Archive for the ‘科學’ Category
Nuclear Energy and Weapons
香港太空館日晷設計比賽
科大物理系發明成本低廉的超薄電子顯示屏
今日報章報導，科大物理系副教授溫維佳及其研究小組，成功研製出一種任摺任捲、厚度只有 0.15 毫米的電子顯示屏，而且成本低廉；據報大如時代廣場的露天大電視，成本低於 5000 港元。
溫維佳撰文寫道：
小組正在研究使用列印方法製成顯示器。今後，很有可能只需直接通過印表機列印便能將柔性電路印製在多種材料的底板上，如此一來便能根據需要更快捷、更方便地製成各種顯示裝置。有朝一日，走在尖沙咀的大街上，人們不再看到眾多繁瑣的硬銷廣告，替代它們的，將是更清晰活潑的可變化內容的變色顯示牌；在地鐵列車裡，人們也不再拿著厚重的報紙閱讀，使用的是輕薄柔性並可以重複使用的電子報紙。我們衷心希望利用這種技術服務社會和大眾的美好時代能夠早日到來。
欲上青天覽明月：中國探月工程
中國自主研發的繞月衛星「嫦娥一號」，將於明日（二十四日）傍晚時份由長征三號甲運載火箭發射升空。
人類的探月工程始於上世紀六十年代。1969 年 7 月 20 日，搭乘太陽神 11 號太空船的三名美國太空人到達月球，其中 Neil Armstrong 及 Buzz Aldrin 成為首次踏足月球表面的人。
當美國人在月球上漫步時，中國卻還在一片紅色風暴之中，大部份人忙著搞政治鬥爭，批個你死我活。幸好當時基於國際戰略需要，中國還是放了點資源來開發人造衛星，並且在 1970 年成功發射「東方紅一號」人造衛星，為日後的太空計劃奠定了基礎。
美國雖然是目前唯一把太空人送上月球的國家，但是後來由於種種原因，被迫擱置探月計劃。直至踏入廿一世紀，各國才紛紛啟動新一輪的探月計劃。美國宣佈計劃在 2020 年前再派人上月球，而中國的「嫦娥工程」亦以 2020 年作為派人登月的目標，大有後發先至的豪情壯志。
顧名思議，「嫦娥工程」是中國自主研發的探月計劃，早於「神五」起飛前的二零零三年三月已正式啟動。「嫦娥工程」分三個階段進行：
一、發送繞月衛星，從高空遙距探索月球。
二、發射探測器登陸月球表面進行探索。
三、發射返回式探測器到月球，採集岩石及土壤樣本帶回地球研究。
第一階段的設計在二零零四年九月完成，並將在二零零五年年底前完成繞月探測器的製造和測試，二零零六年年底前完成無人駕駛的繞月衛星「嫦娥一號」，然後於二零零七年由長征三號甲運載火箭發射升空。中國最終希望實現載人登月及在月球上建設永久太空站。
以下是介紹中國「嫦娥一號」的片段：
（使用 RSS 的讀者可直接到 YouTube 觀看。）
延伸閱讀：
- Project Apollo - Wikipedia
- 嫦娥一號 - 維基百科
- Moon - Wikipedia
- Google Moon - 月球著陸點附近的衛星圖
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倘殞石撞擊 中美高危
據 NewScientist.com 的最新報導，倘發生殞石撞擊，中國的死亡人數將會最高，而美國則有最大的經濟損失。
英國科學家 Nick Bailey 的研究小組，利用電腦模擬 100 至 500 公尺直徑的殞石，撞擊地球表面各處所引起的後果，再對比世界各地人口及基礎建設的密度分佈，得出上述結論。沿海地區的人口和基建越多，人命和財產的損失越大，因為殞石撞擊海洋所造成的海嘯將導致重大傷亡和破壞。
殞石撞擊地球後的傷亡情況，鮮紅色代表最大傷亡。
(Illustration: Nick Bailey et al/University of Southampton)
閱讀全文：China and US at highest risk of damage from asteroids
本網相關文章：2029 年小行星與地球擦肩而過
