問卷 第5部分 題解
工作坊前問卷—第5部分：課程及教學相關天文知識
問題以常識科課程涵蓋內容及觀測所需的知識編寫，旨在讓答題者認識有關範圍、常見學生謬誤，提供相關資源以準備教學工作。
部分問題接收意見後作出修訂，以求更清晰準確對應學習內容。
季節相關
1. 每日中午，太陽都會垂直照射香港？
非。
由於地球自轉軸與繞太陽公轉軌道面傾斜，隨地球公轉到不同位置時，陽光照射的角度出現的變化。
中午時太陽，太陽有機會垂直照射的，只有在南北回歸線間的熱帶地區。
香港位於北半球的熱帶範圍內，一年只在兩日，太陽在中午垂直照射，又稱「日當頭」。
在2024年分別是，6月 2日 12:21 及 7月9日 12:29，太陽仰角90° 造成立竿無影的景象。
更多可觀看香港天文台『氣象冷知識』：立竿無影 、日出東方？！
參考資料：《香港天文台年曆2024》（香港天文台，2023）
圖片來源：香港天文台
2. 香港在冬季時較接近太陽？
是。
由於地球以橢圓軌道繞太陽公轉，當一年公轉一周，每年都會有較接近和遠離太陽的時候。
現時地球運行至近日點（perihelion ）時，剛好是每年1月初，正值北半球的冬季。
在2024年於1月3日 08:39HKT 地球經過過近日點 ，距離太陽0.9833AU，7月5日 13:06HKT則經過遠日點（aphelion ）, 距離太陽1.0167AU。
從距離可見，跟平均值1AU，變化不足±2%。所以憑觀看太陽的太小或量度太陽輻射都難見顯著變化。
我們可以使用相同的器材拍攝遠近日時的太陽，透過重疊兩幅相片比較，去感受些微的差別。
參考資料：2024香港可見天象精選（可觀天文館，2024）
3. 四季的成因，主要是地球繞太陽公轉的橢圓軌道產生的距離變化所造成？
非。
由於地球自轉軸與繞太陽公轉軌道面傾斜，隨地球公轉到不同位置時，陽光照射的高/低角度及時間長/短變化，導致連續數月內接收到太陽的熱能顯著增/減。距離變化造成的影響比較下經已微不足道，因此南北半球的季節相反。
更多可觀看香港天文台『氣象冷知識』：難為季節定分界
圖片來源：cmglee, NASA; Pengo, wikimedia
上圖展示六月夏至時，自轉軸北極傾向太陽，陽光垂直照射北回歸線，北半球多於半日受陽光照射；
十二月冬至時，自轉軸南極傾向太陽，陽光垂直照射南回歸線，南半球多於半日受陽光照射。
圖片來源：cmglee, NASA
上圖展示，當以較低角度照射地面，接收同等陽光的面積比陽光垂直照射的面積大，能量分散到更大的範圍。
相同的地表面積，斜照所接收到的能量顯著較少。
圖片來源：Pengo, wikimedia
月球相關
4. 月亮只會在晚間出現？
非。
