你看了日環食、拍了日環食，但有了解日環食嗎？不服來看！

2020年6月21日，臺澎金馬同時迎接了難得一見的「日環食」，雖然這次的日環食就剛好是在連續上班中的一天假期中發生，但比起過去的日食活動已經相當熱鬧，甚至有新聞提到有觀光業者覺得這次日環食有如媽祖繞境般熱鬧！既然如此，我們來檢視大家有關於日環食的認識吧！

為什麼會有日環食？

因為國中課本都提過了…好吧還是講一下，這個會考。當日、地、月三者成一直線時，且月球在太陽和地球間時，就會發生日食，但因為月繞地、地繞日的軌道平面不是重合的，所以雖然農曆初一的月球「大致」介於日、地之間而看不到月相，但大多時候並不會遮到陽光，所以不會每個月都看到日食(同理，月食也不會很常出現)。

至於日「環」食，則是在日全食的狀態下，月球因為是在橢圓軌道上運行的關係而處在離地球比較遠的遠地點，所以沒有辦法完全遮住太陽，而留下一個小小細細的橡皮筋環，就稱作日環食了。

偽本影就是所謂日環食可以看到的範圍，而實際上月球並沒有辦法完全遮住太陽。
由 Solar_eclipse_types.svg: *Eclipses_solares.en.png: Sigmanexus6derivative work: Setreset (talk)derivative work: Patcre (talk) - Solar_eclipse_types.svg, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10264249

日食的時間會很難算嗎？超難得會看到嗎？

算的話…其實不算難，google一下「沙羅周期」就可以得到答案：6585.32天，大約是18個平年15又1/3天，而因為曆法有閏年，所以如果18年後有4個閏年就會變成18年11又1/3天。而這樣的算法是基於三種不同周期的最小公倍數而得，分別是「朔望月」和「交點月」。

朔望月大家應該算熟悉，就是接近於觀察月相得到的農曆月，只是在曆法上會用整數而有1天的差異，實際上大約是29.53天，而交點月則是因為前面提及的月球公轉軌道和地繞日的公轉平面不重合而產生的兩次交點，遇到同一邊交點的周期則為27.21，經過計算最小公倍數得到的就是大約18年11又1/3天的沙羅周期，而如果還要考量「同一地點」的情況，就會需要54年才會再看到。最後還要再補上一項，那就是：日食發生時的月球正好在遠地點。
細節請看數感實驗室的推導：https://www.facebook.com/numeracylab/posts/3189002031120801/ 

附帶一提日本的沖方丁寫的小說(有改編成電影)《天地明察》，裡面敘述的是澀川春海(安井算哲)修改日本曆法的故事。前面有說到計算的原理，在當代已差不多知道，但問題在於曆法在製作與使用時，因為是以整數來計日，因此除了每個月分需要有日期增減，也常需要置閏日或閏月來調整，如果沒有經過精確的天文觀測和縝密的數學運算配置日期，那麼偏差即為出現。而故事中提到的「三曆比賽」(三種不同曆法)，即以日食作為比較基準，若曆法無法精準的預測到日食的出現，那麼就代表參考價值不佳，但試想當代的觀測儀器、計算工具都相對落後的情況，要debug出問題還很難！所以要「明察」(答對題目)真的是需要了不起的毅力啊。

圖源：https://angelacanfly.pixnet.net/blog/post/31812137

2020的日環食國外看不到？

日環食發生雖然只有一瞬間，而且日環食的可見區的條帶範圍也不大，國內能看到的地區也只有金門、澎湖、雲林、嘉義、台南、高雄、南投、花蓮、台東(有些縣市僅有部分地區。但若看整個地球的話，可見日環食的條帶從非洲、中亞一直到臺灣，只是每個地方出現的時間會不太一樣。

點選上圖可查閱日食通過臺灣之詳細路徑

為什麼日環食的照片「看起來比較不亮」？
這是阿樹自己從小就存在的疑惑，因為在阿樹還不知道日食的拍攝方式，所以每當看日全食和日環食照片時，總會想著：為什麼日全食看到太陽比較大圈而且不規則？後來才知道那是「日冕」啊！日冕指的是在太陽周圍的電漿光環，而平常因為太陽太亮了所以看不到，要「日全食」的時才能觀察到，至於日環食發生時，因為太陽仍有一個環是沒被遮到的，因此仍然是亮到看不到日冕的。

