太空與天文


研究目的不同

研究範圍有交集

研究方法有交集


太空物理與天文物理的研究目的不同


  談到太空物理,很多人都想知道它和天文物理有何不同?一般說來,天文物理是研究宇宙中各種星球之分布、發光情形、以及它們由誕生到死亡的各種相關物理過程。至於太空物理,則是研究太空中星體間,看似「空無一物」,其實卻充滿了一種名叫「電漿」的物質,它的密度、溫度、速度等的分布情形,以及與電漿運動息息相關之電、磁場結構。由於太空物理的研究對象,大部分是「看不見」的(),因此須要靠著火箭、人造衛星、或太空船去「現場」收集資料,再送回地面加以分析研究。因此目前太空物理研究的最大範圍,也就是裝有核子動力燃料之航海家一號與二號太空船所達到的距離:大約是五十個「地日距」。雖然這個距離已經離開了天文中「太陽系」的範圍,但是離太空物理中所認定之「日磁層」的邊界卻還遠得很咧!(科學家預測日磁層的長樣可能像彗星外形一樣,其中一側的「日磁層頂」距離太陽約一百到一百五十個地日距,另一側的「日磁層尾」,最長可能達到一萬個地日距,其中「地日距」就是地球與太陽之距離,約八分鐘光程。)


註:看得見的電漿物理現象


  太空物理研究的對象中,也有一小部分是利用「肉眼」或「光學望遠鏡」就可以看得見的電漿物理現象。如:(一)南北極區夜空中的「極光」現象(詳見「極光」講義和錄影帶欣賞);(二)強大雷雨胞上方的「高空閃電」現象(詳見「高空閃電」講義和錄影帶欣賞);(三)彗星的兩根尾巴中,那根纖細筆直、呈淡藍色或白綠色的「電漿尾」(又稱「離子尾」)(圖例:百武彗星西方彗星comet west);以及(四)日蝕的時候,在太陽周圍的淡藍色「日冕」以及淺紅色的「日珥」等太陽表面之電漿物理現象。值得一提的是,雖然太陽表面太熱,使得我們無法直接到太陽表面「現場」收集資料,但太陽表面電漿之高溫與高密度的特性,使得我們還是可以利用遙測的方法,藉著各種光學、光譜儀器,來研究太陽表面的電漿與磁場的結構,並進一步預測它們的擾動對我們地球環境和民生上的影響。


太空物理與天文物理的研究範圍有交集

  太空物理研究的範圍由電離層開始,向外一直到人造衛星或太空船所涵蓋的範圍(目前已接近五十個地日距,50AU)。因此太空物理與天文物理的研究範圍有時區分的並不太清楚。不過若依照以上的定義,則太空物理正逐漸的在蠶食天文物理的研究範圍。不過由於兩者研究的目的不完全一樣,所以也許最好不要說,太空物理正逐漸的在蠶食天文物理的研究範圍,而應該說,太空物理與天文物理的研究對象有交集。這就好像,一個病人,又有糖尿病,又有高血壓,則這個病人既是新陳代謝科的病患,也是心臟血管科的病患。  
  目前太空與天文兩者共同的研究對象,包括了太陽、彗星、九大行星、宇宙射線,等等。其中九大行星以及他們的衛星,也是新一代地質學家、板塊運動學家、火山學家、氣象學家、大氣化學家等科學家的研究對象。如果有一天,科學家在九大行星中任何一個行星或他們的衛星上,發現了微生物,則這顆行星或衛星,也將成為生物學家或微生物學家的研究對象。只是大家對這些共同的研究對象感興趣的東西不同。以太陽為例,太空物理學家,對那些會對地球的磁層與電離層造成影響的太陽表面活動,特別感興趣。但是天文學家則對太陽這顆恆星的出生到死亡,以及內部結構,以及外部看得到的現象,感到興趣。


太空物理與天文物理的研究方法有交集

  太空物理與天文物理所用的許多特殊的觀測方法,是一樣的。比方說,太空物理與天文物理都會用X光來遙測自己的研究對象。太空物理學家用X光波段照相來遙測太陽光盤上的日冕以及日冕洞結構。而天文物理學家則用X光波段照相來遙測遠方的強大X光源,目的是要尋找可見光看不見的中子星以及黑洞。
  太空物理與天文物理也有一些共同的理論模式。例如,電漿與電磁力效應,本來是太空物理學家研究各種太空現象的主要理論之一,如今也被天文學家用來研究星體或星系形成前,原始雲氣的運動情形,也就是著名的「吸積盤」模型。



作者:
呂凌霄 國立中央大學太空科學研究所 lyu@jupiter.ss.ncu.edu.tw