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在數碼相機普及前，當要拍攝深空天體時每按一次快門都要深思熟慮，因為每一張菲林都只能曝光一次，我們必須在拍攝前決定如何拍攝，應使用黑白或彩色菲林、如何構圖、曝光時間等，加上還要等沖印完成才能看到照片是否成功，所以在菲林時代拍天文照片是一項高難度的活動。而到了數碼攝影的年代，感光元件取代了菲林，電子訊號代替了化學試劑，天文攝影才變得更加簡單，令更多的人可以嘗試天文攝影。

不同於菲林利用鹵化銀的銀離子捕捉光子，感光元件利用像素上的微小電晶體來個別捕捉每個光子。電晶體會吸收並放大捕捉光子轉換而來的電荷，接著再透過電線傳送信號。光子愈多信號就愈大，我們在螢幕中看到的影像便會愈光。所以對於深空天體等暗淡的影像，我們會用長時間的曝光來讓更多深空天體的光子到達相機的感光元件，從而成像。

但是感光元件只能分辨有沒有光子，卻不能知道光子是甚麼顏色——所以最初的數碼相機拍出來的照片會是黑白照片。要拍攝彩色照片，科學家在感光元件上放置彩色濾光片陣列，最常見的是拜耳陣列。拜耳陣列把紅綠藍三色濾光片按一定排列讓紅綠藍的光分別進入到相鄰的像素中，最後再以軟件插值計算出每個像素的顏色。

拜耳陣列雖然可以很方便地拍攝到彩色影像，但是對於天文攝影，特別是深空天體攝影來說，拜耳陣列會減少長時間曝光的效率，比如在拍攝紅色的發射星雲時，我們只能使用其中四分之一的像素來感光，嚴重影響拍攝的效率。除此以外，拜耳陣列在插值時對於高對比，或者微小細節都容易造成問題，例如出現雜訊或者摩爾紋。對於哈勃太空望遠鏡等專業級天文望遠鏡，它的拍攝目標大多非常細少，而且需要非常長時間的曝光時間，因此它並不會使用拜耳陣列來拍攝彩色影像。

天文學家會使用多種濾鏡配合黑白相機拍攝深空天體，以哈勃太空望遠鏡為例，它在UVIS波段（紫外光-可見光）配備47塊濾鏡供科學家使用，科學家會搭配不同的濾鏡去拍攝深空天體，例如在拍攝仙女座大星系時分別拍攝紅、綠、藍三張的星系照片，再合併成一張彩色的照片；而在拍攝船底座星雲時則使用H-alpha、H-II及S-II窄頻度濾鏡拍攝，最後再用軟件把對應的顏色加上去。

對於天文學家而言，使用濾鏡拍攝深空天體還有一個好處，那就是可以通過調色，突出天體的細節：例如把使用S-II（深紅色）、H-alpha（紅色）及Ｏ-III（綠色）濾鏡拍攝的窄頻照片，以紅、綠、藍三原色來重新調色。這種調色便是我們俗稱的「哈勃色」。這種調色方法不只是好看，更能分辨硫（S-II）、氫（H-alpha）、氧（Ｏ-III）的分佈、可以幫助科學家研究深空天體，像是星雲的形成、原恆星的誕生等課題。

除了哈勃色以外，天文學家還會以紅外影像或者不同元素的發射線組合成一張假色影像。例如下圖中的創生之柱的紅外影像可以幫助科學家分析早期恆星誕生的原理——而這在可見光波段只能看到一大片的塵埃。2021年底發射的James Webb 太空望遠鏡（JWST）主力拍攝紅外光影像，在它拍攝的首批影像中我們可以看到NGC 3132，南環狀星雲的紅外影像——當然這也是假色影像——穿透了星雲中的塵埃，看到整個星雲的結構。

假色是天文學家拍攝天體照片時常常使用的一項工具，他們利用假色影像去分析天體的結構、組成以及真實色彩中難以發現的特徵。所以當大家下次在欣賞NASA放出的照片時不妨思考一下照片用了甚麼濾鏡、如何調色吧！

天文導師
王力

參考資料:

