移動時,則改稱此電子為自由電子。 許多自由電子一起移動所產生的淨流動現象稱為電流。移動的電子會產生磁場 (magnetic field), 也會被外磁場偏轉。加速運動的電子會輻射電磁波 (electromagnetic wave)。

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公里、公尺、毫米、微米、奈米、費米、哩、呎、AU、光年、秒差距:
公里 (km):在國際度量衡標準組織 (SI) 的長度單位中,科學家將地球的北極沿著經線到赤道距離的萬分之一,訂為一「 公里 (km)」。
公尺 (m): 1 公尺 (meter) = 10-3 公里。 1960 年,以 Kr-86 所發的橘光波長的 1,650,763.73 倍訂為一 公尺 。 1983 年,改以光波在 299,792,458 分之一秒內所行進的距離訂為一 公尺 (meter)。
1 公寸 = 10-1 m ;或 1 m = 10 公寸。
1 公分 (或稱為 1 厘米 , 1 centi-meter, 1 cm) = 10-2 m ;或 1 m = 102 cm。
1 毫米 (1 milli-meter,1 mm) = 10-3 m ;或 1 m = 103 mm。
1 微米 (1 micron-meter) = 10-6 m = 10-4 cm ;或 1 m = 106 micron。
1 奈米 (1 nano-meter, 1 nm) = 10-9 m ;或 1 m = 109 nm。
1 (1 Angstron,1 A) = 10-10 m ;或 1 m = 1010 A。
1 費米 (1 fermi,1 fm) = 10-15 m ;或 1 m = 1015 fm。
1 (或稱為 1 英哩 , 1 mi) = 5280 ft = 1.609 km。
1 (或稱為 1 英呎 , 1 ft) = 12 吋 = 0.3048 m。
1 (或稱為 1 英吋 , 1 in) = 2.54 cm。
天文單位 (Astronomical unit,AU):以 地球 太陽 的平均距離定義為「天文單位 (AU)」, 1 AU 的距離約為 1.4960 × 1011 m。
光年 (Ly): (電磁波) 在真空當中每秒傳播速度約為 30 萬公里, 我們以光速行進一整年 所走的距離來表示星際間的 距離單位,稱之為「 光年 (Ly)」, 1 光年的距離約為 9.4607 × 1015 m。
秒差距 (Parsec, Pc) :我們常以 地球公轉軌道 直徑為標準所觀測的夾角為 1 秒弧的距離為「秒差距 (Parsec, Pc)」, 1 秒差距 ≒ 3.26 Ly ≒ 3.084 × 1016 m 。


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原行星 (proplanetary):
是在原行星盤內的胚胎行星,它們可能是由微行星因彼此的重力相互吸引與碰撞而形成的。 根據太陽星雲形成的理論,原行星在軌道輕微的擾動下和因此導致的巨大撞擊與碰撞下逐漸形成真正的行星。

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微行星 (Planetesimal):
是存在於原行星盤面和殘骸盤面內的固態物體。 廣被接受的行星形成理論說明行星的形成,是由微小的塵埃顆粒經由不斷的碰撞和黏合,形成越來越大的個體。 當這個個體的直徑達到公里尺度的大小,就可以直接經由相互間的重力吸引,更快地形成衛星尺度的原行星。

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碳行星 (Carbon planet):
俗稱「鑽石行星」的碳行星 (Carbon planet), 它是由美國天文學家 Marc Kuchner (1972.8.7. -) 最先提出一種內部可能存在厚達幾十公里鑽石內層的 類地行星 (Terrestrial planets) 。碳行星可在不少恆星的 原行星盤 (proplanetary disk) 中產生,如果它們真的擁有大量碳元素 且缺少氧狀態,它們的演化將與 地球 金星 火星 等這些主要以矽氧化合物的 行星 (planets) 截然不同。 依據理論推測碳行星會擁有豐富的鐵內核,此特徵與已知的 類地行星 (Terrestrial planets) 相似,而內核上層則由很厚的碳化矽及碳化鈦,然後是會以石墨形態存在的碳元素層。 如果行星的體積夠大且足夠壓力,碳元素層的底部便能擠壓出鑽石。碳行星的表面會充滿碳氫化合物及一氧化碳, 如果有水存在的話,它們更有機會孕育出生命。

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冥府行星 (Chthonian planet):
冥府行星(Chthonian,源自希臘語字意是「在地之下」意指希臘眾神之下熱的地獄),是一種外圍數層的氫和氦被剝離之後的假想 類木行星 (Gas giant)。這些大氣層被剝離是 行星 過度接近母恆星的結果,殘餘的岩石或金屬核心在許多方面類似於 類地行星 (Terrestrial planets) 。位於 麒麟座 (Monoceros) 距離我們約 390 光年 柯洛 7b (CoRoT-7b)可能是被發現的第一顆冥府行星,它的直徑約為 地球 的 1.7 倍、其質量約為地球的 5.6 ~ 11 倍,公轉軌道十分靠近其母恆星,公轉周期為 20 小時,它可能是一顆岩石行星。 接著是大小僅 地球 1.4 倍 的刻卜勒 10b (Kepler-10b),它繞行母恆星的周期短於 一個地球日 , 距離不及 水星 太陽 距離的 20 分之一 。

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無核行星 (Coreless planet):
理論上, 無核行星是指缺金屬核心、而擁有巨大岩質地幔 (rocky mantle) 的 類地行星 (Terrestrial planets)。 Sara Seager 和 Linda Elkins-Tanton 在 2008 年指出無核行星的形成機制可能有 2 種方式,一則是在遠離母恆星的較冷處,由類似於球粒星體 (chondrite) 在富水物質環境中完全氧化而成長,而鐵質金屬在此寒冷下結成了晶體狀態。 另一種可能是此類型行星在富水和富金屬性鐵物質環境裡,因為充裕的氧化形成氧化鐵且釋出氫原子, 而使得行星金屬核心無法產生,氧化鐵呈滴狀熔於地慢當中。在性質特徵上,無核行星因為沒有熔解的金屬核心, 當然也就沒有磁場的呈現。無核行星這點缺乏磁場的特徵和一般的類地行星是截然的不同,雖然它們都有著相類似的 質量 (mass)、外觀與大小。

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熱木星 (Hot Jupiter):
由於目前系外行星偵測法的技術有限,至今發現的大多數系外行星的質量,幾乎坐落在太陽系的類木行星範圍, 因此將這些系外行星統稱為「類木行星」。 然而,許多 系外行星 (extrasolar planet 或 exoplanet) 都非常靠近母 恆星,約在 0.05 天文單位(AU) 以內,大約只是 水星 太陽 距離的 8 分之一,表面溫度遠超太陽系裡的類木行星,使 天文學家不禁懷疑,這些行星當中可能包含太陽系內從未見過的全新行星類型。
        熱木星(Hot Jupiter,roaster planets,epistellar jovians,pegasids 或 pegasean planets)是一種 質量 (mass)接近或超過 1.9 × 1027 公斤 (木星質量) 的系外行星,距離其環繞的母恆星約在 0.05 天文單位(AU) 以內。 熱木星 的特徵有:
           1、因為距離母恆星很近、且質量與體積龐大,所以在觀測上從母恆星被遮掩的機會多且明顯,因此以 凌日變光的觀測法 (Transit method) 最容易發現,是目前發現已發現系外行星的大宗。
           2、它們的公轉軌道離心率都很低、幾乎都是呈現近似圓形軌道,且受母恆星 潮汐鎖定 (Tidal locking) 影響,造成了行星的 公轉與自轉同周期相同 ,因此 總以同一面朝向其母恆星
           3、都被認為是經歷了行星遷移之後才存在於現在的位置。 因為在如此緊挨恆星的位置上沒有足夠的材料原位生成質量如此巨大的行星。而且在熱木星的大氣層被剝離之後, 它們殘留的核可能成為 冥府行星 (Chthonian planet)。

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類木行星 (Gas giant):
類木行星 (Gas giant) 又名「氣體巨行星」, 它們是非以岩石和固態物質組成之巨行星,此組成特徵迥異於擁有岩質地幔 (rocky mantle) 的 類地行星 (Terrestrial planets)。 我們的太陽系已知有 木星 (Jupiter)、 土星 (Saturn)、 天王星 (Uranus) 與 海王星 (Neptune) 等 4 顆氣體巨行星 (如上圖從左到右排列,在 太陽 的背景下呈現其大小的比例), 所以我們俗稱它們是「類木行星」。 近年來,天文學家們也在太陽系外發現許多環繞其他母恆星的氣體巨行星。大於 10 倍 地球質量 行星 (planets) 才夠資格被稱之為巨行星, 質量較低之氣體行星有時也被稱為氣體矮星 (gas dwarfs) 。一般而言,氣體巨行星擁有著濃厚的氫氦大氣與碩大的 質量 (mass),外觀它們根本沒有固態的表面可言 。這些行星也可能具有熔融岩石核心,但若該行星本身具有足夠的熱能,則其核心可能蒸發並與大氣溶合並平均分散於整個行星。 由於目前系外行星偵測法的技術有限,至今發現的大多數系外行星的質量,幾乎坐落在太陽系的類木行星範圍 ,因此將這些系外行星統稱為「類木行星」。

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氦氣行星 (Helium planet):
氦氣行星 (Helium planet) 是從低 質量 (mass) 白矮星 (white dwarf) 流失後所形成的一種假想 系外行星 (extrasolar planet)。原本它的母恆星類似太陽系內的 木星 (Jupiter)或 土星 (Saturn),主要組成分是氫氣 (hydrogen)、其次才是氦氣 (helium),在經歷恆星的核融合反應後絕大部分的氫已融合成氦和較高原子序的元素。 理論上, 氦氣行星已無力繼續演化成恆星,所以它的質量可以超過 13 倍個 木星質量 。 典型例子為位於 獵犬座 (Canes Venatici) 內距離我們約 2,000 光年 獵犬座 AM (AM CVn,AM Canum Venaticorum) 激變變星是顆雙氦核的白矮星,環繞著它的旋轉盤上充斥著氦氣將會形成氦氣行星

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熱海王星 (Hot Neptune):
熱海王星 (Hot Neptune)是一種類似熱木星(Hot Jupiter) 的  系外行星 (extrasolar planet),它們之間的差別主要是與其母恆星的距離與質量 (mass),熱海王星距離母恆星約 1 個天文單位 (1 AU 約 1.5 × 108 公里) ,質量約和  天王星 (Uranus) 或 海王星 (Neptune) 相當。因為熱海王星距離母恆星近、且質量與體積大,所以在觀測上從母恆星被遮掩的機會多且明顯,因此也是以 凌日變光的觀測法 (Transit method) 最容易發現。目前已發現位於 天壇座 (Ara) 內距離我們約 50.6 光年 Mu Arae c (HD 160691 c)、位於 獅子座 (Leo) 內距離我們約 33.4 光年的 Gliese 436 b 刻卜勒任務太空望遠鏡 發現位於 天鵝座 (Cygnus) 內距離我們約 123 光年的 HAT-P-11b 都是熱海王星。

