歡迎來到奇妙的太空世界！
你有沒有試過抬頭望向夜空，好奇為甚麼月亮會改變形狀，或者為甚麼到了晚上天色會變黑？太空物理學的目的，就是讓我們了解自己在宇宙中的位置。就算一開始覺得這些概念有點「遙不可及」，也完全不用擔心——我們會一步一步為你拆解。讀完這份筆記後，你就會明白無論是掉落的蘋果還是龐大的行星，背後都遵循着相同的科學法則！
1. 晝夜與年份
地球其實一直在運動，只是我們感覺不到！要了解白天、黑夜和年份，我們需要認識兩種不同的運動方式：自轉（rotation）和公轉（orbit）。
晝夜（自轉）
地球就像一個旋轉中的陀螺。它繞着一條貫穿南極與北極的假想軸旋轉，這條軸稱為地軸（axis）。這種旋轉運動稱為自轉（rotation）。
• 地球自轉一周需要 24 小時（即一整天）。
• 地球旋轉時，面向太陽的一面會迎來白天。
• 背向太陽的一面處於陰影中，也就是黑夜。
比喻：想像你站在一間只有一盞枱燈的黑暗房間裏。如果你慢慢原地轉圈，只有在轉到半圈時眼睛才能「看見」枱燈。這正是晝夜交替的運作原理！
年份（公轉）
地球在自轉的同時，亦繞着太陽沿着一個巨大的軌道運行。這條路徑稱為軌道（orbit）。
• 地球繞太陽公轉一周需要 365.25 日。這就是我們所說的一年。
• 多出來的 0.25（四分之一）日，正是為甚麼每四年會有一個閏年（Leap Year）——我們把四個四分之一日加起來，就組成了完整的一天（2 月 29 日）！
速讀重點：自轉 = 24 小時（晝夜）。公轉 = 1 年（365 日）。
2. 四季與日照長度
常見的誤解是以為四季的形成是因為地球與太陽的距離產生變化。這其實是不正確的！四季的形成是因為地軸是傾斜的（傾斜角度約為 23.5 度）。
地軸傾斜如何運作
• 當北半球（地球的上半部分）向太陽傾斜時，接收到的陽光較為直接（直射），日照時間亦較長。這就是夏季。
• 當北半球背離太陽傾斜時，陽光照射的角度較分散（斜射），白天時間亦較短。這就是冬季。
• 在春季和秋季，地軸既不特別朝向也不背離太陽，因此氣溫與日照長度較為溫和。
你知道嗎？當英國（北半球）處於夏季時，澳洲（南半球）正是冬季，因為當北半球朝向太陽傾斜時，南半球正好背離太陽！
3. 月球與月相
月球是一顆天然衞星（natural satellite）。這代表它是繞着行星運行的天體。月球繞地球公轉一周大約需要 28 日。
為甚麼月亮看起來會有不同形狀？
月球本身不會發光。我們能夠看見它，純粹是因為它像一面巨大的鏡子一樣反射來自太陽的光線。隨着月球繞地球公轉，我們看到的「向陽面」範圍會不斷改變。這些形狀的變化稱為月相（phases）。
• 新月（朔）：我們看到的是背光面（月球位於地球與太陽之間）。
• 滿月（望）：我們看到整個被照亮的面。
• 月盈（Waxing）：月球每晚可見的受光部分逐漸變大。
• 月虧（Waning）：月球每晚可見的受光部分逐漸變小。
核心概念：月球本身的形狀其實沒有改變；改變的只是它在繞着我們運行時，我們所看到的受光部分。
4. 太陽系
我們的太陽系由太陽（一顆恆星）以及所有繞它運行的天體組成。當中包括 8 大行星、矮行星（例如冥王星）、衞星、小行星和彗星。
行星由近至遠的順序
想記住行星由近至遠排列的順序，可以使用這個英文口訣：
「My Very Easy Method Just Speeds Up Naming」
1. 水星 Mercury（體積最小，最接近太陽）
2. 金星 Venus（溫度最高的行星）
3. 地球 Earth（我們的家園！）
4. 火星 Mars（紅色行星）
