觀天入門

前言

有人會問觀天(或是觀星)是不是要花很多錢買設備，其實不盡然，這裡介紹的一百個觀天習題，它們幾乎是不費分文就可以做到，而且十分有趣，你還可以呼朋引伴一同實作，可以在同一個時間及同一個地點，或是在不同時間及不同地點，最後再分享及比較彼此的成果。

這一百個觀天習題也十分簡單明暸，雖然它們的目標是成年觀星族，聰明的小朋友們依然可以做得到。當然，其困難度也和你多麼投入和多麼細心有關，但可以保證的是你用不著本生燈、質譜儀、天文臺或是去申請研究基金。但你的確需要一股熱情和耐力，願意不辭寒暑地在黑夜中佇立著，有時候還是在荒郊野外。不過你最大的回饋就是在觀看天空中美麗而奇幻的星體時發出的無數讚嘆。

有部份習題嚴格來說並不是觀察星體，而是觀看天空的現象，它們可能和太陽、月亮、或是其它光源有關。這些現象也不見得歸類於天文學，有些是氣象學的範疇。無論如何，它們都不應錯過，值得你去欣賞。這也是我把主題訂為「觀天入門」而不是「觀星入門」的原因。

有部份習題所觀察的現象可能較為罕見，你可能今年一整年都無法看到。但也有許多習題是幾乎可以在任何一年的任何一周的任何一天都可以完成，你也可以反覆實作、精益求精，直到你自己滿意為止，甚至或許成為你終身的事業。有部份習題是由數個小習題組成的，保證讓你愉快地忙碌一段時間。

度量單位

時間

在觀察日蝕和月蝕時，這裡列出的是通用時間(UT)，為24小時制，和格林威治標準時間(GMT)相同。如果你在美國，東岸時區(EST)為-5，中央時區(CST)為-6，山區時區(MST)為-7，太平洋時區(PST)為-8。例如德州位於中央時區，德州一月一日上午五時(CST 5:00)為通用時間一月一日11時(UT 11:00)。若是在中國或台灣地區為+8，北京或台北七月一日下午10時為通用時間七月一日14時(UT 14:00)。

位置

這裡所提到的天體座標系統大部份是赤經(RA)和赤緯(Delination)。赤經和赤緯是地球的赤道和南北極比擬投射到天球上訂定而成，天球赤經就好像地球的經度線，天球赤緯就好像地球的緯度線。赤經零度並不是在格林威治的子午線開始，但同樣是由東向西的24小時制度，其起始點是春分點(Vernal Equinox)，也就是每年春天開始時太陽的位置。赤緯與緯度線一樣，單位為「度」、「分」、「秒」，只是北天球加上正號(+)，南天球加上負號(-)。

角距

由水平面至天頂為90度。太陽或月亮看起來差不多大，都是0.5度寬。你的手臂伸直時，拳頭看起來為10度寬，同樣在手臂伸直時，手掌完全張開，由大拇指指尖至小指指尖約為15度寬。

亮度

星星的亮度單位是星等，最初是將肉眼可見的星星分為六個星等，最亮的是一等星，最暗的是六等星。現在這個星等尺度已擴展到零或是負數來表示非常亮的物體；以及很大的數目字來表示非常黯淡的物體，它們通常需要光學輔助儀器才能看得到。兩個星等之間還可用十進位小數點來進一步區隔，例如亮度在一等(1.0)和二等(2.0)之間的星星的亮度為1.5等。數字愈大表示愈暗，數字愈小表示愈亮，每一個星等的亮度差距為2.5118倍，也就是說一等(1.0)星的亮度是六等(6.0)星的一百倍。

觀天入門：月面圖

在太陽下山之後以肉眼觀察上弦月或是在日出之前以肉眼觀察下弦月，記錄月球表面的特徵。不要參考其它人的月面圖或是天文專書，繪製你自己的月面圖。約一群同好在同一時間一起觀察(不一定要同一個地點)，再將同好們依使用望遠鏡觀察月亮的經驗以及對天文專書上月面圖的熟悉程度分組，比較不同組別之間的成果，以及同一組別內的成果。

月亮幾乎每天可見，而自己動手繪製月面圖可以訓練觀察的細心與耐心，做為第一個觀天習題是再好不過了。將它做為第一個觀月習題還有一個重要原因，當你在準備接下來的習題時，你會參考專業的月面圖或月球照片，以對月球做更仔細的肉眼觀察，因此不自覺地有了先入為主的印象，再繪製出來的月面圖就不全然是你的觀測成果了。當然你可能已經看過許多月球照片，或許也用望遠鏡觀測或許多次，可能已經有了「偏見」，但這時候你的「偏見」應該最淺。而且可以透過分組來比較「偏見」造成的影響。

下圖為1603年吉伯特所繪製的月面圖，原圖上還有幾條細線並標註地名，這是唯一一張已知的、在望遠鏡發明之前繪製的月面圖，無怪乎存有相當大的誤差。

在比較你和你的同伴們所繪製的月面圖時，除了可以研究「偏見」造成的影響外，還會產生另一個有趣的問題：以肉眼觀察月亮可以到多麼細微的程度？舉個例子，台灣蘭嶼的小朋友們裸視視力可達4.0，蘭嶼的夜空永遠清徹美麗；某一位台北市的大學生可能帶上眼鏡後的視力還不到1.0，台北市還有「光害」，但他從小閱遍了各式天文書籍，頂樓還有一台昂貴的望遠鏡；他們繪製的月面圖會有怎麼樣的差別呢？

你和你的同伴們將需要自行定義「觀月經驗」和「視覺能力」的等級，儘可能地客觀量化。當然，有些問題十分簡單明確，例如：有沒有使用過望遠鏡看月亮？是否擁有望遠鏡？是否擁有天文書籍等等？愈清楚明白的定義，會給你更好的結論。

幸運的是有些變數是可以避免的，例如給每個人同樣的時間(十五分鐘或二十分鐘)來觀察和繪圖，而且是在同一個時段，以及十分很接近的數個地點，或是根本在同一個地方。最好不要在月亮與背景顏色太接近的時候(大白天)，或是對比太強烈的時候(滿月高懸)繪製月面圖。通常在太陽東昇前的微微曙光或西沈後的淡淡暮光中都很不錯。已故的美國天文學家艾許布魯克(Joseph Ashbrook)建議在清晨曙光中觀看殘月為最佳。

問題

一、以你的觀察經驗，何時可以看到最清楚的月球表面特徵？如果你在黃昏或黎明時觀察，在何時會變得十分清楚或無法分辨？霾或空氣污染以及月球懸掛在天空的角度對觀察所造成的影響？

二、觀察者過去的「觀月經驗」或「偏見」對肉眼觀察月亮所繪製的月面圖之影響？「視覺能力」的影響？

觀天入門：月面盈虧特徵

由新月開始，每天觀察並繪製月球表面特徵，直到下一個新月為止。

你或許會說很難做到前半個月每天晚上看月亮，後半個月每天清晨提早爬起來看月亮，乾脆放棄了。別這樣想，這個觀天習題的目的是希望你充份利用月面盈虧–月球受太陽照射的角度來觀察月球表面特徵，因為某些特徵在某一盈虧程度時可能特別明顯，或者是剛好看不到。

月面盈虧的周期有多長呢？以月球對背景恆星來說，月球每27⅓天在環繞地球一圈，這個周期稱為恆星月。但在這個周期時間內，地球和月球在它們的繞日軌道上也各自移動了一段距離。因此需要29½天，地球、月球和太陽才有相同的相對位置，形成同樣的月面盈虧。所以每次新月(或滿月)到下一次新月(或滿月)相隔的時間為29½天，這個周期稱為太陽月。

既然是要觀察一整個周期，由那一天開始比較好呢，我的建議是由新月開始，就是陰曆的每月初一開始。其實沒什麼特別理由，主要是人們對數字的感覺，由一數到二十九比較順，由十八數到二十九再由一數到十七比較不順，(其它的起迄日期亦然)。你也可以將你每天的觀察成果視為一系列的動畫，你想要如何呈現給你或你的觀眾？由什麼都沒有逐漸長成完整的圓形再逐漸消退至什麼都沒有？或是其它的盈虧循環？那一種型式是你或你的觀眾最能接受的？

事實上，由每月初一開始，並不能給你的月面動畫帶來一個最完美的開始。天文學家計算月齡由新月開始算起，由0至29½，它不是剛好29天。因為月初的那幾天，月亮十分接近太陽，只有非常纖細的明亮區域而不能為肉眼所見。同理，你的月面動畫在月底也不會有完美的結束。而且，每天最適合觀看月球表面之地形特徵的時間是太陽東昇前的微微曙光或西沈後的淡淡暮光中，這些日子加起來絕對不到月亮的盈虧周期。再問一個有趣的問題：你能看到最年輕的月齡是多少？或你能看到最老的月齡是多少？

到底月齡對觀察月面有多大的影響呢？差了¼天、⅓天或是½天是否會對月球明亮區域的範圍或是觀察月面造成顯著不同？答案是肯定的，有些時候的確如此，即使不用望遠鏡，僅憑肉眼就可以發現不同。觀察月球表面之明暗界線(Terminator)–月球上日出和日落界線–上的特徵時，差個半天、一天會看到相當大的不同。在界線的附近，月球表面崎嶇的地形會投射出最長的陰影，就如同在地球上，中午太陽直射時影子很短，早晚的影子拖得長長的，因此地形高低起伏看得最清楚。較高的地形，例如高山或是隕坑環緣，相對於較低的地形，例如「海」或環坑底床，日出時可以早一點接受到陽光，日落時可以晚一點褪下金衫。所以月球表面之明暗界線不是一條圓滑曲線，肉眼也能看出曲曲折折的形狀，利用雙筒望遠鏡或低倍遠望鏡可明顯看出在明亮區域中有幾抹陰影，或是黑暗區域中有些光點。因為月球自轉速度很慢，所以月球表面之明暗界線移動的也很慢，即使在赤道區域也才每小時9英哩。不過你若將它乘以6小時，也就是¼天，這條明暗界線也移動了36英哩，在新月前後，例如初一、初二或是廿七、廿八，這個變化是相當大的。

伽利略在1609年11月30日繪製了兩幅月面圖，下圖為他當時所繪製的第二幅。那也是他最早的兩幅由望遠鏡觀察所繪製的月面圖，放大倍率為二十倍。

所以你在觀察時不只要繪製月面圖，還要記錄觀察的時間，並換算為實際月齡。你可以在大部份的天文日曆上找到新月的確實日期及時間，通常會標明通用時間(UT)，有些還會標明當地時間。還有一些因素會讓你的月面盈虧動畫不夠完美：除了天氣和你個人的庶務外，月球的微小晃動–天平動(Libration)–也會有影響。在第6個觀天習題中會討論天平動，你現在可以不管它。

問題

一、你繪製的第一張和最後一張月面圖的月齡分別為何？

二、當你觀察月球表面之明暗界線時，在那一個月齡時有最大的曲折程度？在那一個月齡時最平滑？那些特徵會造成這些曲折？回答這個問題，你可能需要視覺輔助工具，例如：雙筒望遠鏡。並在完成所有觀察後，比對專業天文書籍上的月面圖。

觀天入門：月面明暗度

製做一張月面圖，標明受光區域的亮度(最明亮至最黑暗)。在不同的盈虧程度(月齡)時，觀察月面各個特徵因為受光角度的不同而產生的亮度變化。你可以採用1-5分級或1-10分級。例如：0表示不受光的陰暗區域，1表示最不亮的受光區域，10表示最亮的受光區域。

大部份人們認為肉眼看到的月亮只是一個明亮的光盤上有些晦暗區域，但仔細的觀察，你會發現它的亮度呈現許多細微的差異，分佈範圍很廣。我們當然不能錯過這些特徵，尤其是那些比原來就比較亮的高地更亮的區域。有些特徵只有在對我們的觀測最方便的時間(日落後一會或日出前不久)，以及接近月球的正午時分(太陽在月球的天空上掛得最高的時候)才能看得清楚。

使用望遠鏡的觀測者通常將里奇奧利(Ricoioli)和格里馬爾迪(Grimaldi)兩個環坑的底床，也就是月球受光時最不亮的地方之亮度定為1度；阿利斯塔克(Aristarchus)隕坑的環緣，也就是月球受光時最亮的地方之亮度定為10度；不受光的地方之亮度為0度。不過，肉眼觀察月球表面明暗分布時，會得到不太相同的結果，因為在望遠鏡中可見的細微特徵，在肉眼觀測時會混入背景中，有時不同的盈虧程度其「混入」程度也會不同。舉個例子，當你近看一張白紙上灑滿一些小小的黑點，遠看時你只看到一張灰色的紙。

月球表面上有些年輕的隕坑，在某一盈虧程度時，太陽光的直照在明亮的塵土上，會看到明顯的向外放射延伸的條紋，就如同星芒一樣。它們平常並不起眼，幾乎讓人忽略它們的存在，但太陽高掛時卻顯出其與眾不同的星芒特徵。例如：斯臺文(Stevinus)環坑和布爾基(Byrgius)環坑，相對來說它們是又小又不引人注意，可是它們卻是大部份望遠鏡觀月手冊必定提及的。在某些日子裡，即使以肉眼觀察，這兩個環坑的星芒線延伸至灰暗的月球「海」中，也是同樣地引人注目。布爾基最好是在快要日出前，也就是殘月時觀察；斯臺文環坑最好是在剛剛日落後，也就是凸月時觀察，你會發現斯臺文環坑和著名的危海(Mare Crisium)好像是一明一暗的雙生兄弟一般。

問題

一、除了斯臺文環坑和布爾基環坑外，你還看到那些明亮區域？它們在那一個月齡時最顯著？

二、在不同的月面盈虧時，你看到最亮和最不亮的特徵為何？那一個月球「海」最不亮？你可以製作一張表格來記錄。

三、在你以肉眼觀察月亮時，那一塊區域有最多片的小片陰影？

觀天入門：嫦娥奔月

發揮你的想像力，將月球表面特徵連成一個或數個特別的圖案。答案不止一個，愈多愈好。將你的答案和廣為流傳的圖案做比較，選出二個圖案來，第一個能使你最容易記住月球表面特徵，第二個能令你更瞭解月球的本質。

太空船和望遠鏡可以看到更細微的月球表面特徵以及不同的分佈特色，例如月球背對著地球的那一面有著更高密度的隕坑，向著地球的這一面的隕坑比較少。而肉眼觀察月亮顯示的是大型尺度的特色，之前的兩個觀天習題可以幫你界定這些特色，第三個習題可以找出明亮度(反射率)的分佈情形，第二個習題經由觀察不同盈虧程度時的明暗界線(Terminator)，可以找出月球表面的高度變化。

肉眼觀察最容易歸納出來的圖案當然就是月球「海」的地理分佈，中國有嫦娥奔月、玉兔搗藥、吳剛伐桂的故事，其它各民族也有不同的故事和不同的圖案系統。這些故事很可能會搗亂你的想像力，不過它們若能協助你記得月球表面的特徵，也算功德一件。無論是那一種圖案系統，古代的或你自創的，它們的目的是讓你在月球上不容易迷路。

接下來有四套常見的圖案系統，(a)為女士的臉，(b)為男士的臉，(c)為玉兔，(d)為螃蟹。此外，你知道阿波羅11號(Apollo 11)的登月地點嗎？就在女士的耳朵上方一點點。

問題

一、經由觀天習題三的亮度變化分佈情形，你找出什麼樣的圖案？經由觀天習題二的高度變化分佈情形，你找出什麼樣的圖案？

二、那一種圖案系統(例如：女士的臉)最能讓你記住月球表面特徵？其它的圖案系統有什麼優點？你有沒有發明一套你自己的圖案系統，甚至寫了一個故事來配合？

三、你是否找到某些圖案必需在特別的盈虧程度時才能見到？為什麼呢？(提示：與月面特徵的經度、緯度、或是其它因素相關嗎？)

觀天入門：望穿秋水

以肉眼觀察，試著分辨最小的、最細的、對比最不明顯的、以及其它最難見到的月面特徵。

為了避免造成「偏見」而影響到你的觀天習題一和習題二的成果，這裡還是不提供詳細的月面圖。不過在這個觀天習題中，你最好有一份詳細的月面圖，以對月球表面的某些特徵做更仔細的觀測。你可以由圖書館或網路上不費分文的取得詳細的月面地圖或是相片，例如：http://moon.google.com。

有一點值得提起的，你可能是極少數人之一甚至是第一個人能以肉眼看到某些月球表面特徵，而且還知道你在看什麼。良好的視力固然有優勢，但知識和耐心也是非常重要，當然老天爺也要幫忙才行。儘可能在太陽東昇前的微微曙光或西沈後的淡淡暮光中觀察。

海(Maria)

這裡列出十七個月球「海」值得你去試試：
風暴海(Oceanus Procellarum)、
雨海(Mare Imbrium)、
晴朗海(Mare Serenitatis)、
寧靜海(Mare Tranquilitatis)、
肥沃海(Mare Fecunditatis)、
危海(Mare Crisium)、
雲海(Mare Nubium)、
汽海(Mare Vaporum)、
蜜海(Mare Nectaris)、
濕海(Mare Humorum)、
冷海(Mare Frigoris)、
中央灣(Sinus Medii)、
熱灣(Sinus Aestuum)、
夢湖(Lacus Somniorum)、
露灣(Sinus Roris)、
傳染沼澤(Palus Epidemiarum)、
南灣(Mare Australe)。

其中蜜海和濕海比較容易，它們的跨徑約200英哩，在2億5千萬英哩之外來看，雖然還不算大，但大部份的人仍可以分辨無礙。氣海和中央灣則難一些。你可以記錄那些月球「海」你不需要使用視覺輔助器材(例如雙筒望遠鏡)就可以看到，那些一定需要使用視覺輔助器材？

下圖為雨海、亞平寧山(Apennines)、以及明暗界線。

山脈(Mountain Ranges)

要以肉眼分辨出一個個山峰是幾乎不可能的，不過要看到壁壘著雨海的高大山脈並非不能。亞平寧山脈足足有500英哩長，肉眼絕對可以看出整個高地的輪廓。要觀察亞平寧山脈還有一個方法–分段觀察！通常是初七之後，它會在月球表面之明暗界線附近，比周圍的低地提早接受到陽光，造成一條約100英哩長的陰影。早在二千年前，希臘學者布魯達克(Plutarch)就曾提出月亮上一定有高山和谷地，說不定他的線索就是亞平寧山脈造成月球表面之明暗界線的變化。

隕坑(Craters)

當克拉維斯(Clavius)隕坑出現在月球表面之明暗界線時，你絕不會遺漏它，它的環壁高達12,000呎，直徑將近145英哩。哥白尼(Copernicus)隕坑出現在明暗界線時，也是一場大秀，約在每月初十前後，但當你為它周遭的星芒條紋所震懾時，你能否看見隕坑本身呢？你還應該試試托勒密(Ptolemaeus)隕坑，它的環壁高達9,000呎，直徑將近90英哩。

肉眼是否能看到遠離明暗界線的隕坑呢？大部份的隕坑都有淺色的底床，與周圍的高地對比並不明顯。格里馬爾迪(Grimaldi)隕坑的直徑約120英哩，有非常黑的底床，但它十分靠近月亮邊緣，只有在天平動(Libration)晃到好角度時才容易觀察。柏拉圖(Plato)隕坑的底床也很黑，但它的直徑卻不夠大，才60英哩，此外，它周圍的高地之寬度是否能提供足夠的對比呢？

問題

一、你的肉眼可以看到多少個月球「海」？多少個山脈？多少個隕坑星芒系統？你可以在月球表面之明暗界線上(或是附近)辨認出隕坑嗎？這些隕坑距明暗界線可以到多遠？

二、是否有任何山脊、谷地、星芒、或裂縫足夠寬到肉眼即可辨視？如果不行的話，最少的視覺輔助工具為何？(雙筒望遠鏡？口徑？倍率？)

觀天入門：天平動

素描你以肉眼觀察到的月亮邊緣的地形特徵，尤其是危海(Mare Crisium)，一個月內觀察許多次，看你能不能發現月亮的天平動。此外，記錄月球表面的各個地形特徵出現在明暗界線(Terminator)時的月齡。