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鐵行星 (Iron planet):
理論上, 鐵行星 (Iron planet) 是指擁有巨大金屬鐵質核心、 而僅是有或無岩質地幔 (rocky mantle) 的 類地行星 (Terrestrial planets), 在太陽系裡的 水星 就是此類行星的典型。由現有行星的形成理論推測,在近 母恆星處受到其他星體撞擊或是原行星旋轉盤面 (protoplanetary disk) 充斥鐵質物質的狀態下,有可能形成鐵行星。一般而言,鐵行星體積較小,且沒有板塊構造 (plate tectonics),也缺乏強烈的 磁場 (magnetic field)。

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海洋行星 (Ocean planet):
海洋行星 (Ocean planet)是 馬克•坎納 (Marc Kuchner,1972. 8.7. - ) 和阿蘭•萊傑 (Alain Léger) 在 2003 年首次提出的概念,理論上星際間可能存在著一種表面完全被液態水構成海洋所覆蓋的 系外行星 (extrasolar planet)。該類行星上的海洋可能深達數百公里,遠深於地球 上的海洋。在海洋的較深地區,巨大的壓力使得形成一個由 固態冰構成的地幔 (mantle),其中的非常態冰並非如我們所理解的那樣處於低溫狀態。如果該行星距離其母恆星夠近, 則行星上的海水溫度就可能接近於沸點,海水將會處於超臨界狀態,從而使得海洋缺乏確定的表面。 2012 年 2月 23 日美國哈佛史密森尼天體物理中心 (Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics,CfA) 公佈,他們利用美國太空總署 (NASA) 哈柏太空望遠鏡 (HST) 發現 1 顆截然不同的行星 GJ1214b ,它的主要組成物質不是岩石、氣體或其他一般的物質,而是水。 位於 蛇夫座 (Ophiuchus) 內距離我們約 40 光年 GJ1214b 外觀是個被平均溫度 393 ~ 555 K 蒸氣層厚厚包覆的水世界。

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脈衝星行星 (Pulsar planet):
脈衝星行星 (Pulsar planet)是圍高速自轉中子星公轉的行星。因為脈衝星的自轉速度極為穩定幾乎不變,因此可以透過精密的脈衝計來偵測脈衝的周期性變化,即可推斷到該脈衝星是否有行星存在,並可透過變化的出現計算出行星公轉 周期。所以 1992 年波蘭天文學家亞歷山大•沃爾茲森 (Aleksander Wolszczan,1946. 4. 29. - ) 和美國天文學家戴爾•弗雷 (Dale Frail) 宣佈發現一個圍繞 脈衝星 (pulsar) PSR 1257+12 的行星 (目前已確認出 4 顆行星), 這項發現迅速被確認,這是首次對 系外行星 (extrasolar planet) 的確認。2006 年 4 月美國麻省理工學院的 Deepto Chakrabarty 研究團隊宣稱利用 專職 紅外光觀測 史匹哲太空望遠鏡 (Spitzer), 在一顆位於 仙后座 (Cassiopeia) 內距離我們約 13,000 光年 的 4U 0142+61 磁星 Magnetar)週圍發現一個原行星旋轉盤面 (protoplanetary disk) 。不少與太陽相似的恆星也擁有與這顆脈衝星類似的原行星盤,因此推估這顆脈衝星的原行星盤可能會形成新的行星。

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類地行星 (Terrestrial planet) :
類地行星 (Terrestrial planet)又名「岩石行星」,是指以矽酸鹽岩石為主要成分、且擁有岩質地幔 (rocky mantle) 的行星,此組成特徵迥異於「氣體巨行星」 (Gas giant) 以氫、氦和水氣為主、可能沒有固體的表面的 類木行星類地行星的構造特徵是中央以金屬鐵為主的核心、加上以矽酸鹽為主圍繞的地凾, 星球表面充斥峽谷、撞擊坑、山脈和火山 等地形景觀,大氣層都是再生大氣層,有別於類木行星直接來自於太陽星雲的原生大氣層。 理論上,類地行星還可細分成以矽化合物為主的矽酸鹽行星、以及以碳化物為主的 碳行星 兩類 。地球所在的太陽系有 水星 金星 地球 火星 等 4 顆類地行星,和一顆類地矮行星: 穀神星 (1 Ceres) 。 2005 年 6 月起,天文學家也陸續發現太陽系外類地行星的存在,例如位於 寶瓶座 (Aquarius) 內距離我們約 15 光年 遠的紅矮星 Gliese 876 旁發現環繞著類地行星 Gliese 876 d、位於 天秤座 (Libra) 內距離我們約 20.5 光年環繞紅矮星 Gliese 581的類地行星 Gliese 581 cGliese 581 dGliese 581 eGliese 581 g 等系外類地型適居帶 (habitable zone) 行星。

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超級地球 (Super-Earth):
超級地球 (Super-Earth) 顧名思義是以我們所居住的地球環境作為探討的標準、是盼望找到與生氣盎然的地球生存條件類似的 系外行星 (extrasolar planet) , 如地表溫度、組成分、運行方式與公轉軌道、適居帶 (habitable zone) 等特徵都和我們居住的地球相仿,是期望移民後立即可適應生存的場所。理論上, 它的 質量 (mass) 約為 地球質量 (M) 的 1.9 ~ 5 倍 (頂多到 10 倍地球質量的矮氣體行星下限)、 表層溫度 或許稍熱且無冰層覆蓋、 體積 也許介於地球和類海王星之間的系外行星。2005 年 6 月,天文學家首度發現位於 寶瓶座 (Aquarius) 內距離我們約 15 光年 遠的紅矮星 Gliese 876 旁環繞著類地行星 Gliese 876 d,它的質量約 7.5 倍地球質量、公轉周期為 2 地球日、表層溫度在 430 ~ 650  K ,它是第一顆被發現的超級地球。 2006 - 2007 年陸續發現位於 天秤座 (Libra) 內距離我們約 20.5 光年環繞紅矮星 Gliese 581 的類地行星 Gliese 581 c (~ 5 M) 和 Gliese 581 d  (~ 7.7 M) 等超級地球,以及 OGLE-2005-BLG-390Lb  (~ 5.5 M)和 HD 69830 b  (~ 10 M)。2008 年發現 MOA-2007-BLG-192Lb (~ 3.3 M)、HD 40307 b (≧ 4.2 M)、HD 40307 c (≧ 6.8 M)和 HD 40307 d (≧ 9.2 M) 等 4 顆超級地球,2009 年發現 COROT-7b (~ 4.8 M)、Gliese 581 e  (~1.9 M)、GJ 1214 b  (~ 2.7 M) 和其他 30 顆超級地球,2010 年發現 HD 156668 b   (~ 4.15 M) 和 Gliese 581 g  (~ 3.1 M) ,2011 年 2 月 刻卜勒太空任務 (Kepler Mission) 發現 1,235 顆準系外行星,其中 68 顆為超級地球。

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德雷克公式 (Drake equation) :
銀河系 裡搜尋到文明的機率如何呢? 「星系裡搜尋到文明的機率」就是想從觀測到的資料裡依據數理統計概念,來推算一個 星系裡出現文明的機率, 想去瞭解我們所居住的地球是唯一孤獨有生物存活的星球嗎? 在天文學家哥白尼 (Nicolaus Copernicus,1473.2.19. – 1543.5.24.) 所闡述的 平庸原理 (Mediocrity principle) 科學哲學觀念裡,地球只是一個普通的行星,人類或者地球在宇宙中不存在任何特殊地位或重要性。為了證實地球和人類是否只是宇宙中最普遍的現象, 美國天文學家、天體化學家、科普作家卡爾•愛德華•薩根Carl Edward Sagan,1934.11.9.-1996.12.20.) 和美國天文學家、天體物理學家 法蘭克•德雷克Frank Donald Drake,1930.5.28.-)啟動了 搜尋地外文明計劃 (Search for signals from extra-terrestrial intelligence, SETI),他們認為「在銀河系可能有成千上萬個文明存在。」,依據法蘭克•德雷克 在 1961 年所提出的德雷克方程 (Drake equation) 中所列的參數一一介紹它們的意涵和已知的觀測數據。
           從 1984 年 11 月 20 日開始運作的「尋找地球外的智慧文明」 (SETI,Search for Extra-Terrestrial Intelligence) 計畫, 致力於 無線電望遠鏡 等先進設備, 來接收從宇宙中傳來的 電磁波 , 並希望藉由分析某些有規律的信號來發現外星文明。 德雷克方程:N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
           式中 N :能在銀河系裡找到具溝通能力之的文明星體個數,
                R*:銀河系裡 雛恆星誕生率 (粗糙估計約 ~ 20 顆/年),
                 fp:銀河系裡恆星擁有行星比率 (粗糙估計約 ~ 0.5 ) ,
                 ne:出現生命的行星率 (粗糙估計設定 ~ 2) ,
                 fl : 行星 上出現生命率 (粗糙估計設定 ~ 1),
                 fi : 在生命存在的生物族群中有智慧出現率 (粗糙估計設定 ~ 0.01),
                 fc :在有智慧生物群中具有可溝通能力率 (粗糙估計設定 ~ 0.01),
                 L :文明發展時間 (粗糙估計設定為 1,000 ~ 1,000,000,000 年,我們暫訂為 10,000 年)
           若以 1961 年 法蘭克•德雷克 依據當時他手邊觀測數據所作上述的粗糙估計計算,則銀河系內至少可以找出 10 個文明的星球。如此地粗估結果你會相信嗎?

