穿越時空的 Stellarium 天文課

星空初體驗

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星象軟體 stellarium 因為光害的關係, 我長大以後就很少看到漂亮的星空。 您家在都市裡嗎? 小朋友從未認過星座嗎? 這份中文教學講義介紹天文臺等級的觀星軟體 stellarium, 讓大家過過乾癮! 按 F1 (有些版本是按 h) 可以取得按鍵摘要。 或是參考 (有可能過時的) 網頁版快速鍵摘要, Ctrl-q 是離開。

  1. 按一下 "v" 看看星座名稱是否正常出現中文。 若看不見中文星座名稱, 只看到一個個方塊, 那麼需要建一個連結: ln -s /usr/share/fonts/truetype/arphic/ukai.ttc /usr/share/stellarium/data/ukai.ttf (可能要變身為 root 才有權限修改)。 詳見 田美的地瓜創作; 因為我直接把連結名稱改為設定檔所指定的名稱, 所以只需要一個步驟。 重新進入 stellarium。 如果還是看不見的話, 就編輯設定檔 /usr/share/stellarium/data/fontmap.dat 把 default 那一句裡面的兩個 DejaVuSans.ttf 都改成 (剛剛建的新連結名稱) ukai.ttf。
  2. 把滑鼠移到螢幕左側下半部, 進入 「位置」 選單, 在放大鏡 (代表 "搜尋") 的欄位敲入 Taipei 或 Kaohsiung, 以符合您的觀測地。 記得勾選 「設為預設值」。
  3. 按幾次 "l" 鍵 (小寫的 "L") 注意看下面的時間轉速變快, 並且可以感受到什麼叫做物換星移... 如果天空轉太快, 可以按 "j" 減速, 或按 "k" 恢復正常速度。 按 "8" 可以回到當下。
  4. 有一半的時間看不見任何星星, 是很惱人的事。 把滑鼠移到螢幕下方左半部, 找到 "大氣 [A]" 的標示 (有點像氣象報告晴時多雲的圖案), 點一下, 消除大氣層, 就可以在白天看到星星。 那個 [A] 表示你也可以直接 a 鍵 (不過要按小寫的才有效)。

擴大視野, 改變觀 (測) 點

  1. 你可以看出星星月亮太陽都從東邊升起, 西邊落下。 (那還用說嗎?) 請用左右箭頭轉向, 面向東方。 注意到: 星星升起時, 並不是垂直的, 而是偏向南方的天空。 大約偏幾度呢? 那就要看你是在臺北還是高雄觀測囉。
  2. 再轉向西方, 一樣觀察到星星以相同的角度傾斜落下。
  3. 可以用 PageDown 縮小星空 (也就是擴大視野), 直到它變成一個圓形, 就像星盤一樣。 或用滑鼠滾輪也可以。 再按前進後退調整一下, 把整個圓形放入螢幕。 想像你躺在柔軟的草地上, 仰望著浩瀚無垠的星空... 嗯, 這篇不是抒情文; 這篇是教學文... 如果你的頭朝北腳朝南, 那麼當然左手是東方, 右手是西方, 和平常看地圖正好相反。
  4. 從正東方升起的星星, 就會從正西方落下。 它走的路徑長什麼樣子呢? 按 . (句點) 鍵, 會顯示一條藍線。 這就是天球赤道。
  5. 我們在北半球, 所以可以看到完整的北星空; 但永遠看不見一小部分的南星空。
  6. 如果在更北邊呢? 請再叫出 「位置」 選單, 在放大鏡旁邊敲入瑞典首都 Stockholm (北緯 59 度)﹑ 芬蘭首都 Helsinki (北緯 60 度)﹑ 或阿拉斯加首府 Anchorage (北緯 61 度)。 天球赤道更彎; 幾乎只能看見北星空。
  7. 反過來說, 在紐西蘭的首都 Wellington (南緯 41 度) 所看到的星空, 天球赤道向北彎; 只能看見很小一片北星空。
  8. 位於赤道上的 Singapore (北緯 1 度) 所看到的天球赤道, 通過頭頂正上方; 在這裡, 幾乎可以看見完整的星空。 (如果沒有光害的話啦。)