1. First Images from the James Webb Space Telescope
   https://www.nasa.gov/webbfirstimages

2. “Pretty Pictures”: The Use of False Color in Images of Deep Space
   https://ivc.lib.rochester.edu/pretty-pictures-the-use-of-false-color-in-images-of-deep-space/

3. Southern Ring Nebula
   https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_443.html

4. Hubble Filters WFC3
   https://wfc3.gsfc.nasa.gov/tech/filters.html

熒惑守心

熒惑，火星在中國古時的名稱，取其顏色熒熒如火，亮度和位置變化較大，使人迷惑的意思。太陽系各行星皆以相同方向繞太陽公轉，從地球上觀看，它們大部分時間會在天球向西慢慢移動，稱為「順行」。由於各行星公轉周期不一，行星間相對位置改變時，我們觀測各行星的視線亦隨之改變，就會發生轉向的現象。

當行星在天球上轉向時，視運動顯著減慢，稱為「留」，中國古時又稱「守」。兩次轉向之間向東移動時稱為「逆行」。期間，當外行星運行至與地球和太陽連成一缐，即是從地球看來行星位處太陽相對的位置時，這情況稱之為「衝」。衝發生時，行星整夜可見，視直徑和亮度都幾乎達到最高，而位相亦達至圓滿，是觀測的最佳時機。

火星於2016年4月17日開始逆行，5月22日衝日，相位達1.0（即受陽光照射的一面100%向著地球），視直徑18.4角秒。由於火星軌道的偏心率較大（0.093，地球軌道的偏心率0.016），本年最接近地球時不是成一直線的火星衝，而在5月31日，比衝時近了約100萬公里，離地球7528萬公里。火星繼續逆行至6月30日，屆時視直徑已降至16.3角秒。

火星在4月17日「留」在中國星官—心宿的範圍內，故又稱為「熒惑守心」。心宿即現代通用星座天蝎座的心臟部分。由於居中的心宿二（又名大火）是顆明亮的紅巨星，心宿亦代表蒼龍的心臟。歷朝古人都把心宿二視為皇帝，旁邊兩星分別是太子和庶子，故此把火星在心宿轉向視為「天罰」，有危難威脅到帝皇的啟示。他們把「熒惑守心」解讀成凶兆，諭意災難發生。歷代史書記載多次在「熒惑守心」的年分出現帝崩、戰亂、天災等情況。現代人得知天體運行的規律，經過學者考證後，中國史書中的「熒惑守心」竟逾半有誤，不少更未被記錄。這比其他天象的錯誤率顯著地高，當中特別附帶「凶兆」的，相信部分是被刻意偽造天象記錄，以迎合當時的政治需要。後世應以史為鑑，證明迷信、流言，也敵不過千百年後理性的考驗。

中國歷代朝廷的支持，讓天文觀測、曆法的知識一度走在古文明的前端，協助農業社會的發展，多次改進曆法和天文儀器亦體現對知識和事實的尊重和探求的一面。面對盲目迷信的思維，要罔顧事實弄虛作假，事事借天託古而非詳述理據，實在讓人感到可惜。倒不如藉此機會，好好欣賞天象的變化，學習自然之道。

延伸閱讀：

本週特寫—火星衝與視直徑
http://www.hokoon.edu.hk/weeklysp/1404_1.html

本週特寫—火星衝與會合周期
http://www.hokoon.edu.hk/weeklysp/1202_4.html

本週特寫—中國古天文略談﹕「天垂象，見吉凶」？
http://www.hokoon.edu.hk/weeklysp/1608_3.html
http://www.hokoon.edu.hk/?p=5085

熒惑—天文專頁
https://www.facebook.com/profile/100063771412106/search/?q=熒惑

參考資料：

1. 朱德權. (無日期). 宇宙的本質. 2016年4月13日 擷取自 香港太空館: http://www.lcsd.gov.hk/CE/Museum/Space/archive/EducationResource/Universe/framed_c/index.html
2. 李華聰. (2015). 二○一六年香港天文年曆. 香港: ALMANAC RESEARCH GROUP.
3. 陳己雄. (2007). 中國古星圖. 香港: 香港太空館.
4. 黃一農. (2004). 社會天文學史十講. 上海: 復旦大學出版社.
5. 臺北市立天文科學教育館. (2015). 天文年鑑 臺北: 臺北市立天文科學教育館.
6. 齊銳、萬昊宜. (2013). 漫步中國星空. 北京: 科學普及出版社.
7. 劉次沅、吳立旻. (2008). 古代「熒惑守心」記錄再探. 自然科學史研究, 27(4).