由於月球繞地球旋轉的速度和月球自轉的速度幾乎相同，所以它一直以同一個面面對地球。其實不盡然，例如：我們會發現每次滿月時所見到的月球中央部份大致上一樣，但接邊緣地區的地形則可能有差別。某些地形在某次滿月時很靠近邊緣，但下一次滿月時卻離邊緣有一段距離。這種月面微小變化(晃動)稱為天平動(Libration)。對於肉眼觀測者而言，只要知道自己在看什麼，也很容易發現此一現象。

天平動使我們可以看到北極再多一點點、南極再多一點點、常見的月面東緣或西緣再多一點點。因此，我們能看見的月球表面並不是一般人所想像的百分之五十，而是百分之五十九。

最方便用來觀察天平動的地形特徵是危海，當月亮由東邊升起西邊落下時，危海距月亮的前緣不遠，所以自新月開始到剛過滿月的這一段時間都可以觀察。那麼危海在完全相反的兩個天平動之間呈什麼樣子的變化呢？這個幾乎是正圓的月球「海」由看起來像是一條細細的黑線就剛好在月球表面邊緣到一個肥肥的橢圓舒適地躺著而不怕掉下床緣。

這個觀天習題很簡單，請你在不同的月齡時記錄危海的外形和位置。不過接下來的問題就比較具挑戰性，而且你可能也迫不急待地想知道為什麼會發生天平動。

實際上，天平動包括許多個不同的運動和不同的原因。主要有四個，物理天平動(Physical Libration)和每日天平動(Diurnal Libration)對肉眼觀察者而言，其變化太小難以分辨。但要發現緯度天平動(Libration in Latitude)並不難，它的幅度為月球北極再多七度，半個月之後則變成月球南極再多七度。緯度天平動原因是月球的自轉軸相對於其繞地球的公轉平面傾斜了七度。而經度天平動(Libration in Longitude)通常為月球表面平均東緣或平均西緣再多六度，但有時可達八度。經度天平動的原因是月球繞地球的軌道不是正圓，而是橢圓，它在軌道上的速度並不是固定的，當月球離地球比較近的時候，它的速度比較快，當月球離地球比較遠的時候，它的速度比較慢。月球的自轉速度是極為固定的，下圖顯示當自轉速度超過或趕不上公轉速度時，如何看到不同的月球表面。兩個角度α和ά雖然不同，因為在近地點時運動較快，在遠地點時運動較慢，所以月球經過它們的時間是相同的，在這個時間內，A點就可能超前或落後，介於L點和L'點之間的區域就變成可見。

問題

一、肉眼觀察危海的外形和位置，其每周的變化及每月的變化為何？你還看到那些地形特徵的外形和位置因為天平動而變化？

二、在某一特定月齡時觀察明暗界線上的地形特徵，它們會因為天平動而有什麼樣的變化？

觀天入門：月亮的大小

先找一小團十分接近的星星，你認為月亮可以掩蓋過它們；然後伸直手臂，手指捏著一美分(1 cent)的硬幣(或是當地最小的硬幣)，比較月亮、那一小團星星以及硬幣三者之間的大小，記錄你的估計比實際大了多少。在不同的日子裡，觀察月亮在地平線附近時，你的估計比實際大了多少；詳細記錄包括：你目光與身體所呈現的角度、天空的條件、是否有遠方地表物體(樹木或房子)等，看看它們對你的估計是否有影響。

當又白又圓的月亮懸在夜空中的時候，幾乎每個人都會高估它的大小。此外，初昇的滿月在人們的感覺中更是龐大，這個月影幻象的原因很多，尚沒有很完整的解釋。要瞭解為什麼人們會在不同的情境下感覺月亮有不同的大小，你可以做幾個簡單實驗，再列舉出你的原因和解釋。

首先考慮皎白明月掛在天空的夜晚。有一個長久以來相當知名的實驗，就是伸直手臂，手指捏著一美分的硬幣，它可以輕易地遮蔽月亮。一美分硬幣直徑約0.75英吋，幾十年來未曾改變過尺寸。如果你沒有辦法取得一美分，可以選擇當地的最小直徑的錢幣。試試看，你會發現一美分硬幣還太大了！用白紙剪出數個更小的圓盤，找出剛好可以遮蔽月亮的圓盤直徑。

有沒有看過位於金牛座(Taurus)的昴宿星團(M45, Pleiades Cluster)，主要的亮星連起來像一個小小的勺子，月亮幾乎剛好裝在勺子裡。在你的印象中是月亮或是昴宿較大？當它們都在天空時，再仔細觀察比較一下。還有位於獵戶座(Orion)的觜宿，也就是獵戶座的頭部三顆星(λ, φ, φ Orionis)所形成的三角形，當月亮和觜宿都在天空時比較滿月和觜宿的大小，以及弦月和觜宿的大小。

接下來測試所謂的月影幻像–因地形、地貌而使人們感覺月亮特別大。早在數千年前托勒密(Ptolemy)就提出了月影幻像，並提供了部份科學解釋。因為初昇的滿月可以和遠方的地表物體並排在一起比較大小，遠方的物體雖然看起來很小，可是我們知道它們實際上很大，所以無形中就把月亮也放大了。不過，近代著名的天文學家明納爾特(Minnaert)認為，如果你用一根管子來看初昇的滿月，這樣就可以排除地形、地貌的影響，但看起來仍然還是特別大。請你也試試看以管窺天！

明納爾特的理論是月影幻象是來自人們對天空的外形的感覺，由於朦朧的曙光或暮光、雲朵、以及遠方的地形、地貌等，人們感覺地平線附近的天空比較遠，頭頂上的天空比較近。例如：當你在周遭一片黑暗的荒郊野外觀看星星時，會不會感覺頭頂上的星星多到快要掉下來了呢？你的小硬幣可以輕易地遮蔽初昇的月亮和高掛的月亮，為什麼這個「不會改變大小」的月亮，在愈遠的天空反而愈大呢？

實踐檢驗真理！到底你印象中的月亮大小有多麼客觀？約集一群天文同好，各自做這個相同的實驗，比較大家的結果以及回答問題二。明納爾特建議一個方法來量化估計初昇的月亮感覺起來到底比高懸的月亮大多少：首先用白紙剪出各式大小的小圓盤備用，面對初昇的月亮，牢記在心它的大小，然後轉過身來，輪流拿起這一系統由小到大的紙圓盤，在黑暗的背景中比試，挑出一張與你心目中月亮大小相同的紙片，再回過身來比較紙片和真實月亮的大小。明納爾特的結論是，這個實驗顯示初昇的太陽或月亮比高懸的月亮或太陽大了2.5~3.5倍。

還有一個影響感覺的因素–天空的形狀。高斯(Gauss)認為目光的方向與身體所呈現的角度會影響人們對距離和大小的判斷能力，明納爾特支持高斯的論點。真如同他們所宣稱的，抬頭上望所看到的月亮看起來會比較小嗎？(不是躺在地上看著天頂，是仰著脖子向上看)。如果他們是對的，將你的身體向前仰，或是趴在草地上、陽台上、屋頂上，抬頭看著前方初昇的月亮，理論上月影幻像將失去效果，月亮看起來應該不會特別大，你覺得呢？

問題

一、除了錢幣之外，你能不能找到一種日常生活的物品可以在伸直手臂時遮蔽月亮？除了昴宿星團和獵戶座的頭部(觜宿)外，還有什麼星團或一群星星與月亮差不多大？

二、以管窺天是否能排除地形、地貌的影響？月影幻像是否受到遠方地表物體、不同形式和數量的雲朵、曙光及暮光、以及你的目光和身體的角度所影響？

觀天入門：床前明月光

李白詩云：「床前明月光，疑是地上霜」。古時候孫康藉著白雪反射的月光讀書。請你找出在不同的盈虧程度時，在月光下可看到的最小字體。如果你的觀測地點附近有路燈，在距離路燈多遠的地方，由路燈造成的陰影和由月亮造成的陰影有相同的濃淡度？探討「月明星稀」的影響，詳細記錄由月亮向外延伸的某一距離範圍內，你能看到最暗的星等，你可以製作一張表格。

在第一個實驗裡，你可以拿一份報紙或是雜誌，上面通常有各種標準等級的字體。避免月光以外的周遭光線(例如路燈)成為主要的閱讀光源。記錄天氣條件對月光的影響，例如：皎潔的弦月和雲霧半掩的滿月。不要勉強自己去辨認微小的字體，尤其是在新月前後的日子，以免傷害眼睛。記錄能看到報紙內文(或差不多大小的文字)時所需要的最小月相(Phase)。

另一個很簡單的方法可以測量不同的盈虧程度時月亮的亮度，首先選定一個特定的路燈，逐步遠離該路燈直到(1)你看到由月亮造成的陰影，或(2)由月亮造成的陰影和由路燈造成的陰影濃淡度相同。由於現在光害污染(Light Pollution)愈來愈嚴重，即使是在接近滿月時，方法(1)也不容易得到結果。

此外，人為光害污染的影響甚至超過「月明星稀」的影響，要測量在不同的月相及與月亮之間不同的距離時肉眼可見的最暗星等已變成一件不容易的工作。同時，月亮懸掛的角度和大氣的清澈度(Transparency)也要考慮進去。千萬不要讓這些問題成為你「偷懶」的理由，這些都是無可取代的觀測經驗，而且是相對最容易做到的，你可以記錄並瞭解在不同的天氣條件、不同的盈虧程度、及與月亮之間不同的距離時可以看到的最暗星等。當下一次有百年難得一見的天文奇景時，你就不會興致沖沖的跑出門，白費工夫的辛苦了一個晚上，事後在那捶胸頓足、痛哭流涕。

問題

一、要看到某一等級字型時的最小月相？每個夜晚不同的大氣清澈度是否影響你的結果？參考觀天習題五十二，那一個月相的直照月光可以提供相同於曙光或暮光的亮度？除了閱讀之外，不同的月相下還能做那些活動？

二、在不同的月相下，距離路燈多遠的地方，可以看到由月亮造成的陰影？距離路燈多遠的地方，月亮造成的陰影會更濃？

三、在不同的月相下，你能看到的最暗星等？製作表格記錄當時的月相、星星與月亮的角距、月亮懸掛的高度、以及大氣清澈度。

觀天入門：月掩星、合月

在不同的盈虧程度時，當星星近合(Close Conjunction)月時，你能看到的最暗星等為何？試著找出肉眼所能見到的最暗星等，當恆星或行星就在月亮邊緣，即將要月掩星(Lunar Occultation)的時候。

這個觀天習題是前一個習題的問題三的延伸，我們現在不再只是量測在不同月相(Phase)時月亮的亮度或是肉眼可見的最暗星等，而是觀察更特別的天文現象，它們稱為合(Conjunction)和掩星(Occulation)，而且不利用光學輔助工具。

簡單的說，合就是兩個天球物體十分靠近的時候，準確一點的說法是第一個物體由第二個物體的南邊或北邊經過。掩星就是合得近到第一個物體由第二個物體的正前方通過。

能夠看到恆星或行星十分接近月亮時顯現的閃爍微光是十分令人難忘的經驗。記錄在不同的月相時，肉眼可見到不同亮度的星體以及它們與月亮的最小角距。當然當時月亮懸掛的高度、星體的高度、都市的光害、大氣清澈度等會有不同程度的影響。

當你連續觀察月亮數個小時或數個晚上，你會發現它愈來愈接近某個星體，你幾乎可以斷定會發生近合月的景象，不過你必須參閱天文雜誌、年鑑或天文網站才能事先知道何時會發生月掩星的景象。

對肉眼觀察的月掩星挑戰是在沒有視覺輔助器材下，能夠看到即將被掩蔽的星體就在月亮的邊緣。不過別忘了，月亮不是天天又大又圓，弦月的時候它也沒有真的被咬掉一塊，除了明亮的區域之外，它還有塊不受光的區域。如果即將被掩蔽的星體是在月亮不受光區域的邊緣，觀察起來就容易多了。此外，月球表面還有高山，在月掩星的一剎那，你甚至可以發現星體忽隱忽現。

問題

一、在不同月相時，你能看見近合月的最暗星等為何？多麼靠近？當時的天氣、光害及星體懸掛的高度有什麼影響？

二、在月掩星開始(或結束)時，你能夠看到即將被掩蔽(或出現)的星體剛好在月球明亮區域的邊緣的最暗星等為何？

觀天入門：月色

在每天太陽下山的時候，記錄月亮開始轉成黃色的時間，以及最黃的時間，並註明當時的大氣清澈度(Transparency)、雲量、曙光及暮光、以及黃色的程度。如果你看到月亮有著不尋常的顏色，更要仔細記錄當時的各項觀測條件。比較月亮最常見的顏色和最亮的幾個行星的顏色。

從地球上看月球，月球是什麼顏色呢？月球表面的自然顏色是灰色，我們看到的顏色是它反射太陽光所顯現的顏色。(實際上在反射的過程中會損失一小部份偏藍波長的光線，因此月光會比日光略紅一點)。基本上日光和月光都是黃–白色，白色比較多，一方面是由於大氣散射使天空藍藍的，再加上它們比背景亮了很多，人們因此感覺它們比較白。不過在不同的情況下，月亮會顯現出不同的顏色，你可以經由這個觀天習題來探討其原因。

初昇或將沈的月亮，尤其是在有霾的夜晚裡，的確有可能呈現較深的金色或蜂蜜色，在很重的霾裡，低懸的月亮甚至有可能呈現橘色或紅色。不過最令人們感到興趣的是在天氣狀況良好下，由大白天進入淡淡暮光中再進入黑夜裡，月亮由純白轉成純黃再轉成白色帶點黃的過程。白天所看到的月亮有如瓷器般潔白，其原因是背景的藍天加上月亮本身的黃–白色給人們的感覺。在黑夜裡所看到的月亮是黃–白色，而且黃色相當少，主要呈現白色，其原因是月亮相對於背景倍顯明亮。那麼中間呈現了何種現象？在暮光中，月亮會有一小段時間看起來是純黃色。其原因是太陽下山了，大氣散射的藍光消退了，看起來沒這麼白，而且此時的月光和藍色半褪的背景天空相比，給人們黃色的感覺。當你在不同的日子裡欣賞美麗的月色和驗證前述理論時，請你記錄當時的月相、月亮懸掛的角度、和天空的狀況(尤其是月亮附近天空的顏色和亮度)。例如筆者在2005年9月21日晚上10時，剛過完中秋節(陰曆十八)，德州聖安東尼市，麗塔(Rita)颶風來襲之前兩天，看到紅銅色的月亮，仰角約廿五度，天空無雲呈黑灰色，卅分鐘之後月亮轉成深黃色，再卅分鐘之後轉為白色。

在微微曙光或淡淡暮光中，月亮還會顯現其它很特別的顏色，視當時的月光與曙光及暮光及雲朵的顏色之對比而定。在滿月的前幾天，月亮在藍灰色的地影(Earthshadow)中會呈現黃銅色。(地影參考觀天習題五十一)。眉月在日落後的紫–紅色霞雲裡看起來像是綠色，尤其是在火山噴發後的火山灰增強紫色霞光時。例如，1982年墨西哥的艾爾智瓊(El Chichón)火山爆發後，很多人甚至觀察到綠色的滿月。還有極為罕見的藍月，需要大氣中特定的浮塵含量，也就是不多不少的火山爆發或森林火災才能形成。在1950年時，美東的新英格蘭地區曾看到最罕見的紫月，是由很罕見的藍月加上月全食的紅銅色造成的。所以再提醒你一次，看到不尋常的月色時，一定要記下當時的天文狀況。

註：不要將藍色的月亮和某個月份中出現的第二個滿月搞混了，兩者都稱為藍月。

最後，請你比較月亮、金星和木星，何者比較黃？有一個簡單方法可以把月亮看成星星，拿一塊厚紙板，穿出一個小孔，透過小孔看月亮，或許對你有幫助。

問題

一、在太陽下山的時候，月亮何時開始轉成黃色？什麼時候最黃？這兩個時間點以及黃色的純度是否和月相、月亮懸掛的高度、與曙光及暮光的相對位置、大氣清澈度有關？它月亮最黃的時間是否是月球表面之地形特徵看得最清楚的時間呢(參考觀天習題一)？

二、在什麼時機或觀測條件下你看到了紅色、橘色、粉紅色、黃銅色、藍色、黑色、綠色、或紫色的月亮？

三、月亮與金星和木星相比，那一個比較黃呢？

觀天入門：月光天地

你所感受到在月光下的大地景觀是什麼顏色？並估計其色調(Hue)為何？找出月相(Phase)及這些色彩的關係？例如選定某一顏色，看到這個顏色的最小月相為何？看到物體的真實顏色的最小月相又為何？你所感受到由月亮造成的影子是什麼顏色？並與不同型式的街燈造成的影子的顏色作比較。

在月光照射下的大地景觀是什麼顏色呢？當月光足夠亮的時候，那些顏色中的一部份可能是物體的真實顏色。不過，月光下的大地景觀常被形容為藍–白色(尤其是畫家)、銀–白色、或是藍–綠色。為什麼月光下的大地景觀比日光下時較為偏藍呢？(參考觀天習題十)

一個原因是人類的眼睛在微弱的光線下對光譜藍色的一端較為敏感，因此藍色的光源看起來更明亮。

另一個原因是月光經空氣散射形成藍色天空。(藍光在月光照成的影子中也特別明顯)。你第一次看到藍色的夜空時的月相為何？觀察物體真正的顏色，記錄第一次看到這些顏色時的月相。

在觀察月光天地時儘可能的遠離人為光源或避開它們的影響。不過，如果僅有少數街燈，而且不太亮的話，倒是可以利用它們來協助你判定月亮造成的影子的顏色。請你比較並記錄由月光和不同型式的街燈(白熾熱燈、水銀燈、鹵素燈)造成的影子的色調。

問題

一、月光下的大地景觀是什麼顏色？你可以看到藍色天空的最小月相為何？你可以看到物體真實顏色的最小月相又為何？

二、由月光造成的影子的顏色和不同型式的街燈造成的影子的顏色為何？

觀天入門：最細的蛾蝞月

試著在新月前後幾天，觀察最細的蛾蝞月–在太陽高於地平線及太陽低於地平線時。

要觀察一彎眉月的最大敵人是壞的天氣，即使是一點點兒薄雲或霾，就足夠將纖細的弦月藏起來。

天文學上的因素也不少。第一、白道面(Ecliptic)和地平線的角度是愈陡峭愈好，使月亮與太陽的角距(Elongation)僅可能接近直角。以北半球中緯度地區而言，這樣的角度通常會發生在春天時的「幼月」(太陽下山後的西方天空)和秋天時的「老月」(太陽升起前的東方天空)。其次、當新月時月亮在軌道上的運行速度之影響。當月球在近地點(Perigee)附近時，也就是月球和地球最接近的時候，它在軌道上的運行速度最快。因此月亮可以用比較少的時間達到與太陽較大的角距。對觀察者而言，此時較容易創下紀錄–能以更小的月齡看到「最幼」的月亮，或是更大的月齡看到「最老」的月亮。大部份的天文日曆、雜誌和網站都會列出每一次新月的確切時間，你可以很容易的計算月齡，但比較詳細的天文日曆、雜誌和網站才會列出月球抵達近地點的時間。

在新月前後30小時之內觀看到月亮都是十分難能可貴的。內眼觀測到「最幼」的月亮的紀錄包括在第一次世界大戰時兩個英國家傭宣稱的14½小時和在1989年5月5日美國新墨西哥州有明確記載的14小時51分鐘。就在1989年同一個晚上，Robert Victor創下以光學輔助器材看到「最幼」的月亮的紀錄，他使用11x80的雙筒望遠鏡，看到月齡僅13小時28分鐘的月亮。

人們理論上可以看到的最細的月亮到底為何呢？這是可以計算出來的，但還要加上月亮上的高山造成的陰影把光亮面吃掉的影響，因為月亮天平動的關係(Libration)，這種影響每個月也不一樣。因此，一份研究指出，如果蛾蝞月和太陽的角距在7度之內就無法見到。

觀察一彎蛾蝞月還有一個樂趣是你能在白天看到十分「幼」的月亮。如果你事前充份準備，你還可以拍攝一些難得的照片。例如：以藍天為背景，細到不能再細的月亮出現在世界最高大樓(或是千年神木、或對你十分重要的人、物)的旁邊。

此外，在微微曙光或淡淡暮光中，超細的蛾蝞月看起來又如何？那些事項是應該記錄下來的？你應該註明你肉眼(或雙筒望遠鏡)觀察到月亮的時間，月亮的光亮面的圓周比180度少了多少？如果當時的月齡離新月不到24小時，你應該可以看到蛾蝞月有一些斷點，註明或繪製這些斷點的位置。