所以，拍攝日全食的日冕和拍攝日環食不太一樣，在日全食的食甚那幾秒鐘，專業的攝影師會快速拿掉瀘光片並且加長曝光時間，不然只會拍到一片漆黑，因為濾掉太多光了，但拍日環食就得全程裝著濾光片。因此日環食的照片多半「看起來比較不亮」主要是因為被遮光片濾掉了大部分的光囉！

日冕是外面亮亮毛毛的那一圈，有點紅紅的則是日珥
由 I, Luc Viatour, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1107408

日環食的缺角，為什麼會由下往上、由西往東呢？
這個問題是在觀看日環食的過程中才被問到的，因為這次的日環食發生初虧時的「缺口」是從下方產生，從地球上看起來，月球是隨著日落往「上」移動的，就有人問道：欸，不是都說東升西落，但月亮為什麼會是往反方向跑呢？

我們把地球自轉和月球公轉的運動連結到我們在地球上看到的現象，就可以很清楚的回答這問題了。首先，東升西落是因為地球的自轉是由西向東(由北極上方往下看是逆時針轉)，所以看起來日月的日變化就是由東向西運行。

接著，不考慮地球自轉的變化，只看月球公轉造成的現象。由於月球公轉方向和地球自轉方向一樣都是由西往東，若將地球上的人當作不動的，就會看到月球以一個月的周期慢慢的由西往東移動，如果大家有注意到每天的月亮，會發現月亮升起的時間一天比一天還晚一點，如果像阿樹一樣無聊，會每天在同一個時間觀察月亮的高度方位，也會發現移動方向會慢慢的由西往東移。

啊這到底和缺的方向有什麼關係？假如太陽在日食發生過程中相對不動(雖然是有在動但很慢)，月球就是從它前面慢慢的經過，當然會從西往東經過囉。再不能理解我們用以下的示意圖來說明：

所以，2020年的日環食發生的時間約莫是臺灣的下午四點多，這時太陽在西側，而當我們往西邊看時，相對的太陽的下緣算是西半邊、上緣則是東半邊，由西往東、由下往上吃掉太陽。反過來說假如日食發生在上午八點的話，雖然太陽看起來是由上往下被遮蓋，但月球一樣還是由西向東移的哦！

以上是關於日環食，你知道了之後對人生也沒有什麼幫助的小知識，但知道了可能會讓別人有不明覺厲的感覺(才怪)，等下次日環食就可以派上用場囉！(對，前面有提到，不出國就是54年後了…)

淡淡的哀傷，不禁悲從中來
原始截圖來源：https://www.facebook.com/ashien/posts/10217819435466762

延伸閱讀：

網路天文館：2020/06/21 錯過再等200年的日環食！  

日月食問與答(香港網站)

20090722日食怎麼拍？

維基百科：日冕

【科學新聞看門道】謙虛的苔鮮還有哪裡有問題？

關於【科學新聞看門道】專區

有的時候我們可能不太會在意科學新聞的正確性，但假若你是某個領域的學有專精者，就會 發現現今的科學新聞BUG、誤解、誤導之事實在是多不勝數！(其實也不用太強，說不定碩士以上就能識讀)

簡單來說，在此我算是拋轉引玉，不定時的把一些新聞拿出來談，也藉此導正容易誤解的視聽。正好近期顏聖紘老師一篇專文《從「用睪丸進食的魚」到「謙虛的苔蘚」，台灣媒體缺的不只翻譯人才》，也正好提到了科學外電新聞的翻譯問題，就從這篇文章提到的其中一則新聞切入吧！

請告訴我苔鮮要如何「謙虛」阿？
由Fred Hsu on en.wikipedia - Photo taken and uploaded by user，創用CC 姓名標示-相同方式分享 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9536746