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震波 (Shock waves,激波):
震波是氣體超音速流動時產生的壓縮現象之一。 在天文物理上,震波常出現在雛恆星的兩極噴流、超新星爆發後擠壓星際物質的超新星爆發殘留物、 星球磁場形成的盾形擾動、星系團邊緣的吸積盤。

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迴光現象 (light echoes):
天文物理探究迴光現象的形成因素, 當單一類新星爆發光源閃光直接傳到觀測者和隨後被不同拋物面物質塵埃反射、再傳到觀測者, 因著閃光路經不同路程、產生傳遞時間的延遲與因為不同角度的來源光會產生不同偏振模式的偏振光 (polarized light), 使得我們可以從陸續接收到的影像,分析出此單一類新星爆發閃光源附近塵埃的分佈狀況。

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恆星周期 (sidereal period) :
是一顆行星環繞恆星公轉一整圈回到軌道上原來的位置所需要的時間。 這是一顆行星真正的軌道周期,也是一般所指的公轉週期。

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會合周期 (synodic period):
是一顆行星環繞恆星公轉一整圈回到從地球的角度觀察到的天球上原來的位置所需要的時間。 這是一顆行星在回到軌道起點之間的間隔。會合周期與恆星周期之所以不同是因為地球本身也環繞著太陽公轉。

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軌道周期 (orbital period):
是一顆行星或其他天體環繞軌道完整一圈所需要的時間。

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行星(Planets):
環繞太陽運行的天體,質量必須大得使其自身的重力足以使球體維持近乎圓球形的外型, 且能自行清除了軌道鄰近區域中的物質。

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矮行星(Dwarf planets):
環繞太陽運行的天體,質量必須大得使其自身的重力足以使球體維持近乎圓球形的外型, 但是未能清除軌道鄰近區域中的物質,且不是行星的衛星或是其他非恆星的天體。

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太陽系小星體(Small Solar System Bodies):
所有行星和矮行星以外,環繞太陽運行的天體(衛星除外), 全部歸類於此類。換言之,這一類包含了絕大部分的小行星(Asteroids)、 海王星外天體(Trans-Neptunian Objects, TNO)、彗星(Comets)和其他小天體等。

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拉格朗日點 (Lagrangian point):
在天體力學中,拉格朗日點又稱天平點。 例如,兩個天體環繞運行,在空間中有 5 個位置可以放入第三個物體,並使其保持在兩個天體的相應位置上, 使得第三個物體與前兩個物體相對靜止。

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歐特雲 (Oort cloud):
是一個假想包圍著太陽系、半徑約一光年的球體雲團, 佈滿著數十億至數百億顆不活躍的彗星,歐特雲外圍距離太陽約 5 ~ 10 萬個天文單位。

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黃道面 (Ecliptic):
是指地球繞太陽公轉的軌道平面。古人以太陽的目視軌跡定義為「黃道」, 古代東西方天文學者所強調的「黃道十二宮」,就是依據一年當中觀察太陽的位置在這些星座構成的背景前移動。 黃道十二宮從春分點的雙魚座開始數算,依時間順序是白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、室女座、天秤座、 天蠍座、人馬座、摩羯座、寶瓶座。現在,我們知道這個以太陽為中心的行星公轉軌道面,我們稱它為「黃道面」。

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潮汐力 (Tidal force):
天文物理學上,同一天體因為位置距離的不同,造成所受到鄰近另一天體的重力大小也有所差異, 如此形成的重力位差,我們稱它為潮汐力。

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潮汐鎖定(Tidal locking):
當一個天體繞行另一個天體公轉時,會產生潮汐摩擦,讓自轉減慢, 到了最後會以同一面持續面對另一天體的狀態,稱之為潮汐鎖定。

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靜流體平衡 (Hydrostatic Equilibrium):
天文物理模型中將恆星由內至外分為數個同心球殼層,每一層所受的重力與熱壓力都達成平衡。

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色指數 (Color index):
是天文學中利用顏色來顯示恆星表面溫度的一個純量指數。 這是一套很常用的通帶或濾鏡測光系統,要測量出這個指數,觀測者需要使用 U (紫外線靈敏濾鏡) 和 B (藍光靈敏濾鏡) 或 B (藍光靈敏濾鏡) 和 V (黃綠色可見光靈敏濾鏡) 兩種不同的濾鏡,依序測出目標物的光度。 使用不同濾鏡測得的光度差分別稱為 U-B 或 B-V 的色指數,數值越小,恆星的顏色越接近藍色;反之,色指數越大,顏色越紅(或溫度越低)。

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恆星光譜分類 (Spectral types) :
20 世紀初,美國哈佛大學天文台對50萬顆恆星進行了光譜研究。 他們根據恆星不同的譜線進行了分類,結果發現它們與顏色也有關係.,由藍色到紅色分成 O、B、A、F、G、K、M 等類型。

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日冕物質拋射 (Coronal Mass Ejection):
從太陽的日冕層拋射出來的物質,主要是電子和質子組成的電漿,加上伴隨著的日冕磁場和強烈輻射。 大多數的日冕物質拋射都來自黑子群與閃焰耀斑的活躍區,這些區域強大磁場的封閉磁場線大到足以抑制電漿活動; 日冕物質拋射必需打開這些磁場線才能逃逸至太空。 考證日冕物質拋射加速度的峰值與閃焰耀斑輻射的峰值經常是一致的,所以推測日冕物質拋射和閃焰耀斑是由共同的原成因造成的, 這些現象都被歸類為磁場結構大規模變動的結果。 日冕物質拋射的速度從每秒 20 - 2,700公里,平均速度是每秒約 500 公里。 拋射的頻率與太陽週期有關,從太陽極小期的隔天一次到太陽極大期的每天至少 5 - 6次。 觀察日冕物質拋射的運動學顯示,日冕物質拋射在開始前期加速度是緩慢的上升,隨後的期間以很快的加速度脫離太陽, 直到達到接近恆定的速度。

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周期 (Period):
約在公元前 500 年,古希臘科學家畢達哥拉斯 (Pythagoras) 就指出,「數字和規律」 是描述時間的兩項要素。 世上各地的先民們都早已經知道利用太陽月亮出現位置 周而復始的規律現象, 來描述他們認定的時間。 因此,凡是有「周期性」呈現的現象,古聖先賢認為可以用來描述時間的多寡。伽利略 就因為觀察到教堂內鐘鎚的規律擺動而進一步探究其周期運動 ,科學家將周而復始之規律現象所呈現來回一次的「時間」長短定義為一個「周期」的大小。

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密度:
定義是單位體積所擁有物質的數量多寡。 也就是:密度 = 物質的數量 / 單位體積。通常未指名時,是指質量密度而言。

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質量密度:
定義是此物質之單位體積所擁有的質量。 也就是:質量密度 = 物體質量 / 物體體積。通常用的物體質量密度單位為 公克 / 立方公分 (g/cm3)。

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粒子密度:
定義是單位體積所擁有的粒子數。 也就是:粒子密度 = 粒子數 / 體積。通常用的粒子密度單位為 數目 / 立方公分 。

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溫度 (Temperture):
依據分子動力學的說法,萬物的分子組成,不斷地在物體的內部進行著沒有規則性的隨機運動(Random motion), 而溫度代表的正是系統中分子的總動能。當溫度逐漸降低時,分子的運動逐漸地停頓。

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絕對溫度 (Absolute temperture):
為了方便於計算,科學上普遍應用的 絕對溫標 : 絕對溫度 (K) = 攝氏溫度 (0C) + 273.16 度。

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日冕儀 (Coronagraph):
以墨鏡模擬日食時遮避太陽的強光,可用於觀察太陽本體四周明顯僅存的大氣游離粒子的分佈

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日冕洞 (Coronal hole):
日冕層出現的缺口。

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電漿 (Plasma):
電漿是物質的一種狀態,如同在常溫下大家熟悉的水之固態、液態和氣態。 指一大群塊帶電的原子流體當中某小塊可能帶著正電荷,週遭另一小塊可能帶著負電荷; 但巨觀看來,大群塊是中性的,這種狀態稱為「電漿」態。

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電場(Electric field):
若一個帶電物質相對於你是呈現靜止不動的狀態,則你只能感受到它靜電力的存在。 凡是另一帶電的物體接近時將會感受到這些原本存在於此處電荷的影響, 科學家稱這種空間的特性是「場」(field)的存在呈現。 也就是說,聚集的電荷造就了鄰近的「靜電場」, 使得靠近的其他帶電的物體在此電場中的運動受到「帶同性電荷會相斥, 帶異性電荷會相吸」的效應,而改變原本運動的路徑。

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磁場(Magnetic field):
若一個帶電物質相對於你是有相對的運動時,則你除了能感受到它電場的存在外, 另會感受到磁場的存在。正如你將指南針置放於通電的導線周圍, 就可以看到指南針受到通電導線內電流所形成的磁場作用而改變它的指向。

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光球層 (Photosphere):
我們觀測太陽表面時,發現它有一個比較清楚的圓周界線, 平時我們看到的太陽圓盤、所說的太陽半徑就是以此周界定出來的,在這個周界內的大氣層,我們稱之為「光球層」。 光球層是太陽的最底層大氣,雖然它的平均密度只有水的數億分之一,但是它的厚達約 500 公里, 所以顯得光球層是極不透明的。光球層底層溫度約為絕對溫度 6,400 K、頂層溫度約為4,400 K, 太陽的光和熱幾乎全是從這一層大氣輻射出來的。 光球層內粒子密度每立方公分含有 10 – 100兆顆粒子。

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色球層 (Chromosphere):
在日全食,暗黑的月球遮住了炫目的光球層明亮光輝的瞬間, 這時可以看到緊挨著太陽邊緣有一段狹窄的圓弧,好似一條玫瑰色的花邊紅光, 這就是「色球層」(Chromosphere)。色球層厚約 8,000 公里,是太陽大氣層的中層。依據我們日常生活的常識, 離熱源近者溫度會比離同一熱源較遠者來得高,然而太陽大氣層裡的情況卻大不相同。 色球層內溫度相差很大,色球層的底部約絕對溫度 4 千度,中間約絕對溫度 8,000 度, 而頂部卻可能急劇上升到約絕對溫度 10 萬度以上;再往上到達日冕的底部, 溫度可能劇升至絕對溫度百萬度。 色球層內粒子密度每立方公分含有 100 -1,000 億顆粒子。

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日冕 (Solar Corona):
位於色球層的外面是乳白色的「日冕」層,是太陽大氣層的最外層大氣,「日冕」確實像似罩在太陽上的一頂冠冕。 日冕層的物質十分稀薄,但它延伸的範圍很大,直徑大約為太陽的數倍到數十倍。 其形狀隨太陽活動的強弱不同而有明顯的變化,在太陽活躍極大期,日冕的形狀接近是個圓形向四面八方射出; 而在太陽表面活動較寧靜時,赤道區附近較為延伸、呈現像橢圓形的蒲扇一樣,向太陽赤道方向平伸出去, 一直延伸近 200 萬公里。令人驚奇的是,日冕低層的溫度反而比太陽表面溫度高得多, 此層溫度高達絕對溫度 100 - 600 萬 K。日冕層內粒子密度每立方公分含有 100 萬至 10 億顆粒子。

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米粒組織 (Granule):
太陽光球層上的一種表面結構,呈多角形小粒形狀如左上圖,必須用天文望遠鏡才能觀測到。 米粒組織的溫度比附近區域的溫度約高攝氏 300 度左右,因此,它們會顯得比較亮眼明顯。 觀測時看到它們雖是呈現出小顆粒狀,事實上它們的直徑也有 1,500 公里,大的甚至可達 3,000 多公里。