太陽與黃道十二宮

  1. 請回到臺灣; 又按 k, 按 8 回到現在; 再按三次小寫的 L 鍵, 讓星空以一個可以感覺的速度流動。 如果有顯示星座名稱, 請按 v 把它藏起來。
  2. 按 ] (右方括弧), 星空好像跳了一下。 注意下方的日期顯示, 一下子跳了一星期。 同理, 左方括弧是 "跳到一週前同一時間"。
  3. 我們感受到的日夜長度是 「太陽日」 -- 24 小時。 但這其實是加上了地球繞太陽公轉的效果; 對於遙遠的恒星來說, 我們每 23 小時 56 分 4 秒會用同樣的一面面對恒星。 這個數字, 叫做 「恒星日」。 也就是說, 每一天星星會提早 4 分鐘出現; 每一週提早 28 分; 一年過後, 提早了 1440 分鐘, 也就是同一時間出現。 所以春夏秋冬的星空不盡相同。
  4. 天球赤道 不斷地按右方括弧 (乾脆按著不放吧), 發現太陽在每天的同一時間, 有時在天球赤道以南, 有時在天球赤道以北。 按 , (逗點) 會顯示一條紅線, 描出太陽的軌跡。 這就是黃道。
  5. 黃道上的主要星座, 就是黃道十二宮。 你現在所看到的日期是幾月幾日? 當天出生的人, 屬於什麼星座呢? 太陽現在所在的位置, 就是這個星座。 你在圖上認得出來那是什麼星座嗎? 提示: 按 c 顯示星座連線。 如果還是看不出來, 就按 r 顯示圖案。 如果要放棄, 請按 v 顯示星座名稱。
  6. 再次連按右方括弧, 可以看見一年之中, 太陽輪流造訪十二個星座。
  7. 紅線和藍線有兩個交叉點, 分別在那個星座呢? 每一年的幾月幾日, 太陽走到這裡呢? 當太陽走到這裡的那一天, 不論你身在地球何處, 都會看到太陽從正東方升起, 從正西方落下。 日夜平分, 所以稱為春分與秋分。
  8. 請調整到某一天的正午時分, 日正當中。 然後用左右方括弧一週一週往前或往後跳。 一年當中的那一天, 正午的太陽在最南方呢? 一年當中的那一天, 正午的太陽在最北方呢? 這就是冬至與夏至。
  9. 所以說, 農曆不是陰曆, 而是陰陽合曆哦。 中國的廿四節氣正好搭配西洋的十二星座, 這部分就是陽曆。

天球座標

既然天球赤道和黃道是星空中兩個固定的大圓, 就很適合拿來當做定位星球的指標。 以天球赤道作為基準, 向北畫出一個一個越來越小的圈圈, 直到北極變成一點; 向南亦然。 每一個圈圈上的所有恒星, 他們有相同的 赤緯, 在天空中走相同的軌跡。 又, 過春分點畫出一個垂直於天球赤道的大圓, 這條線上的所有恒星, 每天齊步在同一個時刻通過他們各自的最高點, 他們的 赤經 都是 0。 以南北極為軸, 旋轉赤經零度線, 每 15 度再畫一圈, 分成 24 小時。 我們就以 0 時 0 分到 23 時 59 分來記錄赤經, 而不是以 0 到 359 度來記錄赤經。 這些經緯線, 定義出 天球座標, 讓我們得以方便地指認﹑ 談論星星的位置。 請按 e 畫出天球座標, 並觀察所有星星沿著他們所在的赤緯線移動。 又請點選任何一顆星, 看看它的天球座標 (赤經赤緯) 和你目測估計的數字是否大致接近?