月球環繞地球自西向東公轉，月球由朔 (初一) 到望 (十五) 再到朔，需時約29.5天。 由於月球以27.3天在天空中運行一圈 (即運行360度)，所以每天我們會看見月球約向東移動了 360 (度) ÷27.3 (天) ＝13.2度 (地平線與天頂的「距離」約為90度)。 與此同時，以太陽為基準點的話，地球每天自轉一圈需時24小時。 因此我們會看見星星因地球自轉的原故，每小時由東向西移動約15度，相當於每4分鐘移動1度。 由此可見，月亮每天會向東移13.2度，如果今天想在昨日相同的天空位置上看見月球， 地球必須再向東自轉13.2度 (也就是還需要4 (分鐘/度) × 13.2 (度)＝ 52.7分鐘)，加上地球公轉的影響，所以月球每天會延遲約50分鐘左右升起來 。 不過這只是粗糙的計算，月球每天實際升起的推遲時間在一年四季裡是不一樣的。
圖片來源：香港大學、香港太空館
5. 因為月球遠比太陽小，我們從地球看上去月球也較太陽小？
非。
現時太陽跟月球的直徑，和日地跟月地距離的比例剛好約400倍，兩者從地球看上去大少差不多。由於地球和月球的距離並不固定，所以在地球看來，月球的角大小亦會出現變化。有時，月球雖然處於能造成日食的位置，但由於月球的角大小不足以掩蓋整個太陽，便會出現日環食。
由於潮汐摩擦作用，月球正逐漸遠離地球，數萬年後，月球的視直徑會變得很小，屆時地球上便再不能看到日全食了。
6. 農曆只觀看月相制定，是為陰曆，所以英文稱為Lunar Calendar？
非。
農曆的基礎是「回歸年」和「朔望月」。「回歸年」是太陽接連兩次通過春分點所需的時間。「朔望月」是月球接連兩次朔(新月)或兩次望(滿月)相隔的時間，因此農曆是一種陰陽合曆（Lunisolar calendar）。
由於12個「朔望月」只有354.3672日，跟「回歸年」的365.2422日相差超過10日，把相差累積起來便成為閏月。早在公元前五、六百年的春秋時代，中國曆法便採用十九年七個閏月的安排。
參考資料 / 圖片來源：香港天文台
7. 月相盈虧周期比月球繞地公轉一周的時間長？
是。
一個盈虧周期（朔望月）有29.53天，期間地球連同月球繞日公轉，陽光照射角度轉變，而繞地公轉（恆星月）就有27.322天
8. 月球一年只接近地球一次，稱為超級月亮？
否。
月球以橢圓形軌道，每27.322天繞地公轉（恆星月），所以每次都會經過遠地點（apogee）和近地點（perigee）各一次，但不一定在滿月的時候。
更多可觀看「可觀Channel」：拆解超級月亮之謎?
圖片來源：NASA
太陽系相關
9. 太陽系行星公轉的中心，不一定在太陽中心？
是。
萬物因萬有引力，會繞著共同的質心（centre of mass）公轉。如果簡單地考慮兩體運動模型，對於地球來說，因為太陽遠比地球大，兩者的質心與太陽中心非常接近，看上去就幾乎繞著太陽中心公轉。木星則相對大而遠，與太陽的質心，剛好到了太陽的光球層（一般認知的表面）外，所以結果是呈現出木星和太陽都繞著質心轉，木星轉大圈，太陽轉小圈，如下圖所示。
圖片來源：NASA
10. 行星因公轉軌道、速度快慢不一，有時看上去會反方向移動？
是。
行星會繞日公轉，所以在天球上的運動，基本上是由西向東移動﹐我們稱之為順行。但由於公轉不一，所以它們有時互相「趕過」，這時在行星上的觀測者看來，它們在天球的運動會完全倒轉，變成自東向西，我們稱之為逆行。通常，行星每次會逆行數星期至數月不等。
更多可觀看「可觀天文Page」：逆行之謎?
