恆星光譜簡史（History of Stellar Spectra Classification）
臺北市立南湖高中地球科學教師吳昌任/國立台灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

相較於人類的壽命而言，恆星過完一生所需的時間長了許多。我們雖然無法像在生物實驗室中，可以從頭到尾觀察到恆星一生的變化，但不同時空所構成的星空，也提供了不同組成、不同演化階段的星空樣本，就像是看到生物的不同成長階段一樣。如何分門別類並拼湊出前後順序，是天文學家一直在努力的目標。也因為如此，天文學家持續發展出不同的觀測技術與理論，就是要瞭解這看是雜亂無章，但資料卻又極為豐富的宇宙。

人眼可以看出星星有不同的顏色與亮度，光憑這樣是無法更進一步解釋觀測到的劇烈現象，例如：超新星爆炸。將其他學科知識導入到天文領域，就成了基礎科學的最佳應用，也是天文學家不需到達現場就可以知道恆星大小事的依據。

當牛頓利用三稜鏡將日光分成彩虹，再以相同方式合成回 日光後，人類開始接觸光譜的雛形。直到十九世紀中，地面的實驗室以更容易觀測光譜的儀器，發現不同物質燃燒所發出的光皆有不同的特徵亮線，這些亮線稱為譜 線。每一種物質的光都有特定波長的譜線組，整理出一套物質的光譜後，天文學家也將此應用到星光上，只是星光極為微弱，需要更大口徑的望遠鏡收集更多光線 後，才能將天體光譜的解析度提高到足以分辨。天體光譜有些看起來極為相似，有些卻大大不同，於是將天體光譜分類就成了十九世紀天文學的重要發展。

早期利用不同譜線的強度差異、有無來作為判斷依據，並記錄下大筆資料的就是哈佛大學的天文學家Cannon（Annie Jump Cannon）女士。

由於剛開始做恆星光譜分類時是以氫譜線的特徵為準，依其強弱以英文字母的順序從A標示到M，後來發現按照氫譜線的強弱排序後，無法與恆星表面的絕對溫度對應。依研究需要改以恆星溫度由高到低排列後，恆星光譜類型順序就變成了OBAFGKM。

發光物體溫度越高，其所發出可見光的藍光部份比例較高，所以呈現偏藍色，溫度越低則越偏向紅色，依此與光譜順序對照，就不難發現O行星是偏藍色的星星，而M型星則是偏紅色的。每個光譜類型底下有不同的細分方式，這都是為了將恆星光譜盡量的分類所衍生出來的。

後來的約克（Yerkes）光譜系統則主要是著重在恆星發光能力來作為區分，由強到弱以羅馬數字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示（如下表），同時也結合哈佛光譜分 類系統將恆星光譜做更細的分類（附表）。以太陽為例，其光譜類型為G2Ⅴ，G2代表太陽是一顆溫度大約為6000　K的恆星，而V代表其發光能力屬於矮星 級的。

約克光譜系統的發光等級分類
代號        名稱                              次分類
Ⅰ        超巨星（Supergiants）          Ia
Ib
Ic
Ⅱ        亮巨星（Bright giants ）
Ⅲ        巨星（Giants）                Ⅱ-Ⅲ
Ⅲa
Ⅲab
Ⅲb
Ⅲ-Ⅳ
Ⅳ        次巨星（Subgiants）
Ⅴ        矮星（Dwarfs）
（The Classification of Stars, Carlos Jaschek & Mercedes Jaschek, Cambridge University Press, 1987）

有了足夠的恆星光譜資料後，丹麥天文學家赫茨普龍（Hertzsprung）與美國天文學家羅素（Russell）不約而同的以發光能力為縱軸、光譜類型 或溫度為橫軸做成關係圖，發現大多數的恆星都集中在一條從左上方延伸至右下方的帶狀上，稱為主序星帶（main sequence），其餘的恆星則主要分佈在右上方與左下方。