月亮﹑ 日蝕﹑ 月蝕

  1. 調整到一個看得見月亮的時間, 以真實的速度 (最慢速) 播放。
  2. 按 = (等號), 跳到次日同一時刻, 看到月亮比前一天晚出來。 再按 - (減號), 跳回原先那一天。 然後連按廿九次等號, 看到其他星星都在前進, 只有月亮在後退, (陰曆的) 一個月之後, 退了將近一圈, 回到原來的位置附近。
  3. 月亮在空中的軌跡, 稱為白道。 月球通過黃道時, 就有機會出現日蝕或月蝕。
  4. 點選月球, 出現四個紅色轉動箭頭指向它; 左上方出現月球的資訊。 按 / (斜線) 拉近, 再按 = 很多次, 觀察月球的盈虧。 約有一半的時間, 你的臉會面向草地。 按 \ (倒斜線) 可以退回原來的視野。
  5. 從 日蝕地圖 隨便找一個日蝕的時間地點。 盡量找靠近日蝕帶中央的地點。 例如 2010 年 1 月 15 日的日全蝕, 斯里蘭卡北部和印度之間的海上 (東經 80 度, 北緯 10 度) 就是一個不錯的觀察地點。 下午 15:30 左右, 木星出現; 16:20 左右, 木星消失; 蝕甚就發生在這段期間內。 (根據 NASA 的資料, 東經 69 度, 北緯 1 度半, 似乎是最佳觀測位置。)
  6. 重新觀測一次, 這次先點選太陽。 太陽太亮了, 紅箭頭看不清楚; 看左上角的資訊, 確認有選到。 然後按 / 拉近仔細看個清楚。 調整速度, 觀賞日蝕。 ㄟ, 金星在旁邊插花耶。
  7. 再到 NASA 的月蝕頁面 隨便挑一個月蝕來觀賞。 例如 2008 年 2 月 21 日的月全蝕。 南美洲巴西外海看來是個好地點。 我選北緯 10 度, 西經 50 度的海面上。
  8. 稍微放快速度, 看到滿月畫過天頂之際, 突然消失了一下。 鎖定月亮, 按 / 鍵拉近, 重新觀察一次。

歲差

第三節的一個問題, 它的答案有點尷尬: 紅線和藍線的春分交叉點, 位於雙魚座和寶瓶座之間。 沒錯, 那正是今日的地球人的處境。 聽過 「寶瓶時代」 或 「寶瓶年代」 嗎? 靈修人士說: 地球正在進入 「寶瓶時代」。 這不是隨便亂說的, 而是在描述一個類似季節轉換的現象; 只不過這個轉換的完整週期太長了, 就像夏蟲不可以語冰一樣, 我們地球人沒有足夠的經驗去理解全盤的面貌。

筆者的靈性雖然不太高 (呵呵, 酒色財氣我樣樣都愛) 但是沒關係, 借用 stellarium, 至少我們可以理解星象變化的部分。 就像旋轉中的陀螺一樣, 地球的自轉軸, 本身也會緩慢旋轉。 它轉一圈, 要花 25776 年的時間。 這個旋轉, 會造成每年的春分點位置改變 25776 分之一圈。 也就是說, 大約每兩千一百年, 春分點的位置會移動一個星座。 這個改變, 稱為 歲差。

請按 F5 (或將滑鼠移到左側, 第二個選單) 叫出時間設定。 把年份分別改為西元 0 年﹑ 2100 年﹑ 4200 年﹑ 6300 年﹑ 8400 年﹑ ... 每次改完後請微調時間, 把春分點 (紅藍兩線的交點之一) 帶入視野, 看看它的位置有何改變。

也就是說, 實際上, 黃道並不是固定的。 不同年份的星圖, 它的春分點位置不盡相同。 所以星圖上通常會標示年份。

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咦, 這份講義好像應該改名為 「紙上談兵的天文課」 才對... 我長大以後很少看到漂亮星空的真正原因是... 一直被電腦黏住了啦! 還是走到室外, 看看真實的星空吧。 帶著電腦也不錯哦。 Stellarium 有 「夜間模式」, 用紅色系顯示。 (可是又有人說: 紅色對夜視沒有幫助啦... 我也搞不清楚。)

佛光大學及宜蘭縣自由軟體社群所製作的 YouTube 短片 「明天你要吃什麼﹖」 裡面用到的軟體就是 stellarium。