5. 木星 Jupiter（體積最大，主要由氣體組成）
6. 土星 Saturn（以其美麗的行星環聞名）
7. 天王星 Uranus（冰巨行星）
8. 海王星 Neptune（距離太陽最遠的行星）
類地行星 vs. 氣體巨行星
首四顆行星（水星至火星）是類地行星（岩石行星）。它們體積相對較小，並且擁有堅硬的固體表面。後四顆行星（木星至海王星）則是氣體巨行星和冰巨行星。它們體積龐大，主要由氣體和液體構成。
5. 引力、重量與軌道
引力（Gravity）是具有質量的物體之間一種非接觸性的互相吸引力。物體的質量越大，其產生的引力就越強。
軌道中的引力
引力是維繫整個太陽系的力：
• 地球與太陽之間的引力使地球維持在繞太陽運行的穩定軌道上。
• 地球與月球之間的引力使月球維持在繞地球運行的軌道上。
質量 vs. 重量
雖然我們在日常生活中經常混用這兩個詞，但在科學上它們的意思截然不同：
• 質量（Mass）：物體所含物質的量，單位是公斤（kg）。無論你在宇宙的哪一個角落，你的質量都保持不變。
• 重量（Weight）：作用在物體質量上的引力大小，單位是牛頓（N）。如果你所在的引力場強度改變，你的重量亦會隨之改變。
計算重量
我們使用以下公式來計算重量：
\( W = m \times g \)
當中：
\( W \) = 重量，單位為牛頓（\( \text{N} \)）
\( m \) = 質量，單位為公斤（\( \text{kg} \)）
\( g \) = 引力場強度，單位為牛頓每公斤（\( \text{N/kg} \)）
在地球上，引力場強度約為 \( g = 10 \text{ N/kg} \)。在其他行星、月球和恆星上，引力強度都會有所不同。例如在月球上，\( g \) 只有約 \( 1.6 \text{ N/kg} \)。
計算範例：一位學生的質量為 \( 50 \text{ kg} \)。他在地球上的重量是多少？
\( W = m \times g = 50 \text{ kg} \times 10 \text{ N/kg} = 500 \text{ N} \)
6. 廣闊無垠的宇宙與光年
在浩瀚的宇宙中，我們的太陽系只不過是滄海一粟：
• 作為恆星的太陽：太陽只不過是距離地球最近的一顆恆星。它能自行發光發熱。
• 恆星與星系：太陽是我們身處的銀河系（Milky Way）中數以百億計恆星的其中之一。在太空中，還有數以百億計的其他星系。
• 宇宙（The Universe）：宇宙包含所有存在的物質、能量和空間。
測量宇宙距離：光年
恆星與星系之間的距離極其遙遠，如果用公里或英里來測量，數值會龐大得難以使用。因此，天文學家會使用光年（light year）。
一光年就是光在太空中運行一個地球年所經過的距離。這是一個天文距離單位，而不是時間單位。
空間尺度大小速記：
\( \text{Planet} < \text{Star} < \text{Solar System} < \text{Galaxy} < \text{Universe} \)
溫習自我檢測清單
在完成這課前，確保你能回答以下問題：
1. 晝夜交替是由甚麼引起的？（答案：地球繞其地軸自轉）
2. 為甚麼地球會有四季？（答案：地球在繞太陽公轉時地軸是傾斜的）
3. 質量和重量有甚麼分別？（答案：質量是物質的量，單位為 \( \text{kg} \)；重量是引力，單位為 \( \text{N} \)）
4. 是甚麼力使月球繞地球運行以及地球繞太陽運行？（答案：引力）
5. 甚麼是光年？（答案：一個天文距離單位，相等於光在一整年內運行的距離）