問題

一、你能看到「最幼」和「最老」的月亮的月齡為何？下列因素對在特定月齡時是否影響月亮的觀測：(1)曙光或暮光的亮度–與太陽距地平線的角度有關，非僅是距日出或日落的時間，(2)月亮懸掛的高度，包括最後一瞥時的角度–地平線上2度或3度？(3)大氣的清澈度？

二、你看到的蛾蝞月比180度的半圓差了多少？它們是否有中斷？若有，在何處？多糟糕的大氣的擾動程度(Seeing)，會讓你觀看蛾蝞月時感覺像是一串珍珠滾來滾去？

三、在白天時，你能看到「最幼」和「最老」的月齡為何？

觀天入門：地球照

有日光、月光，那有沒有「地光」？觀察地球照(Earthshine)在月球不受光的部份，估計每個月相(Phase)在不同月份時的地球照強度。將你的觀察結果和氣象報告的衛星雲圖做比較，看看它們有沒有什麼關連性。

幾乎每個人都有這樣的經驗，在蛾蝞月時月亮的黑暗區域好像還是看得到，有著淡淡的光輝，如下圖所示。這就是地球照，由我們所處的地球反射太陽光照在月球不受光的部份所造成的。聯想一下：地球的夜晚，銀色的月光灑在大地上；月球的夜晚，銀色的地光灑在大月上。

地球照最有意思的是它的強度會變化，原因不僅是月相變化的影響。通常當蛾蝞月愈增、愈來愈明亮的時候，地球照就愈難以看見。其原因為(1)蛾蝞月受光面的亮度壓倒性的超過地球照，(2)對月球來說，地球由盈轉虧，從「滿地」變成「弦地」。那麼在不同月份但相同的月相下，地球照的強度就會相同嗎？答案的關鍵在於地球反射太陽光的那一面上，有時陸地多一點，有時海洋多一點，有時雲層覆蓋比較多，有時比較少。尤其是雲層，雲層有很高的反射性，地球照的強度比較高。現在電視台和許多網站都有提供衛星雲圖，衛星雲圖記錄了廣大範圍(數千英哩)的天氣型態，你可以估計當時地球受光面的雲層遮蔽率，以及陸地和海洋面積比例。(不要與針對你家附近的氣象雷達圖混淆了。)

那麼地球照的強度又如何估計呢？你可以訂一個0分到10分的評分系統，0就表示完全看不出地球照。10分表示你可以看到最多的月球海。然後再依你可以看到的月球表面地形特徵及數量，訂出中間的等級。

觀察曙光或暮色的亮度、月亮懸掛的高度、大氣的清澈度(Transparency)對地球照的影響。找出在日落後多短的時間可以見到地球照，或是日出前多短的時間就見不到地球照。霾是否輕易的使你看不出地球照？在天氣良好的夜晚，一開始地球照十分明顯，當月亮降到某一個角度時，雖然蛾蝞月還是可以看到，但地球照卻看不見了，這是因為光線在大氣中走過更長的距離。你是否看到這個現象，若有的話，你可以看到地球照的最小角度為何？透過仔細觀察並決定地球照消失時相同高度的最暗星等，還可以更準確地估計地球照的強度。(儘可能避開城市光害的影響)。

問題

一、每個晚上，你給地球照強度的評分為何？在你肉眼仍能看見地球照的最大月相為何？你給當時的地球照評分為何？憑著地球照，你能看到最小的月球表面地形特徵為何？最快在日落後多久你就可以看到地球照？曙光或暮光的亮度、月亮懸掛的高度、大氣的清澈度對你的觀測有什麼影響？

二、當地球受光面雲層較多的時候，是不是你也看到較強的地球照？

觀天入門：滿月和半月

以肉眼觀察，儘可能的判斷真正的滿月時間、半月時間(上弦及下弦時各一次)。在肉眼可以開始看到月亮的邊緣開始有陰影之前，試著判斷月亮離反日點(Anti-solar Point)多遠(角度)。

在每個月，地球上只有一個半球的人們可以看到真正的滿月或半月(上弦及下弦時各一次)。你可以查閱天文日曆、雜誌或網站，找出它們確實的發生時間，如果當時月亮在你的位置的地平線上方，你就可以看到真正的滿月或半月。

若你只是肉眼觀察月亮，也沒有事先查閱資料，能否判斷出真正的滿月時間、半月時間呢？

答案會因滿月和半月有所不同。肉眼判斷半月時間的誤差不會超過數個小時，但滿月時間的誤差可能達到一、兩天。

兩者相差這麼大，一部份的原因是半月時，月球的明暗界線(Terminator)的視覺移動量最大，而在滿月時，月球的明暗界線的視覺移動量最小。

但主要的原因是人們的眼睛天生俱有很好的直線判斷能力，當月球一半亮一半不亮時，它的明暗界線幾乎是一條直線。例如在上弦月時，北半球的人們可以輕易的看出月亮的明暗界線原來是有點兒向右彎曲，過了真正的半月時間之後，會有點兒向左彎曲。記錄在半月之前，你依然看得出月亮的明暗界線彎曲的時間，以及半月之後，你再度發現月亮的明暗界線彎曲的時間。不要先去查閱月相(Phase)資料，以免偏頗你的判斷。

要決定是否為滿月，直覺的想法是不到正圓就表示還沒有滿月。但是月球的軌道將問題搞得很複雜，很難得看到月亮成為正圓。正確的說法，滿月是月球離太陽180度，也就是黃經180度(Ecliptic Longitude 180°)。但是滿月時不一定表示月球在反日點上，反日點是天球座標上，與太陽座標相反的位置。因為月球繞地的軌道面(白道面)和地球繞日的軌道面(黃道面)傾斜一個角度，所以滿月時月亮通常會經過反日點的北方或南方，也就是地球陰影的北方或南方，因此人們很少看到100%受光的月亮。但是若不依靠輔助光學器材，你能分辨出缺了一點點的正圓嗎？

註：若滿月時月亮離反日點十分接近，也就是月亮經過了地球陰影，就形成了月蝕。

問題

一、在半月前後多少的時間，你可以看出月亮的明暗界線有一點點兒彎曲？由於月球天平動(Libration)的現象，每個月的半月時，明暗界線附近的地形特徵不全然相同，這會不會對你的判斷產生影響？

二、在滿月前後多少的時間，你仍然可以看出月亮不是正圓(或月亮邊緣有陰影)？如果天文日曆上說當時為滿月，你仍然看出月亮不是正圓(或月亮邊緣有陰影)，試著判斷月亮離反日點(可以查閱星圖)有多遠(角度)？

觀天入門：星光閃爍乎？

找幾個(或一群)對天文不太熟悉的朋友們，指向天空中的某個恆星和行星，兩者有類似的亮度和高度，看看有幾個人能依星星的閃爍程度而正確判斷出何者為恆星、何者為行星。然後，閉起一隻眼睛，利用高懸的細樹枝或是輸電線，看看它們能不能遮蔽星光。先由水星開始，其次火星，再其次是金星小而薄的時候，或是任何行星低垂的時候，觀察它們的閃爍程度。

我們如何能以肉眼分辨恆星與行星的不同？如果你是一位十分用心的業餘天文人士，你可能每天記錄(或查閱)行星的位置，所以你絕對不會搞混。但對新手而言，瞭解以肉眼分辨它們的方式，就有相當大的幫助。

要區別恆星和行星，最為人所知的方式是：恆星會閃爍，行星則不會。找幾個(或一群)對天文不太熟悉的朋友們，指向天空中的某個恆星和行星，兩者有類似的亮度和高度，看看他們是否能依較少閃爍程度而正確判斷出何者為行星。然後，請他們閉起一隻眼睛，同樣的觀察那兩顆星星，利用高懸的細樹枝或是輸電線(別找大樹幹或電線桿)，看看它們能遮蔽那一顆的星光。遠看高懸的細樹枝或是輸電線比髮絲粗不了多少，人們會發現要遮蔽恆星的光芒綽綽有餘，遮蔽行星卻仍嫌不夠。其原因是行星離我們近很多，看起來不只是一個光點，而是一個小光碟。而且由於我們看到的行星星光是來自一個小光碟，所以它的影像就不會晃動。你也可以請一個朋友在離你十公尺左右，拿一個小乒乓球輕微晃動，再拿一個籃球做同樣幅度的晃動，試驗你感覺有什麼不同。(星光閃爍的原因是一部份的光線在通過大氣層時因氣流擾動而產生散射)。

但是否有些行星的視光碟足夠小，或是大氣的擾動足夠大，讓行星也顯現出「一閃一閃亮晶晶」呢？那就實際觀測找答案吧！水星比較小，有時是一眉水星(水星有盈虧現象)，而且通常是低垂於天際，有較大的氣流擾動和較大的閃爍程度，所以一向先由水星開始。金星在上合(Superior Conjunction)之前或之後一段時間內，也是一眉金星(金星有盈虧現象)，比水星大不了多少。金星在下合(Inferior Conjunciton)之前或之後的一段時間內，幾乎是最接近地球，因此看起來大了約六倍，但依然是極細的一眉金星。火星可以高懸於全黑的夜空中，但它的視光碟只有水星的一半大，這樣就足夠小到出現閃爍嗎？如果你看到巨大的氣體行星–木星和土星在天上閃爍不定時，當時的大氣層一定十分的不穩定。

只要你看到行星都在閃爍，那恆星一定更搖擺不定。你或許可以找到一個通則，低垂的行星在閃爍時，某一高度(角度)以下的行星一定有同等或更大的閃爍程度。

問題

一、能夠依恆星和行星的閃爍程度(有著類似的亮度和高度)，做出正確判斷的人數比例為何？

二、在利用高懸的細樹枝或是輸電線遮蔽星光的實驗中，做出正確判斷的人數比例為何？較前一個方法容易或是困難？當行星的視光碟很小時，有沒有影響？

三、當行星低垂於天際、或是大氣擾動十分厲害、或是行星的視光碟很小的時候，你所看到的行星閃爍程度為何？你能不能找到某一個較為高懸的恆星和該行星有相同的閃爍程度？

觀天入門：順行、逆行、留

你所需要最短的時間和最長的時間以判斷行星在背景的許多恆星中移動了位置。

在短暫的時間內，可以經由較少的閃爍程度將行星由滿天恆星中區別出來。不過，「行」表示會動的，「恆」表示不變的，顧名思義你應該瞭解相對於恆星在天空中有著固定的樣式，行星在天空中會改變其位置。你最少需要幾個晚上(或是幾個小時)才能發現行星改變了位置？經由這個觀天習題，你可以學到更多有關行星運動的知識(及趣味)，不會輸給那些觀星老手哦！

水星和金星是內行星，它們雖有最大的視覺移動量，但是它們出現的時間多半在微微曙光或淡淡暮光中，缺乏明亮的背景恆星以觀察它們位置的變化。火星有時候可如同金星一樣迅捷，而且可以在黑暗的夜空中觀察。木星和土星的視覺移動量慢了很多，不過有時候也會加速，它們也很容易在黑暗的夜空中觀察。所有的行星在接近留點(Stationary Point)時都是視覺移動量最慢的時候，天文日曆、天文雜誌或天文網站都會表列各行星「留」的確實時間，過了「留」之後，行星可能開始逆行，或是停止逆行而開始順行。

上圖介紹內行星及外行星為何會出現順行、逆行、留的現象。在哥白尼(Copernicus)之前，行星漫遊一直困擾的天文學家，他們用極為複雜的多環理論來解釋這些現象。直到哥白尼提出日心說之後，才有了簡單而且正確的太陽系模型。因為每個行星的軌道面和地球的軌道面都不一致，傾斜一個角度，所以行星在逆行時的軌跡常常像是一個迴圈。

你也會發現，如果行星在通過某個特定恆星的附近時，或是某兩個恆星的假想連線時，最容易看出行星改變了位置。

問題

一、在背景固定的恆星中，你能判斷行星移動位置所需要的最短的時間和最長的時間？

二、在某一段時間內，各個行星的視覺移動量的快慢順序(由最快排到最慢)？那幾個行星正在逆行？經由你的觀察，你能不能在星圖上畫出逆行軌跡所造成的迴圈(扁扁的橢圓形)？並比較每個行星的軌跡迴圈的大小及形狀？

觀天入門：行星顯影

距離行星合日之前或之後多少日子，你可以看見它們？(行星合日之前在黃昏時的西方天空，行星合日之後在黎明時的東方天空。)

顯影(Apparition)在天文學上的是指行星在每次近合日(Close Conujunction with Sun)之間可以被看到的日子，可能是幾周、幾十周、幾個月、幾十個月。行星在近合日時，在天空中和太陽之間視角太小而不能被看見。外行星(木星、土星、天王星、海王星、冥王星)合日只有一種情況，就是太陽在中間，地球與該外行星分別在兩旁，也幾乎是地球於該外行星距離最遠的時候。內行星(水星、金星)合日則有兩種情況，上合(Superior Conjunciton)為太陽在中間，地球與該內行星分別在兩旁，下合(Inferior Conjunciton)為該內行星在中間，地球與太陽分別在兩旁。

這個觀天習題的目的是以肉眼觀察，看到每一個行星愈多顯影的日子愈好。除了享受挑戰自己能力的成就感之外，某些特殊的景象只有在顯影剛開始的日子和快結束的日子才能看到。

在金星快要下合的幾周之前，它的亮度掉得很快，不過一彎「眉金」也愈來愈細、愈長，即使是肉眼也有機會看出它的形狀(觀天習題廿一），也可能看到它閃爍得很厲害(觀天習題十五)。在金星八年周期內少數幾次顯影，在下合之後的幾天內，甚至是下合的時候，它只比太陽晚一點下山。這表示金星可以同一天早晚各看到一次，既為晨星又是暮星。(中國古時，以金星辰見於東方謂「啟明」， 夕位於西方曰「太白」，又稱「長庚」)。你的第一個挑戰是在同一天早晚各看到金星一次，下一關是在金星下合時看到它。(註：只有金星在合日依然可見，其它行星或月亮都不行。)

水星，由於它在天空中和太陽實在是太接近了，觀測者通常是在水星顯影的日子中，仰角最高時才去看它，因此錯過不少水星的獨特行為。例如：不同於金星，水星在上合後不久就達到最亮。把握那個時候，你應該可以看到水星，因為它的亮度超過天狼星(Sirius)，甚至是木星！不過，水星當時低垂於天際，背景還有曙光或暮光，看起來不可能如同天狼星在夜空中那麼耀眼。你可以研究一下，在水星顯影的日子中，是否能看見水星與它的亮度和它的高度(角度)之間的關係，以及不同程度的曙光及暮光的影響。(當然，當時的大氣條件也是重要的影響因素。)

北緯25.10°，東經121.52°，正八時區
2005年日出時水星顯影在東方
2005年日落時水星顯影在西方

想一想當你擴展你的能力–可以在曙光或暮光中看到行星所帶來的好處。例如，即將發生行星合或其它重要天文景像，但它們發生時是在曙光或暮光中，而且低垂於天際，你有十足把握看到它們。

當然，在這個觀天習題裡，一個雙筒望遠鏡會對你有很大的幫助。如果你使用了任何型式的光學輔助工具，千萬再用肉眼觀察一遍，這個經驗和知識是無可取代的。恆心和求知渴望永遠是支持你的動力！

問題

一、距離行星合日之前或之後多少日子，你可以看見它們？季節會不會對你的觀察有影響？行星的高度(角度)、曙光和暮光的亮度是否有影響？在你的每天的觀察中，行星首先出現、最後出現、最易觀察的高度(角度)為何？記錄每天的大氣條件對你的觀察產生的影響。

二、你能看到水星的最大亮度為何？是否能找到水星的高度(角度)、曙光和暮光的亮度與看見水星之間的函數關係？每次水星顯影有多少日子？(其它行星呢？)你是否能看到一年之中每一次的水星顯影？你能在金星下合時看到它嗎？或是同一天內看到金星為晨星和暮星？

觀天入門：太白金星

儘可能在白天時觀看金星，次數愈多愈好，愈接近中午愈好。在黃昏的暮光中，多早你可以看到金星？或在黎明的曙光中，多晚你還可以看到金星？尤其是在大氣條件不太好的時候，或是金星很接近太陽的時候。

金星是唯一的行星可以不困難的在白天以肉眼看到。當然，一個清楚而蔚藍的天空、行星遠離太陽、行星本身特別高的亮度等等都有不少幫助。這個觀天習題的主要目的之一就是探討天空的條件、金星與太陽的角距、金星的亮度對白天觀看金星的影響。

首先，當然是要考慮在天空何處找金星，總要有個大概的位置。如果你能知道金星與太陽現在的角距(Elongation)，以及金星在黃道帶(Zodiac)上是比太陽更南邊或更北邊，你就容易縮小你的搜尋範圍。(是太陽或是金星更接近其子午線高度？)如果你有雙筒望遠鏡，對你的初步搜尋也會有幫助。(切記，絕對不要用任何形式的望遠鏡或放大鏡看太陽，以免對眼睛造成永久性的傷害。)

其次，人們在白天時，眼睛容易聚焦於附近的樹木或房子，而不是無垠的天空。飄過來的一、兩朵雲可以幫助你對焦於遠方。不過，用「眼角餘光法」(Averted Vision，觀天習題廿七)在白天是沒有多大用處的，而且金星十分明亮，和夜晚的亮度也沒有不同。

不要因為一開始找不到而氣餒。如果你因為天空有霾或金星太靠近太陽而想放棄的話，休息一下再來搜尋天空，或是儘可能在最亮的曙光或暮光中進行。記得拿個擋板遮住太陽刺眼的強光，你是觀察金星(太陽附近)，而不是太陽本身。另一個簡便的方法是日出前就開始觀察金星，一直追蹤到不能再看見為止，你就不用費力去搜尋了。你也可以利用高懸的樹枝或輸電線，協助你記住金星的位置，免得低頭休息一下之後，一抬頭就找不到金星了。如果月亮在附近那就更好了，不但追蹤容易，而且在曙光中看到金星合月是更難得的景觀。

問題

一、在什麼的條件下，你可以在白天以肉眼看到金星？當時天空中有沒有霾？金星的亮度至少要為何？金星和太陽有多靠近？(記錄由你可以在白天看見金星開始，到白天任何時間都看不到金星為止。)

二、在金星與太陽不同的角距時，於黃昏前多早或黎明後多晚，你可以看到金星？如果天空的條件不太好的時候呢？

觀天入門：晝觀行星

以肉眼觀察除了明亮的金星以外的其它行星，在黎明時儘可能愈晚愈好，在黃昏時儘可能愈早愈好。在日落前多早，或在日出後多晚，你還可以看到木星、火星、甚至是土星(在它們接近最大亮度時)？

除了明亮的金星之外，那些行星可以在白天時以肉眼看到？大部分的天文書籍都沒有提及其可行性，但這的確可以做到。例如Fred Schaat在1988年9月7日的早晨，趁著十分難得的機會，沒有利用光學輔助器材，以肉眼同時看到了金星、木星和火星，在日出之後至少18分鐘。(若非他趕著去辦別的事，他可以追蹤三星更久一點)。當然，那個早晨三個行星亮度都很夠，均達負2等，而且仰角也夠高。不過，很多全心投入的觀測者都能在日落前或日出後看到亮度0等的星星。

在十九世紀開始，就一直有白天觀看到行星的記錄。這些觀測記錄當中，有些是因為觀測者的眼力特別好，或是技術特別高超，甚或是他們有最大的熱誠。不可否認的，要在日落前或日出後看到亮度0等的星星，有鷹眼般的視力會有很大幫助。但對一般人來說，在相似的條件下看到木星和火星並非不可能，它們最大亮度時可達負1等或負2等。據稱有人在日出後幾個小時還能看到木星，因為當時月亮就在附近，提供很好的位置指引。

在藍藍的天空裡，月亮可以提供很好的指引來追蹤行星的位置，觀天習題十八提供簡便的方法和提示，在這裡也適用。但這個觀天習題中，每個人的視力極限的確有很大影響。在一片蔚藍的天空中，行星高掛著，與太陽有一段距離，良好的視力和對焦能力，高懸的小樹枝或輸電線做為參考指引，良好的天文知識(知道去那裡搜尋)，再搭配雙筒遠鏡等等。愈多的內在及外在條件配合，你就愈有機會。