圖片來源：香港大學、香港太空館
11. 由於冥王星正遠離太陽，排除在行星之列？
非。
國際天文聯會（International Astronomical Union, IAU），是現時唯一能正式命名和定義天體的機構，在2006年的大會上就太陽系內一系列的新發現，為太陽系內的天體類別作出更新清晰的分類。冥王星、穀神星 及21世紀新發現的 妊神星、鳥神星、鬩神星 合共5顆天歸入新增類別：「矮行星」(Dwarf Planets)
參考資料：Pluto and the Developing Landscape of Our Solar System
圖片來源：CactiStaccingCrane, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
12. 太陽系的氣體行星只由氣體組成，固體行星只由固體組成。
非。
氣體行星，又稱類木行星 (Jovian Planets) ，主要由氣體組成，沒有固體的表面。間接探測推斷內部有液體和固體部分，由於體積巨大，岩石核心可能比地球更大。
固體行星，又稱類地行星 (Terrestrial Planets) ，主要由固體岩石組成，但仍有相對薄的大氣層，甚至表面有液體。例如地表的海洋和我們呼吸的空氣。
圖片來源：NASA / JPL
13. 太陽會自轉和公轉？
是。
人類數百年前透過望遠鏡投影觀測太陽黑子，已開始察覺太陽自轉造成的現象。利用合適方法觀測，小學生也能夠量度太陽的自轉一周/半周的時間。
現時測量估計，整個太陽系以行星公轉平面傾斜約60度運行。繞銀河系中心公轉，一圈需時超過2億年。
圖片來源：Rhys Taylor
恆星/星座相關
14. 可見的天體因反射陽光才看得見？
非。
一般來說只有太陽系內的天體（而且不會發光），才能反射陽光讓地球觀測者看見。
天上眾多恆星都是自身發光，其光線經過漫長的太空旅程來到地球。
15. 星座的組成沒有既定規律？
是。
同一個星空，不同地方的人類憑創意和文化，把星光連成圖案聯想，創作出一個個一套套的星座。當中與天文定律並無直接關系，但恆星的明暗、顏色成為最基本的架構，在地不同出沒的時間、物候等卻會間接影響人們對星空和神話的演繹。
「西方星圖」：經過國際天文聯會（IAU）重組後，把全天星空劃分成88個星座，為現代國際通用的系統。
https://www.iau.org/public/themes/constellations/
【天文資訊】88星座一百週年
圖片來源：可觀天文助理
「中國星圖」：把全天星空劃分成三垣、二十八宿等，超過200個星官。
圖片來源：可觀天文助理
圖片來源：可觀天文助理
可以動手在下方網頁模擬太空從地球方向觀看太陽，可見太陽大約在人馬和摩羯座間。
太陽觀測相關
17. 使用望遠鏡直接觀看太陽可以致盲？
是。
太陽的強烈電磁波，如可見光、紫外線及紅外線，皆可令眼睛受損。即使太陽看似昏暗時，亦不代表紫外線等的電磁波有被減弱。而且，由於視網膜內沒有痛敏神經，眼睛被灼傷後可能不會即時感到不適，而視覺毛病亦可能會在數小時後才出現。所以觀測太陽必須使用合適工具，老師亦需在觀測前清楚說明安全事項。記得，直接觀測太陽可致永久失明！
所以：
1. 絕對不可以肉眼直接觀測太陽。
2. 絕對不可以望遠鏡、相機或任何光學儀器直接觀測太陽 ，集光後威力更強，傷害更大更快。
3. 使用燻黑的玻璃、光碟、鏡片、一盆墨水或太陽眼鏡也無法安全觀測太陽，轉暗暗的影像更容易忽視危險。
4. 觀測太陽時應避免時間過長，觀測數分鐘後，應讓眼睛充分休息。
每次日食經過人口密集的地區後，都會出現大量因沒有安全觀測日食的受傷個案，部分傷者視力不能回復。
18. 日全食須用太陽濾鏡觀看？
非。
日全食毋須用太陽濾鏡觀看，但只限於日全食的短短數分鐘。由於日全食期間太陽完全受月球遮擋，太陽表面的光線無法照射到觀測者，但前後的日偏食階段均必須適光濾光觀測。日環食、日偏食期間，月球沒有完全遮擋太陽，全程都必須使濾光觀測。
可參考此影片的示範（不包括尖叫部分）