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尋找太陽系以外的其它行星
人類對宇宙的好奇心是無止境的，尤其熱衷於搜尋地球以外的生命。科學家在探索太陽系的同時，亦早已把眼光伸展至太陽系外的廣闊天地。
晝家筆下的系外類地行星想像圖。圖片來自 NASA，並由 Wikipedia 轉載。
在晴朗的晚上，夜空中的繁星構成了一幅璀璨而壯麗的圖畫。當中每一顆星都是一顆恒星，是類似我們的太陽一樣發光發熱的天體。人類對這些恒星的觀察，可以上溯至幾千年前。然而，這些恒星的周圍，是否有像地球一樣，繞著恒星公轉的行星呢？
一九九五年，天文學家首次在距離太陽系五十光年的飛馬座 51 號恒星旁邊，發現一顆系外行星。這顆行星的質量約為木星的一半，其公轉周期僅為 4.2 天，亦即它的「一年」只有地球上 4.2 天那麼短。同時，這顆行星距離母恒星僅 0.05 個天文單位（一個天文單位的定義為地球與太陽的平均距離，即約 1.5 億公里）。可以想像，這顆行星上的溫度非常高，不可能存在生命。
雖然如此，但這次發現卻為天文學家帶來重要啟示，並且由此展開了發現系外行星的光輝年代。迄今為止，人類已經發現了超過 130 個系外行星。
儘管十年以來獲得了如此奇異的豐收，但其實搜尋系外行星一點也不容易。行星本身並不發光，要看到它就要靠母恒星照射在行星再反射出來的微弱光芒。對此，天文學家作了一個比喻：如果母恒星的光芒像一盞直徑 1.5 公尺的大光燈，那麼行星微弱的光芒就像在大光燈旁邊的一隻螢火蟲。而我們要在地球上觀察到這些系外行星，就如同在有霧的夜晚，在五千公里外觀察這大光燈旁邊的螢火蟲。
幸好，天文學家發明了一個很聰明的辦法，來觀察這些行星。原來當行星繞著恒星公轉時，其實恒星亦在繞著行星公轉。當行星的質量像木星一樣巨大時，其重力足以令母恒星的位置作出可測量得出的輕微晃動。因此，透過觀察這母恒星的輕微晃動，以及其晃動頻率，就可以斷定母恒星旁邊有一個巨大的行星，並且計算出其公轉周期，以及行星的距離、質量等資料。
但我們如何得知母恒星在晃動呢？其中一種方法，是觀察母恒星的光譜 (light spectrum)。原來，由於多普勒效應 (Doppler effect) ，當母恒星遠離我們時，其發出來的光波波長會比原本的稍長，造成光波稍微偏向紅色，這個現象稱為「紅移」(red shift)。而當恒星向著我們的方向移動時，其發出來的光波波長則會變短，造成光波稍微偏向藍色，稱為「藍移」(blue shift)。利用現今的精密儀器，可以在母恒星的光譜中，測量出這個細微的顏色變化。其變化周期就是行星的公轉周期。這樣，透過測量母恒星的晃動，就可以間接地觀察到大光燈旁邊的螢火蟲。不過要留意的是，由於光速是有限的，我們觀察到的恒星或行星，都只是它們在過去一段時間之前的狀態。以距離我們五十光年的飛馬座 51 號恒星及其行星為例，我們今天觀察到的是它五十年前發出來的光。所以我們在觀察的是五十年前的過去的情況。對於更遠一點的天體，我們所看到可能是它們幾百萬年甚至幾十億年前的狀態。
隨著觀察儀器越來越精密，現今我們有機會可以觀察到類似地球大小、且距離母恒星不太近的行星。這又是一個里程碑，因為只有發現像地球一樣氣候宜人的行星，才有可能找到適合孕育生命的地方。這將是人類發現外太空生命的一個重要契機。
參考資料：
- 《尋找其他地球》，見《國家地理雜誌》(National Geographic) （台灣中文版），2004 年 12 月號，頁 66-91。
- 《踏上宇宙邊界之旅（上）》，見《Newton 科學世界》（簡體中文版），2004 年 11 月號，頁 78-89。
- The Extrasolar Planets Encyclopaedia
- 太陽系外行星
2029 年小行星與地球擦肩而過