當你迭破你的個人觀測記錄時，你會非常有成就感。當土星和火星比較不明亮的時候，大概不到0等，又若天空的條件不太好，或是行星與太陽的角距(Elongation)不大的時候，任何一個人在白天看到行星的機會都不高。但是，在曙光或暮光多亮時，你還可以看到行星？這有待你自己去發掘。

問題

一、以肉眼觀察，於日落前多早或日出後多晚，你可以看到行星的最佳記錄？或至少是離曙光開始後或暮光結束前多久？

二、在不同的條件下，例如：該行星的亮度及高度(角度)、該行星與太陽的角距、大氣清澈度(Transparency)等條件下，離曙光開始後或暮光結束前多久你可以看到該行星？

觀天入門：肉眼看木衛

試著以肉眼觀看到一、兩個木星的衛星？記錄你看到的時間、日期、天空條件。如果有可能，找一群同好一起進行，看看他們能不能同時看到你所看到的。

如果有人特別去蒐集文獻資料，看看有沒有人以肉眼觀看到木星的衛星，名單上應該可以列出一長串的名字。無論如何，這仍是極為罕見的，幾乎可做為傳奇故事。但這需不需要很好的視力，甚至超凡的視力呢？Fred Schaat認為不需要，他沒有刻意去嘗試就成功了二次，他相信一般人的視力就足夠了。

他的觀測經驗中，有一次看到卡里斯多(Callisto)，另一次他看到加尼米德(Ganymede)。兩者都是木星四大衛星之一，木星四大衛星又稱為伽利略衛星(Galilean Satellites)，前者軌道距木星最遠，後者較近但比較亮。他覺得後者在集中注意力時，比較容易看到和持續觀察。

他歸納一些當時成功的條件。雖然木星當時不是最靠近地球，但在晚上卻是最高的時候，也就是在黃道帶(Zodiac)最高的時候。其次，兩個晚上都有一點點薄霧，所以明亮的木星光芒看起來比較淡。

有人可能會爭論薄霧只會影響觀測，怎麼可能幫上忙。重點是，清澈的天空並不是決定性的因素，四個伽利略衛星亮度通常為5等，有時甚至可達4等。要將卡里斯多或加尼米德與木星分開也不是大問題，。對視力超強的觀測者，在木星不太亮的時候，將伊奧(Io)或歐羅巴(Europa)分開也不是做不到的事。在你實際觀測的時候，你會發現數百倍亮的行星的確很容易壓過衛星的光芒。真的要有人能同時以肉眼看到四個伽利略衛星，那必須天氣、運氣、實力和誠實兼俱。

下圖為平均木星衝(Opposition)時的木星衛星視覺分離角度。

找一群朋友來一起看木星衛星，就可以驗證不同的視力是否對觀察有重要影響。可行的話，事先不要查閱木星衛星的位置，如此比較的結果才能更客觀。當你頗有把握木星旁邊的小光點是衛星時，此時再以雙筒望遠鏡複查，或與天文日曆、天文雜誌或天文網站上的木星衛星位置做比較。(當你在觀看木星衛星時，不要與靠近木星的背景恆星搞混了，記錄它們與木星的距離與它們的亮度，這對以後的觀天習題有幫助。)

問題

一、花了多少個晚上，你終於成功的以肉眼觀看到木星的衛星？如果你成功了(或還在努力中)，你覺得要有什麼樣的大氣條件、行星及衛星的亮度、位置等等才能成功？

二、如果你成功地看到木星的衛星，當時還有多少人也同時成功的看到？

觀天入門：一眉金星和土星環

在最好的觀測條件時，試著以肉眼看出一眉金星和土星環的形狀。

不同於以肉眼觀看木星的衛星，要看出一眉金星的形狀，甚或是土星環的形狀需要極佳的視力。一眉金星最大最長的時候僅約一分弧(Arc-Minute)，也就是0.0167度，而且是十分接近太陽的時候。土星環還見不到那麼寬呢！不過即使你看不出一眉金星和土星環的真正形狀，要看出有點拉長的光點應容易得多。

文獻上記載能以肉眼看到一眉金星的真正形狀只怕不多。不過知名的天文攝影、觀測及作家Steve O'Meara，以擁有天賦的好眼力著稱，曾帶了一群同伴去觀看一眉金星而且成功了。不過他們到底看到的是真正的形狀，或是看到拉長的光點再加上先入為主的觀念所產生的美麗誤會呢？恐怕他們自己也無法確定，否則必定值得大書特書一番。而且，世上一定有許多人有2.0甚至4.0的視力，如果肉眼可分辨出真正形狀，為什麼很少文獻記載呢？

不成功的原因可能是對觀測時機和觀測方法的掌握。當金星有如一抹細眉的時候(也是較大的時候)，離下合(Inferior Conjunction)的日子不遠，因此是在日落後一會或日出前不久低垂於天際。很不幸的，仰角很低的星星影像品質比高掛天空時差很多。解決方式是在日落前儘可能的早，在日出後儘可能的晚來觀察金星，那時候金星的高度(角度)會比較有利。此外，白天時人的瞳孔縮得比較小，較少用到眼球晶體的周圍區域，影像扭曲比較小。

如果你已完成觀天習題十八，你應該已有在白天搜尋及觀看金星的經驗。如果你覺得在日落前有把握找到金星，那就選擇一眉金星還不是最大的時候，但離太陽還有一段距離(角度)，因此掛得比較高。即使如此，你創記錄的機會仍然不高，因為大約每1½年才有幾周的時間是一眉金星能掛得夠高，視角夠大。

相對來說，土星每年會有好幾個月是它離地球比較近的時候，在土星衝(Opposition)前後，約有數個月的時間可以嘗試肉眼看出土星環的形狀。有一個方法或許有幫助，明納爾特(Minnaert)建議在觀察明亮的行星或恆星時，可以在一張紙板上打一個一公釐(0.1 cm)寬的小孔，再透過小孔觀星，可以減少星芒。最後，你一定需要找一個適合觀星的天氣，大氣要十分穩定，幾乎所有的恆星都不會閃爍才行。

問題

一、你能不能以肉眼看出一眉金星的形狀？或至少看到拉長的光點(與真正形狀有相同的方向)？即使不行，依據你幾乎成功的經驗，要看到一眉金星的真正形狀有什麼條件？當時金星多大？仰角多高？影像(大氣)多麼穩定？離金星下合多近？星芒的影響？

二、你能不能以肉眼看出土星環的形狀？或至少看到拉長的光點(與真正形狀有相同的方向)？用穿孔的紙板觀察土星能不能減少星芒？使用紙板觀察會不會很困難，或是看不到土星？

觀天入門：影子

試著看出由明亮的行星照出來的影子

除了肉眼看出一眉金星和土星環的形狀外，另一項「偉大事蹟」就是看到由金星照出的影子。無庸置疑的，這是相當困難的，必須是在曙光之前或暮光之後一陣子，金星還得高高掛著，並且能免於人造光源的影響。不過若你剛好到了鄉下或離島，遇上十分明亮的金星，或是亮度略遜一籌但仰角較高的木星，千萬不要忘記試著尋找由它們所照出的影子，說不定能帶給你絕大的驚喜。

首先，我們要考慮能讓你看見由行星的亮光所產生的影子的條件。當然你要找一個地點，在那裡由城市來的光線要儘可能的沒有、儘可能的與金星的方向不同。也許你應該先查閱地圖，甚或事先勘查地點，看看當城市光害將夜空照亮時，那部份天空所能看到的最暗星等為何。

其次，你需要一塊非常淺色的地表，例如一片白沙或是你攜帶的白巾。而且這片淺色的地表上，除了行星的亮光之外，儘可能的沒有被其它光源照到。例如：城市的光害、其它星體的亮光或是月光、大氣層折射或散射所發出的光輝等等。怎麼找？一小片開闊地只能看到金星，例如在森林、谷地之中。

如果這些條件都能配合(真的嗎？)，你應該可以很清楚的看到由金星造成的你的影子。金恩(Richard Keen)在1975年12月發表的文章中說，他看到由木星造成的影子，當時木星亮度為負2.4等，除此之外，還有一個由天頂方向的星星所造成的影子，計算出該星星的亮度可能至少是負1等，(天狼星亮度是負1.4等)。稍後，華倫汀(Derek Wallentine)在1977年3月發表的文章中說，他看到由木星造成的影子，當時木星亮度為負2.3等，而且在當時的光線下，可以辨認¼英吋高的字型。

是否在天時、地利、人和(人們的求知渴望及耐心)三者配合下，能在極稀少的機會中，看到再暗一點的星星呢？的確有可能，不少觀星者宣稱他們看到由銀河的亮光所照出來他們的影子，或是在織女星星光下(亮度零等)閱讀等等。明納爾特(Minnaert)建議一個方法，在你家裡(如果你家在較遠的郊外)就可以進行，在極黑暗的房間之中，觀看明亮的行星或恆星的星光所造成的影條(Shadow Bands)，參考觀天習題九十三。

問題

一、你能不能看到由金星或木星照出來的你的影子？形容一下它們是什麼樣子？

二、你還用了什麼方法協助你看到由明亮的星星照出來的影子？

觀天入門：估計行星的亮度及顏色

經由比較已知亮度的恆星(而且不會變化)，估計行星在不同時間的亮度。並評定行星(或是恆星)的顏色，級距由非常藍至紅色。

木星今晚有多亮？火星今晚有多亮？你說簡單嘛，隨便一本天文日曆、天文雜誌或天文網站上都可以查出來。但你大概不知道在1980年代之前，只有書籍資料的時代，它們公布的行星亮度誤差有時可以達到⅓等，甚至½等！網路的應用令資料流通更方便和正確(即時修正)，新的亮度預估公式也準確很多。不過，木星和火星的反射程度(亮度)的變化，仍足以讓人們以肉眼察覺偶然與預估值不相同的情況。此外，自行預估行星的亮度是十分有趣且無價的觀測經驗。

估計木星和金星的亮度並沒有想像中簡單，因為沒什麼其它正常星體接近它們的亮度範圍。木星最亮的時候的亮度約同於金星最不亮的時候，而且後者的亮度是熟知的，所以你可以用金星來粗略估計木星的亮度。水星通常低垂於天際，而且很少能逃過曙光或暮光，不過許多時候，你可以在它的附近找到可以用來比較亮度的恆星。當土星和火星高懸於夜空時，幾乎都能在它們附近找到可以用來比較亮度的恆星。土星環相對於地球的角度每年都不一樣，追蹤土星的亮度變化也可以研究土星環對土星的亮度是否有影響。火星的亮度變化在數年之內，可以達到3~5個星等，而且主要的變化量經常是在一個季節內就可完成。木星的雲層活動造成它的預測亮度不準，火星著名的砂塵暴也會使它的預測亮度和實際觀測值有可分辨的差異。最後是亮度約為5等的天王星，追蹤它每年的少許亮度變化，使你成為行星亮度的鑑賞家。

在估計行星亮度時，必須將不同高度(角度)時大氣消光(Atmospheric Extinction)的影響計算進去。(觀天習題卅二)

評定行星的顏色，其樂趣不亞於估計行星的亮度。當研究恆星的亮度時，我們要學習的不止是該恆星的真正顏色，還包括眼睛的生理特徵，以及形容顏色的字彙。在這裡，我們使用與觀天習題廿五相同的顏色級距表。若你看過愈多不同顏色的恆星，對你使用這份級距表會更有幫助、更熟練。

因為星星本身不同的亮度，往往為我們在評定顏色時帶來麻煩。金星和木星只有在亮度差不多的時候，才容易評定何者比較黃。但是顏色較深的金色土星，其光度就差多了，我們能不能用低倍率的小型雙筒望遠鏡觀看土星，其亮度會和肉眼觀看金星類似嗎？比較土星的顏色和許多其它1等星的顏色就容易多了。水星比較麻煩，它通常低垂於天邊的薄霧中，使它的顏色比實際偏橘。火星在所有行星之中有最引人注意的顏色，比較它與另外兩個著名的紅巨星的顏色也極具趣味，一個是位於獵戶座的參宿四(Betelgeuse)，一個是位於天蠍座的心大星(Antares)，當火星分別經過它們附近時，千萬不要錯過。還有，火星的砂塵暴會減少它的紅色程度，足夠使肉眼看出顏色變化。此外，某些人對紅色特別敏感，你可以約集同好，將你評定的火星顏色與他們的評分做比較。

問題

一、你估計今晚的行星亮度為何？它們與預測值有沒有差別？

二、你有沒有曾經看出火星和木星的亮度比預測的亮一些或暗一些的經驗？它們是不是與火星和木星的大氣活動有關？

三、依據觀天習題廿五的顏色級距表，你評定的行星顏色為何？當火星與參宿四和心大星有類似亮度時，何者比較紅？當時火星是否比較不紅，例如火星表面有砂塵暴？

觀天入門：行星合

利用行星合(Conjunction)的機會，比較行星(及附近恆星)的顏色、亮度和星芒大小。

當兩個美麗的行星在天空中十分靠近時，兩個行星在「合」時，是最棒的天文景觀之一。仔細的欣賞這些現象，它們顯示的不止是它們可愛的光點，也包括我們原來不知道的行星(及附近恆星)本身的一些特質。

行星合月的景色

在前一個觀天習題中，你已學會如何估計行星的亮度和顏色。顯而易見的，在行星合的時候，也就是兩個行星很接近(或一個行星和一個恆星很接近)的時候，是比較兩者亮度和顏色的最好機會。

但是在行星合時比較顏色有一項重要的限制條件。這個限制就是人類眼睛的生理特性：人工增強鄰近區域的互補色。許多由望遠鏡才能看到的雙星，它們的對比色彩令人驚艷，例如藍色和金色，或是紅色和綠色，不過你若是單獨觀察雙星的任何一個成員，顏色就沒有那麼搶眼。

像是位於獅子座的軒轅十四(Regulus)，在黃色的金星或紅色的火星出現在附近時，會顯得特別藍，這個藍色的一部份就來自人類眼睛自動增強的互補色。(同樣的，行星的黃色和紅色看起來也加強了)。注意觀察當兩者距離改變時，你感覺它們的顏色變化。

行星或恆星的星芒大小(視角度)部份決定於觀測者的瞳孔張開的程度，當然這又和周圍的環境有多暗，以及待在黑暗的環境中有多久有關。不過主要的決定因素還是星星的亮度：愈亮的星星會有延伸愈長的星芒。有些肉眼觀測者宣稱，即使是最明亮的金星和木星，在眼睛已完全適應全黑的環境中，它們的星芒最多才到直徑2~3分弧(Arc-Minute)，還不到月亮視直徑的十分之一。你覺得呢？行星合時提供一個很好的機會來比較星芒，至少是相對大小。行星合時，肉眼可以看到兩個行星(或一個行星和一個恆星)的星芒會十分靠近，然後開始重疊，甚至合在一起，然後再分開。只要你不是那種半天打漁，十天曬網的個性，在你一生中，加上一點運氣，你可以看到不少次令你暫停呼吸的行星合的景象。

問題

一、當兩個行星(或一個行星和一個恆星)愈來愈近時，(1)你評定它們的顏色等級和(2)色彩的鮮明度有沒有變化？

二、在你觀察到的每一次行星合，較亮的星星之星芒大小是較暗的星星之星芒大小的幾倍？

觀天入門：恆星顏色

評定明亮恆星的顏色，級距由非常藍至紅色。判斷你肉眼可以看出有顏色的恆星的最低亮度為何？將你的顏色評等與朋友們的評等做比較，是不是有系統性的差異？你能不能解釋？不同的大氣條件對你的顏色評等有什麼樣的影響？

有些書籍認為對許多恆星來說，肉眼只能看到一絲藍色；另外許多被紅色的恆星，卻被誤稱為帶有金色光輝。無論如何，對一個用心的觀測者而言，他至少可以發現幾十顆恆星有肉眼可以分辨的彩色，仔細的研究它們，可以發現更細微的不同色調。

類似織女(Vega)和參宿七(Rigel)的恆星，多少帶有一點藍色，即使是最挑剔的評論者也不否認，但是「紅色」的恆星就有不少異見了。例如，參宿四(Betelgeuse)或心大星(Antares)能不能被評為黃色呢？若是把所有觀測者的評分等級蒐集起來，你可能會發現即使答案不是黃色，至少也是「金橘色」。這些顏色評分的差異，是不是有可能來自於觀測者只使用有限的顏色字彙呢？或是每個人的生理條件不同所造成的呢？例如每個人對光譜紅色端的敏感度不同。所有的人隨著年齡增長，都會逐漸失去他們對光譜紫色端的敏感度。找一群天文同好，一起來評定恆星的顏色，比較彼此的評分，是不是有這種現象(系統化的差異，而不是隨機性的不同)？

恆星顏色級距表
０　非常藍
１　藍
２　藍-白
３　白
４　黃-白
５　淺黃
６　深黃
７　淺橘
８　深橘
９　橘-紅
１０　紅

對亮度較暗的恆星，肉眼能感覺到的顏色評分依然存在歧見。你或許可以分辨出某些二等星的色彩，但若是亮度更低的恆星呢？你能看出它們某些是有色彩的嗎？將恆星顏色的問題與大氣條件連在一起考量，你會發現有時候為閃爍的恆星評定顏色並不容易。由於大氣擾動造成行星閃爍，由於行星閃爍造成顏色有顯著變化。請你研究不同的大氣清澈度(Transparency)對恆星顏色的影響。

問題

一、依據所附的0~10顏色級距表，天空中最明亮的那些恆星的顏色為何？你能以肉眼看出彩色(非白白)的最暗星等為何？

二、你所評定的恆星顏色和其他人有何不同？你有沒有觀察到，每個人評分不同的原因是因為對光譜紅色端的敏應度不同所造成的？是不是年紀較長的觀測者看到的藍色恆星比較不藍？或是年紀較長的觀測者和年輕的觀測者的評分差異為何？

觀天入門：影像穩定度

依據恆星在不同的高度(仰角)的閃爍程度，以0~10的級距，為你的觀測地點的影像穩定度(Seeing)打分數？並觀察在那一種高度時，明亮的恆星的顏色不會變化。記錄影像穩定度的評分，並與氣象報告的資訊做交叉比較，例如上層大氣的高氣壓及低氣壓數據。記錄不同地點的影像穩定度的評分，如果你家附近或你常去的觀測地點附近的地形變化很大，可能在相距不遠的地方就有很大不同的影像穩定度。

影像穩定度是指影像經過地球大氣層之後的穩定程度。當大氣十分平靜時，影像穩定度就很好：在天文望遠鏡的鏡頭內，可以清楚看到行星表面特徵，或是將黏在一起的雙星分開來；對肉眼的觀測者而言，影像穩定度的主要指標就是恆星的閃爍程度。

「一閃一閃亮晶晶(Scintillation)」是很羅曼蒂克的景象，值得我們仔細研究。如果你能由星星的閃爍程度來評斷影像穩定度，可以讓你收事半功倍之效：在某一個晚上，你可以預料你的觀測目標在不同望遠鏡鏡頭內的影像，你可以選擇合適口徑(或種類)的望遠鏡，以及合適的配件及攝影器材，讓英雄有用武之地，不至於勞師動眾卻空手而歸。也希望你由這個觀天習題中能瞭解我們的大氣如何對影像品質產生影響。

還是同往常一樣，我們訂一個0~10的級距。觀察恆星每五秒(或每十秒)內明顯的閃爍次數，不要只觀察某一高度(仰角)的恆星，還要包括不同的高度，如果它們有不同的影像穩定度。(通常是通過大氣層的距離愈短，影像穩定度愈好)。或許在某一個高度，大氣透明度由閃爍不定轉換為幾乎不會閃動，請你記錄每天晚上，這個特別高度的變化。

顏色是由不同波長的光線混合而成的。而不同波長的光線在我們的大氣層的紊流中有不同的折射程度，所以恆星在閃爍的很厲害的時候也會顯現顏色變化，以及不同顏色的星芒。只要恆星的亮度不算太差，肉眼觀察者都可以看到這些現象。那麼比較暗的恆星呢？試著在較低的高度(仰角)觀察它們。記錄每個晚上，恆星不再產生顏色變化的最低高度。

