火星衝與火星任務
火星衝與火星任務
火星衝前後都是觀測火星的最佳時機，過去人類要暸解火星都必定會好好把握每26個月一次衝的機會。1877年，意大利天文學家斯基亞帕雷利（Giovanni Virginio Schiaparelli）趁著火星大衝透過望遠鏡詳細觀測了火星，他留意到其表面有明暗不一的特徵並繪成火星地圖，更命名了火星的「海洋」、「陸地」和「水道」等名字。直到二十世紀太空競賽時代，火星無人探測器傳來了清晰的火星相片，終於揭開火星乾燥而荒蕪的真面目。時至今日，人類對火星探索的興趣從未間斷，每隔一陣子就會送出無人探測器前往火星，經常帶來教人興奮的新消息。
那麼，你又知道什麼時候才是探索火星的最佳時機嗎?在火星衝時發射探測器又有優勢嗎?請先看看以下一些成功抵達火星的任務資料。
| 火星任務 | 發射日期 | 抵達/著陸日期 | 火星衝日期 | 距離(AU) |
| 火星奧德賽號
Mars Odyssey (NASA) |
2001年4月7日 | 2001年10月24日 | 2001年6月13日 | 0.456 |
| 火星探測漫遊者-精神號Mars Exploration Rover Spirit (NASA) | 2003年6月10日 | 2004年1月4日 | 2003年8月28日 | 0.373 |
| 火星偵察軌道器 (NASA)
Mars Reconnaissance Orbiter |
2005年8月12日 | 2006年3月10日 | 2005年11月7日 | 0.470 |
| 鳳凰號火星探測器Phoenix (NASA) | 2007年8月4日 | 2008年5月25日 | 2007年12月28日 | 0.600 |
| 火星科學實驗室-好奇號Mars Science Laboratory Curiosity (NASA) | 2011年11月26日 | 2005年8月12日 | 2012年3月3日 | 0.674 |
| 火星軌道探測器
Mars Orbiter Mission(ISRO) |
2013年11月5日 | 2014年9月24日 | 2014年4月8日 | 0.621 |
| 火星探測計畫
ExoMars (ESA & IKI RAN) |
2016年3月14日 | 預計2016年10月 | 2016年5月22日 | 0.509 |
資料來源﹕ http://mars.nasa.gov/programmissions/missions/log/
即使我們都知道要把握火星衝時才啟動任務，但原來前往火星的旅途至少要花上6-8個月甚至更長時間，所以火星任務的發射日期卻大有學問。簡單來說，探測器要盡量選一個最有效率的軌道航行，才是前往火星的最佳路線。早於1925年，德國物理學家霍曼(Walter Hohmann)提出了霍曼轉移軌道，此理論提供了最有效率的軌道方案。
霍曼轉移軌道是一道橢圓形的軌道。假設地球和火星的軌道均是圓形和處於同一平面，霍曼轉移軌道以太空船發射時的地球位置作為近日點，沿地球運行方向作加速，令太空船抵達火星軌道並以此時的位置作為遠日點。以此橢圓軌道，我們就可以大約知道前往火星的發射窗口(Launch Window)。
根據開普勒定律，軌道周期(P)平方和半長軸(a)立方成正比，P² = a³
半長軸a 即是圖中 (地日距離 + 火日距離)/2 = (1AU+1.52AU)/ 2 = 1.26AU
*這裡假設火星是圓形軌道，半徑1.52AU
所以，求得霍曼轉移軌道周期 P = a3/2 ，P = 1.414 年 = 516日
所以，以霍曼轉移軌道由地球前往火星需要P/2 = 258日
假設火星公轉一周需687日， 由太空船發射到抵達火星要花258日，即是火星運行了 360∘x (258/687) = 135∘
那麼，太空船發射時(地球-太陽-火星)的夾角是 180∘-135∘ = 45∘
即是，前往火星的太空船發射窗口大約在地球太陽火星成夾角45∘時
上述只是假設地球和火星的軌道均是圓形的簡單軌道運算，而實際火星任務的發射窗口介乎火星衝前2-3個月左右。
假如太空人按照上述霍曼轉移軌道成功前往火星，那麼他們若利用霍曼轉移軌道返回地球，需要在火星生存多久才等到前往地球的發射窗口呢?