河道平衡
新北巿立安康高級中學地球科學張亞君老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

影響河道平衡的因素有很多，包括自然現象，如山崩、地震等；也有人為的因素，如興建水庫、攔砂壩等。這些因素如果造成河床變化，進而改變了流水作用，就會改變河道的平衡。像是地殼抬升使得海平面相對下降，河流的侵蝕能力會隨之增強；或者山崩、土石流或火山熔岩等，阻塞河道形成堰塞湖，以及人工築堤、興建水壩、攔砂壩等，都會形成新的暫時侵蝕基準面，而使上游的河流流速減弱，而下游方向則相對增強。此外，如果在河床上開採砂石，形成河道上的窪地，會使窪地的上游方向河流侵蝕作用增強，這些都會造成河川作用的改變，並改變地貌。

台灣年雨量高達2500公釐，但降雨的時間與空間分布極為不均，加上陡峻的地勢，造成坡陡水急，雨水容易流入大海，水資源保存困難。為了保留較多的水源，往往在河川中、下游興建水庫。在持續的造山運動影響下，脆弱的地質環境，在地表累積了大量的泥、砂與礫石，容易在雨季隨著山崩和土石流，大量的衝入水庫，使水庫的蓄水量銳減，使用年限縮短。為了延長水庫的壽命，常會在上游的溪流裡興建攔砂壩，攔截自河流上游沖刷下來的砂石，減緩水庫淤積的速度。近年來，在水庫集水區的溪流，更是常常可以看見大大小小為數驚人的攔砂壩。

以興建於民國43年的石門水庫為例，在民國52年完工，原來預估每年泥沙的淤積量大約為80萬立方公尺。但是完工當年的9月，遭遇葛樂禮颱風侵臺，帶來了接近2千萬立方公尺的泥沙，遠超過預估的年淤沙量24倍之多。於是石管局開始著手進行石門水庫集水區的長期治理計畫，加強集水區的水土保持，一個接著一個的攔砂壩，也開始逐步興建。

大漢溪是石門水庫集水區的主要河川，河道上興建了三個大型的攔砂壩，約攔下95%的砂石量，對水庫的蓄水量有著重要的貢獻，如果沒有在上游攔砂，水庫的有效容量就會快速減少，對整個桃園地區和板新地區的用水，會有極大的影響。

但是，起初能發揮應有功能的攔砂壩，因為多數很快就被淤沙、礫石所填滿，需經常的進行清淤工程。然而，大多數的攔砂壩卻因地理位置與交通等問題，清淤相當困難，於是只好又在更上游處，再興建新的攔沙壩，以解決燃眉之急，因此，造成現在河流集水區出現這麼多攔砂壩的現象。

興建欄砂壩之後，在壩體的上游處，因為砂石堆積，造成河床坡度減緩、流速變慢（圖一中甲、丙處）；在壩體的下游處，則造成河床坡度落差變大，在豐水期間，流水的加速沖刷，使得河床受到強烈的侵蝕（圖一中乙、丁處），河谷兩側山坡坡腳長期受到挖蝕，會造成邊坡不穩，而發生崩塌。另外，像是大漢溪河道上的三個大型攔砂壩中的巴陵壩，於民國96年9月發生潰壩，更是直接威脅到中、下游地區居民的生命財產安全。

河流的侵蝕作用
新北巿立安康高級中學地球科學張亞君老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

許我以海枯石爛
許我以生生世世  滄海桑田
卻見涓涓溪水
滔滔江河
用日日夜夜的潺湲
化高山為深壑
用江河對海洋的奉獻
接續了精衛鳥未竟的遺憾
才幡然驚悟
變動
原是天地間唯一不變的永恆

大地的面貌豐富而多變，除了峻偉的山嶺令人仰望，還有遼闊的平原與蜿蜒的河流羅布其間。當每一次望見相同的山，每一次行經相同的河，每一次有心或無意的看著這些我們已然熟悉的地貌，很容易會感覺到天地的恆常，錯以為這些地景、地物，亙古不變。但是，在我們不一定能藉由直觀而意識到的部分中，來自地球內部的內營力，或者是來自外部的營力，都各自以溫和緩慢或者驚天動地的過程，持續改變這些看似不變的地形景觀。