距離觀測者多近，以及多高的大氣層，會決定影像穩定度？通常大氣的紊流愈高，其影響愈大。紊流若和當地小範圍的對流天氣有關(例如北美洲夏季常見的天氣)，其影響較小。在詳細氣象報告或氣象網站上，可以查到上層大氣的高氣壓及低氣壓數據，它們和地表大氣的高氣壓及低氣壓原理是一樣的，都決定了氣流的方向，你可以判斷不同的高度有沒有風、風的最大高度、風速的最大變化，紊流會有多大。而高空的噴射氣流(通常還會伴隨某一型式的雲層)通常造成不良的影像穩定度。

最後是你所附近的地理環境，如果有山脈或廣大水體也會對你的影像穩定度造成特別影響。記錄不同的觀測地點造成的影像穩定度變化；有時候不同的觀測時間的影像穩定度也會有很大的不同，甚至一、兩分鐘之內由很好變成很壞，或是由很壞轉成很好。

問題

一、依據恆星的閃爍程度，以0~10的級距，為今晚的影像穩定度打個分數。在某一預設的時間內，不同高度的恆星的閃爍次數分別為何？顏色變化的次數為何？是否有某一個高度，大氣透明度由星光閃爍不定轉換為幾乎不會閃動？是否有某一個高度，大氣透明度由顏色變化不定轉換為幾乎不會變色？你能看出顏色變化的最暗星等為何？

二、你能判斷出造成你的不良影像穩定度的紊流的最常發生原因嗎？你能連結你的影像穩定度、高空的噴射氣流、上層大氣的高氣壓及低氣壓數據的相對關係嗎？

三、是否明顯的地形變化會對影像穩定度造成影響？你曾觀察到什麼狀況，能在很短的時間內改變了影像穩定度？

觀天入門：肉眼視覺極限

試試你的極限，在沒有月光的不同夜晚(以及不同的地點)觀察最不亮的恆星，在不同的高度(仰角)下，找出你肉眼可見的最暗星等。同樣地，再觀察那些深太空物體(非點狀的)。比較你的觀測成果和與你一同觀測的天文同好的觀測成果。比較夜晚時的大氣清澈度(Transparency)和白天時的大氣清澈度有什麼不同。記錄在你觀測時的不同氣象統計數據，看看那一種天氣型態會對大氣清澈度產生影響。比較大氣清澈度和影像穩定度(Seeing)，什麼樣的天氣型態可以同時提供最好的大氣清澈度和影像穩定度。

這個觀天習題要在沒有月光的夜晚找出你的肉眼視覺極限，而習題八是在有夜光的夜晚進行。不過，如同習題八所述，對大部份的觀察者而言，人為的光害污染才是最麻煩的變數。要研究強烈光害對視覺極限的影響，請參考觀天習題五十九、六十一和六十二。

首先，我們假設你的觀測地點至少在天頂和某一方向的低空位置不會受到光害或僅略受影響。當天空沒什麼雲朵時，在不同高度(仰角)的肉眼視覺極限會符合觀天習題卅二所述的大氣消光(Atmospheric Extinction)的影響–光線在通過愈厚的大氣層，損失愈多的亮度。但是在有霾的晚上呢？請你記錄在不同程度的霾時，在較低高度時大氣消光急速增加的變率。

不同的夜晚，由於不同的大氣清澈度，可能會有顯著不同的肉眼視覺極限。如果你只想找出你的肉眼視覺極限，你只要試天空雲朵最少、星星最多的夜晚。如果你還想研究不同的天氣型態如何影響大氣清澈度，試愈多的夜晚愈好。你可能還要瞭解你的觀測地點當時的溫度及濕度，以及其它相關的天氣數據，例如風速和風向，甚至是逆溫層煙霧(Inversion Smog)。

不管你的目的為何，你都要學習以最佳的方式來觀察較暗的星體。離開明亮的環境後，至少讓你的眼睛適應黑暗15~30分鐘，容許視網膜某種化學變化。事實上，你還可以做一個實驗，從明亮的室內或車子出來後的5, 10, 15, 30分鐘(或你所訂的間隔)後，你的肉眼視覺極限為何？觀看晦暗星體還有一個訣竅，稱為「眼角餘光法」(Averted Vision)，先不要直視晦暗星體，目光由它旁邊慢慢轉向它，也就是用眼角餘光瞄它。因為視網膜對光線最敏感的區域不是在正中央，而是在其周圍。

當然你需要一份星圖才能知道恆星星等。但一面觀星，一面用手電筒查星圖並不是一個好主意，你需要讓你的眼睛適應黑暗。你可以找一張儘可能不透明的紅色玻璃紙或塑膠帶，貼在手電筒前方，做出紅色光源，而且當然是愈少使用愈好。

最後的工作就是比較了。比較你的視覺極限和與你一同觀測的天文同好的視覺極限，你會發現不同的人的肉眼可見的最暗星等有相當大的差別，但是否和年齡或個人經驗有關呢？利用白天時的大氣清澈度的量度指標，參考觀天習題五十六和五十七，找出它們與晚上時的視覺極限之相互關連。(註：大氣清澈度可能會在短時間內改變很大，但不失為一個好的研究主題。)

還有一個比較是恆星和深太空物體的視覺極限差異。例如：外銀河、星雲等深太空物體，它們通常不呈點狀，延伸一小片面積，你能看到的深太空物體的最暗星等為何？最後，大氣清澈度和影像穩定度之間有沒有關連？一年之中，那個時候的天氣型態或那種天氣型態能同時提供最好的大氣清澈度和影像穩定度？

問題

一、在一個沒有月光的夜晚，幾乎沒有什麼光害，你注視著天頂，這時你能看到的最暗星等為何(包括點狀和非點狀物體)？在不同的高度、不同的夜晚，有什麼差別呢？

二、仔細斷定出何種天氣型態會影響你的肉眼視覺極限？白天的大氣清澈度和晚上時你的肉眼視覺極限的關連性為何？

三、你的肉眼視覺極限和其他觀測者有何不同？是不是和年齡、個人經驗或其它因素相關？

四、大氣清澈度和影像穩定度是否有關連？何種天氣型態和系統可以同時提供兩者最佳狀況？

觀天入門：昴宿有幾顆星？

試著以肉眼看到最多的昴宿(Pleiads)星團成員，並看看一般人平均可以看到昴宿星團多少顆星。

昴宿可以說是最有名的疏散星團了，試著數出肉眼可見其最多的恆星數目也有無數人嘗試過了。而同樣歷史悠久的天文辯論是在「平均」的條件下，人類肉眼平均可以看見多少個昴宿星團成員。

但是真要能回答此問題，得先弄明白那些會令人迷糊的事情。

第一件事是到底昴宿星團包含那些肉眼可能可見的恆星。下圖顯示昴宿星團的成員，包括以希臘神話命名的九顆星，它們的亮度都在5.6等以上。其中Atlas和Pleione是父母，Alcyone、Assterope、Celaeno、Electra、Maia、Merope、Taygeta是七姊妹。Atlas和Pleione距離僅有五分弧(Arc Minute)，需要在非常穩定的大氣條件及非常好的視力下才能分開。我們常常聽到昴宿星團七姊妹，也就是七顆星，一個觀察者若是不能分辨父母的話，那大概只能看到六顆，所以在世界各地都有類似的神話故事：七仙女之一(通常是么妹)下凡來，天上就少了一顆星。而且，Pleione本身是一個變星，在廿世紀裡，就曾由於它的氣殼噴發作用使它變暗，它的亮度由5.0等降到5.5等，再升回5.0等。不過，如果有能力將Atlas和Pleione分開來，就幾乎可確定同一個觀察者可以看到Asterope和Celaeno。所以，除非Pleione曾經更亮過，一個眼力普通或有點差勁的觀察者應該能看到六顆昴宿星團的亮星，一個天賦異稟視力超人的觀察者應該看到不止七顆，而是九顆昴宿星團的亮星。那為什麼會說七顆，可能是神話故事很吸引人，或是數字「七」有股魔力，各民族都有七仙女或七姊妹的故事。此外，亮度5.6等的Asterope實際上是雙星，其中一個為5.8等，另一個為6.4等，兩者距離2.8分弧。有沒有人可以不依靠視覺輔助工具，例如：雙筒望遠鏡，就可以將它們分開呢？或至少看出一個橢圓形的亮點呢？

昴宿星團成員及亮度(小數點都拿掉，避免誤會)

第二件事是如何定義昴宿星團的成員，有些成員因為離星團中心較遠，人們在計算數目時可能會略過它們。例如上圖右上方5.6等的恆星和左下方5.4等的恆星，某個觀察者可能將它們列入計算，另一個則否。筆者認為這兩顆星和上圖所繪其它的星都是昴宿星團的成員。

筆者不能確定是否還有一些肉眼應該可以見到的昴宿星團，但是卻在上圖範圍之外。很可能是沒有遺漏什麼，因此上圖應可算是完整的肉眼可見的昴宿星團圖，即使是對一個視力超優的觀察者碰到一個天氣超好的夜晚。總數是21。不過，筆者也很懷疑，Alcyone旁邊亮度為6.3等的恆星，若不使用視覺輔助工具，真的能夠將它們分開嗎？恐怕連看出它們是橢圓形的亮點都很難！想要像Asterope那樣大方估算為兩顆都不容易。

問題

一、在一個「平均」的夜晚，你肉眼可以看見多少個昴宿星團成員？最好的夜晚呢？你的最好的夜晚，是不是要有很好的大氣清澈度或很好的影像穩定度，或是要兩者兼俱？

二、與你一同觀察的天文同好，他們能看到多少個昴宿星團成員？包括你自己，誰能分開Atlas-Pleione或Asterope？

觀天入門：積屍氣

在不同的天空條件下，肉眼觀察鬼宿星團(M44)。並試著在最好條件的夜晚，分辨出組成鬼宿星團的個別恆星。

中國古稱鬼宿星團為「積屍氣」，西方稱它為蜂窩星團(Beehive)，羅馬時代稱為秣槽(Praesepe - "Manger")，是位於巨蟹座(Cancer)內的疏散星團。在古時候，人們只能看到由鬼宿星團所有恆星混在一起所發出的一團朦朦白光，並不知道它是一個疏散星團，稱它為「小霧(Little Mist)」或「小雲(Little Cloud)」；它的可見度也曾經被用做為天氣指標或天氣預測，至少阿拉圖(Aratos)和普林尼(Pliny)就這麼說過。到了現代，鬼宿星團在不同的天空條件下的可見度依然值得研究；而且現代人已知道它是由許多恆星組成的，可以試著以肉眼分辨出它的一些個別成員。

鬼宿星團曾是著名的天文雜誌(Sky & Telescope)的專欄作家休士頓(Walter Scott Houston)的鍾愛天體，很難有比休士頓對鬼宿星團的肉眼觀察可見度之評論來得更好。他寫道：「在古代用鬼宿星團來預測天氣。因為即使是最薄的卷雲(Cirrus)也可以讓它變得不可見，而卷雲通常是鋒面接近和隨之而來暴風雨的信號。這是非常值得人們去做的，研究記錄某一段時間內的夜晚裡能用肉眼看見鬼宿星團的次數，以及同一時間附近可見的最暗恆星。像這樣一系列的觀測記錄，可以作為研究鬼宿星團的肉眼觀察可見度之敲門磚。」

以現代的天氣報告科技及詳細程度，一個有興趣的天文觀測者可以記錄所有會影響鬼宿星團的肉眼觀察可見度之重要因素，例如：雲層種類和數量、濕度等等。但不同程度的光害污染又對鬼宿星團的肉眼觀察可見度有什麼影響呢？事實上，如果你將光害問題以及星團的高度(仰角)計算進來，鬼宿星團的肉眼觀察可見度本身也成為觀測者的一個實用指標–今晚的大氣清澈度(Transparency)，協助你規劃要不要出門，要搬那一種天文望遠鏡及照相器材出門。

這個觀天習題的第二部份是試著以肉眼分辨出組成鬼宿星團的個別恆星，這可能超過一般人的視覺能力，能夠做到的話是值得大書特書的。休士頓曾整理過不少相關文獻，由古至今有不少次看出鬼宿星團個別恆星的紀錄，但近代的、且明確記載的只有兩次，一次是瑞典的業餘天文學家在9,000高空的飛機上所看到的，一次是以天賦好眼力著稱的Steve O'Meara在夏威夷的毛納峰(Mauna Kea)上所看到的。

主要的問題不在於鬼宿星團的亮度不足，而是其成員的數量和擁擠程度。它們之間有三顆恆星的亮度超過6.5等，十一顆超過6.9等，全部15顆(含巨蟹座ε)的亮度介約6.3~7.5等。但很不幸的，這些恆星鋪陳在天上，彼此的距離只比一度(1°)大一點，而且背景還有更多的、更暗一點的星團成員恆星。

若是你像筆者一樣，視力早在讀書的時代消磨損殆，只能看到鬼宿星團如同一小片白白的霧氣，那就試試看出這團白光不均勻的分佈情形，這也是肉眼才能見到的特殊天文景像。

測試及紀錄你在許多良好的夜晚裡，所能看出的白光不均勻分佈情形。特別重要的是天空的影像穩定度(Seeing)，在良好的影像穩定度時，先試著看出白光不均勻的分佈情形，再試著看出個別的恆星。

問題

一、不同的天空條件對鬼宿星團的肉眼觀察可見度有什麼影響？例如：雲朵數量和種類、濕度和光害程度。當你無法看到鬼宿星團時，當時在其附近可見的最暗恆星的亮度為何？還有沒有其它的「片狀」深太空物體可以用這個方法來觀測、評定及記錄其肉眼可見度？

二、若要能以肉眼看出鬼宿星團的白光不均勻的分佈情形，當時在其附近可見的最暗恆星的亮度為何？當時天空的影像穩定度有多好？在你最好、最好、最好的夜晚，你能不能以肉眼看到任何一個鬼宿星團的個別恆星？

觀天入門：星團

以肉眼觀察不同的星團，愈多愈好。研究不同的天空條件對星團的肉眼觀察可見度之影響，星團若為一片白光或個別亮點是否有差別？

鬼宿星團(Beehive)、昴宿星團(Pleiades)、畢宿星團(Hyades)、后髮星團(Coma Berenices)：大部份有經驗的業餘觀星客都知道在一般良好的天空條件下，上述星團都是肉眼可觀察到的天體。我們還可以再加幾個，例如在英仙座(Perseus)的雙星團(Double Cluster)、天蠍座(Scorpius)的M7、武仙座的M13。但這樣一搞下去，長長的一串名單，大部份的業餘觀星客可能會大為咋舌，原來還有這麼多肉眼可見的星團。

令人吃驚的事實是，即使有現代都市造成的光害污染下，肉眼依然可見到很多星團，至少是朦朦一片白光。如果你在鄉下的黑暗夜空中，數目則增加到幾十個。下表提供一個開始，它們在一個無雲或少雲的黑暗夜晚，都是肉眼可見的星團。有些略具爭議的「星團」，它們或許只是一團星星聚在一起，或許真的是星團，則不列在內。例如：在英仙座天船三(α Persei - Mirphak)附近的一大片的亮星，列在NGC目錄中，比下表中的許多星團更大更亮。

肉眼可見的星團

物體	亮度	星座
疏散星團 †
M34	5.5	英仙座
NGC1502	5.3	鹿豹座
M35	5.3	雙子座
NGC2244	5.0	麒麟座
NGC2264	4.7	麒麟座
M41	5.0	大犬座
NGC2353	5.3	麒麟座
M47	4.5	船尾座
NGC2451	3.6	船尾座
M48	5.3	長蛇座
NGC6383	5.5	天蠍座
M6	5.3	天蠍座
M7	3.2	天蠍座
NGC6633	4.9	蛇夫座
IC4756	5.1	巨蛇座
M39	5.2	天鵝座
IC1396	5.1	仙王座
球狀星團 ‡
M3	6.4	獵犬座
M5	6.2	巨蛇座
M4	6.4	天蠍座
M13	5.7	武仙座
M92	6.1	武仙座
M22	5.9	人馬座
M55	6.0	人馬座
M15	6.0	飛馬座
M2	6.3	寶瓶座

† 赤緯-40度以北，亮度5.5等以上的疏散星團。不計鬼宿星團、昴宿星團、畢宿星團、后髮星團、雙星團。
‡ 赤緯-40度以北，亮度6.5等以上的球狀星團。

依上表，首先不妨嘗試著名的M35，它就在雙子座(Gemini)的腳上；再來是英仙座內，散佈面積不小的M34；它們都是肉眼可見的明亮目標。

肉眼能看見的星團的條件不只是它們的總亮度，還包括它們的星光散佈面積，你所處的緯度也就是星團最大的高度(仰角)，以及附近的星光「干擾」的影響。例如位於盾牌座(Scutum)的M11，它的亮度達到六等，如果它的後方不是是本銀河系的一部份(Scutum Star Cloud)的話，將十分容易以肉眼觀察。

每一個星團都有它特別之處，等待你去研究。如果你仔細記錄了所有影響因素，你可以判定肉眼可見的星團的共同亮度與其散布面積大小的關係。例如：某些星團雖然有較高的亮度，但散得很開，只有在天空條件非常好的狀況時才能看到。又例如：某些星團和類似亮度的恆星，在不同的影像穩定度(Seeing)時，恆星的可見度以及不同散佈面積的星團的可見度。可以這麼說，你最大的滿足不只來自於你看到多少星團，而是你瞭解你為什麼看到(或不能看到)。而且，在經過這些之後，幾乎可以保證你看到的星團一定比別人多，比別人特別。

問題

一、在上述列表中，你能以肉眼觀察到那些星團？又能看到那些不在列表中的星團？

二、不同的散布面積，你能以肉眼觀察到的星團的最低亮度為何？在不同的影像穩定度時，不同亮度星團的散佈面積至少要多大，你才能能分辨出它們不是一個恆星？

觀天入門：深太空物體

以肉眼觀察星團以外的深太空物體，愈多愈好。綜合考量其「大小」與「亮度」對可見度的影響。

雖然肉眼可以看見幾十個星團，但其它的深太空物體(指太陽系以外的天文物體)能以肉眼看到的數目就少了很多。幸運的是，那些肉眼可見的星雲(Nebula)和銀河(Galaxy)都十分容易分辨，甚至比大部分的星團還容易。

星雲是在太空中塵埃和氣體形成的一團巨雲，它有許多種類，但那些最亮的是散光星雲(Diffuse Nebula)，例如獵戶座星雲M42，珊瑚礁星雲M8等等。M42星雲對肉眼觀測者來說不太容易，因為它的光輝會被旁邊的多重星–獵戶座θ星的星光壓過；新手甚至會以為獵戶座θ星就是M42星雲。一個有趣的實驗是找一群天文同好，看看在不同的天空條件下，有多少人可以用肉眼看出來獵戶座星雲。珊瑚礁星雲位於人馬座(Sagittarius)，以肉眼觀測甚至比以一些非廣角小型望遠鏡的效果更好，更令人印象深刻。同樣在人馬座附近，以肉眼觀測難度較高的物體包括：M16老鷹星雲(Eagle Nebula or Star-Queen Nebula)、M17天鵝星雲(Omega, Checkmark or Swan Nebula)、M20三裂星雲(Trifid Nebula)。還有些非常有名的星雲，並不能說它們是肉眼可見的，可是伴隨它們的是肉眼可見的明亮星團。例如在麒麟座(Monoceros)的NGC2237是肉眼可見的星團，但它周圍著名的玫瑰星雲(Rosette Nebula)就需要光學輔助器材才能看得到。

兩個著名的不易以肉眼觀察的星雲是位於英仙座(Perseus)的加州星雲(California Nebula)和位於獵戶座的巴納德大環(Barnard's Loop)。不過觀察者若使用星雲濾鏡(Nebula Filter)，則可以成功地看到兩者，然後再試著不使用濾鏡來觀察加州星雲。

散光星雲可以說是即將出生或初生恆星的襁褓被袱，另一種常見的星雲是行星狀星雲(Planetary Nebula)卻剛好相反，是衰亡恆星的壽服。對觀察者很不利的是，行星狀星雲的最大亮度僅及於那顆死亡中的暗星，而星雲本身散佈面積又更大，因此其表面亮度就更低了。是否有人能以肉眼看到亮度6.5等，但散布較廣的螺旋星雲(Helix Nebula)，或是亮度僅及7.6等，但表面亮度較高的啞鈴星雲(Dumbbell Nebula)，則未有確定答案。