編號 2004MN4 的近地物體，其正式名稱是 Apophis，亦即古埃及破壞之神的名字。Apophis 是一顆繞太陽運行的小行星，其中部份軌道與地球軌道重叠，所以會對地球造成威脅。按照 NASA 的計算，這顆直徑 320 公尺（Wikipedia 的最新數據為 350 公尺）的小行星，將於2029 年 4 月 13 日（黑色星期五）那天，與地球擦肩而過。按 NASA Ephemeris Generator 給出之最新修正數據，屆時其與地球距離將短至 0.000431763AU，即約 64,591km。相較之下，月球與地球的平均距離是 384,403km，這 Apophis 可謂闖進了地球的「後花園」，達到「敲門」的距離了。
2004MN4 小行星將按圖中的軌跡掠過地球，白色線段代表位置上的最大誤差值。(NASA)
2004MN4 小行星軌跡，跟地球軌跡十分接近。(NASA)
為進一步了解 Apophis 在 2029 年前後如何接近地球，以及其於 2036 年重返地球的情況，我利用 Ephemeris Generator 的數據，在 Excel 裡畫出了 2028 至 2037 年間 Apophis 與地球表面（觀察點設為香港）的距離及徑向速度。以下為最關鍵那幾天的數據：
| Date | Distance (AU) | Radial Speed (km/s) |
|---|---|---|
| 2029-Apr-11 | 0.010078589 | -5.5345793 |
| 2029-Apr-12 | 0.006669946 | -5.5467049 |
| 2029-Apr-13 | 0.003248322 | -5.5898574 |
| 2029-Apr-14 | 0.000431763 | 4.5826974 |
| 2029-Apr-15 | 0.003848912 | 5.6023774 |
下面是我對 Apophis 做的簡單分析的結果。
第一幅圖是在 2029 年 4 月 13 日當天，地球與 Apophis 的大約位置。由圖中可見，兩個點幾乎是重叠在一起的。
2029 年 4 月 13 日 Apophis 與地球之位置 (按圖放大)
第二幅圖顯示了 Apophis 與地球的距離隨時間變化圖，其中請留意 2029 年及 2036 年的兩個近地點。另外留意那個 0.000431763AU 並不是最短距離，因為我取數據時以一天為單位，所以最短距離會比這個還小。而觀其徑向速度，在前一天 Apophis 以 5.5898574km/s 速度接近，在十四日即以 4.5826974km/s 離去，而最短距離必在徑向速度為零時出現 ，所以那必定小於 0.000431763AU。有興趣的讀者可以自行利用 Ephemeris Generator，利用較短的時間間隔（最短可達九分鐘）找出更精確的最短距離。至於 0.000431763AU 有多危險呢？上文換算了此數為 64,591km，若以 5km/s 的接近速度計算，如果 Apophis 偏離軌道撞向地球的話，只要 3.59 個小時便可到達，看來我們只能坐以待斃了。
Apophis 與地球之距離 (按圖放大)
巨大小行星撞擊地球，將是一場毀滅性的大災難。
參考資料：
- Near-Earth Asteroid — Wikipedia
- Friday the 13th, 2029 — NASA
- Asteroid 99942 Apophis (2004 MN4) - NASA
- 99942 Apophis - Wikipedia
熱帶氣旋警告系統檢討
針對去年颱風派比安吹襲香港所造成的混亂和爭議，香港天文台剛於上月底公佈了熱帶氣旋警告系統的檢討報告。以下是今年將會推出的新措施重點：
- 擴大發出3號和8號信號的參考範圍：由維港擴展至由八個涵蓋全港接近海平面的參考測風站組成的網絡；