天文統籌
許浩強老師
沙漠中的濕地保育區
沙漠中的濕地保育區
阿拉伯半島上的阿拉伯聯合酋長國位處熱帶沙漠氣候地區，平均年降雨量只有大約60亳米，是香港的40份之一 (香港平均年降兩量2000多亳米)，每年亦只有大約10天會降雨；5至9月平均最高温度在攝氏40度以上，其他月份也徘徊在攝氏30度左右；但那裏居然有一個保育價值極高的濕地，就是 Al Wathba Wetland Reserve。
Al Wathba Wetland Reserve 位處阿布扎比 Abu Dhabi (阿拉伯聯合酋長國首都)東南方約40公里遠，面積很小、只有約5平方公里 (香港米埔拉姆薩爾濕地佔地15平方公里)。1989-1990的冬季的大雨令該處被水淹浸，引來大量鳥類，該處的生態從而引起各方關注，並開始進行大量生態調查研究。1999年被當地政府劃為保育區，由阿布扎比環境局加以管理；2013年更被聯合國教科文組織確認為拉姆薩爾濕地 Ramsar Site。
Al Wathba Wetland Reserve 主體由一個岸線長約五公里的鹽湖構成，冬季水量較多，平均水深1米左右，水內含大量豐年蝦Brine shrimps 和其他浮游生物，提供重要食糧給多種鳥類。為確保有效控制水量，管理當局會在需要時注入清水，而清水全部源自經過三級處理的生活廢水。阿布扎比的生活廢水，會 100%被收集和處理，淨化後成為清水，儲存起來，平時主要用作清洗街道設施、灌溉等用途。
目前在保育區錄得雀鳥236種，不少是瀕危物種，最受注目的其中一種是紅鸛 Greater Flamingo，在高峰期多達3000隻紅鸛在些棲息覓食；一部份的紅鸛更在區內繁殖，而此處更是唯一在阿拉伯半島上有紅鸛繁殖的地方。此外，還有15種爬行類、10種哺乳類、354種無脊椎動物；植物就有39種。
除了生態保育，Al Wathba Wetland Reserve 亦提供場所作科學研究，特別是某些鳥類的遷移路線的追蹤研究；同時區內亦已加設觀賞路徑和導遊設施，讓公眾可以在特定時間內實地參觀了解。
這個小小的濕地保育區，除了發揮在沙漠中生態保育的積極作用，同時亦大大提升阿布扎比的國際形象，展示了政府在保育政策的決心所產生的巨大無形價值。上月，筆者有幸隨團入內參觀，感受深刻，在此分享。
饒戈
生物科教師
火星衝與會合周期
火星衝與會合周期
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，行星差不多整夜可見，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。
2012年火星衝你可能會問，火星是最接近地球的外行星，那為什麼火星衝要隔兩年多才會發生一次，而其他行星衝的周期又如何﹖
這問題關乎太陽系行星的公轉速度及行星會合周期(Synodic Period)的概念。簡單來說，會合周期的長度等於行星或衛星與太陽及地球三者連成一缐後，下次再出現同樣排列情況的所需時間。以月亮為例，地月的會合周期等於從滿月至滿月之間、或新月至新月之間的時間間隔，就是29.53天。而火星與地球的會合周期等於一次衝與下一次衝之間的所需時間。由於太陽系八大行星的公轉速度不一，所以地球與各行星的會合周期各不相同。
假設地球的公轉周期為E，地球每天在軌道上運轉了360°/E。而設外行星的公轉周期為P，它每天在軌道上運轉了360°/P。根據行星運動定律，我們知道愈是遠離太陽系中心的行星，其公轉周期愈長。所以地球的運轉速度比外行星快，在達到下一次衝前，地球必然已公轉了一周。那麼地球即共要運轉360°+ n° 才能追逐
到外行星，從而發生衝的現象。所以假設會合周期為S，地球運轉了360°+ n° = 360°/E x S，而外行星則運轉n° = 360°/P x S。
從以上可得出方程1+ S/P = S/E,
所以 1/S = 1/E-1/P
例如火星的公轉周期為687日，那就可以計算出火星與地球的會合周期約為779日。而外行星的會合周期分別為﹕
| 火星 | 木星 | 土星 | 天王星 | 海王星 | |
| 公轉周期(日) | 687 | 4,332
(11.9年) |
10,760 (29.5年) |
30,690 (84.0年) |
60,190 (165年) |
| 會合周期(日) | 779 | 398.9 | 378.1 | 369.7 | 367.5 |
由此可見，愈是遠離地球的行星，發生衝的周期相對愈短。現在假設水星和金星的公轉周期分別是88日和225日，你可以知道它們和地球的會合周期嗎?