還有一種「常見」的星雲是黑暗星雲(Dark Nebula)，會在觀天習題卅九，與本銀河系一起討論。

除了本銀河系外，宇宙間還有數不清的外銀河系，它們之中有許多屬於本習題的範疇–肉眼可見的深天空物體。在南半球的觀察者十分幸運，有光彩燦爛的大小麥哲倫星雲(Magellanic Clouds)–本銀河系的衛星銀河系。在北半球的中緯度地區，也有兩個外銀河系，對肉眼觀測者而言，一個相當容易，另一個有點困難。M31，著名的仙女座大銀河(Great Andromeda Galaxy)，亮度約4等。雖然其亮度要分配給一大片面積(良好的視力可以看到5°寬)，但在一般的天空條件下(沒有很多雲的夜晚)，它是很容易以肉眼觀察的目標。它距過地球2.2光年，也因此常被稱為能以肉眼看到的最遠物體。不過，這個名稱應該頒給比它再略遠一點、就在它身伴的銀河系M33才對。有經驗的觀測者都知道M33，亮度為6.5等，散布面積略超過1°寬，在天空條件很好的情況下，它才是真正的肉眼可見的最遠物體。你可以記錄你看到M33的次數；而M31呢，你應該記錄在不同的夜晚裡，你能看出的寬度；同時比較當晚在M31及M33附近，你能看到的恆星的最暗星等。

問題

一、你能以肉眼觀察到那些散光星雲？又能看到那些不在列表中的星團？在不同的天空條件下，有多少人可以用肉眼看出來獵戶座星雲，而不受獵戶座θ星的星光影響？

二、肉眼是否能看見任何一個行星狀星雲？例如著名的螺旋星雲(NGC 7293)或啞鈴星雲(M27)。

三、要能以肉眼看見M33銀河，當時在其附近可見的最暗星等為何？在不同的天空條件下，你以肉眼觀察M31銀河的可見寬度最大為何？

觀天入門：大氣消光

以肉眼觀察不同亮度的恆星(及其它深太空物體)，愈低的高度(仰角)愈好。在多次觀測之後，關連統計你的結果和氣候條件或其它影響天空的因素。

是否可以在地平線上看到恆星升起和恆星落下呢？在大學時代的學長曾在蘭嶼觀星，當時極目遠望，海平面附近的星星都十分清楚，海面上還可見星星的倒影，海天連成一氣，可惜學長當時沒有特別注意「星出」和「星落」的現象。不過，由下表可看出，若恆星在地平線上1°的位置，大氣消光(Atmospheric Extinction)僅會使恆星亮度最多減少3等。大氣消光是因為恆星的高度(仰角)愈低，光線在大氣中行進的路徑愈長，散射損失愈多，亮度因而變暗。筆者使用「僅會」的原因是：雖然亮度差了3等算很大了，但只要任何一個恆星亮度超過3等，經大氣消光之後仍然在一般人的肉眼觀星極限，也就是6等以上。所以在理想的天空條件下，肉眼應能看見不少個地平線上1°的恆星。

大氣消光

高度(仰角)	消光(星等)
1°	3.0
2°	2.5
4°	2.0
6°	1.5
10°	1.0
11°	0.9
13°	0.8
15°	0.7
17°	0.6
19°	0.5
21°	0.4
26°	0.3
32°	0.2
43°	0.1

當然，你會問什麼是「理想」的天空條件？只要在空氣中多一點點塵埃和水氣，然後極遠的地方有幾片極薄的雲，但剛好在光線所經過的遙遙旅程中，則消光降低的星等就不只如此了。筆者傾向認定，即使是天狼星(Sirrus)也很難在地平線附近以肉眼觀測。不過，這需要你自已親自實驗後才知道。

毫無疑問的，光學輔助器材，例如雙筒望遠鏡可以協助你找尋被消光的恆星，然後再以肉眼觀測。還有一個方法可以幫助你觀察地平線附近的恆星：選定一個或數個下沈的恆星，你可以利用地形地物或高空中的亮星作為參考，一直追蹤到它們完全隱沒為止。

著名天文觀測者艾伯斯(Steve Albers)的經驗是在地平線上3°時，是觀察天球物體嚴重受到影響的界限。在特別良好的地點和天空條件時，這個界限會小一點。請你記錄你的界限和當時的外界條件。

還有，現在城市的光害使得觀察低空的星體更加困難。這個觀天習題仍然可以在有光害的環境下進行，你依然可以得到令人印象深刻的結果，也就是到底有多糟！

問題

一、在不同的天空條件下，你能以肉眼觀察恆星的最低高度及最低亮度為何？它們之間的統計關連性為何？片狀天體(例如：星雲、星團、銀河、彗星、深太空物體等)，你能以肉眼觀察的最低高度及最低亮度為何？

二、在良好無雲的天空條件時，對你觀察天球物體嚴重受到影響的高度界限為何？不同類型的天球物體是否有不同的界限？在特別良好的天空條件下，你的界線可以降到幾度？

三、在那個高度以下時，影像穩定度(Seeing)成為肉眼觀察可見度的關鍵因素？

觀天入門：開陽雙星

你能分開開陽雙星(Mizar-Alcor)的天空清澈度(Transparency)和影像穩定度(Seeing)至少為何？找一群朋友一同進行多次觀察，紀錄在不同的天空條件下，每次有多少人能分開開陽雙星。

在大北斗的斗柄的轉折點上就是著名開陽雙星，它們是光學雙星，看起來很接近，但不受彼此的重力束縛。較明亮的稱為開陽，較暗的稱為輔。要以肉眼分開它們的難度到底有多高呢？據說古代斯巴達人以分開開陽雙星為軍人的視力標準。但大部份的天文書籍都沒有明確的答案，甚至不當它是一個問題。

開陽雙星的距離是11.8分弧(Arc Minute)，大約是月球視直徑的⅓強，因此你可能會以為只要具備普通視力，沒有人會不能分開它們。不過問題並不在於分開它們，而是如何能在觀察的時候，避免較亮的恆星吸引目光而忽略了較暗的恆星。開陽的亮度為2.4等，輔為4.0等，雖不至於天差地遠，但仍是一項挑戰。

中世紀的阿拉伯人稱輔為「考試」，用來區別一個人是否有優良視力或是僅僅普通視力。如果它是對的，表示現代的正常視力1.0還不見得能將開陽和輔分開，希望這沒有打擊到你的士氣，到底如何，要等我們做了實驗才知道！

在你自已嘗試觀察輔許多次之後，邀集一群朋友在不同的天空條件下再一同觀察許多次。他們不一定要是天文同好，但你最好同時記錄他們過去的天文經驗和背景。因為某個人如果已經知道輔在開陽旁邊，難保他沒有先入為主的觀念。

問題

一、在不同的天空條件下，有多麼容易你可以用肉眼觀察到輔？

二、在不同的天空條件下，你的朋友當中有多少比例可以用肉眼觀察到輔？過去的天文經驗、知識會不會對結果產生影響？

觀天入門：更多的雙星

以肉眼觀察更多的雙星，試著將它們分開，愈多愈好。判定雙星的亮度、個別的亮度差距如何影響你能分開它們的能力。天空清澈度(Transparency)和影像穩定度(Seeing)又有何影響？在天空條件最好的夜晚，你能分開的距離最近的雙星為何？你的朋友能分開的距離最近的雙星為何？

雙星是「一顆」恆星在經過更仔細的觀察後，發現「它」應該是「它們」，由兩顆或更多的恆星組成的。一組雙星可能是光學雙星：兩個恆星看起來很接近，其實相距很遠，不受彼此的重力束縛，只是剛好在觀測者的同一條視線上；或者是另外一種，也是更常見的，真正的雙子星：兩個太陽在天空中一起運行，並圍繞共同的重力中心旋轉。

相對來說，雙星之間的距離通常要比它們與地球之間的距離小了很多。因此，大部份的雙星都需要用望遠鏡放大之後才能「分開」它們。這裡的「分開」是指在它們之間可以看出足夠大的縫隙，而能分辨出兩個(或更多個)光點。

但只有少部份的雙星可以被肉眼分開，其中還有一些需要很好的視力才行。若考慮人類視力的極限本來就沒有一個萬用標準，再加上天空條件的不同，要製作一張肉眼可見雙星的標準列表無異為椽木求魚。不過你若將各種變數區隔開，依然可以得到有用的結論，而且你也可以享受觀察雙星所帶來的趣味和知識。

肉眼可見雙星

名稱	星等	距離 *
開陽雙星	2.4, 4.0	11'48"
魔羯座α	3.6, 4.2	6'16"
天蠍座μ	3.1, 3.6	5'46"
天秤座α	2.7, 5.2	3'51"
天琴座ε	5.0, 5.1	3'30"
天龍座16,17 ‡	5.2, 5.6	1'30"
天龍座ν ‡	5.0, 5.0	1'02"

* 分弧及秒弧
‡ 即使具優良視力仍不容易

變數包括不同的天空條件：黑暗度、大氣清澈度、影像穩定度，以及不同的人有不同的視力。此外，雙星的亮度，以及個別成員的亮度差異也十分重要：愈亮的雙星當然愈容易看到，雙星個別成的高度差異愈小就愈容易將看到較暗的成員。

因此，請你記錄並評定當時的影像穩定度，以及雙星附近天空的肉眼可見極限星等。(參考觀天習題廿六及廿七)。找一群朋友一同來觀察及分開雙星，以評定不同的視力的影響。

問題

一、你可以用肉眼分開多少雙星？當時的影像穩定度有多好？可以分開的雙星的亮度為何？不能分開的雙星的亮度又為何？

二、判定在雙星的個別成員有類似亮度時，以及亮度相差很大時，成員間的距離和肉眼能分開它們的關連性？

三、在天空條件極優良的情形下，你能以肉眼分開的距離最近的雙星為何？距離又為何？在相同的時間，比較你和你的朋友的觀測成果。

觀天入門：參宿四及紅巨星

肉眼觀察及記錄參宿四(Betelgeuse)的亮度變化，愈頻繁愈好。肉眼觀察及記錄其它易於見到的、相類似的紅巨星(非周期變星和類周期變星)的亮度變化，愈頻繁愈好。

參宿四是天空中「紅色」恆星(其實是金橘色)當中最亮的，也是最紅的恆星，它也可能是肉眼可見的變星中最大的一個。由於這些特色，加上參宿四位於著名的獵戶座(Orion)的肩上，(獵戶座常被稱為冬天的帝王)，你或許會認為參宿四有時候會發生的亮度顯著變化應該會被人們仔細觀察及記錄下來。其實未必！

有一篇文章登在知名天文雜誌上，非常值得閱讀的，艾許布魯克(Joseph Ashbrook)記錄了參宿四在大部份的時間，亮度都是緩緩變化，但有時候卻在短暫時間內亮度迅速顯著變化。例如，在1957年2月的兩個星期之中，參宿四的亮度顯著的上升了0.4等，然後又落回來。艾許布魯克所記錄的亮度極大值是在1937年的負0.1等，亮度極小值是在1975年的1.1等。

當然，你會發現要正確估計及記錄參宿四的亮度並不是那麼容易，因為它是如此明亮，天空中可用來比較的恆星並不多，而且可能距離它很遠。因此你必須仔細記錄觀測時間、用了那些恆星來比較、它們的高度(仰角)，這樣你才能計算恆星在不同高度時因大氣消光(觀天習題卅二)所降低的星等。你也要注意因為月光及城市光害對恆星的亮度的影響，它們通常是不均勻的，天空中不同的區域有不同的減弱程度。觀天習題八和五十九可以幫助你判斷在不同的時間及地點，月光及城市光害對恆星亮度的減弱效果。不過，如果你能在同一個晚上不同的時間觀察許多次，參考不同的恆星，你的估計值就應該夠準確了。

對心宿二(Antares)來說，要找到合適用來比較的恆星比參宿四還難，但比以下所列的其它較暗的紅色恆星卻還是容易多了。這些紅巨星都是非周期(Irregular)變星或類周期(Semiregular)變星，意思是它們都會發生突然的光耀，但還是希望能從變化中歸納出某種規律。以下列出一些紅巨星和它們的亮度變化範圍及周期：

參宿四，亮度變化由-0.1~+1.5等，主周期約5.7年，次周期約150~300天。參考恆星包括：五車二(0.08)、參宿七(0.12，但亮度也會略為變化)、南河三(0.38)、畢宿五(0.85)、北河三(1.40)、北河二(1.59)、參宿五(1.64)。

心宿二，亮度變化的研究文獻不多，一般的變化範圍勉強可觀察到，由0.86~1.06等，極暗時只有1.8等。周期約4.75年。參考恆星包括：河鼓二(0.77，即牛郎星)、角宿一(1.00，但亮度也會略為變化)、天津四(1.26)、天蠍座λ(1.62)、人馬座ε(1.26)。前三個最常用來比較的恆星，都離心宿二很遠。

帝座，亮度極值變化範圍3.0~3.9，非常非常粗略的周期約90天，大周期可能為6年。

鉞，亮度變化約由3.3~3.9(有時再暗一點)，周期約233天。

英仙座ρ，亮度變化約由3.3~4.0，周期約33~40天，大周期約3.5年。附近有一顆最有名的變星：大陵五。

仙王座μ，亮度變化約由3.7~5.0，周期約100天，非常粗略的大周期約755天。估計還有一個更長的周期，可能為12.8年。

問題

一、目前你可以觀察到的變星的亮度為何？它們在本周或本月是否亮度發生變化？變化多大？

二、你能不能歸納出這些變星的周期？你的觀測記錄和前面提供的統計數據是否符合？

三、比較你和你的朋友在估計這些紅巨星(例如參宿四)的亮度以及白色恆星或藍色恆星的亮度時，你們當中是否有人對紅光特別敏銳？

觀天入門：辨識星座

辨認愈多的星座愈好，將每個星座5.0等以上的亮星找出來，並連結它們的形狀。(少數較暗的星座，可能要找出5.5等以上的亮星。)

許多天文書籍都從介紹星座開始，有些還提供星座的神話故事，提高觀測的興趣。不過好像沒有來個競賽，看看誰能以肉眼辨視出最多的星座、連出它們的形狀。

現代光學技術及儀器日益進步，入門級的望遠鏡都配有自動搜尋及定位功能，許多業餘天文愛好人士都試著尋找和觀察在梅西爾(Charles Messier)目錄上的全部110個深太空物體。那為什麼不也來辨認全天88個星座呢？當然，由於受限於你所處地點的緯度，你可能無法全部看到。試想一下，你會因為看不到M76(位於英仙座的小啞鈴星雲)或是無法認出巨爵座而覺得何者更沒有成就感？你會因為找不到M104(墨西哥帽銀河)或是無法認出鹿豹座(長頸鹿)而覺得何者更沒有成就感？

星座在天上不是在劃分區域，更由於神話故事，讓觀測者感覺天堂整個活了起來。最實用的功能是在你熟悉它們之後，你甚至可以觀星一整晚而不用參考星圖。(你會不會覺得力氣大或名氣大的神仙的地盤比較大呢？)

當然，你如果要儘可能辨認出所有星座，你可能要參考星圖。圖書館、天文雜誌或天文網站都是你的好選擇，它們可提供最簡易到最詳細的星圖。回憶一下，你上次觀看一些沒什麼名氣的星座是什麼時候？或是你曾經看過嗎？有沒有連出它們的形狀呢？如果你在大都市附近，有嚴重的光害污染，要看到那些較暗的星座有時可能碰到困難，因此在你辨認出之後的成就感也會更大。這裡訂定的「成功辨認」的條件是你將每個星座5.0等以上的亮星找出來，並連結它們的形狀。(少數較暗的星座，可能要找出5.5等以上的亮星。)

問題

一、你能辨認出多少個星座(將每個星座5.0等以上的亮星找出來，並連結它們的形狀)？那幾個星座特別困難？那幾個星座是你所處地點的緯度一定看不到的？

二、你連結的星座的形狀，例如：雙胞胎、山羊、獵人、有翼的馬、老鷹、天鵝……等等，和早期手繪的星座圖的形狀有沒有什麼不同？(你可以去圖書館找資料)

觀天入門：辨識星標

辨認愈多的星標愈好，例如：大北斗、小北斗、寶劍等。試著連結天上的恆星，創造出你自已的星標。

星標(Asterism)就是由一群恆星連成的圖案，它們不必是連成星座的主要圖案或全部圖案。雖然星標不是「官方說法」，但不表示星標的知名度和接受度就比較差。大北斗(Big Dipper)或許就是最著名的由恆星連成的圖案，(至少在中國和美國都是如此)，它就只是一個星標，為官方說法的大熊座(Ursa Major)的一大部份圖案而已。

不過也有些星標現在少為人知，例如：維納斯的鑽石(Diamond of Venus)。又例如大部份的人們都知道獵戶座(Orion)的腰帶、寶劍，但知道大棒子和盾牌的人們就少一點，幾乎沒什麼人知道還有一張雕弓(中古時代阿拉伯人的想像)。利用(搜尋)星標可以幫助你更熟悉綴滿恆星的夜空。當你辨認出一個又一個的星標之後，你還可以發揮你的無窮想像力，自己連結成一些有趣的圖案，建立你自己的星標系統，更增你的恆星知識和觀星趣味。

下表列出一些傳統星標，有些相當著名，有些較少為人知。先在星圖上找到每個成員的位置，再實際觀察和連結它們的形狀。(可別光是紙上談兵哦！)

一些常提及的星標

大北斗	位於大熊座
小北斗	小熊座的主要圖案
菱形	天龍座的頭
孩子們	位於御夫座
冬天六邊形	畢宿五、五車二、北河二及北河三、南河三、天狼星、參宿七
假十字	船底座ε、船底座ι、船帆座κ、船帆座δ
鐮刀	位於獅子座
羚羊三跳	大熊座ι和大熊座κ、大熊座λ和大熊座μ、大熊座ν和大熊座ξ
維納斯的鑽石	獅子座β、獵犬座α、大角、角宿一
階石	武仙座π、武仙座η、武仙座ζ、武仙座ε
魚鉤	天蠍座尾刺
夏天大三角	織女、天津四、河鼓二(牛郎)
北十字	天鵝座主要圖案
茶壺	位於人馬座
牛奶杓	茶壺的一部份，杓柄：人馬座λ、杓子：人馬座σ、人馬座τ、人馬座ζ、人馬座φ
水瓶	位於寶瓶座
飛馬座大四邊形	也稱為棒球內野鑽石
小圓圈	雙魚座西邊的頭
南十字	十字架座主要圖案

你可能會發現某些星標非常的大，例如夏天大三角，跨越好幾個正式的星座。另一方面，有些星標卻非常小，例如水瓶，僅是或許可令你好奇的一小群恆星。

同樣的，當你在建立自己的星標系統時，你可以選擇在有月光的晚上，或是有點薄雲的晚上，針對那些最明亮的恆星，連結一個大圖案，跨越很多星座。也可以在一個清澈無雲的夜空，連結一個小圖案，比大部份的星座都要小。

但是要連結一個小星標，也不一定要非常清澈無雲的夜空。舉個例子，你找了一些4等或5等的恆星連結出一個有趣圖案，但如果背景有一大堆5等或6等的恆星，你的圖案就被淹沒了，沒有那麼明顯。因此，天空的黑暗度和清澈度(Transprency)反而是一個奇妙因子，在同一塊區域可能會看到兩個不同的星標。有時候由一小群鄰近恆星組成的星標，在天空條件不好的時候，肉眼觀察可能只看到朦朦一片，讓你誤以為是一個星團呢！

問題

一、你能辨認出多少個常提及的星標？你能不能發明一些大型的、易記的星標，它們可以幫助你認識恆星？

二、在很黑暗且清澈無雲的夜空，你能不能找到一些小型的星標？在不同的天空條件下，它們看起來是否一樣？在何種天空黑暗度和清澈度(該區域的肉眼極限星等)時，星標看起來最明顯？

觀天入門：本銀河可見度

在不同的晚上，評定本銀河系不同區域的可見度或突顯程度。比較你的評分、當晚的視覺極限星等、氣象統計資料，看看它們是否有關連性。

我們居住在一個含有幾千億顆恆星的巨大銀河系，西方人稱它為「乳河」，中國人稱它為「銀漢」、「天河」、「天漢」、「河漢」、「星漢」、「雲漢」。因為從地球上看本銀河，是一條延伸長長的乳白色的光帶，最明亮的區域大約在人馬座的位置。銀河本身像是一個大圓盤，那為什麼我們會看到帶狀呢？有沒有聽過一句話：「橫看成嶺側成峰」，因為我們和大部份的恆星都在同一個平面上，從側面來看就是扁扁的光帶了，如果你能跳出三界之外，那就可以看到一個圓盤了。