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針狀體 (Spicule):
是在太陽的色球層外緣出現的一種由許多細小火舌組成的明亮而細長如針狀的流焰。針狀體寬約 1,000 公里、長約 4,000 -10,000 公里, 平均壽命約為 5 至 15 分鐘。 針狀體的數目密度隨著高度的增高而漸減少,通常,如果在色球層中,針狀體數目約 25 萬個; 則在離太陽表面 3,000 公里處,則針狀體數目減少到 9 萬個; 再往上離太陽表面高度為 1.5 萬公里處,就只剩下約 200 個而已。 再來觀察針狀體的活動狀況,針狀體約以每秒 25 公里的速度從色球層竄出, 有的僅是呈現急速上升的情勢、但有的會出現跳躍上升的噴流態勢。 當它們升到離太陽表面一定的高度,因為受到太陽強大重力的影響就會開始往下降。

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日珥 (Prominence):
是突出在太陽表面邊緣外的一種太陽活動現象。 日珥是從太陽的光球層和色球層竄出,而到達低日冕層的熱離子氣體群,它們在太陽表面構架呈現「拱形」景觀。 日珥出現時就像似從太陽表面噴出來的紅色火焰,形狀千變萬化,有如拱橋或噴泉,整體看來, 它們的形狀恰似貼附在太陽邊緣的耳環,因此而的名為「日珥」。 日珥的上升高度約數萬公里,一般寬達約 20 萬公里至 150 萬公里間。 日珥的亮度要比太陽光球層暗很多,所以平時不能用肉眼觀測到它,只有在日全食或用日冕儀才能直接觀測到。 日珥是一種非常奇特的太陽活動現象,其溫度大多數在絕對溫度 5,000 – 8.000 K 之間。

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光斑 (Solar faculae):
太陽光球層上比周圍更明亮的斑狀組織。 當天文望遠鏡觀測太陽表面時,常常可以發現在光球層的表面有些區域明亮與深暗的明顯對比。 這種明暗斑點是由於這裡的溫度相對性有高低不同而形成的,比較深暗的斑點叫做「太陽黑子」; 而比較明亮的斑點叫做「光斑」。 由光斑出現在太陽表面的位置來分析,光斑常在太陽表面的邊緣呈現,卻很少在太陽表面的中心區出現。 因為我們觀測到的太陽表面中心區的輻射大多來自於光球層的較深氣層,而觀測到的太陽邊緣的光主要來自光球層較高部位, 所以,光斑的呈現應該是在太陽表面較高處,可以算得上是光球層的高原。 光斑也是太陽表面上的一種強烈風暴現象,有些天文學家把它當成為「高原風暴」。 光斑的亮度只比寧靜光球層的亮度約強 10%;溫度也比光球層的溫度約高攝氏 300 度。

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太陽磁層(Solar Magnetrosphere):
若一個帶電物質相對於你是有相對的運動時,則你除了能感受到它電場的存在外,另會感受到磁場的存在。 太陽的內部充斥著是高密度的電漿,這些大量帶電離子受到太陽內部核融合反應巨大能量的推力, 這些電漿態流體向外形成高速的對流而產生強烈磁場。 依據現正在太陽轉軸向外飛行的航海家一號和二號太空探索器之數據顯示,太陽也有著和地球一樣的巨大磁層, 它正保護著太陽系裡所有的行星和衛星,免受來自銀河系中心和外星系的星系風與恆星風吹襲。

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太陽風(Solar wind):
從太陽日冕層以每秒300-700公里高速衝出的高溫電漿。

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磁層(magnetosphere,或稱磁圈、磁氣圈):
是一個天體周圍由帶電離子組成、以該天體的磁場為主的區域。它們是天體免受外來帶電粒子襲擊的太空防護罩。

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范艾倫輻射帶 (Van Allen radiation belt,Plasmasphere、電漿圈):
指 1958 年 1 月美國第一顆人造衛星探險者一號升空後,在地球大氣層上方充斥電漿態呈甜甜圈狀包圍著地球的高能輻射層, 以發現者詹姆斯•范•艾倫的名字命名。范艾倫輻射帶分為內外兩層。

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終端震波 (Termination Shock):
是太陽風因為與當地的星際介質產生交互作用而減速至低於聲速的場所。 太陽風通過終止震波引起密度壓縮、加熱和磁場的變化。

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日球 (Heliosphere,太陽圈):
是太陽風吹入星際物質的空間中造成的氣泡。雖然來自星際空間的中性原子可也以滲入這個氣泡, 但實際上在太陽圈中主要的物質都是來自太陽本身的。

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太陽層頂(Heliopause):
是太陽風和星際介質的交界處,來自雙方的壓力在此達到平衡。 太陽風的微粒因星際介質而停滯不前之處,而通過盾形震波的星際介質也就不再會活躍了。

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日鞘 (Heliosheath):
是太陽圈的終端震波外面的區域,太陽風在此處因為與星際介質的交互作用,因而被減速、壓縮、且會產生湍流。 日鞘的形狀像彗星的彗髮,尾跡會在太陽運動的路徑方向拉長。

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盾形震波(Bow shock,弓形震波):
是太陽風與行星的磁層頂相遇處形成的震波;或是位於太陽運動路徑的前方、太陽風和星際介質在太陽層頂相遇處形成的震波。

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極光(Aurora 或 Polar light):
出現於星球的高磁緯地區上空,是一種絢麗多彩的發光現象。而地球的極光, 由來自地球磁層或太陽的高能帶電太陽風使高層大氣分子或原子激發(或電離)而產生。

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磁暴 (geomagnetic storm):
是地磁的短期擾動,成因是當太陽表面活動旺盛時,太陽表面的閃焰爆發次數增加, 閃焰爆發時輻射出高能的電磁波和高能量的帶電粒子束,其中的帶電粒子形成的太陽風電流衝擊地球磁場, 會增強大氣中電離層的游離化,引發地磁的擾動。

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太陽活動 (Solar variation):
是太陽發射出的太陽輻射在總量上的變化。

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黃道 12 宮 (Astrological sign):
是黃道通過的 12 個星座。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。 黃道 12 宮是代表一年中,從我們生活的地球上看太陽在星空中規律地運行的背景星座而已,並沒有任何神秘的力量。 黃道 12 宮從春分點的雙魚座開始數算,依時間順序是白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、室女座、天秤座、 天蠍座、人馬座、摩羯座、寶瓶座。

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近日點 (Periapsis 或 Perihelion):
行星以橢圓形軌道繞行太陽公轉,最接近太陽的位置。

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遠日點 (Apoapsis 或 Aphelion):
行星以橢圓形軌道繞行太陽公轉,最遠離太陽的位置。

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行星際磁場 (Interplanetary Magnetic Field,IMF):
太陽的磁力線會隨著太陽風一起運動而佈滿整個太陽圈, 所以因著太陽自轉和太陽磁力線向外的運動的結合, 磁力線呈螺旋狀在黃道面上呈現帕克螺旋的形式。 行星際磁場具有扇形結構,在每個扇形內部,磁場方向指向或背離太陽是一致的, 而兩個相鄰扇形內磁場的極向卻是相反的,這兩個磁域由一分為二的太陽圈電流片分隔著。

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帕克螺旋(Parker spiral):
1958 年,尤金•帕克 (Eugene Parker) 提出由於太陽自轉, 太陽磁場會被扭曲成帕克螺旋(Parker spiral)。 1970 年代早期,K. H. Schatten 發展出一個數學模型,當旋轉的磁場改變極性時會翹曲、變形,形成類似芭蕾舞裙的波浪螺旋形狀。

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太陽圈電流片(heliospheric current sheet):
是太陽系內部磁場極性發生南北轉換的表面,這個區域在太陽圈內沿著太陽赤道平面延伸, 其形狀是太陽風等行星際介質受到太陽磁場旋轉的影響而形成的,厚度約為一萬公里, 有一股大小約 10-10 A/m2 電流在電流片中流動,電流片將帕克螺旋形狀的磁場一分為二。 太陽圈電流片隨著太陽的自轉每 27 天轉一圈,地球的磁場會穿越其峰頂與谷底,並與之發生相互作用。 人造衛星觀測到臨近地球的行星際磁場強度約在1 ~ 37 x10-9 泰斯拉、平均約為 6 x10-9 泰斯拉。

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近點周期 (anomalistic period):
是一顆行星環繞恆星公轉一整圈兩次經過近恆點之間所需要的時間。 一顆行星的近恆點是它軌道上最接近恆星的那一點。 近點周期與公轉周期之所以不同是因為一顆行星的副軸會慢慢地由歲差而移動。

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回歸周期 (tropical period):
是一顆行星環繞恆星公轉一整圈兩次經過赤經0度之間所需要的時間。 回歸周期比公轉周期稍短一些,因為春分點會慢慢地由歲差而移動。

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卡靈頓自轉 (Carrington rotation):
是太陽表面的黑子或爆發位置經過一段時間之後再出現的時間間隔定出的系統。

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磁通量 (magnetic flux):
是指垂直於某曲面的磁場強度分量在該曲面的積分。

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地磁指數 IHV (Inter-hour Variability Index):
這些指數是來自於地球相對兩端點的磁力計所記錄到的資料:其中之一在英格蘭,另一個在澳大利亞。 IHV 的資料自 1868 年開始,每天都有記錄。

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適居帶(habitable zone):
生存需要有不匱乏能量來維持生物結構的穩定,而溫度正是能量的指標。 所以,在生命存活過程中的合適溫度成為舉足輕重的影響因子。 就以地球現有生物的存活條件,來推算太陽系的行星表面溫度可否讓生物存活,傳統認知太陽系裡合乎適合居住條件的區域至少包括金星、地球、 火星等繞行太陽公轉所構成的環狀區域,有人稱之為適合居住的「適居帶」。 太靠近太陽或遙遠的星球表面溫度,可能就不利於生物的存活。

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進動 (precession,旋進):
是自轉物體之自轉軸又繞著另一軸旋轉的現象,在天文學上,又稱為「歲差現象」。 當陀螺自轉軸的軸線不再呈垂直於水平地面時,會發現自轉軸會沿著鉛直線作旋轉,此即「旋進」現象。

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章動 (nutation):
是在行星或陀螺儀的自轉運動中, 軸在進動(歲差)中的一種輕微不規則運動,使自轉軸指向改變過程裡出現仿如點頭般的搖晃現象。 行星的章動主要來自於潮汐力所引起的進動,並使得歲差的速度不是常數隨時改變。

