WEBVTT 00:00:03.000 --> 00:00:07.000 我已經說了很多關於只用你的眼睛來觀察夜空的事情,只要簡單地出門 00:00:07.009 --> 00:00:11.370 然後向外去看你所能看見的東西。光是這樣就能夠令人驚奇地學到很多東西了。 00:00:11.370 --> 00:00:14.469 當然這也是我們人類數千年來能用的唯一方法。 00:00:14.469 --> 00:00:17.680 但我們現在可以做得更好。我們可以用望遠鏡。 00:00:17.680 --> 00:00:21.930 到底是誰最先發明了望遠鏡已經不可考了。 先不管所謂「眾所皆知的事情」, 00:00:21.930 --> 00:00:25.930 伽利略並沒有發明望遠鏡,他甚至不是第一個把它指向天空的人, 00:00:25.930 --> 00:00:30.460 連第一個發布結果的人都不是!但他是幾年以來一個引人注目且堅持不懈的人, 00:00:30.460 --> 00:00:35.560 而且他使用簡陋的儀器做出的令人驚奇的發現,讓他在史書上留下了肯定的記載。 00:00:35.580 --> 00:00:38.240 積極過頭的自我推銷有時候是值得的。 00:00:38.480 --> 00:00:40.660 *「我的一小步(是世界的一大步)」* 00:00:48.380 --> 00:00:52.480 你可能會覺得望遠鏡的用途是把小目標放大,所以我們可以看得 00:00:52.480 --> 00:00:55.820 更清楚。一堆望遠鏡介紹都是這樣寫的,但誠實而言 00:00:55.820 --> 00:01:00.860 並不完全是那個樣子。如果你想要一個真正籠統的解釋,望遠鏡的用途是 00:01:00.869 --> 00:01:07.800 讓東西能夠被更簡單地看見:讓不能看見的東西被看見、讓已經能看見的東西被看得更加清楚。 00:01:07.810 --> 00:01:12.729 望遠鏡是以「收集光線」的方式運作。想像它是一個雨中的水桶:水桶越大, 00:01:12.729 --> 00:01:16.479 你就能收集更多的雨水。如果你的水桶夠大,你可以收集到不少水, 00:01:16.479 --> 00:01:18.630 即便水只是鋪平桶底而已。 00:01:18.630 --> 00:01:23.090 以望遠鏡來說,「桶子」就是一個光學零件,例如透鏡或反射鏡, 00:01:23.090 --> 00:01:27.950 用來收集光線。我們稱這個零件為「物鏡」,物鏡越大, 00:01:27.950 --> 00:01:29.560 能收集的光就越多。看看你的眼睛... 00:01:29.580 --> 00:01:35.800 好吧,那是有點勉強...所以我們想一下我們的眼睛,它們也像「光桶」一樣運作,但是它們只從 00:01:35.809 --> 00:01:40.389 我們的瞳孔收集光線,就算是最高精度也只到幾公分。 00:01:40.389 --> 00:01:42.040 的確是一個非常小的桶子。 00:01:42.080 --> 00:01:46.390 但我們可以做得更好。繼續剛剛的比喻,望遠鏡就像一個桶子,裝了一個漏斗 00:01:46.400 --> 00:01:51.040 在桶底。那些它所收集的光線被濃縮、聚焦,然後送進你的眼睛 00:01:51.060 --> 00:01:53.759 望遠鏡把滴落流淌的光線,變成一道激流。 00:01:53.759 --> 00:01:58.079 收集到光線的量是取決於物鏡的面積。也就是說如果你 00:01:58.080 --> 00:02:02.060 把物鏡的直徑加大一倍的話,你就能收集到四倍多的光。 00:02:02.060 --> 00:02:06.780 因為物鏡的面積隨著半徑的次方提升。把桶子加寬十倍的話, 00:02:06.780 --> 00:02:11.250 你可以多收集到100倍的光! 顯然地,當望遠鏡越來越大,它們投映 00:02:11.250 --> 00:02:14.010 黯淡物體的能力也會巨大地增強。 00:02:14.010 --> 00:02:18.300 事實上那是伽利略的第一個而且最重要的發現之一: 00:02:18.300 --> 00:02:23.060 那些肉眼看不見的星星可以很容易地被他的望遠鏡看見,就算他只有 00:02:23.069 --> 00:02:27.299 一個幾公分寬的透鏡。