七夕小常識—牛郎織女的真面目- PanSci 泛科學

牛郎又名「河鼓二」，屬於88星座中的天鷹座，亮度0.8等，全天排名第12亮的恆星，顏色呈現白色。

西文Altair乃「上升的老鷹」之意，與織女相反。

它距離地球約16.7光年，同上 ... 000文字分享友善列印000地球脈動太空天文七夕小常識—牛郎織女的真面目臺北天文館・2013/08/20・792字・閱讀時間約1分鐘・SR值544・八年級＋追蹤傳說中，牛郎與織女每年只有農曆七月七日七夕這天能透過喜鵲搭成的鵲橋相會。

仰望天際，星空中的那兩顆代表牛郎與織女的亮星，總會帶給人們無限遐想。

只不過，您知道牛郎與織女的真面目究竟是什麼嗎？牛郎與織女都是和太陽一樣的恆星，經由核心核融合反應所產生的光，穿越太空、抵達地球，才能被人們看見。

其中，織女屬於88星座中的天琴座，亮度0.0等，是全天排名第5亮的恆星，顏色呈現藍白色，西文Vega或Wega乃「俯衝的老鷹」之意。

它距離地球約25.3年，換言之，我們現在所見到的織女，其實是它25.3年前所發出的光。

在織女星旁有4顆排成菱形的3、4等暗星，在東方被視為擅長織布的織女所使用的梭子，在西方則被視為七弦琴的琴弦部分。

牛郎又名「河鼓二」，屬於88星座中的天鷹座，亮度0.8等，全天排名第12亮的恆星，顏色呈現白色。

西文Altair乃「上升的老鷹」之意，與織女相反。

它距離地球約16.7光年，同上，如今所見之牛郎是距今16.7年前發出的光。

牛郎旁有兩顆2等星，分別為河鼓一與河鼓三，這顆顆星幾乎連成一直線，象徵著牛郎用扁擔帶著一雙兒女。

牛郎和織女在地球上看似只是隔著銀河相望，其實兩者彼此相距約16光年之遠，且它們彼此相對位置幾乎不變，並不會因七夕「鵲橋相會」而變得比較近喔！在織女以東的銀河裡有另一顆亮星，是天鵝座的天津四，亮度1.3等，全天第19亮的恆星。

它是顆藍白色超巨星，所發出的光亮比太陽還多500倍左右，只是遠在3000光年之外，所以沒太陽這麼耀眼。

其西文Deneb代表「天鵝的尾巴」。

而在中國古代則將又有「北十字」之稱的天鵝座視為「渡船」，天津四就是銀河中船舶休息或裝卸貨物的渡口。

而這隻天鵝，其實也就是苦命的牛郎織女相會時必備的鵲橋。

牛郎、織女、天津四這三顆亮星組成所謂的「夏季大三角」，是夏季星空中最明顯易見的三顆1等星。

夏季大三角近似直角三角形，位在直角的是三者中最亮的織女。

本文轉載自網路天文館。

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這些看似毫無相關的現象，背後其實成因都可以歸納為：流體中的不穩定性。

2020年在青森縣的海邊，有網友分享了一張雲朵彷彿在進行「哥吉拉大遊行」的照片（圖一左上）；也有飛行員在雲層上分享過類似的照片（圖一右上）；除此之外，天文學家在土星的大氣層也觀察到相似形狀的雲層（圖一下）。

這些「哥吉拉」的行動力竟然如此之高，不只在地球上出現，連土星上都有。

這是否暗示它們背後其實具有相同的形成機制呢？圖一左上：海岸邊的哥吉拉雲，圖／大間觀光土產中心推特圖一右上：飛行員在雲層上看到的哥吉拉雲，圖／世界氣象組織（WMO）推特圖一下：土星大氣層內的雲帶照片。

圖／NASA在＜千變萬化的流體（一）＞一文中，我們介紹了流體流動的狀態主要可以分成兩種：層流與紊流。

層流狀態的流體十分穩定，它可以被視為一層一層獨立的流動來討論；相對的，紊流如同它的名字所表示，流體內部的流動較為混亂，不同層之間的流體會互相混合、影響。

而決定是層流還是紊流的關鍵因素便是「不穩定性」[1]。

在描述天氣系統為甚麼難以預測時，常常會提到「蝴蝶效應」這個小故事：位在大西洋的颶風，其成因可能只是在亞馬遜森林裡面一隻蝴蝶煽動了翅膀，這個初始的小擾動，隨著時間演變，最終形成尺度龐大的結構。