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攝動 (Perturbation):
是天文學專有名詞,用於描述一個天體的軌道因為與其他天體的重力場產生交互作用而改變或偏離。

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歲差 (axial precession):
在天文學中是指一個天體的自轉軸指向因為重力作用導致在慣性空間中緩慢且連續的進動變化, 使得春秋分點在天球上的相對位置,沿著黃道每年向西移動。 通常,每年的移動量是 50.29",即每 71.6 年移動 1°。 這個過程雖然緩慢但會逐年累加起來,完整的歲差圈要經歷 25,765 年,春秋分點在黃道上退行一周 360°。

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天平動 (Libration):
是在天文學中,從衛星環繞的天體上觀察所見到的真實或視覺上非常緩慢的振盪。 長久以來都只用在月球相對於地球的視運動,並且選擇一個點來平衡與對比晃動的尺度。 月球天平動共有四種形式區分:緯度天平動、經度天平動、周日天平動和物理天平動。

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氣候與天氣 (Climate vs. Weather):
氣候是長期在特定區域內統計出的氣象,包括要素有溫度,濕度,氣壓,風力,降水量,大氣粒子數。 天氣一詞與氣候的時間及空間尺度不同,氣候是大範圍、長時間變化,天氣是指在短期間內的這些氣象要素即時狀態改變。 一個地方的氣候是受該地的緯度、地形、海拔、冰雪覆蓋情況、以及附近水體及其水流狀況的影響。 像需要上百萬年變動時間的板塊結構、北部大西洋比其他海洋盆地溫度要高 5℃ 的海洋熱鹽環流、 將陸地和大海之間熱氣疏散的海洋氣流、影響太陽吸熱的植被覆蓋密度與類型、 大氣溫室氣體數量等都是明顯決定氣候的因素。

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氣旋 (cyclone):
是三維空間上的大尺度渦旋,是指近地面氣流向內符合中心氣流上升的天氣系統。 由於地球自轉形成的科氏力 (Coriolis effect) 作用,使得氣旋在北半球作逆時針旋轉,在南半球做順時針旋轉。

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赫羅圖 (Hertzsprung–Russell diagram,H-R Diagram) 、主序星:
依據星球表層 溫度 和光度的關連性圖示來揭開星球演化的奧秘,並推測 恆星一生的演化 。依據赫羅圖的顯示,描述甯P的特徵參數有 質量 (M)、光度 (L, 圖上的縱軸標示)、溫度 (T, 圖上的橫軸標示)、顏色 (C, 圖上的橫軸標示) 和演化 時間 (T)。 通常我們都以 太陽 的條件當作單位標準, 用以瞭解各個甯P的質量、光度、溫度、演化狀況等特徵參數大小。 絕大多數的恆星都落在圖中的主序帶 (main sequence)上,顯示它們都是穩定進行核融合反應已提供其動態穩定平衡的恆星。赫羅圖左上角是質量大、 體積 大、溫度高、 光度大呈藍色的星,稱為「藍巨星 (Blue giant)」; 而右下角正相反,呈紅色的星。 赫羅圖的右上角的恆星光度高、半徑大, 表面溫度 卻低而偏紅的星體, 稱之為「紅巨星 (red giant)」。 赫羅圖左下角是質量小、體積小、光度低,但溫度卻很高而發偏青白色光, 因而稱為「白矮星 (white dwarfs)」。

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球狀星團 (Globular Cluster) :
是明亮星球聚集的一種型態, 這類星團的特徵是呈球狀對稱分布於一球心周圍。 雖然 球狀星團 的規模不像 星系 (Galaxy) 的龐大, 但此類「星團 (Star Cluster) 」組織緊密,星團內恆星數量至少也有數十萬顆, 大多集中在星團的中心附近, 球狀星團的範圍直徑約在數十光年至四百光年間。 依據最新的觀測資料顯示, 球狀星團 內的重元素比例遠比我們太陽來得低, 所以科學家推測 球狀星團 的年齡可能都已上百億年了,或許可以追溯至宇宙的初期。 我們銀河系的盤面外圍就擁有約 200 個 球狀星團, 一般相信大多數的星系也擁有眾多的 球狀星團 , 例如 M87 可能就擁有上千個球狀星團。

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疏散星團 (Open Cluster):
恆星聚集的規模分類中,所謂的「星團 (Star Cluster)」 規模大小通常都遠比不上「 星系 (Galaxy) 」來得龐大。 而星團中有的核心很密集,例如:球狀星團 (Globular Cluster), 但也有的顯得十分的稀疏,如上圖所示的,無論稱它們是「疏散星團 」或是「開放星團 (Open Cluster)」, 此類星團的形狀呈現不規則且通常沒有對稱性, 也有人稱它們為「星系雲 (Galactic Cluster)」。 一般相信,疏散星團 是緣由於星系內的大塊雲氣, 因著相互間得 重力 吸引而凝聚、且仍然在星系盤面上繞著星系核心運行。 依據觀測資料顯示,其他星系內的 疏散星團 密度如同在銀河內的密度, 而且它們的年齡顯得都很年輕,大多約在數千萬至數億年之間。

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銀河系 (Milky way):
是我們所在的星系,它和仙女座 (Andromeda,M31) 相鄰近著,銀河系主要結構是由中央的巨厚部分和四周的圓盤旋臂部分所組成。 如果仔細分析其中的恆星特性, 會發現其圓盤是由一些較年輕星體所組成, 而旋臂更是由雲氣灰塵以及 O、B 兩型年輕恆星所集中的區域。 此外在銀河系中心以及外為光環上的天體則多屬黯淡紅年老的恆星。 銀河系中央位於人馬座方向、北方位於后髮座方向、南方位於御夫座方向。 一般相信,銀河系約擁有 2 千億顆以上的恆星,螺旋盤面直徑約為 10 萬光年。 我們太陽系位處在銀河系的一條螺旋臂上, 距離核心約 3 萬光年遠,中央最厚處約 1.6 萬光年。

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橢圓星系 (Elliptical Galaxy) :
是星球聚集的一種型態,此類星系的外觀在望遠鏡中顯現呈橢圓球狀。 或許可以如此地描述橢圓星系,它的外觀和我們的銀河系是絕然不同的。 橢圓星系隨然內部的恆星繪繞著星系合星旋轉運行, 但外觀似乎看不出它們像螺旋星系 (Spiral Galaxies) 般有旋轉的現象, 也就是沒有整體巨觀的 角動量 (global angular momentum)。 例如:位於室女座 (Virgo) 球狀大星系團中心的 M 87 橢圓星系是呈現為橄欖球狀, 僅有少許的星際氣體和灰塵在其中,而且沒有渦旋的外圍結構。 M87 橢圓星系此點特徵, 和具有 渦旋臂 且呈現扁平狀的銀河系外觀是不一樣的。

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螺旋星系 (Spiral Galaxies):
在星系分類中螺旋星系 (Spiral Galaxies) 是星球聚集的一種型態, 此類星系的外觀在望遠鏡中顯現多呈扁平而中央凸隆、外圍結構像漩渦般往外發展。 我們的 銀河系 就是一個旋臂星系。 星系中令人迷惑的不但是那些可見光能見著的結構部分,而那些非可見光所能看到的區域更是令人迷惑。

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棒旋星系 (barred-spiral galaxies) :
是星系分類中的的一種類型, 它和一般所認知的 螺旋星系 頗為相似, 但在望遠鏡中仔細地察看就可以看出它們的差異所在, 就是某些螺旋星系在靠近中央的區域,竟然彷彿是由一根棒狀的臂帶動著外圍的旋臂繞其中心旋轉。 到底這種既帶棒狀於內部區域、而且又有渦漩狀分布於外圍的星系是如何形成的呢 ? 最近靠著電腦的模擬才促使星系形成的理論模型稍有進展,假若初始時是一個旋轉的棒狀結構, 由於分布在此旋轉的星系內部恆星之不穩定的演化,使得重力場將會造成靠近星系中央的恆星達成穩定 (也就是恆星間的相關位置與物質的分布不易變動) ,而外圍的渦漩狀結構的演化就和一般的旋臂星系之演化是相同的。 依據最新太空望遠鏡的大量觀測和電腦的模擬,我們居住的銀河系或許也是個「棒旋星系」,這個新發現有別於自 19 世紀以來, 我們對於 銀河系形狀 的認知。

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透鏡狀星系 (S0 星系,Lenticular Galaxy):
上世紀初,偉大天文家哈柏 (Hubble) 將 星系的不同類型 區分成 : 以 E 字母標示的 橢圓星系 (Elliptical Galaxies)、 以 S 字母標示的 螺旋星系 (Spiral Galaxies,或稱為「旋臂星系」)、 和以 SB 字母標示的 棒旋星系 (Barred-Spiral Galaxies,或稱為「棒狀旋臂星系」), 另有一種較為獨特的星系形狀,星系呈盤碟狀但無旋轉臂的外觀彷如生活中的透鏡形狀,哈柏就將它歸類在上述三種類型的分差點上, 稱之為 透鏡狀星系 (S0 星系,Lenticular Galaxy)。

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赤經 (Right ascension):
赤道座標系 建制裡配合著現代的地理座標方式, 比照地理的座標方式建立赤道座標系統, 以 24 小時 時區制的經度和從南緯 90 度到北緯 90 度的 180 度的緯度來表示, 而建立了「赤經 (Right ascension,R.A.) 」和「 赤緯 (Declination,Decl.)」 的現代赤道座標系  (Equatorial coordinate system) 。 在赤道座標系中有幾個參數與定義值得我們注意, 如 天球北極 (Celestial pole)、 天赤道 (Celestial equator) 、 赤緯 (Decl.) 的度數 δ 、 以及 赤經 (R.A.) 的度數 H 。 唯一最大的差異在於地理上的時區是以英國格林威治天文台所在的位置為零時起算, 而在赤經 (R.A.) 的時區起算點, 是以「 黃道 (面) (Ecliptic) 」和天赤道 雙魚座 內的交點 (也就是「春分點 (Vernal equinox)」) 為零時起算, 將一環天的星空分成 24 等分,每等分相當於 1 個時角。 當然,現代 赤經 (R.A.) 的時區起算點,也不同於古代中國 赤道座標系 中以 28 個 「 距星 」為起算點的 「入宿度 」算法。 通常時角數 (R.A. 或 Hour angle) H 的表示法, 1 週天為 24 時角 (hour angle), 1 時角 (hour angle) 可以細分成 60 分 (minute) , 1 分 (min) 又可再細分成 60 秒 (second) 。 當然,你也可以換算成 (degree) 來表示, 1 時角 (hour angle) 等於 15 度 (150 )。 