那些黯淡的星星發出的光不足以 00:02:27.299 --> 00:02:31.699 讓他的眼睛看見,但當他用望遠鏡增加他收集光區域的大小, 00:02:31.700 --> 00:02:33.020 那些星星就突然變得能夠被看見。 00:02:33.030 --> 00:02:37.470 望遠鏡運作的基本方式是改變從一樣東西發出的光線的行進方向。 00:02:37.470 --> 00:02:41.640 我能用我的眼睛看見一個星星,是因為那顆星星發出的光被送往我的方向,送進 00:02:41.640 --> 00:02:46.569 我的眼睛。但多數的光錯過了我的眼睛,落到我周圍的地上。望遠鏡 00:02:46.569 --> 00:02:50.000 收集那些光,把它們彈來彈去,然後匯集它們到我的眼睛裡。 00:02:50.000 --> 00:02:53.269 從第一個望遠鏡被製造出來開始,改變光線方向的方法 00:02:53.269 --> 00:02:57.989 就是使用透鏡。當光從一種介質(medium)進入另一種介質時,例如從 00:02:57.989 --> 00:03:03.440 空氣進入水或玻璃,它就會稍微改變方向。這種現象到處都看得到, 00:03:03.440 --> 00:03:07.940 放在一杯水裡的湯匙看起來就像被折彎或斷掉了。 湯匙本身還是好好的, 00:03:07.940 --> 00:03:11.740 但你看見從那湯匙傳過來的光被折彎了,扭曲了視覺效果。 00:03:11.740 --> 00:03:13.720 這就是「折射」。 00:03:13.720 --> 00:03:17.400 光線被折彎的方式取決於什麼東西在折彎它-例如水或玻璃- 00:03:17.400 --> 00:03:22.420 還有它折彎光線的那個部分的形狀。如果你剛好把一片玻璃研磨成一個 00:03:22.420 --> 00:03:27.530 透鏡的形狀,它就能折彎-或折射-照射它的光變成一個圓錐,聚焦到 00:03:27.530 --> 00:03:29.860 一個特定點上,變成一個光的漏斗! 00:03:29.860 --> 00:03:34.040 這樣的折射會發生幾個有趣的現象。其中一個是來自遠處東西 00:03:34.040 --> 00:03:38.000 頂部的光線會被折彎向下,底部的光線會被往上折。 00:03:38.000 --> 00:03:42.180 當這些光線聚焦在一點,你看到的東西會變成上下反轉!它也讓影像 00:03:42.189 --> 00:03:46.610 左右反轉,有時可以造成有點令人困惑的狀況。你會需要習慣一下, 00:03:46.610 --> 00:03:47.769 在你用折射望遠鏡的時候。 00:03:47.769 --> 00:03:51.860 另外就是透鏡可以把影像放大,那也是因為光線被 00:03:51.860 --> 00:03:56.740 折彎了,所以物體的影像看起來比眼睛看上去更大了。 00:03:56.740 --> 00:04:00.480 這種效果會被很多因素影響,像是透鏡的形狀、對物體的距離、 00:04:00.480 --> 00:04:05.220 還有透鏡有多遠,但到最後你總是會看見一個更大的影像。 00:04:05.220 --> 00:04:09.740 這造成了非常明顯的進步,像木星這樣的行星實在是太遠了, 00:04:09.740 --> 00:04:14.540 用肉眼看也不過只是一個光點,但望遠鏡可以讓它看起來更大,細節也可以被看見。 00:04:14.540 --> 00:04:20.020 當伽利略和其他早期天文學家把他們的望遠鏡指向天空,許多小細節展露了出來。 00:04:20.020 --> 00:04:25.900 月球上的撞擊坑、金星的相貌、木星的衛星、土星環,還有一大堆別的東西。 00:04:25.900 --> 00:04:28.900 整個宇宙被聚焦在了我們的眼前。 00:04:28.910 --> 00:04:33.350 當天文學家形容用望遠鏡把細節看得更加清楚的程度的時候,他們用一個 00:04:33.350 --> 00:04:37.920 叫做「解析度」的詞。解析度指的是解析兩個非常靠近彼此的東西的能力。 00:04:37.920 --> 00:04:41.630 你可能也對此有幾分熟悉,當你在晚上開車時,一台有一段距離的車向你 00:04:41.630 --> 00:04:46.620 駛來,看起來就像一個單獨的光點。