不穩定性在流體中扮演的角色也十分相似。

起初流體內部隨機的產生十分微小的擾動，若整個流體的不穩定性足夠大，微小的擾動便有機會繼續成長，直到對整個流體都造成影響。

流體中具有各式各樣的不穩定性，在本篇文章中，我們將會介紹與哥吉拉雲還有蕈狀雲有關的兩種不穩定性：克耳文-亥姆霍茲不穩定性以及瑞利-泰勒不穩定性。

克耳文-亥姆霍茲不穩定性：哥吉拉雲這個不穩定性得名於兩位對此現象進行研究的物理學家：發明絕對溫標的克耳文爵士，以及對聲學共振系統做出系統性研究的亥姆霍茲（在＜香檳聲音哪裡來？＞一文中，他曾經登場過）。

這個不穩定性發生的條件是：兩層流體之間具有相對速度。

請搭配圖二，讓我們一起來理解這個不穩定性是如何產生哥吉拉雲的。

假設有兩層流體，分別向左與向右運動。

當它們彼此完美平行時，一切無事，如圖二（a）。

但這個狀態其實並不穩定，任何的擾動，都可能會破壞這個完美狀態。

例如，流體中形成了如圖二（b）的擾動，接下來流體的運動會如何變化呢？對於淺藍流體來說，A點的體積較原本略小，因此流動速度較大，如同澆花時，將水管捏住（管徑縮小），水可以噴得更遠。

此外，流速較快也會使得A點的壓力減小；但對於紅色流體來說，A點的壓力反而會增大。

如此會導致流體內部的壓力分佈形成圖二（c）。

兩種流體之間的壓力差，會進一步使擾動長大，如圖二（d）。

最後，由於流體本身橫向的速度，使擾動在橫向上出現變形，如圖二（e）。

如此一來，哥吉拉形狀是不是就出現了呢？圖二：克耳文-亥姆霍茲不穩定性形成示意圖。

圖／CASE報科學瑞利-泰勒不穩定性：核爆蘑菇雲接下來，讓我們來看另一種在生活中沒那麼常見，但是看過就很難忘記的不穩定性現象：核爆產生的蘑菇雲。

這種現象的成因，是來自於瑞利-泰勒不穩定性，它會發生於密度較大的流體壓在密度小的流體之上時。

核彈爆發會在極短時間內釋放出極大熱量，將爆炸中心的空氣瞬間加溫。

我們知道，氣體的溫度越高，密度越低，因此在爆炸中心，會瞬間形成大量的低密度空氣。

讓我們用簡單的模型來看看，這種不穩定性是如何造成蘑菇雲的。

圖三（a）中有兩種流體，密度較高的在上，此時整個流體系統處於不穩定態，只要有一點擾動，如圖三（b），不穩定性就會使擾動擴大。

由於密度差異，重力使得密度小的流體上升，密度大的下降，使不穩定度振幅逐漸增大。

此外，由於壓力差與密度差的方向並不平行，會導致流體的邊界形成渦旋，如圖三（c）。

以上這些效應疊加在一起後[2]，流體邊界處便會逐漸形成如蘑菇狀的特徵，如圖三（d）。

圖三：瑞利-泰勒不穩定性示意圖。

圖／CASE報科學以上兩種流體不穩定性，其實在我們生活中也存在，例如：點燃的線香。

由於線香燃燒處的溫度上升，空氣密度下降，此時就滿足瑞利-泰勒不穩定性的條件；當熱空氣上升時，和兩側靜止的空氣有一相對速度，也滿足了克爾文-亥姆霍茲不穩定性條件。

只是由於規模較小，發生速度較快，肉眼未必可以清楚的看到如前文中提到的明顯特徵。

儘管如此，各位讀者在了解這些不穩定性之後，若是試著觀察看看生活中的各種流體，也許也能找到隱藏起來的「蕈狀雲」喔！註解[1] 更詳盡的說明可以參考CASE＜上下顛倒漂浮船＞一文[2] 實際上，形成蘑菇狀構造還與流體在三維條件下的非線性效應有關，數學模型較為複雜，此處只是簡單概述其成因。

參考資料Kelvin–HelmholtzinstabilityRayleigh–Taylorinstability“Singlemodehydrodynamicinstabilities”draftfromHideakiTakabe.《Dune沙丘六部曲套書》七折優惠台灣本島免運超霸氣反差萌「英雄式落地」松鼠登陸！廢材大作戰！科學實驗室EP5—手作神器如虎添翼數學好無聊、不實用，到底為什麼要學數學？給大人玩的理財桌遊，從此航向財富自由！交換禮物首選、推理迷必買！台灣推理作家協會20週年限定週邊相關標籤：不穩定性哥吉拉層流流體紊流蕈狀雲蝴蝶效應熱門標籤：量子電腦BNT疫苗珊瑚諾貝爾獎前列腺所有討論 0登入與大家一起討論ntucase11篇文章・ 25位粉絲＋追蹤CASE的全名是CenterfortheAdvancementofScienceEducation，也就是台灣大學科學教育發展中心。

創立於2008年10月，成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源，奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。

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