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赤緯 (Declination) :
赤道座標系 建制裡配合著現代的地理座標方式, 比照地理的座標方式建立赤道座標系統, 以 24 小時 時區制的經度和從南緯 90 度到北緯 90 度的 180 度的緯度來表示, 而建立了「赤經 (Right ascension,R.A.) 」和「 赤緯 (Declination,Decl.)」 的現代赤道座標系  (Equatorial coordinate system) 。 在 赤道座標系中有幾個參數與定義值得我們注意, 如 天球北極 (Celestial pole)、 天赤道 (Celestial equator) 、 以 天赤道 開始起算的 赤緯 (Decl.) 北緯度數 δ 相當於古代中國 赤道座標系 中 90 度減去 去極度的度數,且常以『 + 』號表示北赤緯,而以『 - 』號表示南赤緯。 通常角度數 (degrees) 的表示法, 1 度 (10 ) 細分成 60 分 (1') , 1 分 (1' ) 又可再細分成 60 秒 (1" ) 。 

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渾沌膨脹的宇宙起源觀點:
1983 年俄裔美籍宇宙學家安德烈•林德 (Andrei Linde,1948. -) 修正美國理論物理學家、宇宙學家阿蘭•哈維•古斯 (Alan Harvey Guth,1947.2.27. -) 於 1979 年所提的暴脹宇宙模型 (inflationary universe theory),首倡渾沌膨脹 (chaotic inflationEternal Inflation) 宇宙模型。他主張 膨脹的開始 不是發生在我們的宇宙之內, 而是持續無限地從主要膨脹區域的「關閉芽」(budding off) 小宇宙暴脹出來,如上圖模擬所示。這些「泡沫」宇宙本身,可能就是擁有浩瀚的距離、 以及由呈指數級暴脹區域而彼此斷開連接的單獨空間,此模型以類似無限回歸的方式解決了「是什麼在宇宙大霹靂之前?」的問題。 換言之,我們的宇宙是在無限過去的一些任意時間於一些其他宇宙暴脹事件中創建出來的。

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旋論鏡像的宇宙起源觀點:
理論物理學裡結合量子力學 (quantum mechanics) 和廣義相對論 (general relativity) 為量子重力 (quantum gravity) 發展中的一支 ─ 旋論 (String theory) 所提供宇宙起源的可能解釋。目前可接受的可能性,在大霹靂前存在的東西像我們的宇宙「鏡像」 (mirror image) 理念。我們的宇宙幾乎是由無限密集和熱開始展開的,將來有可能也會經由越來越多的細化和冷卻進入無限的未來。 在此之前,基本上是與時間座標扭轉的宇宙相同的,然後以「大緊縮」(Big Crunch) 催促著我們當前宇宙作個宇宙的結尾,如上圖模擬所示。

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迴圈狀無止盡的宇宙起源觀點 (cyclic universe)
2002 年美國宇宙學家保羅•斯泰恩哈特 (Paul J. Steinhardt,1952.12.25. ─ ) 修正美國理論物理學家、宇宙學家阿蘭•哈維•古斯Alan Harvey Guth,1947.2.27. -) 於 1979 年所提的暴脹宇宙模型 (inflationary universe theory), 首倡迴圈狀無止盡的宇宙起源 (ekpyrotic or cyclic universe) 觀點。他主張宇宙存在於永遠的過去空間和時間裡、且宇宙經歷過無盡序列的週期, 它定期將經歷始於大爆發 (big bang)、終於大的緊縮 (big crunch)、以及數萬億年之間每個膨脹和緊縮的大反彈 (bounce), 在迴圈中時間與溫度僅作無限小的密度變化。因為我們的宇宙實際上嵌入在高維空間的其他這種宇宙中,就會發生這些振盪。 這些小宇宙遵守著愛因斯坦的廣義相對論 (General Relativity) 數學方程和在大尺度觀測下宇宙該呈現均質且各向同性 (homogeneity and isotropy) 「宇宙學原理」 (The Cosmological Principle) 的規範,當這些小宇宙碰撞並分開時,它們經歷大霹靂、並重複該過程。

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準穩定態宇宙模型 (Quasi-Steady State model):
1948 年奧地利數學宇宙學家 Hermann Bondi (1919.11.1. – 2005.9.10.)、奧地利天文學家湯馬士•戈爾德 (Thomas Gold,1920.5.22.-2004.6.22.) 和英國天文學家弗雷德•霍伊爾 (Fred Hoyle,1915.6.24.-2001.8.20.) 提出穩定狀態宇宙模型 (steady-state theory,或稱無限的宇宙理論連續創作生成 ),這是有別於標準宇宙模型 (standard cosmological model) ─ 弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規 (Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metricFLRW 度規) 的宇宙模型。 這個模型宇宙看起來總是和現在一樣,它的宇宙的原則是不是用於宇宙年齡與暴漲空間的探討, 它的擴大時空是呈指數級增長,但物質密度維持在幾何形狀所需的臨界值琠w。 然而, 輕元素豐度 宇宙背景 微波輻射 (cosmic microwave background radiation) 觀察結果 (上圖影像) 嚴重地懷疑穩定態模型。 1993 年弗雷德•霍伊爾和他的同事英國天文學家傑佛瑞•羅納德•伯比奇 (Geoffrey Ronald Burbidge,1925.9.24.-2010.1.26.)與印度天文學家 Jayant Vishnu Narlikar (1938.7.19.─) 將穩定狀態宇宙模型修改成 準穩定態宇宙模型 (Quasi-Steady State model) ,說明宇宙始終存在著且會經歷脈動 (pulsations) 而擴大與收縮,在塌陷的每個階段結束時之「反彈」會引起具有消極能量密度,類似於大霹靂標準模型中的 暗能量 (Dark energy) 角色。此模型許多論點尚待更多觀測數據來驗證。

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牛頓力學改良式 (MOND) 宇宙模型 :
1981 年以色列魏茨曼科學研究所物理學家莫德采•米爾格若姆 (Mordehai Milgrom,1946. ─ ) 提出牛頓力學改良式宇宙模型 (Modification Of Newtonian DynamicsMOND) 來解決 暗能量 (Dark energy)與星系自轉問題。類似愛因斯坦的廣義相對論 (General Relativity) 數學方程在相對速度 (v) 趨近於光速 (c) 時會和牛頓力學所得的結果趨於一致,相同地 MOND 是發生在速度 (v) 趨近於零時會和牛頓力學所得的結果趨於一致。換言之, 在一個非常低向心加速度星系的尺度而言,或許如 MOND 的描述是適用的,因為MOND 背後的基本思維源自在 可見光 中檢視這些星系中甯P的速度,再推斷出之間數量和分佈的差異。此資料在大霹靂學說標準解釋是星系含有不輻射也不吸收光的  暗物質 (Dark matter),而 MOND 的解讀是改變 重力 (gravity) 方式。MOND 本質上說大距離、小作用力, 牛頓的萬有引力定律被修改後確實有可能定量解釋星系的旋轉曲線。

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遲緩光 (Tired light) 模型:
1929 年瑞士天文學家弗里茨•茲威基 (Fritz Zwicky,1898.2.14.-1974.2.8.) 提議「遲緩光」(Tired light,或稱累之光) 機制 ,來作紅移距離關係 (redshift-distance relationship) 的解釋,如此觀點不同於美國天文學家哈柏Edwin Powell Hubble,1889.11.20. ─ 1953.9.28.) 依據 Georges Lemaitre 的宇宙膨脹論點 ,以 遠方星系遠離我們的速度 v 和與我們的距離 d 成正比 (即 v = H0 d) 的均勻膨脹半經驗公式來解釋紅移距離關係。 提及否光子可能隨著與其他粒子的碰撞而喪失了常規的能量,使得較遠處的物體似乎 比近處來得較紅,且任何種類的光散射會模糊更多看到較遠處的物體圖像。此外,星系亮度、宇宙微波背景熱輻射隨時間演化, 使得看到了一些不應存在的現象,這是由於任何宇宙紅移疲勞 (tired) 影響光散射的機制。

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電漿宇宙模型 (non-standard plasma cosmology):
1991 年美國科普作家、電漿物理學者 Eric J. Lerner (1947. ─,左上圖照) 出版「大霹靂未曾發生過」(The Big Bang Never Happened) 一書, 已改進 1960 年瑞典電漿物理學家、天文學家漢尼斯•奧洛夫•哥斯達•阿爾文 (Hannes Olof Gösta Alfvén,1908.5.30.-1995.4.2.) 首倡導的電漿宇宙學 (non-standard plasma cosmology),來反駁宇宙的起源是來自於一次的大霹靂。這本書使用從 宇宙背景探索太空船 (Cosmic Background Explorer, COBE) 觀測到當時一些人期望看到 的宇宙背景輻射 (Cosmic Background Radiation)異向性資料,論斷作為宇宙大霹靂是一種失敗的模式證據。 他還詆毀觀測 暗物質 (Dark matter) 的證據,並詳細敘述了一個眾所周知的 超星系團 (superclusters) 特徵大於在宇宙年齡內可能透過重力坍縮 (gravitational collapse) 所能形成的最大結構。他採用一個無限老且經歷週期的永恆宇宙, 認為電磁的作用遠比重力作用來得重要,依據比利時化學家、物理學家伊利亞•普里高津Ilya Romanovich Prigogine,1917.1.25.- 2003.5.28.) 所提非平衡態統計物理的可逆性熱力學模型進行宇宙演化,Lerner 稱從平衡秩序自發地可以形成利用能源流動 ,他也否認暗物質和 暗能量 (Dark energy)的存在,他宣稱依據電漿宇宙學模型能夠正確描述觀察的結果總是錯誤的。隨後 威金森微波異向性偵測器 (WMAP) 的太空觀測衛星觀察到更多 宇宙背景輻射異向性影像

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普朗克時期 (Planck epoch):
缺實驗與觀測佐證的純理論推測,在大霹靂發生至 10-43 秒之間存有極高溫狀態的「普朗克時期」 (Planck epoch),它的溫度高到足以讓 4 種基本作用力 - 電磁力、重力、弱作用力和強作用力 - 都統合成一種基本力。在現代的暴脹宇宙學,普朗克時期是不存在的,但是類似的條件可能存在於暴脹之前的宇宙中。 

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大一統時期 (Grand unification epoch):
缺實驗與觀測佐證的純理論推測,從 10-43 秒開始持續到 10-36 秒之間 (此處所提及的時間是相對論裡所論述的相對時間,而非我們生活中感受到的時間長短) 的「大一統時期」 (Grand unification epoch),這個時期是非重力物理所描述的「大統一理論」 ( grand unified theoryGUT)。在現代的暴脹宇宙學,大一統時期是不存在的,但是類似的條件可能存在於暴脹之前的宇宙中。