當那台車越來越近,光從那一點分離開來, 00:04:46.620 --> 00:04:48.980 「解析」成了兩道頭燈。 00:04:48.980 --> 00:04:54.180 望遠鏡提升了解析度,讓它能夠更簡單地去做像是分開兩顆靠近彼此的星星 00:04:54.180 --> 00:04:57.820 或者去看月表細節這類的事情。解析度的大小取決於 00:04:57.820 --> 00:05:01.580 望遠鏡物鏡的尺寸。總而言之,物鏡越大, 00:05:01.580 --> 00:05:03.100 解析度就越好。 00:05:03.100 --> 00:05:07.000 當我們討論望遠鏡的時候,解析度比放大程度要來得更加有用。 00:05:07.000 --> 00:05:14.040 基本上來說,望遠鏡有一個解析兩樣東西的程度的極限,但是沒有放大影像的極限。 00:05:14.040 --> 00:05:17.740 如果你放大影像的程度超過了望遠鏡解析的能力, 00:05:17.740 --> 00:05:18.980 那你只會看到一片模糊。 00:05:18.980 --> 00:05:24.720 折射望遠鏡很不錯,但它們有一個大問題,就是大的透鏡難以被製造。 00:05:24.720 --> 00:05:28.900 透鏡越靠近邊緣就越薄、越容易破裂,而且不同顏色的 00:05:28.900 --> 00:05:34.080 光線通過透鏡的量也不同,所以你可能會發生像是可以聚焦在一顆紅色的星星上, 00:05:34.080 --> 00:05:36.160 但是卻不能聚焦在藍色的星星上這種事情。 00:05:36.160 --> 00:05:40.200 聰明如牛頓,他搞清楚怎麼解決這種窘境:用鏡子。 00:05:40.200 --> 00:05:45.260 鏡子也會改變光行進的方向,而如果你使用曲面鏡的話,你也可以把光線 00:05:45.260 --> 00:05:49.570 聚焦在同一點。使用鏡子的望遠鏡叫做「反射望遠鏡」。 00:05:49.570 --> 00:05:53.970 反射望遠鏡有很多改進點,例如你只需要擦一面鏡子, 00:05:53.970 --> 00:05:58.650 不用擦兩面透鏡。而且一面鏡子的背面可以有支撐結構,所以它們 00:05:58.650 --> 00:06:02.020 可以被製造得更容易、更大、而且更便宜。 00:06:02.020 --> 00:06:04.620 雖然望遠鏡在幾個世紀以來有許多的改良, 00:06:04.620 --> 00:06:08.340 但現代大部分的大型望遠鏡,它們的內部結構都是基於牛頓的設計, 00:06:08.340 --> 00:06:15.720 而其實沒有任何專業級的現代大型望遠鏡用透鏡做它們的物鏡。現在只要鏡子就夠了。 00:06:15.730 --> 00:06:18.580 這剛好讓我們來到本周的焦點話題: 00:06:18.580 --> 00:06:22.160 我最常被問的問題 (除了「嘿,誰是你的髮型設計師?」以外)就是 00:06:22.160 --> 00:06:24.160 「嘿,Phil,我該買哪種望遠鏡?」 00:06:24.160 --> 00:06:29.080 這是個理所當然,但是很難去回答的問題。 想像某路人甲向你走過來然後說, 00:06:29.100 --> 00:06:30.480 「我該買什麼樣的車子?」 00:06:30.480 --> 00:06:33.700 那根本不可能回答,除非還有更多其他的資訊。 00:06:33.700 --> 00:06:37.660 望遠鏡也是一樣。你是想要看月球和行星,或是黯淡、 00:06:37.660 --> 00:06:42.200 難以找到的星系?你是想要實際投入,還是只是要打發時間? 00:06:42.240 --> 00:06:44.440 是要給小孩還是給大人用? 00:06:44.440 --> 00:06:48.310 這些問題是很關鍵的。大部分小望遠鏡是折射望遠鏡,適合拿來看 00:06:48.320 --> 00:06:52.160 月球和行星的細節。比起反射望遠鏡,折射望遠鏡比較會去放大影像。 00:06:52.160 --> 00:06:55.920 但折射望遠鏡用起來比較麻煩,因為它們把影像上下左右翻來翻去。 00:06:55.920 --> 00:06:59.000 大的望遠鏡適合拿來看黯淡的物體,但是也就更貴, 00:06:59.000 --> 00:07:04.360 而且有時候難以架設和使用。 