天文統籌
許浩強老師
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從証實重力波的存在看廣義相對論經典實驗
從証實重力波的存在看廣義相對論經典實驗
1916年愛因斯坦發表的廣義相對論重新定義了物理學的時間及空間，並提出重力是質量影響時空(space-time)結構所呈現出來的。現在，廣義相對論已成功解釋了種種關於引力的現象，包括跌下的蘋果、行星的軌道、逐漸遠離的星系、重力透鏡等，以及2016年初，天文學家團隊直接觀測到重力波的發現，證實了一百多年前愛因斯坦對重力波存在的預示。透過重力波觀測宇宙是科學發展的重要一頁。
其實早於百年前愛因斯坦已寫下可以驗證廣義相對論的幾個經典實驗，包括星光經過太陽附近會偏折、水星軌道的近日點進動，以及重力紅移現象。
第一個證實並且令廣義相對論揚名世界的實驗發生在1919年的日全食。科學家愛丁頓 (Sir Arthur Stanley Eddington) 在西非普林西比島 (Príncipe) 以電報向全世界傳送他的日全食觀測結果。他成功觀測到遙遠星光受到太陽的引力影響而彎曲，而彎曲的幅度與廣義相對論的計算結果吻合，且與傳統的牛頓力學有兩倍之多的差異。而現今我們稱這種利用大質量天體來偏折光線的情況為重力透鏡效應(gravitational lensing)，成為了探索宇宙的新利器。
另一方面，法國天文學家勒威耶(Urbain Le Verrier)於1859年發現水星軌道近日點的進動(Precession)情況與理論值有所偏差，實際觀測到的數值並不能完全利用牛頓力學計算來準確解釋。他甚至認為有一顆稱為火神星(Vulcan)的未知天體位處在太陽和水星之間，水星的軌道因此受其擾動影響。直至廣義相對論出現以後，人們終於知道根據廣義相對論能計算出吻合的水星近日點進動數值，此為驗證廣義相對論的重要證據之一。
1959年，哈佛大學進行了著名的龐德–雷布卡實驗（Pound–Rebka experiment），成功驗証了廣義相對論預示的重力紅移現象 – 光的頻率會在重力場中不同的地方而改變﹔亦即等於時鐘在重力場中不同的位置有不同的運作速率。重力紅移現象在我們每次使用GPS服務的時候其實亦積極發揮作用。因為GPS衛星在計算位置時，必須同時考慮相對性效應，以確保測量結果的精準。
在這百多年間，經過了無數科學實驗的挑戰，依然未能夠動搖廣義相對論的準確性。2016年激光干涉儀重力波觀測站（Laser Interferometry Gravitational Wave Observatory, LIGO）首次成功各自直接偵測到重力波，實驗結果再一次加深了廣義相對論的可靠性。始創人羅奈爾特．德雷弗 (Ronald Drever)、基普．索恩 (Kip Thorne)、雷納．韋斯 (Rainer Weiss)亦得到2016年度邵逸夫天文學獎，以表彰他們對LIGO的構思和設計。
延伸閱讀：
Einstein Centenary
http://www.light2015.org/Home/CosmicLight/Einstein-Centenary.html
The Mysterious Orbit of Mercury I The Great Courses
https://www.youtube.com/watch?v=hSXNE0pNtr8
天文統籌
許浩強老師
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香港街道拾趣-天文篇
香港街道拾趣-天文篇
香港共有四千多條街道，如若細心觀察，不難發現饒富趣味的街道名稱。以下列出了一些與天文學頗有關係的街道名字，其中部分是以星體天象命名的街道，而有一些則只不過是湊巧地與天文名詞類同而已。下次逛街的時候，不妨多加留意身邊事物，可能會發現到更多天文道路。
| 街道名字 | 所在地區 | 原意 | 相關的天文含意 |
與太陽系天體相關之街道名稱 |
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| 日街
Sun Street |
灣仔 | 為配合灣仔 發電廠落成而以《三字經》中「三光者，日月星」命名的街名組合 | |
| 月街
Moon Street |
灣仔 | ||
| 星街
Star Street |
灣仔 | ||
| 朗日路
Long Yat Road |
元朗 | ||
| 旭日街
Yuk Yat Street |
土瓜灣 | ||
| 朗月街
Long Yuet Street |
土瓜灣 | ||
| 水星街
Mercury Street |
北角炮台山
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| 木星街
Jupiter Street |
北角炮台山
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| 太白臺