後記

2016年成文之際，太平洋兩岸發生震級逾7級的地震，正當關心災區情況之時，竟然有媒體把地震和熒惑守心拉上關系，藉此吸引眼球和點擊。這無疑是無視現有證據的論述，根據過去逾百年的地震記錄，無任何規律與行星運動有關，統計亦無顯示近年有增加的跡象。資料顯示平均每年發生8級地震一次、每月出現多於一次7級地震、6級以上的更是以隔日出現的密度發生，與罕見天象無關。請讓邏輯理性克服主觀感覺，讓虛妄迷信的謠言止於理智者。天災時常有，本來就是自然的一部分，人禍更加是可以避免的。與其胡扯濛糊焦點，無異於幸災樂禍，不如探討如何認識環境、做好防災應變、減少人禍出錯的方法。

參考資料：

U.S. Geological Survey. (2021, 9 30). Lists, Maps, and Statistics. Retrieved 9 30, 2021, from Earthquake Hazards:
https://www.usgs.gov/natural-hazards/earthquake-hazards/lists-maps-and-statistics

中央氣象署地震測報中心. (2017). 地震百問. 臺北: 中央氣象署地震測報中心.

香港天文台. (無日期). 香港天文台地震速報. 2016 擷取自 Twitter: https://twitter.com/HKOEARTHQUAKE5C

天文導師
曾展鈞

以好奇之名

火星探測器好奇號於2012年8月初登陸火星，當時全球新聞也不斷報導其進展。有沒有想過為甚麼要探索遙遠的天體？為甚麼要稱之為好奇？

2009年初美國進行提名比賽讓學生為最新的火星探測器命名，最後由當時12歲的小六學生馬天琪（Clara Ma） 在九千多份參賽名字中以「好奇號」勝出，並親身到工場為漫遊車寫上名字及簽名留念。

以下是她是為好奇號命名的短文：

“Curiosity is an everlasting flame that burns in everyone’s mind. It makes me get out of bed in the morning and wonder what surprises life will throw at me that day. Curiosity is such a powerful force. Without it, we wouldn’t be who we are today. When I was younger, I wondered, ‘Why is the sky blue?’, ‘Why do the stars twinkle?’, ‘Why am I me?’, and I still do. I had so many questions, and America is the place where I want to find my answers. Curiosity is the passion that drives us through our everyday lives. We have become explorers and scientists with our need to ask questions and to wonder. Sure, there are many risks and dangers, but despite that, we still continue to wonder and dream and create and hope. We have discovered so much about the world, but still so little. We will never know everything there is to know, but with our burning curiosity, we have learned so much.”

大意為：「好奇心是每個人心中永不熄滅的火焰，它讓我每天醒來也期盼著生命中驚奇的事。它是強大的力量，沒有它，就沒有今天的我們。我從小至今也在想很多問題：「為甚麼天空是藍色的？」、「為甚麼星星會閃？」、「為甚麼我是我？」而美國是我找尋眾多問題答案的地方。好奇心是推動我們活著的熱情，發問和好奇使我們成為開拓者和科學家。雖然會遇上險阻和危機， 我們仍會好奇、夢想、創作和盼望。我們已發現這個世界很多事，但還是十分有限，我們不可能得知所有事，但懷著一直燃燒的好奇心，我們已學會了很多。」

好奇心是我們與生俱來的本能，從小我們就不斷探索未知的領域，人類也因此得以生存。何時開始，我們的好奇心漸漸熄滅，事事講求即時表面的效果？不問「為甚麼？」，而問「有乜用？」。科學探索往往朝著人類未知的方向前進，那是甚麼，或者其應用也是現時無法想象的。