觀星及望遠鏡相關
19. 向南望可見天體以南天極為中心，順時針打圈？
是。
差不多所有天體，包括月球、行星和所有恆星，皆同樣會東升西落。這種現象其實是由於地球自轉所造成的。
我們以天球模型模擬從地觀看到的景象，天體就像固定在大球表面包著地球旋轉。圖例顯示在北半球某些固定位置所見到的恆星運動，左上方的一幅指向天球北極方向(北極星並不是完全固定不動的)，右上方及下方的兩幅分別指向南方及東方。
圖片來源：香港太空館、香港大學
20. 北極星是全天第二光亮的恆星？
非。
我們以視星等表示從地球所見天體的亮度，數字越小，亮度越大，每相差5個星等則亮度相差100倍。
根據全天恆星（包括太陽）亮度排名，北極星只是第47位，其特別之處是肉眼可見最接近天球北極點的恆星，可以用來找出正北方。
所以在相片中可見北極星位置幾乎不變，但不是光顯眼，因此在使用北斗七星、仙后座等，在夜空找出北極星的方法。
排名 / 視星等 / 學名 / 中國星名
1st / -26.74 / 太陽
2nd / -1.46 / 大犬座α / 天狼星
3rd / -0.74 / 船底座α / 老人星
4th / -0.27 / 半人馬座α / 南門二
5th / -0.05 / 牧夫座α / 大角星
6th / 0.03 / 天琴座α / 織女一
47th / 1.98 /小熊座α / 勾陳一(北極星)
星流跡相片中，觀測者/相機隨地球自轉，天體看似在天上打圈，北極星則是最接近北天極（圓心）明顯的恆星。
21. 天文望遠鏡都是透過把光線聚焦，讓我們看得清星體？
是。
天文望遠鏡的工作，主要是把大面積的光集中起來，令暗弱的星光增強。比方說，使用一台口徑7公分的望遠鏡，比人類瞳孔集光面積大了約100倍，那便可以看見比人眼能見最暗 (約六等) 再弱五等的星體了。有了足夠的光度，影像再放大才可以保持清晰細緻。
圖片來源：NASA
22. 使用固定的望遠鏡觀星時，視場中的星體移動得比沒用望遠鏡快？
是。
望遠鏡放大的影象，視場（可見的範圍）遠比沒有放大的狹小。當地球自轉，看上去天體持續東向西轉，在較短的時間就可以跨越較小的視場。
可參考些正常速度的影片：https://www.facebook.com/hokoon.astro/videos/518851232572797
24. 人眼和望遠鏡能看到同樣距離遠的目標？
是。
光學原理上，人眼和望遠鏡都能夠把無限遠的光線聚集，所以理論上兩者都能夠看到一樣遠的物體。
前題是該物體要足夠光方亮。同等光亮的物件每遠離一倍，接收到光只有遠離前的4分之1。因此在觀看同等光亮的目標，集光能力比人眼強的望遠鏡就能看到更暗更遠的目標。
圖片來源：Cyannex 、 Richard Pogge
上圖顯示眼球把無限遠的平行光線聚焦到視網膜形成影象。
圖片來源：Cyannex
上圖顯示發出的光線隨距離增加，按比例擴散到較大的範圍。
圖片來源： Richard Pogge
25. 伽利略(Galilei, Galileo)是發明望遠鏡及提出地動說的科學家？
非。
伽利略聽聞荷蘭人成功發明了望遠鏡。其後他亦成功製造望遠鏡進行天文觀測和記錄，成為有紀錄最早使用望遠鏡觀測天體的人。
早在公元前200多年，古希臘的阿利斯塔克 (Aristarchus of Samos) 已提出地球繞太陽公轉的理論，但當時的觀測技術所限，使之接近2000年未受人類重視。哥白尼 (Copernicus, Nicolaus) 雖然在16世紀提出較完整的理論，但無法比當時「地心說」的理論更準確的描述和預測。直到伽利略在17世紀使用望遠鏡觀測到金星的相位變化，成為第一個支持行星繞日公轉的確鑿證據。及後的克卜勒 (Kepler, Johannes) 在17世紀以橢圓形軌道建立三條行星運動定律，才能更準確描述和預測行星方位。
圖片來源：香港太空館、香港大學
圖左：乎合金星的觀測方位，「日心說」模型所預測的金星軌道及相位。
圖右：「地心說」模型所預測的金星軌道及相位，更乎合真實觀測的相位、亮度變化。
圖片來源：香港太空館、香港大學