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大暴脹時期 (inflation):
美國理論物理學家、宇宙學家阿蘭•哈維•古斯 (Alan Harvey Guth,1947.2.27. -) 於 1979 年提出與命名的暴脹宇宙模型 (inflationary universe theory) 說明宇宙太初的早期宇宙一段快速膨脹的過程,從大霹靂之後的 10-36開始持續到 10-33 之間的混沌狀態 (此處所提及的時間是相對論裡所論述的相對時間,而非我們生活中感受到的時間長短)。 在宇宙初期的大暴脹時期,負壓力的真空能量驅使下,宇宙在這段期間空間膨脹了至少 1078 倍。 此時,由基本粒子輕子、夸克、介子、重子等粒子與反粒子和輻射充斥整個時空, 呈現出宇宙初期的「渾沌膨脹 」(chaotic inflation)  狀態。

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電弱時期 (Electroweak epoch):
在大霹靂之後的 10-36開始持續到 10-12 之間、夸克等基本粒子物質出現後呈混沌狀態階段時期, 4 種基本作用力 電磁力、重力、弱作用力和強作用力也開始運作 。其中大約在大霹靂之後的 10-32,暴脹時期的暴脹場位能釋放導致宇宙呈現一段指數型擴張的宇宙暴脹階段, 此時在強作用力與電磁力、弱作用力分離的高濃密、高熱 (約 1028 K) 漿態 夸克-膠子漿 (hot quark–gluon plasma)  電弱時期 (Electroweak epoch), 有著高能量的粒子交互作用創造出大量的不穩定粒子,包括 W 及 Z 玻色子 (W and Z bosons) 和 希格斯玻色子 (Higgs bosons)。大約到大霹靂之後的 10-12時,宇宙膨脹變冷、弱交互作用變得不太活躍, 使得 W 及 Z 玻色子停止 增生,剩餘的 W 及 Z 玻色子也很快衰變,此後弱交互作用力成為短程作用力。

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夸克時期 (Quark epoch):
在大霹靂之後的 10-12開始持續到 10-6 之間、夸克等基本粒子物質出現後呈混沌狀態階段時期, 4 種基本作用力 電磁力、重力、弱作用力和強作用力早已開始運作 。其中大約在大霹靂之後的 10-12,高濃密、高熱漿態 夸克-膠子漿 (hot quark–gluon plasma) 的電弱時期 (Electroweak epoch) 剛結束,此時的重力作用力、強作用力、電磁力、弱作用力已分離呈現在的狀況,但溫度仍然很高,容許夸克結合在一起形成強子 (hadrons)。 在夸克時期,宇宙充滿了熱夸克膠子漿,包括夸克、輕子和它們的反物質。高能量粒子的相互碰撞可以形成 介子 (mesons) 和 重子 (baryons) 的夸克時期結束後,粒子交互作用的平均能量已經低於強子的束縛能。 接下來的時期,夸克被約束在強子的內部,這段期間就稱為強子時期

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強子時期 (Hadron epoch) :
在大霹靂之後的 10-6開始持續到 1 秒之間、高能量粒子的相互碰撞可以形成 介子 (mesons) 和 重子 (baryons) 的夸克時期結束後,粒子交互作用的平均能量已經低於強子的束縛能。接下來的時期,夸克被約束在強子的內部, 這段期間就稱為 強子時期 (Hadron epoch)。這段時期由強子主導的宇宙初期,溫度仍高得足以讓強子和反強子對  (hadron/anti-hadron pairs) 形成, 物質與反物質維持著熱平衡 (thermal equilibrium),組成宇宙的夸克膠子漿 (hot quark–gluon plasma) 繼續冷卻,直到包括 質子 (protons)、 中子 (neutrons) 的強子可以形成。但是,宇宙的溫度仍持續下降,強子和反強子對不再能產生,大部分的強子和反強子都在湮滅的反應 (annihilation reactions) 中消除了,只有少部分的強子留存下來。在大霹靂之後的一秒鐘,反強子已經完全被清除掉, 接下來就是 輕子時期 (lepton epoch) 的開始。

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輕子時期 (lepton epoch):
強子時期 的末期,多數的強子和反強子互相湮滅 (annihilation),留下的輕子 (leptons) 和反輕子 (anti-leptons) 成為控制宇宙的主導物質。在大霹靂之後的 1 秒開始持續到 10 秒之間, 微中子分離出來 (neutrinos decouple) 並且可以在太空中自由通行,在輕子時期的宇宙溫度仍然夠高,足以生成輕子/反輕子對 (lepton/anti-lepton pairs), 因此輕子和反輕子對仍然維持著熱平衡 ,這種宇宙微中子背景輻射類似於以後發散出來的宇宙微波背景輻射。約在大霹靂之後的 10 秒鐘, 宇宙的溫度冷卻到輕子/反輕子對不再能創造出來,並且多數的輕子和反輕子在湮滅反應 (annihilation reactions)中被消滅掉,只留下少量殘餘的輕子。宇宙的物質由 光子 (photons) 主導, 開始進入 光子時期 (photon epoch)

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光子時期 (photon epoch):
輕子時期 (lepton epoch) 的末期, 宇宙的溫度冷卻到輕子/反輕子對不再能創造出來,並且多數的輕子和反輕子在湮滅反應 (annihilation reactions)中被消滅掉,只留下少量殘餘的輕子。宇宙的物質由 光子 (photons) 主導,開始進入光子時期。光子是 電磁波 (Electromagnetic wave) 的形式,所 謂的光子時期就是 電磁力主導的時期。 在光子時期的初期幾分鐘經由太初核融合 (nucleosynthesis) 的程序產生原子核 (nuclei),在光子時期的期間內,宇宙充斥著包含了由原子核電子 (electrons) 和光子組成熱且濃密的電漿 (hot dense plasma)。大約在大霹靂之後的 38 萬年,宇宙的溫度下降至原子核可以和電子結合在一起 形成中性的原子。這樣的結果使得光子不再和物質頻繁的交互作用,宇宙開始變得透明 (transparent) 而宇宙放晴了, 同時產生現今觀察到的宇宙微波背景輻射 (cosmic microwave background radiation)。

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太初核融合 (Big Bang nucleosynthesis)、 元素的豐度 (elemental abundances)
太初核合成Big Bang nucleosynthesisBBN)是指宇宙在早期階段於 17 分鐘的短暫時間內 ,宇宙普遍充斥著融合單一個質子 1H 成為氫同位素 (isotope) 氘與氚 (2H3H)、 氦的同位素 (3He 4He) 、鋰同位素(6Li7Li)、鈹同位素(7Be8Be )等原子序最低原子量原子的一個物理宇宙學概念。太初核合成雖然開啟了往後較大原子序原子的核融合 (nuclear fusion) 步驟, 但是太初核合成之後,宇宙的溫度和密度降至核融合所需要條件,因此也使得原子量比鈹重的原子核無法大量地瞬間生成 。依據宇宙早期的溫度和密度相關參數可計算出上述 元素的豐度 (elemental abundances), 結果以質量表示的豐度: 1H 75%2H 0.01% 4He 25%、以及總量僅可供辨識的微量鋰,並無其他的重元素。 宇宙被觀測到的元素豐度與理論數值的一致性,被認為是大霹靂理論最有力的證據。

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物質主導時期:
太初核融合(Big Bang nucleosynthesis)使得
氫、氦、鋰、鈹等原子及它們的同位素之形成,接下來由這些原子核與 光子 (photons) 密度相當時期,因著重力吸引和壓力的互相影響所形成擾動,造成在最短距離金斯長度  (Jeans length) 內重力塌縮 (gravitational collapse) 替代自由流輻射 (free-streaming radiation),由原子組成分子 的物質結構。在此時期冷暗物質 (cold dark matter) 主導下,使重力塌縮在宇宙膨脹過程中造成宇宙的不均勻性被放大,使稠密地區更稠密度而稀薄的地區更稀薄。

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復合時期 (recombination epoch):
大霹靂後的最初期宇宙是炙熱的,光子 (photons) 、 電子 (electrons) 和 質子 (protons) 密集呈電漿態 (hot dense plasma),電漿和光子的交互作用造成的宇宙輻射,這些電漿有效地穿透光子的電磁輻射,每個光子在極短的距離就會遇到帶電粒子, 使得宇宙變得不透明。 當宇宙逐漸膨脹時,也開始變冷,直到宇宙的溫度冷到活力充沛的中性氫可以形成, 大量的自由電子和質子被束縛於原子中,它們相對於中性氫原子的比率下降至約為 1 :10,000。不久之後,在宇宙中的光子與物質退藕 (photons decoupled from matter),因此復合 (Recombination) 有時也被稱為光子退藕 (photon decoupling),光子在宇宙中不與物質交互作用的自由路徑 (mean free path) 變長後,就構成我們今日所觀測到的宇宙微波背景輻射 (cosmic microwave background radiation),宇宙溫度約在 3,000  K  ~ 3 K 之間,整個宇宙變透明了。

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黑暗時期 (Dark ages) :
光子退藕 (photon decoupling)發生之前,多數的光子 (photons) 、 電子 (electrons) 和 質子 (protons) 會在密集呈電漿態 (hot dense plasma)中交互作用,造成的結果是呈現宇宙霧狀不透明。雖然有光的存在,但是不容易被觀測到。當宇宙的溫度冷到活力充沛的中性氫可以形成, 大量的自由電子和質子被束縛於原子中呈現中性氫原子 (electrically neutral hydrogen atoms) ,進而光子在宇宙中不與物質交互作用的自由路徑 (mean free path) 變長後,就構成我們今日所觀測到的宇宙微波背景輻射 (cosmic microwave background radiation)。宇宙變成透明,但在這時只有中性氫自旋21 公分波長輻射,使得觀測上仿如黑暗狀況。 依據量子物理的包立不相容原理,氫原子基態 (ground state)上的兩個電子不會具有相同的 能階 (energy levels)。 當電子和原子核內的質子具相反的旋轉方向時,產生了方向相同的磁場, 此時能階較高; 若電子和原子核內的質子具相同的旋轉方向時,產生了方向相反的磁場,此時能階較另一者低。 所以,當有機會時,電子會從較高能階基態跳躍至較低能階基態,則會釋出 21 公分 波長的 無線電波 譜線。 21 公分波長無線電波譜線的偵測,可以讓天文物理學者瞭解星際間中性氫原子雲氣 (HI) 的分佈。

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一天 (Day) :
依據天文學家的定義,太陽系的行星本身自轉一圈, 稱為此行星的「一天」。 換句話說,「地球自轉一圈」就是地球的「一天」, 也就是「一晝夜」的時間長度。 這個由地球自轉所定義出來「一天」(恆星日) 的時間長短, 是和地球自轉的快慢有關聯的。