Tai Pak Terrace |
西環 | 以著名詩人李白命名 | 中國古時稱金星為太白星，又稱日落後的金星為長庚﹔日出前為啟明。 |
| 長庚里
Cheung Kan Lane |
西環
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| 啟明街
Kai Ming Street |
土瓜灣
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| 彗星道
Comet Drive |
九龍城 | 位於前啟德機場一帶，以飛機型號命名的街名之一 | |
與銀河相關之街道名稱 |
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| 銀河徑
Ngan Ho Path |
彩雲 | 中國古人視銀河為天上的漢水，故又稱銀河為雲漢、銀漢等等。 | |
| 天河路
Tin Ho Road |
元朗天水圍 | ||
| 銀漢街
Ngan Hon Street |
土瓜灣 | ||
| 雲漢街
Wan Hon Street |
觀塘 | ||
| 雲漢里
Wan Hon Lane |
觀塘
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與星座相關之街道名稱 |
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| 天龍路
Tin Lung Road |
元朗天水圍 | 天龍座 Draco –全天第8大星座，盤據於北天極小熊座旁。 | |
| 天壇街
Tin Tan Street |
元朗天水圍 | 天壇座Ara – 位於天蝎座南方的一個細小星座。 | |
| 麒麟徑
Kei Lun Road |
屯門 | 麒麟座Monoceros –形態為獨角獸，位於獵戶、大犬及小犬之間。 | |
| 孔雀道
Peacock Road |
北角 | 孔雀座Pavo–為12個於1595至1597年間由荷蘭航海家凱澤及豪特曼觀測和創立的南天星座之一。 | |
| 三角街
Triangle Street |
灣仔 | 因為東面的一幢住宅建築物群地段形似三角而名 | 三角座Triangulus–最亮的三顆恆星組成的瘦長三角形，位於白羊座北方的細小星座。 |
| 雙魚路
Sheung Yu Road (已取消) |
上水 | 現已改名為新運路San Wan Road | 雙魚座Pisces–13個黃道星座之一，與飛馬座相鄰，現時春分點所處的星座。 |
與中國星官相關之街道名稱 |
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| 北河街
Pei Ho Street |
深水埗 | 以中國城市及省命名的街名
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位於雙子座，共有三顆星的星官。其中北河二、北河三是雙子座中最明亮的恆星，分別代表雙生兒的頭部。 |
| 文昌街
Man Cheong Street |
油麻地 | 位於大熊座，共有六顆星的星官。文昌是天宮中六個重要的官員或部門。 | |
| 長沙街
Changsha Street |
旺角 | 位於烏鴉座中的一顆五等星，原意為一郡國的名字。 | |
其他 |
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| 天文臺道 Observatory Road | 尖沙咀 | 因香港天文台總部設在附近而得名，天文臺道建成於1906年。 | |
| 天文臺圍Observatory Court | 尖沙咀 | ||
冬日之花
冬日之花
花是植物最美的部份，也是最討人歡喜的觀賞對象。
別以為香港冬天沒有花可賞，根據漁農自然護理署轄下的「香港植物標本室」所管理的「香港植物資料庫」網上版，若以12月為開花月份進行搜查，結果顯示有220個不同的植物品種；若以1月為開花月份進行搜查，結果顯示有110個不同的植物品種；若以2月為開花月份進行搜查，結果顯示有220個不同的植物品種。
植物開花都是為傳播花粉，然後結果，達到繁衍的目的。夏季有比較多能傳播花粉的昆蟲在活動，所以相對比較多植物選擇在夏季開花；但在香港，冬季依然有不少昆蟲活動，所以亦有植物選擇在冬季開花。另外，冬季陽光比較弱，光合作用速度減慢；平均温度較低，植物新陳代謝速度亦減慢，部份植物甚至選擇落葉然後進入休眠狀態，所以開花的條件相對是比較差。然而，香港位處熱帶北緣，的冬天温度不太低，基本上不會低至冰點，低於攝氏十度也不過是每年十數日，所以還有很多植物在冬天依然可以正常生長。
只要帶著欣賞大自然的眼光，就會發覺香港冬天的植物世界還是生機勃勃的。
生物科教師
饒戈