美國航空太空總署(NASA)的藝術家筆下的本銀河

有趣的是，在不同的天空條件下，若與較暗的恆星相比，本銀河光帶的可見度有較少的變化影響。一顆晦暗的恆星在薄霾時，很容易就看不見了，可是本銀河的長條亮帶仍勉強可見。到底需要多少霾才能讓你看不出本銀河呢？你要自己多次觀測記錄後才會有答案。筆者曾在南台灣的墾丁觀看哈雷彗星，當天下午開始下大雨到入夜才停，到了凌晨兩點左右，天上的雲才慢慢散開，只是有一大塊雲停在那不走，隔了一會才發現那片「雲」就是本銀河光帶的一部份。

你需要做那些觀測呢？就像大部份的天體一樣，本銀河的可見度會因為光害和霾而受到顯著降低影響，它們在低空(仰角)的減弱效果更為嚴重。要量度它們，觀測者要記錄並統計當時相關的天氣條件、估計當時的肉眼視覺極限星等，如同前四個觀天習題所述。不過，這裡另外有一個難處，銀河的亮帶某些區域比其它區域明亮很多。因此，你在估計某一個高度(仰角)的肉眼視覺極限星等時，避免挑那些就在銀河亮帶內的恆星，尤其不要挑最明亮區域內的恆星。因為你在一條朦朦發光區域中，實在很難單獨辨認一顆很晦暗的恆星。

最後一個要考慮的因素是：本銀河的光帶其實是麻粒狀的，由一個個小顆粒(個別恆星)組成的，它們加在一起的亮度足夠達到人們的肉眼視覺極限。因此，我們必須更加小心的定義「可見度」。本銀河的可見度可由三個方向來討論：(1)本銀河亮帶中較明亮的區域到底有多麼突顯、(2)可以辨認到多麼細緻的程度(可以看出白色亮帶有不同的深淺)、(3)肉眼所辨認出本銀河亮帶在夜空中延伸的長度和寬度。你會發現由這三個方向所定義的本銀河的「可見度」，你的觀測結論並不是一模一樣。

方向(1)是本習題的主要目的：本銀河亮帶中較明亮區域的光輝到底有多麼突顯？在觀天習題三我們採用了0~10的級距，這裡可以做同樣的運用。(「可見度2~3」是接下來兩個觀天習題的範圍，稍後再討論。)

問題

一、由0~10的級距，請你評定本銀河亮帶中較明亮區域的光輝到底有多麼突顯？(每一段明亮區域可能會有不同的評分)

二、當你在評定本銀河光輝的突顯程度時，那些因素會對評分造成影響，例如：高度(仰角)、霾及光害？請你關連統計當時的天空條件、氣象報告、肉眼視覺極限星等。你是否曾觀察到，當天空有霾時，相對於較晦暗的恆星，本銀河光輝的突顯之減弱程度比較少？

觀天入門：本銀河亮度

在不同的晚上，評定本銀河亮度的層次，你可以數出多少個「片麻狀」區塊？並記錄當時的天空條件、氣象報告、你評定的本銀河可見度等級(前一個觀天習題)以及延伸程度(下一個觀天習題)，統計分析它們的關連性。依據你的肉眼觀測，手繪一張本銀河系圖，包括不同亮度層次的區塊以及黑暗的區域。

在許多夜晚，本銀河呈現非常壯觀也非常細緻的光帶。但是你看到的星圖上，銀河通常只是一個(或兩個)淡淡的背景顏色，有時候甚至不是依實際觀測的亮度資料繪製。如果你在狀況特別好的晚上仔細觀看本銀河，你會發現要達到接近實際觀測成果的製圖都很少見。

這個觀天習題的工作很簡單，就是繪製你的本銀河素描。當然，你還是要記錄當時的光害程度、霾、氣象資訊、肉眼視覺極限星等、以及你繪圖的時間。你也應該要評定並記錄本銀河每一區段或區塊的可見度評分(前一個觀天習題)；並準備一支顏色最淺的鉛筆，用來繪製本銀河的「河邊高灘地」，也就是光帶向兩旁延伸的可見極限(下一個觀天習題)。你應該會發現，最適合觀察本銀河結構(亮度層次)的夜晚和最適合觀察本銀河的可見度的夜晚並不一樣。

在一個最黑、最良好的夜晚，本銀河的光帶分裂為許多片，每一片都是由6~7等的恆星組成。最主要、明亮的幾片位於盾牌座經過人馬座再至天鵝座，中間還有一條黑暗裂縫，將本銀河分成兩支，其中一支延伸到蛇夫座北方就停止。還有一些黑暗的突岸，例如在天鵝座北方，本銀河像是被深刺了一下。也有一些肉眼可見的黑暗星雲，擋在本銀河的光輝之前，讓你能容易辨認，例如在南十字座的煤袋。黑暗星雲大都只在南半球才能看到，北半球則可以看到煙斗黑暗星雲，看起來像從煙斗中升起的煙霧，煙斗噴口大約在蛇夫座θ北方7度左右。有時，一小團明亮恆星會比黑暗區域更吸引你的目光，例如M24疏散星團，有些人稱它為人馬座小星雲，約只有2°寬，1°長。

問題

一、在不同的晚上，你能數出及繪製記錄本銀河多少個「片麻狀」區塊？不同的天空條件和不同的氣象報告記錄和區塊數目有沒有統計上的關連性？(例如：當晚肉眼視覺極限星等為5.5等，或是當晚的相對濕度為60%，或是仰角30°以下受光害影響看不清。)

二、在觀天習題卅八你所評定的本銀河可見度和本習題你記錄的本銀河「片麻狀」區塊數目之間有沒有統計關連？你每次約可數出多少個「片麻狀」區塊？你每次約可分辨出多少個明亮層次。

觀天入門：本銀河延伸度

在黑暗無雲的晚上，試著看出本銀河延伸的最大範圍。

這個觀天習題的主要目的不是觀察本銀河亮帶可以延伸到多麼接近地平面，(但你也不妨將它列為第二目的)，而是看看本銀河亮帶的每一區段可以擴展到多麼寬，直到你看不出它的光輝為止。

這裡大概沒有一個簡單的標準讓我們來判定恆星要距離本銀河的赤道平面多麼近，以及恆星要距離地球多麼遠，它們的光輝才能聚在一起；本銀河每一區段的光輝也不相同，因為它們的亮星集中處和地球的距離及方面不相同；每個觀察者的肉眼視覺極限不相同；每次觀察的天空條件不相同。因此，要衡量本銀河延伸度最好的方法就是找一群人，一同觀察並記錄他們用肉眼看到的銀河光輝的延伸極限。

你將需要一個非常黑暗且完全無雲的夜晚，你還需要用「眼角餘光法」(Averted Vision，觀天習題廿七)來儘可能的看到最暗的星光，你得多試幾次才能確認那真的是本銀河所發出的光輝，而不是你看花眼了。

那些區段你需要特別檢查呢？天琴座以及蛇夫座的北方，有些人稱為「本銀河的舌頭」。其實每一段銀河都是你尋寶的位置，你可以看出你以前未曾想到的、最細微的延伸結構。著名的觀測家及天文作家休士頓(Walter Scott Huston, 1912~1993)在某個超棒的夜晚，曾經看到過銀河光輝幾乎延伸到M31(仙女座銀河)。

問題

一、在最好的晚上，以本銀河的中心線為準，你曾經看到過本銀河光輝向外延伸的最寬距離？

二、在你看到本銀河有最大延伸度的那幾個夜晚，是否也是本銀河可見度(觀天習題卅八)最好的夜晚，以及記錄到最多個本銀河「片麻狀」區塊的夜晚？在你看到本銀河最大延伸度的夜晚，當時的天空條件和氣象條件為何？

三、在不同的夜晚，亮帶可以延伸到多麼接近地平面？

觀天入門：南極仙翁

觀察南天球的恆星和星座，愈南愈好。(如果你居住在南半球，則觀察北天球的恆星和星座，愈北愈好)。如果你有機會到外地旅行，請觀察不同緯度的星空。

如果你想得到完整的成就感和完整的觀星樂趣，你得儘可能的觀看整個天空。對北半球的人們來說，就是儘可能的延伸南邊的觀測極限：當恆星升到最高時仰角依然很低、每年只有短暫的季節可以看到它們、每天晚上升起的時間不到數個小時；若再加上霾、光害、大氣消光的影響，你可能要打退堂鼓了！不過合適的時間、地點、天空條件、氣象條件兼俱的日子依然不少，機會超過一般業餘人士所估計的。而且你若能看過全天第一、第二和第三亮星：天狼星、老人星、南門二，不但會覺得高興還會覺得幸運呢！在中國漢、唐時間，京師都在秦嶺北方，由於緯度偏北及高山阻擋，只有在夏季少數機會才能看到老人星，也就是南極仙翁，相傳可以增壽一紀。

在美國南部各州和中國南部各省，要看到老人星並不是難事。但是許多天文書籍的觀點都是由北緯40度開始，因此都較少提到老人星，就像陌生人一樣。但美國有數千萬人、中國有數億人、全世界有十數億人可以看到老人星，有些甚至可以每天看到。(都成了不老神仙了！)

不過，不能否認的，老人星是南天球天體，你可能還是需要一點幫忙才能找到它。最好的觀測時間就是在它接近中天(Culmination)的時間。一個恆星(或任何天體)到達子午線(Meridian)時，稱為中天。子午線是一條南北向、經過天頂(Zenith)的假想線，剛好把天空切成兩半。通常一個恆星(或任何天體)中天時，就是它最高的時候。(繞極星例外，它們有高、低中天。)

下表為一些著名的南天球星體，當它們在標準時間晚上九點中天的日期，你可以計算在你所在位置，它們每天中天的時間，或是當地晚上九點中天的日期。你也可以使用星座盤(Planisphere)或其它天文書籍、雜誌、網站上的星圖來幫助你。

著名的南天球物體中天的日期
(標準時間21:00)

老人星	全天第二亮星	2月11日
海山二	漂亮的星雲，變星	4月17日
南十字	著名的星標、星座	5月15日
ω星團	最亮的球狀星團	6月2日 *
南門二	全天第三亮星，最接近地球的恆星	6月16日
水委一	全天第九亮星，波江的端點	6月16日
* 近似值

你現在或許在想，如果你看得到老人星或是南十字、南門二……，它們北邊的恆星就一定可以看見了。加減乘除一下就可以得到答案了嘛！理論上沒錯，你只要有恆星(或任何天體)的在天球上的赤緯座標就可以了，你如果居住在北緯40度，那你應該可以看到赤緯-50度以北的恆星(或任何天體)。但這只是理想情況，你觀測位置的實際地平線還是有所不同，例如你在高山上或高原上觀測，你可以多看到一點；反過來說，若是你有一個「秦嶺」擋在南方，對觀測就較為不利。你還要判斷霾、光害、大氣消光的影響，在離地平線多高才能開始看到那些較晦暗的恆星。老人星、南門二或許很亮，可是你的目的還包括南天的星座，愈多愈好、愈南愈好。

問題

一、在你居住地點可以看到那些南邊的天球物體？你曾經造訪過的其它觀測地點呢？(可參考上表)

二、在你居住地點或曾造訪過的地點，你能看到最南邊的天球物體為何？它的赤緯為幾度？你的觀測地點的緯度又是幾度？兩者相差是否為九十度(或是差多少度)？

觀天入門：結拜義氣

在你所處的緯度，你能找到那些恆星(或其它天體)昇起的時間相同？那些恆星(或其它天體)的落下時間相同？又有那些明亮的恆星或星座是一定不可能同時出現在地平線上？

知名的業餘天文學家裴提爾(Leslie Peltier)曾記載：在他位於俄亥俄州戴弗斯市的家觀星時，兩顆明亮的恆星五車二和北落師門是同時昇起。這兩個恆星彼此的關係很有意思，北落師門的赤經座標為五車二西邊6小時，也就是四分之一的天際寬度。為什麼會同時昇起呢？五車二在北落師門遠遠的北方，對在北緯40°左右的觀察者而言，北落師門在西邊的優勢剛好被五車二偏北的優勢完全抵消。

裴提爾投入觀察恆星的心力大概比任何人都多，因此他對恆星的熟悉大概也比任何人都多。他的觀察記錄，例如五車二和北落師門是同時昇起，是因為他豐富的知識而早就預料到的呢？或是帶給他豐富知識的原因呢？你可能會說這是相輔相成的結果，兩者都有。答對了，所以也要請你身體力行、格物致知一下，找一找那些恆星會同時昇起，那些會同時落下，那些會同時一昇一落。

那些恆星會來個桃園結義會隨著觀察者所在的緯度而不同，尤其是在緯度變化範圍雖然很小，但恆星卻由「幾乎是繞極星」變成「繞極星」的時候。當然，在任何一個緯度，每一個天球物體昇起和落下的時候都可以計算而得，因此在你家附近可以看到的「同昇」、「同落」、「王不見王」星體是可以先找出來的。不過，即使你已有這些資料，你還是應該到戶外實際觀察求證。

還有，你要像看日出或日落一樣看到兩個恆星(或其它天體)同時在地平線上昇起或落下是不太可能的事，在觀天習題卅二提到過大氣消光(Atmospheric Extinction)作用，在地平線上某個仰角之下，是無法看到它們的。同一時間一昇一落的定義是某個恆星(或天體)昇起來數分鐘後，另一個恆星(或天體)落下去。觀察的重點是訂出足敷分開兩個事件所需的時間，你能真正剛好足夠看到一昇一落。

最著名的「王不見王」大概就是參宿四和心宿二了，它們都是明亮耀眼的紅巨星，不過一個卓立於冬季星空，一個炫麗於仲夏夜。甚至它們的星座神話也反映這個事實，獵戶座和天蠍座是死對頭，在他們昇天之前，蠍子尾刺刺中了獵人，獵人毒發身亡，所以當天蠍座出現的時候，就是獵戶座離開的時候。不過，任何兩個恆星都有可能同時出現在地平線上，問題是在地球上的那一個角落才能觀測得到。你的觀測地點可以同時看到參宿四和心宿二嗎？如果你在北半球中緯度，在你的西邊地平線及東南邊地平線的方向上必須沒有阻擋視線的障礙。因為這兩個恆星都十分明亮，只要天空條件不太差，你應該可以看到心宿二正在昇起，而參宿四正在落下。

問題

一、在你居住地點可以看到那些恆星(或其它天體)同時昇起？那些同時落下？那些剛好一昇一落？

二、在你居住地點是否可以同時看到參宿四和心宿二？如果不能，還有那些著名的恆星是不可能同時看到的？

觀天入門：視野大小

固定你的視線，在水平方向及垂直方向，你能同時看見、分開最遠的兩個明亮星體相距角度為何？你能同時看見、分開最遠的兩個晦暗星體相距角度又為何？然後，再試著找出你的「清晰視野」的大小。

水平及垂直方向的視野因人而異，某些人有更寬廣的視野和依然犀利的眼角餘光，有些人則兩者齊缺。

特優的肉眼視野能力

	理論值 †	特優值 ‡
水平	180°	195°
垂直	112°	140°
向上	47°	70°
向下	65°	70°
† 驗光室常用標準。
‡ 前美國參議員布萊得雷，NBA職籃紐約尼克隊冠軍球員，大學籃球明星球員。

這個觀天習題的主要目的在天文學上的涵義較少，自我測驗的趣味性較高。看看你天生的光學儀器的能力，並讓你注意到你其實可以看到比平常感受到的更大的視野範圍。

當然，人類的眼睛可以很快的掃描大部份的星空，再把身體或頭部轉兩下，不用幾秒，整個夜空盡入眼底。但你知道你的眼裡容得下幾個星座嗎？它們加起來有多大？是否依然能清晰地分辨？例如：你是否可以同時清晰的看到冬季著名的星座(獵戶座、金牛座、御夫座、雙子座、大犬座、小犬座)呢？如果不行，你看到多少？或是例如：你是否可以同時清晰的看到夏季三角形(河鼓二、織女、天津四呢？所謂的「清晰」就是兩個很靠近的恆星，你能把它們清楚的分開來，清晰等級則可以用一個小範圍的角距變化來定義。

問題

一、固定你的視線，在水平方向及垂直方向，你能同時看見、分開最遠的兩個天體相距角度為何？它們的亮度等級為何(最暗到多少)？

二、固定你的視線，你能同時看見最多、最廣的星座有那些？或者你能一眼看到整個長蛇座嗎？若不能，差了多少？你的視野的周邊的「清晰」等級為何？

觀天入門：偕日昇、偕日落

觀察不同的恆星，找出它們最早的偕日昇(Heliacal Rising)的日期，以及最晚的偕日落(Heliacal Setting)的日期。記錄天空條件對看到偕日昇、偕日落的日期的影響。

顧名思義，偕日昇就是和太陽同時昇起，偕日落就是和太陽同時落下。不過實際觀測的時候，恆星還是要比太陽早一點點的時間昇起，才能剛好被看到；同理，也要比太陽晚一點點的時間落下，才能剛好被看到。所以有些人稱偕日昇、偕日落的日期分別為「先陽昇」日、「後陽落」日。

由於地球在軌道上繞太陽公轉，所以所有的恆星每天會比前一天早四分鐘昇起，所以一年之中每個恆星都有機會偕日昇。同理，一年之中每個恆星也都有機會偕日落。

但是，你要像看日出或日落一樣看到恆星在地平線上昇起或落下是不太可能的事，在觀天習題卅二提到過大氣消光(Atmospheric Extinction)作用，即使是全黑的夜晚，在地平線上某個仰角之下，是無法看到它們的。因此，偕日星昇是指恒星在黎明前十分短暫的可見於東方低空，一會兒就天色大白；偕日星落就是在黃昏後十分短暫的可見於西方低空，一會兒前還天色明亮。

在古時候，看到某一個特定恆星最早的偕日昇的日期是非常重要的大事。其中最著名的應是天狼星(Sirius)，每年第一次看到它偕日昇代表的是尼羅河水即將泛濫，帶給埃及人肥沃的黑土和一年良好的收成，因此古時候埃及人將天狼星的偕日昇日訂為新年的開始。對現代的觀星者而言，在曙光乍現之前，看到全天最明亮的恆星的偕日昇景象，也是十分激勵和具啟發性的。

因此，天狼星在今日仍是追星族觀察偕日昇的主要目標。不過它每年能在曙光中被看到的最早日期不只因天空條件有所變化，也和你的觀測能力以及所處緯度有關。你所處的緯度決定每個恆星在每年每個時候的爬昇(下降)角度，(由三角函數計算而得)，對住在北半球中緯度的人們來說，這個角度在偕日落的時候和在偕日昇的時候並不一樣。例如，天狼星在偕日落到合日(在太陽南方)之間的日子，要比合日到偕日昇之間的日子長。

下表列出許多明亮恆星合日的日期(非閏年)；以及在北緯四十度地區這些恆星和太陽同時上昇的日期，以及在日出前一小時上昇的日期，每年最早能看到偕日昇的日期應該在這兩個之間。請你記錄你的觀測值。(不同緯度的觀測地點，或是不同的觀測目標，可以依此範例自行查對天文資料及製表。)

恆星偕日昇參考數據(北緯40°)

	合日	和太陽同時上昇 *	較太陽早一小時上昇 *
魔羯座α, β	1月22日	1月15日	2月7日
仙女座α	3月23日	2月1日	3月3日
昴宿星團	5月20日	5月16日	6月3日
畢宿五	6月1日	6月7日	6月22日
參宿四	6月20日	7月2日	7月16日
北河三	7月17日	7月10日	7月25日
南河三	7月16日	7月27日	8月9日
天狼星	7月2日	8月4日	8月15日
軒轅十四	8月21日	8月21日	9月2日
大角	10月29日	10月7日	10月20日
角宿一	10月16日	10月17日	10月29日
心宿二	12月1日	12月7日	12月18日
河鼓二	1月15日	12月15日	12月27日
* 天氣會造成影響，偕日昇應該在這兩個日期之間。

當然，天氣是影響因素之一，霾和雲就能延後你首次看到某一特定恆星的偕日昇的日期，或是提前你最後看到偕日落的日期。所以，請你把天空條件一併記錄下來。

問題

一、你看到了那些恆星的偕日昇和偕日落，它們的日期各為何？

二、霾(甚至是雲)要多濃，會改變你觀察到的偕日昇和偕日落的日期？

觀天入門：晝觀恆星

在太陽還在地平線上方時，以肉眼觀察那些最明亮的恆星；再試著在曙光及暮光中以肉眼觀察那些略暗一點的恆星，愈晚(愈亮)的曙光及愈早(愈亮)的暮光愈好；再嘗試一些特別重要的星體，例如：北極星、昴宿星團等等，愈晚(愈亮)的曙光及愈早(愈亮)的暮光愈好。