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時辰 :
什麼叫作「一天」( 或稱為「一晝夜」) 呢 ? 我們若依據自然的規律現象來定出淺顯易懂的共同溝通語言,最容易被接受和流傳。 因此在時間方面,先民們已是依據「正中午」 (圭表儀上太陽影子北指時) 到下一個「正中午」定義為 12 時辰。 我國西周就已實施用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥等 「12 地支」來標示一天當中的不同時間。 時辰的實質為時段而非時刻, 比如「子時」相當於現今的 23 : 00 到凌晨的 1 : 00 之間的兩個小時,凌晨的 1 點到 3 點定為「丑時」,依此依序類推,故「午時」就是指正中午的前後一個小時之間。

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小時(辰) (Hour) :
我國從宋代 (約一千年前) 以後, 每個時辰又細分為「」和「」兩部分, 比如,「子初」指的是 23 : 00 到午夜 0 : 00之間的一個「小時 (較小時辰)」, 「子正」指的是午夜 0 : 00 到凌晨 1 : 00 之間的一個小時。 這個便攜式的赤道日晷就是將正午到次日正午的時間按「初」和「正」分為 24 個時段,與現今時刻的制度是不謀而合的,「小時 」之稱也由此而來。 約在五百年前 (公元 1504 年) ,西洋人華耳 (Walther) 發明了機械時鐘, 1656 年惠更斯 (C. Huygens) 將鐘擺加裝在機械時鐘後,原本不很可靠的時鐘就準確了。他們早先在鐘面上就標示出白天和晚上加在一起的整整 24 小時, 後來也被稱之為「平均太陽日 (Solar day)」。
一天正好是 24 小時嗎 ? 因為地球除了自轉外, 還有繞行太陽公轉的現象,那麼由地球自轉定出的 「一天 (Sidereal day)」是不是正好 24 小時?答案是否定的。 因為地球依循右手表示方式約 365.25 天繞行太陽一圈, 當地球自轉一圈的時間, 它在公轉軌道上也約走了 1 度,所以一天約略少於 24 小時 ! 一天約略為 23 小時 56 分鐘。   

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世界標準時 (Coordinated Universal Time) :
1884 年國際性時間會議決議, 全世界按統一標準劃分時區, 實施分區計時 , 它以格林威治經線零度作為標準,把東經 7.5 度到西經 7.5 度的地區定為零時區,由零時區分別向東和向西每隔 15 度劃同一個時區, 共 24 個時區。鄰近東經 (或西經) 180 度處有一條國際換日線, 作為國際日期的變換,全球共有 24 個標準時區 (見上圖), 同一時區內使用同一時刻, 向東每過一時區則鐘錶撥快一小時, 反之,向西每過一時區則鐘錶撥慢一小時。  

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時標 (Time Scale) :
目前我們產生時刻用的標準鐘多半是銫原子鐘或是氫鐘。 世界各國的國家實驗室也以銫鐘或氫鐘來產生各國的國家標準時刻。 為了方便各種因應各種運用,科學家們又定義了「時標」 (Time Scale),作為日常及科學使用的基準。

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閏秒 (Leap second) :
由於地球自轉並不穩定, 長期累計下 TAI 與地球自轉週期(應為 86400 秒)會有相當差異, 影響日常生活。 當世界協調時與一號世界時之差(Difference UT1, DUT1)的絕對值在半年或一年之內將超過 0.9 秒時, 為保持 DUT1 在 0.9 秒內, 國際地球自轉組織(International Earth Rotation Service, IERS)便會發佈閏秒通告。 在 12 月 31 日或 6 月 30 日的最後一分鐘(UTC 時間, 換算成我們的標準時間為 1 月 1 日上午 7 時 59 分及 7 月 1 日上午 7 時 59 分)做「閏秒」調整。 增加一秒時為正閏秒,減少為負閏秒。 台灣的標準時刻(UTC (台灣))標準時間為我們時區的(標準時),目前由中華電信研究所發佈及維護。 由於地球受到月球的重力拉扯, 導致地球自轉逐漸減慢是地球自轉呈現不穩定的主因之一。

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分鐘、秒鐘:
我們既然已經知道依據地球自轉過程中, 觀測太陽的縱跡或竿影, 而確定出一天 24 小時。 接著我們可以進一步地用「六十等分法」,將一個小時細分成 60 「分鐘」。然後再進一步地,將一分鐘又細分成 60 「秒鐘」。 也就是說,我們已經將一個完整的晝與夜之 24 小時分成了 1440 分鐘,再細分成 86,400 秒鐘。我們可依據自己對於時間長短精準的需求,在一天當中用小時、分和秒來表示時刻。 近代科學家發明單擺鐘及石英震盪器, 利用單擺或石英晶體 (見上圖) 的震盪週期來計時, 只要震盪週期乘上每秒震盪次數就是一秒鐘。 但上述計時方式易受環境、溫度、材質、電磁場甚至觀測者觀測角度等影響, 並不穩定,須由天體(地球自轉、公轉、月球公轉)的週期來校正。 1960 年以前,CIPM(世界度量衡標準會議)以地球自轉為基礎, 定義以平均太陽日之 86400 分之一作為秒定義。即 1秒 = 1/86400 平均太陽日。然而地球自轉並不穩定,會因其他星體引力的牽引而改變。 1960 至 1967 年間, CIPM 改以地球公轉為基礎,定義西元1900年為平均太陽年。 秒定義更改為:一秒為平均太陽年之 31556925.9747 分之 一。  

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原子秒:
秒的新定義 20 世紀中葉, 科學家發現原子會吸收或放射特定週期的光子, 其週期非常穩定。 1967 年舉行的第十三屆國際計量大會 (General Conference on Weights and Measures) 選擇了以銫原子的躍遷做為 「」的新定義, 即在零磁場下,銫原子同位素 133 基態超精細能階躍遷的 9,192,631,770 個週期所持續的時間定為 1 秒, 稱作「原子秒」,新定義使得計時進入了原子時的時代,此秒定義一直維持至今。          

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星期 (Week):
這是人們相約訂出來的一個時間長短, 將 七個白晝和黑夜, 合起來就稱之為一個「星期」。 因為一星期中的日子被安排成固定的模式,人們喜歡計畫整個星期,把特定的事情 (如宗教活動、採購、休假等等) 放在特定的日子來做,因此這些特定的日子就成了某些人生活計畫中的一部分。 在全世界的許多語言中,就將這些特定的日子的名稱大多以太陽、 月亮地球行星等代表標幟, 或是神祇的名子來表示。 或許你又想問 : 為什麼一個星期要訂為七天呢 ? 我們就來找些理由吧 ! 聖經一啟頭描述神以六天的時間造天地、萬物和人,而在第七天休息。 三千多年前,巴比倫時代開始採用七天為一星期的算法。月相變化中各個盈虧現象的變換, 從新月、半月、滿月、半月回到新月都是約為七天。         

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恆星月:
月球是地球的衛星, 伴隨著地球在太空中, 仿如一對情侶般漫舞在繞行太陽的公轉軌道上 ,並且月球依循「右手表示」方式 (右手姆指指向北,其餘四根指頭彎曲的方向,表示月球繞行地球公轉的方向) 繞行地球。 若我們定義一個月的方式,是以遠方星空為背景看到月球實際繞行地球一圈的時間, 定義出一個「恆星月」(約 27.3 天) 的時間長短。朔望月 的時間長短和恆星月的時間長短兩者間的差異,乃是由於月球隨著地球在繞行太陽公轉時,每個月約有 30 度的變化, 所以造成了這兩者間每月皆有約 2.2 天的差異。

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朔望月 (Lunar month):
我們看到的月面明亮是導因於反射太陽的光, 被照亮的月面部位在月球繞行我們地球的相對位置變化中, 從我們地球上看到的月面變化。 也就是說,月面形狀在一個月當中有著圓缺的周期性變化, 若我們依此周期變化, 從「望」到下次的「望」(或是從「朔」到下次的「朔」)定義為「一個月」的時間長短。 這種命名一個月的方式就稱為「朔望月」(約 29.5 天)。    

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回歸年 (Year):
地球除了有 自轉外, 也有著繞行太陽公轉的現象。 實際上地球繞行太陽公轉一圈的時間約為 365.2422 日, 我們定義這個規律的周期為一個「回歸年」。 正因為這個回歸年的時間長度不是正好為整數, 所以我們以「平年」365 日和「閏年 」366 日來描述一年的長短。

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閏年 (Leap year):
回歸年不是整數日數(1 回歸年 = 365.2422 日),但曆年必須有整數日數。唯一解決的方式是變化曆年日數。 在陽曆,經常以平年 365 日加額外一日(閏日)如此成閏年為 366 日。 在儒略曆以及改進之的格里曆,每次閏年 2 月加一額外日以置閏。 儒略曆每四年如此做。格里曆年份數目可以 100 但非 400 整除者,不置閏以改進準確性。 以 陰曆 為基礎的回曆有「閏年」, 每到閏年增加一天於 12 月底 。 以 陽曆 為依據的公曆也有閏年, 每到閏年增加一天於 2 月底

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閏月 (Leap month):
回歸年也沒有太陰月相變化的整數(1 回歸年 = 12.37 朔望月),所以陰陽曆一年必須有可變之月數。 這通常是 12 個月,但有時一年加入第 13 月,稱為「閏月」。我國 夏曆 為「陰陽合曆」、 以「朔望月」(又稱之為「朔策」) 為依據, 12 個朔望月為一年,一年有 354 天,而比 回歸年 約少 11 天; 但夏曆又必須顧慮到季節時令 , 到底夏曆要如何置閏,才能使夏曆與回歸年相符呢? 簡易的方法是採用「 19 年 7 閏法 」, 也就是 19 個平年 (合 19 X 12 = 228 個朔望月), 另有 7 個「閏月」,相當於 6939.75 天 ( 365.25 X 19 = 6939.75) , 此數值僅比 19 個回歸年約多 3.5 小時。此辦法雖是可取的,但又該如何安置此 7 個閏月呢? 因為 24 節氣 其實是涵有 12 個「節氣」和 12 個「中氣」之分, 它們依順序相間交替,而 12 個中氣分別又作為 12 個月的標誌。 「19 年 7 閏法」是「沒有中氣的月作為上個月的閏月」。 換言之,「19 年 7 閏法」使得夏曆的曆法和季節變化相協調, 而且夏曆中每個月都呈現有一個「中氣」來標記那個月分,既簡易又不會混淆。

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作者與主編 : 陳輝樺  
                 諮詢服務 : 陳輝樺 (NMNS)
                                 蘇明俊 (STU)

最近更新日期 : 2013/3/31