BTCK

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

地球X.0

近年，多個科學範疇持續有新發現進入筆者腦袋：

• 新發現類地球的岩石系外行星環繞著太陽等級的恆星；
• 系外行星新發現：衛星、大氣成分、活動等等；
• 各太空船在太陽系外圍的發現；
• IPCC繼續發表新報告。

踏入第21世紀隨著觀測技術和科學知識的進步，不斷發現太陽系以外的行星，至今已達數千個。部分有些和地球的一些特徵相似，例如：密度、質量、體積、圍繞與太陽類似的恆星、有可能保有液態水的條件等。傳媒、科研機構甚至用上「地球2.0」作報導。

如果把這些資訊過分解讀、甚至誤讀，可能會以為智人（Homo sapiens）已經能夠找到地球以外能夠居住星球，在不遠的將來能夠星際旅行到其他系外行星甚至移民。

返回現實，我們離認識可讓人類生存的星球還有很漫長的路。人類發射到最遠的探測器航海家1、2號花了近40年才離開太陽圈（heliosphere），要穿過廣義上太陽系外圍奧特雲，還要航行逾千年以上。要到達所謂的「地球2.0」，現時的無人探測器要花上千萬年才有望到達。而這些星球真的能夠讓人移居嗎？機會雖少，但宇宙之大，總不能排除這可能。首先人類要好好地活到那個時候吧。

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在2018年特別報告，提示人類活動很大機會將令全球溫度在本世紀中期比工業時代前上升1.5度以上，環境和氣候將會受到影響，帶來難以估計的災害。人類需要大幅減少溫室氣體排放及 2050 年達到淨零排放才有轉機。觀乎IPCC最新報告及各方進展，看來人類仍需更加努力。

地球作為孕育出人類的星球，其實在其四十多億年的歷史中，絕大部分時間都不是人類所適應的生存環境。剛好能活在這刻的地球，不要讓環境變得那麼快，應該好好珍惜生命和賴以維生的生態環境，讓人類適當地活到那個可以星際旅行時候吧。

Michel Mayor | Nobel Lecture |
Plurality of Worlds in the Cosmos: A Dream of Antiquity, A Modern Reality of Astrophysics

參考資料：

K.W.F. Lam et al. 2018/ K2-265 b: A Transiting Rocky Super-Earth. A&A, in press; arXiv: 1809.08869

Teachey, A. & Kipping, D.M. (2018). Evidence for a large exomoon orbiting Kepler-1625b. Science Advances, 4, 10. DOI: 10.1126/sciadv.aav1784

Calla Cofield & Jia-rui Cook (2018), NASA Voyager 2 Could Be Nearing Interstellar Space. Available from: NASA/JPL-Caltech, Web site: https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-voyager-2-could-be-nearing-interstellar-space [Accessed: October 10, 2018].

Intergovernmental Panel On Climate Change (2018), Global Warming of 1.5 °C – an IPCC special report on the impacts of global warming of 1.5 °C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty. Available from: NASA/JPL-Caltech, Web site: http://ipcc.ch/report/sr15/ [Accessed: October 10, 2018].

延伸閱讀：

United in Science

2018 全球環保新聞回顧

Final call to save the world from ‘climate catastrophe’

地球 1.0

Kepler-452b — 迄今最似地球系外行星　但不是「地球 2.0」

天文導師
曾展鈞

中國古天文略談﹕「天垂象，見吉凶」？

在風靡一時的電視劇《武則天》中，有一句深刻的台詞﹕「唐三代而亡，女主武氏代之」。這句話是由劇中當朝的太史令預言，他觀測天象時發現太白經天（即金星凌日），這句話意味女主興起，主張殺掉武媚娘，以杜絕唐滅的禍患。唐代太史令相當於現今天文台台長，負責觀測天象、氣象，但由電視劇中的台詞看來，古代天文台只是卜卦的地方，中國古代天文學就是這樣嗎？