還有一篇漫畫和一篇科學老師的文章值得和大家分享：

SMBC Comics

求知作為一種價值

天文導師
曾展鈞

從地開始

人類長久以來只在地球居住，如何理解地球以外的天體？
要了解宇宙中的物體，我們首先要好好了解自己所居住的地球。人類透過在地球上了解各種事物，找出自然的法則，從而把這些法則應用到其他星體或宇宙不同的角落，需要時因應地球外的認知去反覆改良和修正理論。期中的例子多不勝數。

三百多年前尼古拉斯‧史丹諾（Nicolaus Steno）提出部分地層學（stratigraphy）原理開始，經歷數百年演變，現在地層學已成為透過地殼上的地質地貌特徵，了解地球過去歷史的一門學問，其推論亦基於以下兩個基本的地層學原理：

地層層序定律（The Principle of Superposition） — 史丹諾在1669年提出，沉積物未受干擾時，因地心吸力而以水平狀態沉積，形成新的地層。新的地層會疊加在舊有地層之上，形成最古老的地層在最底層，最新的在最頂層。如發現地層不如定律描述，即地層受到其他因素影響或被地層形成後的地殼活動改變。

化石層序規律（The Principle of Fossil Assemblages） — 英國地質學家威廉‧史密夫（William Smith）指出相同的地層排列可在不同地點觀察或預計得到，而含有相同化石組合的地層會在相同的年代形成。這使不同地方的地層能夠互相比較、引證、補足。例如在含有較完整地層的地方，我們得知盾皮魚是泥盆紀（Devonian,417-354百萬年前）的生物，而在香港最古老的地層中找到盾皮魚，我們可以推論，該地層在泥盆紀形成。

除兩個基本原理，另外兩個原則可以協助推斷岩石形成及地質事件的先後次序：

相互切割關係原則（The Principle of Cross-cutting Relationships） — 較新的地質事件形成岩石或地質特徵，會切割現存的岩石。例如岩層上的斷層和入侵，必然發生在岩層形成之後。

包含碎塊原則（The Principle of Included Fragments） — 被岩層或岩石包含的石塊，必然較岩層年老。例如火山岩中包含一塊雲石，該雲石則早於火山岩形成。

地層學和地質學的知識，不單可以幫助我們了解地球，更可以引伸到其他如地球、火星、月球、小行星等擁有固體表面的天體使用。例如上圖月球的環形山 A和B，我們已可以簡單的使用相互切割關係原則，得知B比A遲形成，並切割部分環形山A。越細緻的測量，就可以知道更多該星體的結構和歷史，從而幫助架構太陽系和行星系統的演化。

還有一個關於登月和地質的小故事，上世紀中期，一位年青人立志成為登月的其中一員，他就攻讀地質學，成為研究月球地質和隕石撞擊的專家。他提出隕石撞擊理論解開月球和地球上環形山形成之謎，現時這些地貌已常稱（隕石）撞擊坑（impact crater），被譽為天體地質學（astrogeology）之父。別人問他為何不是攻讀天文學或航天工程，他就說月球上只有岩石，一定需要地質學家登月研究。後來他成為其中一位候選登月太空人，但因患病而被迫退選，改為訓練太空人的地質工作。他就是著名地質學家、行星科學家—舒梅克（Eugene Merle Shoemaker），由於他對月球研究的貢獻，他的部分骨灰被放上了太空船，撞上月球結束任務，成為至今唯一葬在月球的人。

延伸閱讀
The Geological Society – Year of Space
目代邦康 — 一看就懂！有趣的地層學

天文導師
曾展鈞

太空法與和平

二十世紀初，人類開始發展進入太空的科技時，已考慮到飛行器在太空無可避免掠過各國上空，帶來國際間的協作和法理問題。由於當時科技未能達此水平及未有合適的國際協商平台，此方面未有進展。