我討厭聽說一架望遠鏡只是放著積灰塵,就因為沒有多加思考就買了。 00:07:04.360 --> 00:07:09.440 所以我推薦一個方法:找一間天文台、天文館、或附近的天文俱樂部,他們 00:07:09.440 --> 00:07:13.660 可能會有像是星趴(天文派對)、開放觀測活動,你可以看看和用用看 00:07:13.660 --> 00:07:17.690 不同種類的望遠鏡,持有者幾乎都會很興奮地談論它們; 00:07:17.690 --> 00:07:21.460 作為一位天文學家,我向你保證天文學家麻煩的地方不是 00:07:21.460 --> 00:07:26.840 要和他們搭上話,而是要讓他們閉嘴。 做這些事情你可以得到很多第一手的指點和體驗。 00:07:26.840 --> 00:07:31.660 我通常也建議在買天文望遠鏡之前先用用看雙筒望遠鏡,它們用起來簡單, 00:07:31.660 --> 00:07:35.960 用起來好玩,方便攜帶,可以用便宜的價格買到良品,而且還是 00:07:35.960 --> 00:07:40.030 可以看到一些不錯的東西。就算你決定沒有要把天文觀測當作主要嗜好,雙筒望遠鏡 00:07:40.030 --> 00:07:43.750 也可以用在爬山和賞鳥。我就有幾隻 00:07:43.750 --> 00:07:45.520 雙筒望遠鏡,而且我一直在用它們。 00:07:45.520 --> 00:07:50.030 望遠鏡還有第三項非常重要的特性,在解析度和讓 00:07:50.030 --> 00:07:56.200 黯淡的物體更容易被看見之上。它們能讓我們看見肉眼所能見的顏色範圍之外的東西。 00:07:56.200 --> 00:08:01.460 1800年的時候,威廉赫歇爾(William Herschel)發現了紅外線,一種不能被我們的眼睛看見的光。 00:08:01.460 --> 00:08:04.940 從那時候開始,我們知道有各種不能被看見的光存在: 00:08:04.940 --> 00:08:10.420 無線電波、微波、紫外線、X光和伽瑪射線等等,天體可以被使用 00:08:10.430 --> 00:08:14.170 所有這些種類的光來觀測,我們需要的是特別設計來偵測 00:08:14.170 --> 00:08:17.930 這些光的望遠鏡。無線電波會穿過「普通」的望遠鏡,那些我們用來 00:08:17.930 --> 00:08:22.060 偵測可見光的望遠鏡,X光和伽瑪射線也能直直穿過它們,好像望遠鏡不在那裡一樣。 00:08:22.060 --> 00:08:27.400 但是我們人類是聰明的,我們學到巨大的金屬圓盤可以折彎無線電波 00:08:27.400 --> 00:08:31.680 這樣它們可以像巨型的牛頓式反射望遠鏡那樣運作。事實上不同 00:08:31.680 --> 00:08:36.180 種類的光需要不同種類的望遠鏡,當我們知道怎麼造出這些望遠鏡,我們就去製造它們。 00:08:36.180 --> 00:08:39.540 我們現在可以用整個光譜的波長偵測天文現象, 00:08:39.540 --> 00:08:44.100 從無線電波到伽瑪射線,甚至還建造非光學望遠鏡用來偵測 00:08:44.100 --> 00:08:49.000 從太空來的亞原子粒子,像是中微子和宇宙射線這類的東西。因為這些原因,我們 00:08:49.000 --> 00:08:52.220 學到關於宇宙的東西遠遠多過伽利略所能想像的。 00:08:52.220 --> 00:08:56.460 而我們也正處在另一場革命之中:儘管實際的生物學原理是複雜的, 00:08:56.460 --> 00:09:01.760 但我們的眼睛差不多像是一部攝影機在運作,拍照的幀率(frame rate)大概是每秒14張影像。 00:09:01.760 --> 00:09:05.780 那只是一段很短的時間而已。攝影技術則可以有遠長於此的曝光時間, 00:09:05.780 --> 00:09:09.649 讓光線可以慢慢地累積起來,也讓我們能看見更黯淡的物體。 00:09:09.649 --> 00:09:12.840 第一張透過望遠鏡照的照片是在1800年代被照出來。 