圖一 大安溪侵蝕兩岸的岩層。

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極光（Aurora）的顏色
臺北市立南湖高中地球科學吳昌任老師/國立台灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

對於生活在高緯度地區的人而言，極光是相當容易看到的夜間景象。但是對於住在台灣的人來說，可就是非常陌生的名詞了。隨著交通的進步，以及國際旅遊的便利，在前往高緯度旅遊時，順便安排幾個晚上到沒有光害的戶外碰碰運氣，試試看能不能看到這樣的景象，不僅可以提高整趟旅遊的附加價值，也有機會增加一些出國的驚喜。

雖然在網路上搜尋一下，就可以看到別人所拍攝的極光影像或影片，但是因為一般狀況下極光並不是很亮，所以拍攝時需要曝光數秒鐘甚至數分鐘的時間才能累積足夠的光線。這些極光影像雖然可以顯現出比肉眼直接看到更鮮艷的極光色彩，但過長的曝光時間也使得極光的細微構造被模糊掉了，就像是夜間拍照時沒有開啟閃光燈或高感度功能，即使是用三角架將相機固定好，快速移動的被攝物體仍然會出現模糊的狀況一樣。所以，還是親眼看到的感覺比較真實。 Continue reading →

【2019諾貝爾物理學獎】宇宙學與系外行星
撰文／陳勁豪

2019諾貝爾物理學獎頒發給宇宙學與天文學領域。一半的獎金頒發給James Peebles以表彰他對理論宇宙學的貢獻。另一半的獎金頒發給Michel Mayor與Didier Queloz，以表彰他們發現繞行恆星的系外行星。 Continue reading →

8月21日日全食專題 (Topic for Sun Eclipse)

日食，又作「日蝕」^{「1」「2」}，包含了日全食、日環食及日偏食三種^「1」。日全食發生時月亮剛好完全遮蔽太陽，只露出太陽的美麗的外層大氣被稱為日冕。對美國的觀眾來說這是一種罕見的，千載難逢的事件。上次美國是在1979年觀察到日全食，下次要到2024年才會再有機會看到。日全食的路徑將從太平洋開始，通過了美國的中心移動。然後在大西洋結束。在俄勒岡州，愛達荷州，懷俄明州，內布拉斯加州，密蘇里州，肯塔基州，田納西州，北卡羅來納州和南卡羅來納州的部分地區可見。日偏食則是在南美洲北部以及大部分北美洲可以觀測得到。臺灣無法觀測到。

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荷蘭天文學家法比利薩斯觀測到太陽黑子 (Dutch astronomer Johannes Fabricius observes sunspots)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
（譯自APS News，2015年3月）

凡爾納 (Jules Verne) 在他的古典科幻小說《從月球到地球》(From the Earth to the Moon) 中提及一位 17 世紀的天文學家法比利薩斯 (Johannes Fabricius)。在小說中，法比利薩斯 (Johannes Fabricius) 宣稱他曾從望遠鏡中看到居住於月球上的外星人。外星人是虛構的，但法比利薩斯卻真有其人。這位荷蘭人是最先從望遠鏡觀測到太陽黑子的其中一位，也是最早確認黑子的人，貢獻雖小但卻很重要，因當時天文學正處於兩個競爭的太陽系模型的抉擇關頭。 Continue reading →

地球日 (Earth Day) 最早於1970年開始辦起。當初是由和平倡議者約翰·麥康諾 (John McConnell) 向聯合國提出，於1970年3月21日舉辦地球日，以向地球致敬並宣揚和平的觀念。不過我們現在在每年4月22日慶祝的地球日，則是在1970年4月22日於美國校園興起，並在1990年開始遍布全球，以關注環境議題為主的活動。

地球推測誕生於46億年前。至今這顆行星上充滿各式各樣的生物，也經歷過5次的生物大滅絕。這一次我們先從地球科學的角度開始，來認識地球吧。 Continue reading →