直至二十世紀中葉，聯合國成立，前蘇聯與美國先後發射人造衛星開展太空科技競賽，為太空管理協作帶來迫切需要。聯合國和平利用外太空委員會（United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space，COPUOS）於1958年成立，在1966年制定《關於各國探索和利用包括月球和其他天體在內外太空活動的原則條約》（1967）（簡稱外太空條約，The Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space, including the Moon and Other Celestial Bodies) 供聯合國成員簽署。條約是國際太空法及相關國際公約的基礎，包括以下各國參與太空活動的原則（意譯節錄）：

• 探索和利用外太空應為所有國家和人類謀福利；
• 各國應在平等的基礎上，根據國際法自由地探索和利用外太空，自由進入天體的一切區域；
• 不得宣稱或提出主權要求，使用、占領或以其他任何方式把外太空或天體據為己有；
• 不可在繞地球軌道及天體外放置或部署核武器或任何其他大規模毀滅性武器；
• 月球及其他天體只可用作和平用途；
• 航天員應當作人類的大使，發生意外事故、遇險或緊急降落時，應給予一切可能的援助；
• 各國應對其航天活動承擔國際責任，包括政府部門或非政府機構進行的活動；
• 各國射入外太空的物體，登記國須對其在太空的物體及其破壞負責；
• 各國航天活動應避免外太空及其他天體遭受有害的污染。

建基於「外太空條約」及相關的國際法，太空上的紛爭看來比地上少，國際間的合作亦顯得特別重要。數十年間太空探索、利用等協助通訊、地球探測、科研等急速發展，有賴太空法的保障並不斷增修，推進各和平領域的發展，謀求造福人類。雖然近年存在對太空法未能追上太空商業和軍事發展的質疑，人類需要多方互相尊重和協商，確實遵守條約，才能促進國際間和平互利的合作。

或許，人類毫無紛爭的未來仍要所有人一起想象和實現。

（彩蛋在 3:06）

參考資料：

United Nations Office for Outer Space Affairs. Space Law Treaties and Principles. 2017. http://www.unoosa.org/oosa/en/ourwork/spacelaw/treaties.html 

United Nations Office for Outer Space Affairs. The Outer Space Treaty. 1966. http://www.unoosa.org/oosa/en/ourwork/spacelaw/treaties/introouterspacetreaty.html 

Howell, Elizabeth . Who Owns the Moon? | Space Law & Outer Space Treaties. 2017年10月27日. https://www.space.com/33440-space-law.html

註：本文未有完全採用官方翻譯及簡化以便讀者理解，原文可參考上列資料。

天文導師
曾展鈞

天文鐘

「夏、商、周三代以上，人人皆知天文……」或許你聽過以上的說話，這是明末學者顧炎武在《日知錄》所記。古人生活與天象悉悉相關，觀天象以授時、知時令，雖然沒有現代科學的理論和認知，但古人對環境的變化卻是親身的體會。現代城市人則終日藏身於不見天日的石屎森林之中，較少感受環境、天象的變化。

筆者早前收到朋友從捷克帶回來的禮物——布拉格天文鐘（ Prague Orloj ）的模型。此鐘建成逾六百年，安裝在老市政廳外牆，不單為布拉格的居民報時，更利用當時的天文知識和機械工藝，在鐘面顯示日出日落、曙暮光時間、月相、月球和太陽方位等實用天文資訊。或許你會認為那不是很特別的事，現在使用互聯網和電腦程式，很方便就可以在從電腦、手提裝置等獲得這些資料。但以六百年前的天文、數學、計時等技術長時間預測天象經已很不容易，還要把這些資料透過複雜的機械顯示在運行的鐘面上，是經歷長時間觀測和研究，智慧和技術的結晶，並展示當時的宇宙觀和文化。在2010年，紀念鐘樓六百週年，製作了一影片投射在鐘樓正面播放，展示鐘樓的建造、內部結構、受戰火摧毀、重建，與城市共同經歷的歷史。同年亦發佈了這個天文鐘的手提裝置程式，給更多人接觸。

中國也有同類型的鐘嗎？

在北宋建造的水運儀象臺，以水力推動，集報時、星象模擬、觀星台於一身，較西方的天文鐘早數百年出現。唯因受戰亂破壞，遺留的資料未能讓後世完全彷照製造，無法知其全貌。

天文導師
曾展鈞