古代天文台簡史

古代天文台歷代也有不同的名稱，在秦、漢年間天文台台長稱為太史令，唐代則設立太史局，及後改為司天台， 武則天當政時改名為渾儀監，明、清改為欽天監，欽天監監正負責管轄部門。古代天文台主要負責觀測天象、推算氣象及訂立曆法，官員稱為天官。其中，古代天文台掌管曆法及節氣，故人們也認為他們懂得占卜，能知天下事，因此受人們崇拜。「天垂象，見吉凶」此句話是出自易經，意思是大自然的變化，啟示了人間的吉凶福禍變化。古人相信「天人合一」，故當天象有異動，必與人事有關，因此每個朝代也會建立「天文台」，以窺探上天對人間的啟示，並視天文製曆為皇權之一。

古代天文異象

古代天文學家對天文異象十分重視，因此留下詳細的觀測記錄，如太陽黑子的記錄，日食記錄等。中國早在公元前140年已開始觀測太陽黑子，直至意大利天文學家伽利略在17世紀確認太陽黑子的存在，中國已有101次太陽黑子觀測記錄。此外，商代甲骨文中，已記載了日月食的記錄，在唐代時古人更能準確預報日食。

中國古代天文學家對新星及超新星的記載甚為詳盡，在18世紀，西方天文愛好者發現蟹狀星雲（M1)，多年來天文學家不斷觀測星雲。19世紀的天文學家發現蟹狀星雲的位置，跟西曆1054年在中國宋朝時紀錄的「天關客星」一樣，當時只有中國、印度和日本有相關記錄，而中國的記錄最為詳細。古人稱突然出現一陣子又突然消失的星為「客星」，「天關」是金牛座牛角尖附近，在宋朝的一個清晨，人們看見了一顆客星在天關星附近出現，其亮度與金星相若，最光亮的時候更超越金星，持續二十三白天也能看見它的蹤影，直至兩年後，這顆超新星便消失了。當時宋代天文官員有這樣的記錄：

「嘉祐元年三月，司天監言：客星沒，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出東方，守天關，晝見如太白，芒角四齣，色赤白，凡見二十三日。」

可見中國是較早有詳盡記載新星及超新星的國家。

可是，最初發現的宋朝天官楊惟德以「天關客星」作占卜，告知皇帝當朝有賢明的君主，但客星漸暗後，便成為萬千書卷記載的軼事，到底天象占卜是否真的準確？從歷史中得知，中國古代會為一些天文異象予以解釋，如「熒惑守心」（火星在心宿轉向）代表皇帝會駕崩。古人又認為「五星連珠」是吉祥的天象，表示有明主出現，「五星連珠」是指金、木、水、火、土星由西至東近乎一直線地排列，不是常見的天象。歷史上記載的現象亦有失實，其中記載漢高祖劉邦元年曾出現一次「五星連珠」，但有天文學家推測此現象應該是在劉邦登基後次年出現，天文學家估計篡改天象是為了鞏固劉邦的地位。

中國古代天文學傳承

中國古代的天文的記載甚多，卻較少研究其科學原理，主要原因是當時的政治問題。在改朝換代的時候，戰火會把前朝文獻燒毀，前朝官員亦不時被殺害，使知識不易累積，後來讓西方超越。另外，古人相信天象與人文有莫大關連，因此古天文學與占星學說混為一談，引來政治紛爭的干涉，結果令天文官難在科學上更進一步。而當時皇室亦視天文學為國家機密，因此平民不能學習，以致中國天文學難以傳承，現代人只能從殘缺的書卷中揭示中國古天文學曾經有過的輝煌。

「五星連珠」及「熒惑守心」現象也在2016年出現，「五星連珠」更會出現兩次，分別在農曆新年時及西曆8月，而「熒惑守心」則於西曆4月出現。古人認為的大凶及大吉之兆在同年出現，若現在還是帝制的時代，這位命運坎坷的皇帝會是怎樣生活呢？

參考資料

國立成功大學 中國天文學發展簡史
http://sprite.phys.ncku.edu.tw/astrolab/New_page/e_book/history_c/history_c.html
http://sprite.phys.ncku.edu.tw/astrolab/New_page/e_book/astron_chinese/astron_chinese.html

中國氣象局官方網站 清代的天文台台長—— 欽天監正
http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdqxwq/kppdfycq/201211/t20121124_191873.html

《科學發展》2002年5月，353期，28－33頁
https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/c000003/detail?ID=85bb1ecb-dacf-4d4a-b8f3-215611827249
http://203.145.193.110/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9105/9105-05.pdf

暑期實習生
蔡芷晴

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