00:09:12.840 --> 00:09:19.519 這技術產生了數不清的新發現,例如二十世紀配備著巨型照相機的巨型望遠鏡反映了 00:09:19.519 --> 00:09:24.589 遠處星系的細節,讓我們知道宇宙正在膨脹, 00:09:24.589 --> 00:09:27.800 當我們進入這系列課程後半段的時候這觀念會變得至關重要。 00:09:27.800 --> 00:09:31.860 而現在我們有數位感光器,就像你手機鏡頭裡的那個一樣, 00:09:31.860 --> 00:09:37.340 但尺寸遠大於那個,而且更加敏感。它們可以比底片對光更敏感好幾十倍, 00:09:37.360 --> 00:09:42.160 能夠在幾分鐘內偵測到底片要曝光幾小時甚至更長的物體。 00:09:42.180 --> 00:09:46.860 這些數位相機也可以被設計成偵測紫外線、紅外線和其他各種光。 00:09:46.860 --> 00:09:51.860 我們可以輕而易舉地儲存大量的資料在電腦上,並用這些電腦去分析 00:09:51.860 --> 00:09:56.009 廣大無垠的數據海洋,處理對人類來說太過無聊的工作。大部分小行星 00:09:56.009 --> 00:10:00.160 和彗星的發現是自動電腦軟體促成的,例如它們可以尋找會移動的物體, 00:10:00.160 --> 00:10:04.180 而背景是有著上十、上百甚至上千顆固定恆星的數位影像。 00:10:04.180 --> 00:10:08.960 這也揭開了遙控天文學時代的序幕:一座望遠鏡可以被蓋在深山之上, 00:10:08.960 --> 00:10:13.160 並且可以自動執行掃描天空的程序。這代表我們可以把望遠鏡送進太空, 00:10:13.160 --> 00:10:17.639 遠離我們大氣層那暈開和扭曲遙遠而暗淡物體影像的空氣之海。 00:10:17.640 --> 00:10:21.020 我們可以去探訪其他世界然後傳照片和資料回來, 00:10:21.020 --> 00:10:27.660 或者把像是哈伯太空望遠鏡這樣整座天文台送進環繞地球的軌道,讓它能望向宇宙的極深之處。 00:10:27.660 --> 00:10:34.460 我會說在上個世紀裡天文學界發生了一場革命,其中的一點一滴都像望遠鏡被發明出來的那一刻同樣重要。 00:10:34.460 --> 00:10:37.180 在17世紀早期,整個天空都是新穎的, 00:10:37.180 --> 00:10:40.680 而不管你把你的望遠鏡指向哪裡,總是會有寶藏在那等著被發現。 00:10:40.680 --> 00:10:44.560 但現在用我們的巨型望遠鏡和極為敏銳的數位之眼, 00:10:44.560 --> 00:10:45.820 那光景從未消失。 00:10:45.820 --> 00:10:51.260 我們每天都學到更多有關宇宙的知識,也就如同我們每天都學到有更多要學的東西一樣。 00:10:51.260 --> 00:10:58.180 那是做一位天文學家最棒的事情之一,宇宙就像一幅拼圖,有著無限塊的拼圖碎片: 00:10:58.180 --> 00:11:00.020 樂趣永遠沒有終點。 00:11:00.020 --> 00:11:06.360 記住:就算這些驚奇都是用望遠鏡發現的,你的眼睛也還是非常好的觀測儀器。 00:11:06.360 --> 00:11:11.760 你不需要大而精美的配備去看天空。最重要的事情是走出門, 00:11:11.760 --> 00:11:14.080 往上看!那也是一大樂趣。 00:11:14.080 --> 00:11:18.740 今天你學到望遠鏡會做兩件事情:增加我們「解析」細節的能力,還有 00:11:18.740 --> 00:11:20.720 收集光線好讓我們可以看見更黯淡的物體; 00:11:20.720 --> 00:11:26.780 望遠鏡可以分成兩種,折射望遠鏡(Refractors)-它們使用透鏡,和反射望遠鏡(Reflectors)-它們使用鏡子。 00:11:26.780 --> 00:11:29.840 我們也有特殊的望遠鏡,用來看我們眼睛看不見的光。 00:11:29.840 --> 00:11:35.780 然後藉由攝影術的發明,我們開始能夠探索這個宇宙到令人驚奇的深度。 00:11:35.790 --> 00:11:40.129 00:11:40.129 --> 00:11:44.819 00:11:44.819 --> 00:11:48.899 00:11:48.900 --> 00:11:50.000