陳丕燊教授講的天文笑話弄錯星座了

傅雲欽     2017.06.18

 ▲ 陳丕燊演講影片的片頭畫面

剛剛在網路上聽台灣大學物理系的教授陳丕燊去年429日的一場科普演講,題目是《黑洞信息悖論 ── 當「相對」撞上「量子」》。他講的主題是霍京(Stephen Hawking1942-)級的天文物理專業,我是門外漢,聽不太懂,不敢置喙。但他在演講前講了一個有關天空星座的幽默故事。懂得一些天空星座的我,不但聽得懂,而且知道他把星座講錯了。

陳丕燊的幽默故事是這樣,有一位天文學家,住南部。他的女兒獨自到台北上大學,住在宿舍。有一天,這位以前對天文興趣缺缺的女兒在電話中跟這位爸爸說:「我現在懂得怎麼認天上的星座了。我昨天晚上和一個男同學到郊外散步。我們看到了北斗七星,也看了獵戶座。」這位爸爸回答說:「我昨天晚上睡覺前也看到北斗七星。獵戶座要到凌晨一點才會從東方升起,我沒看到。你昨晚幾點才回宿舍?那位男同學是誰?」台下現場聽眾聽了哈哈大笑。

在晚上,天空的星球由東向西運行。在北半球觀察者,除非他在北極附近,否則他看到的夜空,北極星附近的星球不會沉入地平線,其他大部分的星球都是東升西落。陳丕燊在幽默故事中提到北斗七星,在台北看,會不會沉入地平線呢?台北的緯度約在北緯25度。因此,赤緯度數與北極星的(90度)相差少於25度的星球,在台北的天空,不會沉入地平線。北斗七星的赤緯度數距離天球北極超過25度。因此,在台北看到的北斗七星,不是一直在地平線上,會東升西落。不過,北斗七星因為緯度高,在地軸傾斜、赤經的經線因而朝天球北極「翹高」的清況下,會比同樣赤經時分秒的星球早一點升起,晚一點沉落。

赤經的「時分秒數」(相當於度數)是以春分點為起點,由西向東增加,一圈360度,共分24時。兩個星球之間,哪個先從東方升起,從它們的赤經時分秒數就可以看出來。兩者在赤經上相差的時分秒數就是他們升起相差的時間。例如位在赤經6時的星球先升起,位在赤經12時的星球後升起。兩者差6小時。

丕燊在幽默故事中提到的獵戶座在赤經6時附近,也就是在夏至點附近,北斗七星則在赤經12時附近,也就是秋分點附近。夏至點的星球會比秋分點的早6個小時升起。但如上所述,北斗七星會比同樣赤經時分秒的星球早一點升起,因此獵戶座只會比北斗七星提早約3個小時升起。天球是圓的,要說北斗星先升起,獵戶座會慢21個小時升起也可以,但那就不是在同一天晚上的事情了。如講同一天晚上,那就要一定是獵戶座比北斗七星提早約3個小時升起

陳丕燊說,入夜後,北斗七星先升起,獵戶座到凌晨1點才升起,顯然是弄反了。先升起的應該是獵戶座才對。故事中在凌晨1點升起的應該是北斗七星。

附帶說明者,星球如果在太陽旁邊,白天太陽刺眼,看不到,晚上太陽西沉,星球也跟著西沉,也看不到。因此,晚上看到的星球都是在赤經上與太陽有差距的星球。差距越大,在晚上能看到的時間越久。赤經差距到達最大,即赤經12時(相當於180度)的時候,太陽西沉,該星球就從東方升起。第二天太陽從東方升起,它才西沉。也就是整個晚上都能看到。赤經差距不是最大的時候,不能整晚看到。星球不是太陽西沉時,它已高掛在天空,不到天亮就西沉了,就是太陽西沉後一段時間它才升起,天亮後消失於天空。

例如,在夏至(622日左右)時,太陽在夏至點上,在夏至點附近的星球,如獵戶座,晚上就整晚都看不到。在冬至點附近的星球,如織女星,整晚都可以看到。在秋分點附近的星球,如北斗星、大角星(牧夫座)、角宿一(室女座),日落時已高掛在天空,天沒亮就西沉了。在春分附近的星球,如飛馬座的正方形四顆星、北落師門(南魚座)、水委一(波江座),半夜才升起,天亮後消失於天空。

再者,陳丕燊的幽默故事中那個女孩在一個晚上看到獵戶座和北斗七星,那麼她是處在一年中什麼季節呢?那時一定不是夏至(622日左右)前後,因那時看不到在夏至點附近的獵戶座。那時也一定也不是在秋分(922日左右)前後,因那時看不到在秋分點附近的北斗七星。甚至那時也不能是夏至與秋分之間,因太陽在夏至點與秋分點之間,獵戶座與北斗七星就被太陽隔開了。夏至與秋分之間,獵戶座天亮之前才從東方升起。還沒過中天就天亮。天亮後消失在天空。北斗七星則要等到同一天傍晚太陽西沉才出現在西天,但不久之後也西沉。

因此,同一晚看到獵戶座和北斗七星的那個女孩所處的季節應該是在秋分(922日左右)之後,第二年的夏至(622日左右)之前。能不能估算是哪一天呢?由故事中那個爸爸說北斗七星(陳丕燊誤說成獵戶座)從東方升起的時間是凌晨1點,可推知是在秋分之後一個月左右,也就是1022日左右。獵戶座升起的時間早3個小時,即前一天的晚上10點左右。

以下是電腦模擬星空軟體模擬今年1021日到22日台北看到的星球周日運動的快轉影片


圖是模擬獵戶座和北斗七星在20171022日凌晨1點的位置:


● 相關拙作


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參考資料
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主講人:陳丕燊 主任 (國立台灣大學梁次震中心)
日期:2016/4/29


1974年霍金發現如果把量子力學考慮在內,黑洞便會輻射出粒子。這就是著名的霍金蒸發效應。那麼隨著黑洞蒸發之後,原本伴隨掉進黑洞的物質的信息究竟哪裡去了?鑒於我們對量子力學的理解,信息必須要守恆,而黑洞霍金蒸發卻似乎違反了這個物理學上最重要的「戒規」。這就是所謂的「信息遺失悖論」。在廿世紀兩大最具歷史性的物理學革命之間,到底是相對論出了毛病,還是量子力學?讓我們在這個講座介紹種種不同的解套嘗試,包括「火牆」、「黑洞殘骸」等等。可以確定的是,它的最終答案,將會把相對論和量子力學進一步統一起來,把人類對物理世界的瞭解提到一個更高的層次。