古今中外有不少文獻記錄，在太陽還在地平線上方時，內眼觀察者依然可以看到0等星，例如：大角和角宿一。因此，筆者估計，你不需要具備超凡視力，只要有耐心、肯努力，應該可以做到這項值得稱道的觀測任務。而且這個觀天習題可以另闢蹊徑，(你還可以持續進步)，只需要你在日出前，鎖定你要觀測的恆星，一直追蹤到日出後看不到為止。

不用多說就知道，如果你想要最佳的觀察成果，天空必須非常清澈(蔚藍色最好)。當然，能在曙光或暮光中，看到你要找的那一個明亮的恆星，就是十分快樂的事。每一等級亮度的恆星在曙光或暮光中都會依時出現，只要你知道在何處尋找，你可能自已都會驚訝能夠在曙光中多麼晚或暮光中多麼早看到它們。記得在觀天習題十八所提到白天觀看金星的技巧嗎？你必須將儘可能將目光聚焦遠方。記錄你看到的恆星、時間以及日期。一個很重要的數據是太陽俯角(Solar Depression Angle, s.d.a.)，也就是太陽在地平線以下多少度，這個數字依你所處的緯度每天變化。只要你有當天的日期和時間，以及你所處緯度，就可以計算當時的太陽俯角。

還有一些特別的星體也值得你試試，能夠多早或多晚還能看見它們，例如：昴宿星團(Pleiades)和仙女座銀河(M31)。有一個恆星是既特別，而且比其它的容易尋找，那就是北極星(Polaris)。

你只在要晚上時，找到北極星的參考位置，例如：從你家後院朝向某一個大樹的正上方、或是鄰居的衛星電視天線碟。然後在另外的日子和不同的時間，回到同樣的地點，搜尋參考位置的天空附近即可；如果你有天文望遠鏡，甚至可以在中午時分試著搜尋北極星。精確來說，北極星並不是在天球的正北極，它的位置會少許改變，它的軌跡每廿四小時在天空中畫出一個小圓。即使如此，它還是比其它的恆星容易太多了。如果你在某天的曙光中看到一個恆星在樹梢上，第二天同一時間它就不在那個位置了；因為由於在軌道上地球繞日公轉，恆星每天提前約4分鐘昇起；也就是說第二天的同一時間，它向西方挪了一段距離。而且別忘了，每個緯度的每天曙光及暮光的時間也不相同，在赤道附近及夏至和冬至時，曙光及暮光的時間變化最少。

問題

一、當太陽正在地平線之下，甚至是剛在地平線之上，你能以肉眼看到任何一個0等星嗎？

二、在日落後(或日出前)多久，每一等級亮度的恆星首次(最後)能以肉眼看到？在進入暮光(曙光)的那一階段，你能首次(最後)以肉眼看到昴宿星團、仙女座銀河或北極星？

觀天入門：紅紅落日

觀看愈多次的日落(或日出)愈好，記錄太陽的顏色改變以及太陽在地平線上方時圓盤由上到下的顏色層次變化。比較在同一天的日落，太陽在不同的角度時的紅色延伸程度以及顏色層次變化。比較在不同日子的日落，太陽在相同的角度時的紅色延伸程度以及顏色層次變化。統計你的觀測成果和天空條件及氣象報告的關連性。

當太陽低垂時，它為什麼會變紅和變扁(見下個觀天習題)，早已有簡單的、科學的解釋。因為太陽光在通過愈厚的大氣層時(仰角愈低，路徑就愈傾斜和愈長)，就散射愈多的紅、橘色以外的光線(那些光線的波長較短)。愈厚的大氣層也會折射愈多的太陽底部(仰角更低)的光線(相較於太陽上部)，所以太陽看起來垂直方向就被壓縮了。

你大概對這個原理也早已瞭然於胸，不過你是否知道它們的效果有多麼大、多麼強或是多麼小、多麼微不足道呢？尤其是在不同的天空條件和天氣型態時。

不用多解釋，氣象統計中的能見度(以能看見遠方的地形地貌的距離為標準)及濕度，會和低垂的太陽的紅色程度有關，以及何種粒子或空氣懸浮物能貢獻最多的紅色效應有關。接下來，你對太陽的紅色程度的評分是否和你對天空藍色程度(觀天習題五十六、五十七)的評分有關，以及日暈(Aureole)的大小(觀天習題五十七)有關。那麼又要怎麼評分呢？用間隔時間為基準，即太陽低垂於不同的高度(仰角時)打分數。記錄在不同的日落時，太陽在不同的高度時轉紅的速度。記錄太陽如何能某一天在地平線上方10°就是紅的，另一天在地平線上方1°才是紅的。

剛開始的時候，你對太陽的紅色評分可能不太準確，容易受到主觀因素的影響。經過幾次練習之後，你就可以對你看到的每一個紅色和橘色訂出一個很好的絕對等級。這將會是一項驚喜的發現之旅，你能找出你所看到最不紅的太陽和最紅的太陽所關連的氣象、大氣及天空條件。不過，有一件非常重要的事情要事先警告你，在太陽亮度大幅減弱之前，不要開始你的觀察。只要你的眼睛會覺得有一點點睜不開來，就不要直視太陽。沒有任何天空奇景，即使它再美麗、再壯觀、再稀奇，也不值得你失去視力。

本觀天習題還包括太陽美艷動人的景象：許多不同層次的顏色疊在一起。太陽上方看來可能還是黃色的，中間已經轉橘色，底部卻呈現紅色。而且，即使是相同的顏色，你也可以看出不同的層次，就好像在看光譜圖一樣，愈接近太陽圓盤底部，愈偏呈現光譜紅色區段。請你記錄顏色的變化層次或是不連續情形，你能看出多少條不同的顏色，由上到下總共有多少種色調變化。試著解釋你的觀測成果和氣象報告之間的關係。顏色層次及不連續最多、最極端的例子通常和大氣層的明顯分層有關。

問題

一、今天太陽下山時，它在不同的高度(仰角)時有多麼紅？在那一個高度時你首先發現它變成紅色？(千萬注意保護你的眼睛，只要你的眼睛會覺得有一點點睜不開來，就不要直視太陽)。你是否發現日落通常會比日出紅一點？

二、低垂太陽的紅色程度，和能見度、濕度、天空的藍色程度、以及其它因素的相關性？水蒸氣、煙粒子、塵埃、火山灰或其它空懸物質，它們的數量及紅色程度的函數關係？

三、在無雲的天空(有霾或煙塵)之下，你能看到紅色太陽最高的高度(仰角)為何？在天空非常清澈的日子裡，你能看到白色或黃色太陽最低的高度又為何？這兩種極端例子的大氣及天空條件各為何？

四、那一種大氣層條件，你可以看到低垂的太陽有最多的或最強的層次結構？

觀天入門：扁扁落日

和前一個觀天習題一樣，在不同日子的日落及日出，以及太陽低垂於不同的高度(仰角)時進行觀測。只是這裡要記錄的是你看見的太陽的扁平程度，你也可以拍攝照片後實際量測。當然不要忘了記錄氣象及天空條件，試著找出它們和不同的落日的扁平量之間的關係。

在不同的日子觀察日出和日落，然後測量太陽的扁平度，說的比做的容易。對在海平面高度的觀測者而言，太陽若是剛好在地平線上方，它的垂直高度較水平寬度小了約百分之廿，也就是太陽當時的扁平度(Oblateness)為20%。若觀測者在飛機上，則太陽的扁平度可以再多一倍；若在同樣的制高點，當太陽在地平線上方5°時，太陽的扁平度只有7%，當時人們能看得出來嗎？而且，人們甚至已經習慣於日出和日落時看到扁平的太陽，即使扁平度達到10~15%，我們可能依然不知！還好，這是可以克服的問題，你只要將頭(和身體)偏向一邊，直到原來水平的目光變成垂直為止。但是你如何測量每天的變化呢？尤其是一個小小的目標(記得用個硬幣就可輕易遮住太陽嗎？)每個晚上一點點的扁平度變化，又不能把太陽拿下來放到桌上用尺來量。

如果你有拍攝照片就可以用尺來量了，這當然要多花一點成本，但現在簡易經濟的傳統相機或數位相機都十分普遍，大部份的人們都已有現成的了，不需要你去買一台昂貴的專業相機。如果你沒有一個長鏡頭來放大太陽的影像，你可以在沖洗相片時放大，或是用幻燈片在牆上投影放大，然後就可以用尺量測太陽的長度和寬度，並計算出扁平度。記得還要在照片上或牆上量出太陽離地平線的高度，這是非常重要的，太陽的扁平度和仰角有關。這也很容易，因為太陽的水平寬度不受當時高度影響，還是在0.5°，比較一下就知道當時的高度。(如果你使用數位相機在電腦上測量，記得換算螢光幕的光點的水平/垂直尺寸扭曲比例。)

最後一個問題是：為什麼在不同的晚上，太陽會有不同的扁平度？答案是在不同的晚上，同樣低懸天際的物體，大氣的折射效果不會次次相同。其原理於下一個觀天習題再作說明。

問題

一、太陽在地平線上方的平均扁平度約為20°，在你的觀察中出現大幅偏離的機會為何？

二、你肉眼觀察並評定的太陽扁平程度和事後由照片上量出的扁平度有多大差別？那些地形地貌或天空的景像會使用高估或低估太陽的扁平程度？

三、在太陽極端扁平的時候，其與氣溫和水溫有什麼樣的關連？(參考下一個觀天習題)

觀天入門：扭扭落日

檢視每一次你能看到的日落(或日出)時所看到的太陽外形，記錄扭曲的形式及每種形狀出現的頻率。研究(和繪製或拍攝)每一個形狀的細部演進過程。試著取得你的觀測地點和望向太陽方向的區域，當時的氣溫和水溫以及其它的氣象資料。

當太陽向地平線西沈時，它的光芒可能會經不同水平層的大氣，也就是不同溫度的大氣，也就是不同密度的大氣，因此太陽的外形就會有不同的扭曲現象。

不同的空氣密度到底是如何扭曲太陽的外形呢？當最底部大氣有不尋常的溫度-高度變化時，就會產生水平多層次。空氣愈冷，密度愈大，因此光線易於折向較冷的空氣。但這只是空氣在隨高度有劇烈變化時所產生的強大折射現象，也只解釋了一種太陽外形的極端變化。讓我們來看看下圖所顯示的不同夕陽形狀，每一個都是你可以仔細觀察和研究的對象。

範例(一)是夕陽比平常還要更扁，它的成因是接近地表時，平常就有比較大的折射現象，若是冷空氣層只比地表的暖空氣層高一點點，則折射現象就更大了。通常會在地表附近產生薄薄的暖空氣層的原因是有一個廣大水體，將其表面的空氣增暖，而且是只有那薄薄的一層空氣分享了水體所含的熱量。

範例(二)是範例(一)更特別的情況，就是在水面上產生一個海市蜃樓般的太陽幻影，稱為反太陽(Countersun)。一個完美(上下顛倒)的影子由海中升起，碰上正在落下的真的太陽。兩者碰在一起時的形狀如範例二圖所示，或許多一點或少一點，然後兩個逐漸合併為一整個。天文學者施哈夫(Fred Schaaf)曾經看過反太陽從水中升起了一半，然後碰到真正的太陽。那麼反太陽是如何形成的呢？它是太陽在水中的倒影，本來是看不到的，因為地表的光線折射作用，形成海市蜃樓現象，觀察者就看到反太陽由水中升起，碰到真正的太陽，然後熔在一起。

範例(三)是範例(一)相反的情況：當有暖空氣層移動至一個廣大的冰冷水體(冰原或雪原)上方時。在這種情形時，部份光線因為冷空氣層而折射向下，使觀測者無法看到，因此在落日的下方的天空中會有一整條區域是不可見的，稱為盲帶(Blind Strip)。當太陽逐漸落下，碰到盲帶時，彷彿不是沈入地平線之下，而是沈入虛無漂渺的空氣中。只有在觀測者站在高山或其它高地時，才有可能看到太陽在盲帶之下再度出現，如同範例(三)圖示。

範例(四)是地表有強烈的溫度不連續現象，形生了許多個薄空氣層。因此太陽圓盤的每一個水平線條折射的程度都不一樣，就好像看哈哈鏡一樣，忽胖忽瘦加上一些突棘。你也可以稱它為「中國燈籠太陽」。當太陽通過每一個不連續層時，它的水平線條看起來可能會向上移動、分離、然後收縮和消失，有時還會產生很奇妙的綠色閃光。(參考下一個觀天習題)

請不要將範例(五)和前面你已了解的日落景像混在一起，範例(五)不是因為空氣折射造成的。這種奇特的雙太陽可能是日暈(Halo)景象，將在觀天習題八十討論。

問題

一、在你的觀測地點，每一種扭曲的日落形式的出現頻率為何？和前述範例圖示差異程度為何？你曾看到過反太陽嗎？升到多高或多大？

二、你觀察時的大氣溫度和水溫(可向氣象台查詢)和太陽扭曲程度的關係為何？你所記錄到最大的氣溫和水溫的差異為何？當差異最大的時候是不是你觀察到太陽變形最厲害的時候？(可能是氣溫較高，也可能是水溫較高。)

觀天入門：綠閃

在日出或日落時，“尋覓”太陽的綠色部份或綠閃(Green Flash)現象，記錄你看到的所有特殊之處，以及所有可能相關連的天空及氣象條件。

在一個沒有很多雲的下午，日落時由太陽發出的一小部份藍光和綠光，在抵達觀測者眼睛的長途旅程中，逃脫了被散射或被吸收的命運。當然，太陽的影像依然是由紅光主宰，如果沒有其它因素，這一小部分的藍-綠光可能還是永遠看不到。這個其它因素就是「折射」，在大氣層底部最濃厚的地方折射愈強，而最關鍵的是藍光和綠光的折射程度又大於紅光。因此，太陽的藍-綠光影像就比紅光影像折向天空上方多了一點點。觀察者所看到的落日雖然仍是由紅光主宰，但有時候可以看到最後一刻的落日是餘輝是綠色的，(甚至是更少見的藍色)，稱之為綠閃。

在過去，綠閃，有時稱為綠色光芒(Green Rays)，被認為是很稀罕的，在某些情況下的確如此，如果你想看到的是綠光閃閃、光芒跳動、最美麗的綠閃景觀。但從另一方面來說，出現一絲毫的綠閃現象沒有什麼大不了的。筆者傾向從寬定義，只要能看到綠色環緣(Green Rim)或綠色區塊(Green Segment)就是綠閃。綠環就是在太陽的最上緣，藉著光學輔助器材，可以看到綠光閃爍的情形。(你看到時綠色時先不要太高興，要確定這不是你的光學輔助器材造成的)。綠塊是不需要光學輔助器材，肉眼就可以見到綠光在太陽最邊緣的地方閃爍著，然後在太陽消失之前，短暫地散布在太陽還露出的部份之上。綠塊出現時是綠光唯一主宰太陽影像的時候。綠閃是當太陽頂端的細小區域，呈現完全綠色，而且是太陽唯一可見的部份，為時太約一秒左右，因為影像很小且時機稍縱即逝，肉眼無法完全抓住它，只能看到突如其來的、明亮的、綠色閃光。

如果你想要看到日落時(或日出時)的綠閃景觀，你可能要開始規劃或調整你下一季整季或下一年整年的觀測時間了。你應該可以觀察到許多不同程度的綠閃，幸運的話，你可以看到很特殊的綠光多閃或是綠色光芒向上垂直延伸的稀有景觀。

還有，你必須儘可能的蒐集最正確的資訊，包括當時的氣象條件及天空條件，例如當時的太陽在地平線上方有多麼紅？它轉紅的歷程為何？天空原來有多藍？太多的水蒸氣會散射僅餘的太陽綠-藍光。通常，最漂亮的綠閃景觀發生在折射現象最強的時候，也就是在接近地表的大氣層的每一層都有很大的溫度差別的時候。雖然這不是必要條件，廣大的水體和向前延伸很遠的地平線，對你的觀察會有幫助。記錄當時的水溫和大氣層的每一層的氣溫，無論是否觀察到綠閃景觀。(瞭解不能發生的原因也是很重要的。)

除此之外，在日出時發生綠閃景觀的機會和日落時是一樣多的，也是一樣美麗的，只是你必須清楚的知道太陽將升起的位置，才能抓住太陽露出頭部的時機。只有在天空極清澈的時候，才有可能發生藍閃(Blue Flash)和紫閃(Viloet Flash)現象。

問題

一、你觀測到綠閃、綠環、綠塊幾次？有多麼頻繁？每次看到綠色景觀的時間有多長。

二、在你看到綠閃、綠環、綠塊時，當時的濕度和天空條件(多麼藍或多麼清澈)為何？水溫及地表大氣的每一層的氣溫為何？當你看不到時，氣象及天空條件又為何？

觀天入門：曙暮輝

尋找和記錄你在日落後或日出前所看到的曙暮輝(Crepuscular Rays)及反曙暮輝(Anticrepuscular Rays)。配合氣象衛星雲圖，判斷雲塊位置與曙暮輝和反曙暮輝的關係。

曙暮輝是在曙暮光（Twilight）時分，天空中可以看到由低於地平面之下不遠的太陽所造成的多條藍-灰的扇形放射陰影。其實在白天的時候也可以看到類似的景像，你可以說這是雲朵蔽日造成的一條條長陰影，也可以說是太陽光穿過雲隙造成的一條條光束。曙暮輝通常是當日落後(或日出前)，陽光照射到高層大氣，陽光被大氣分子散射，造成天空微亮，地面微明，然後在地平線下方幾百英哩的地方有一大片雲，造成了陰影，陰影延伸很遠很遠，形成了輻射扇狀的一條條光束。

你可以在天空中追蹤畫出一條條曙暮輝，如果它們在高空時混入了背景天色之中，你可以試著繼續延伸它們至東方，看看它們是否會在反日點附近再度開始，形成反曙暮輝。其實曙暮輝和反曙暮輝根本是同樣的一條條影子劃過整個天空。因為這些陰影或是透過雲隙的陽光的確是沿著直線前進，不過當它們投影到圓形的天空時，卻形成了大圓。也因此，來自落日或旭日的曙暮輝，視覺會在反向的天空重新會聚在一起，形成了一個和太陽相隔180度的反日點，另一邊的光線被稱為是反曙暮輝。我們常說的金光閃閃、瑞氣千條就是指此情此景。

通常曙暮輝和反曙暮輝不會延伸很高，因為我們向頭頂上看時，光線在大氣層中走過的距離最短，所以能夠造成散射作用的粒子數目也最少，而曙暮光是在太陽下山後(或升起前)靠著散射作用形成天空微亮、地面微明，既然曙暮光在頭頂上方不夠亮，曙暮輝和反曙暮輝也就不清楚了。觀天習題五十三和五十五會討論曙暮光的成因，在這裡只說明一個特例，如果有火山爆發或森林大火的情形，懸浮微粒可以升到很高，甚至是七、八英哩以上，並持續一段相當長的時間才落回地面。曙暮輝和反曙暮輝並不需要底層大氣中的塵埃或水氣的幫助，但是若有高空捲雲(Cirrus Clouds)或火山灰或空懸粒子可以增加曙暮光，自然也加強了曙暮輝和反曙暮輝。

現在無論是由電視或網路，衛星雲圖十分容易取得，你很容易將你所看到的曙暮輝景象和雲圖做比較，多厚的雲才會產生曙暮輝？並請你記錄和推導下列因素對曙暮輝貢獻程度：曙暮光強度(火山灰和高空捲雲)？底層大氣的清澈度？雲朵陰影的暗度(雲的厚度)。

問題

一、你觀測到曙暮輝和反曙暮輝幾次？有多麼頻繁？它們有在頭頂上空連在一起嗎？你最多可以看到幾條？

二、在衛星雲圖上，你能判斷出是那個雲塊造成你看到的曙暮輝嗎？

三、曙暮光強度(火山灰和高空捲雲)、底層大氣的清澈度、雲朵陰影的暗度(雲的厚度)，對曙暮輝貢獻程度各為何？