- 在參考網絡內半數或以上的測風站錄得或預料錄得的風速達到有關的風速限值，且據預測風勢可能持續的情況下，則會發出3號或8號信號；
- 加強地區風勢資料的發放；以及
- 在預料天氣可能令航空交通嚴重受阻的情況下，在熱帶氣旋報告中提醒旅客，應在前往機場前向航空公司查詢航班情況。
以下是颱風派比安的衛星雲圖。
（NASA 製作之公用領域 (public domain) 圖片，取自維基百科。）
延伸閱讀：
- 颱風派比安 - 維基百科
- 颱風派比安8月3日TVB晚間新聞 - YouTube
- 三號風球下被垃圾筒K.O.的女人 - YouTube
Technorati Tags: 颱風, 香港天文台, 派比安, 天氣
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日晷
上圖是兩個日晷。左邊那個位於上海復旦大學，而右邊那個則位於我的母校香港科技大學*。
日晷 (sundial) 是古人用作計時的重要器具之一。其實地球本身就是一個大鐘，因為地球每二十四小時自轉一圈，正如時鐘的時針每十二小時轉一圈。而要知道地球轉到哪裡，則可用太陽來作參考點。於是古人想到利用一支長桿的影子，來量度太陽在天空中的位置，從而顯示時間。以此原理造出來的計時裝置便是日晷。
日晷基本上由指針和鐘面兩部份構成，製造方法非常簡單。其中比較難明的只是為何日晷不能平放，而要與地面成一角度，並且指針向北。其實這與觀察者身處的緯度有關，以下的影片很清楚地解釋了箇中理由。
（使用 RSS feed 的讀者可以直接到 Google Video 觀看。）
在同一個網站裡還有教授如何自製日晷，有興趣的讀者可自行參看。另外，如果你也想試試自製日晷，可以參看以下幾個網址。其中部份提供日晷的鐘面圖樣，只要把圖樣打印出來，按著指示來組合，即可得出一個簡單日晷：
- Hila
- Sundials on the Internet
- Sundials by NASA - 提供日晷圖樣
- Make a sundial and go back in time! - BBC （這裡也提供日晷圖樣，不過留意那個三角形指針的方向錯了，直角那邊應該向北。）
- The Sundial - 提供日晷圖樣
- http://del.icio.us/ccscience/SCIA01LAB06
*我們戲稱香港科技大學為「香港火雞大學」，「火雞」就是指那個紅色的日晷。其實設計者原意應該是一飛衝天、一鳴驚人的火鳳凰，不過反正雞就是鳳凰的現實版本（例如雞腳當鳳爪），那就當它火雞好了。
消失的國度 — 末日龐貝城
公元七十九年，位於當時的羅馬帝國、今日意大利境內的維蘇威火山 (Mount Vesuvius) 爆發。火山噴發出大量的熾熱氣體、灰塵和石塊，把附近的龐貝城 (Pompeii) （一譯「龐培城」）及其中的二千名居民活埋。僥倖逃出生天的羅馬學者小普林尼，對這次災難留下了詳細的描述。1599 年龐貝古城終於被發現，但直到 1748 年，人們才正式開始發掘這座城市。
絕望的居民慘被火山灰活埋。（圖片來自電影 “Pompeii: The Last Day”）
龐貝古城 [40.750833,14.487083] 乃現存唯一呈現正宗古羅馬風格的城市。其街道像棋盤似的縱橫交錯，街面鋪有多邊形石塊，其走向或東西或南北。透過挖掘龐貝古城，考古學家可以了解到公元一世紀時古羅馬人的生活情況。不過，在龐貝古城的最驚人發現，卻是由死難者遺體留下來的火山灰洞。他們未能逃離這場災難，其生前的最後一刻卻被火山灰保留下來。從這些灰洞中甚至可以感受到他們的恐懼。
參考：
- Pompeii — Wikipedia
- Pompeii — the Last Day — Discovery Channel
- The forgotten city of Pompeii
- Pompeii
畫家筆下的維蘇威火山爆發圖。龐貝古城在這次爆發中毀於一旦。