苔鮮為什麼懂得謙虛了？
在顏老師的文章中對於「用睪丸進食的魚」那篇報導論述已十分詳盡，故不再多論述。至於「謙虛的苔蘚」的相關報導，我倒是十分感興趣！
我主要看到的翻譯報導有兩則如下：
萬物氧氣之源 竟是不起眼的苔蘚
萬物氧氣之源苔蘚 支持智慧生命興起
先不論為什麼常看到國內不同媒體常有類似的譯文內容又有類似的下標，從標題就有一個顯而易見的問題：「苔鮮若是萬物氧氣之源，那高中地科課本常講的『藍綠菌』咧？」

幸好教科書不需要改寫，因為這的確是翻譯外電的記者共同的誤解，在《美國國家科學院學報》（PNAS）的原始文章中，全文都未提到「萬物的氧氣之源是苔鮮」的論點，反而在說明苔鮮如何讓大氣中的氧氧濃度大量的增加，如果硬要強調是「萬物」，那等於是將論點過度延伸了。早在35億年前的化石中，就已經發現有藍綠藻開始產生氧氣，但當時的大氣、海洋都是十分「缺氧」的，直到25億年前開始有「帶狀鐵礦」，說明藍綠藻產生的氧氣，開始改變海中的環境。

所以這項研究的「關鍵」就是「為什麼4億多年前開始，大氣中的氧氣濃渡大幅度升高，進而讓生物演化向陸地發展？」

此研究的方法是：根據現有的資料合理「模擬」當時環境的變遷。
此研究的結論是：根據資料與模結果，最先上陸的苔鮮植物是貢獻最大的！因為有這些苔鮮先提供大量氧氣，而後的陸源沉積物才會富含氧，至於陸地上出現維管束植物，甚至動物那都是在有了大量氧氣之後，接著才發生的事。

任何的科學研究，都不該直接跳看結論，否則會差很多，現在各位讀者看完上述文字後再回去看譯文報導，會發現論述「差很大」。就我的觀點看來，這仍是最新的研究，只要有出現新的證據或合理模式，這個理論勢必會再微調修正甚至再改寫。科學人在意的點往往是事情的方法、事件的脈絡，而非單純是問題的答案。

魔鬼藏在細節裡：論述的失準
另外，讓我真的忍不住將此事件特別撰文，反而是這篇文章中一段不起眼的話：

「若干科學家推論，讓氧氣含量增加的是森林，不過刊登在國家科學院學報的研究不贊同這項觀點。」

不知道這段話是直翻還是後來加上去，但無論如何這都非常危險，起碼我從未看過「讓氧氣含量增加的是森林」這種說法。因為從邏輯和證據上來說，這說法都十分薄弱，甚至不需要用上這篇文章來推翻。因為要形成大型的維管束植物，本來就需要再更多的氧氣，過去從化石觀察到的現象僅僅只有在從志留紀到石炭紀時，氧氣濃渡大量的增加，至於中間發生了什麼事，始終沒有一個合理說法。因此這篇文章嘗試合理解釋氧氣大量出現、植物從上陸到變成大樹的過程。

這部分雖然看似小小的描述失準，但卻會讓人容易有「某某科學家推翻某些科學家」的誤會，雖然這誤會比不上「苔鮮會謙虛」這麼嚴重，但也某程度又偏離了科學的精神。

被人家誤會自己所說的話，有時會令人很難受。被誤解的科學，又何嘗不是呢？

【地科冷知識時間】關於預言地震

今天阿樹看到了一則新聞：北極殿預言大地震 警方不排除依社維法送辦

關於這樣的新聞，難免會有人問：這不是應該氣象局跳出來講話或用氣象法處罰嗎？其實不然，因為像這樣的預言，無論是計對何種事件，都並非真正的預報。

圖片取自網路公開圖片

根據氣象法中第2條，裡面對於「預報」一詞的定義如下：指以觀測結果為基礎，發布氣象、地震或海象等現象所為之預測。

用白話的一點的說法就是：沒有具體的觀測，利用托夢、身體不適或是算命等方式來進行的預言，都不能算是氣象法中定義的預報，既然不在這範圍內，自然就無法處理。

至於社會秩序維護法(新聞標題的社維法)中第63條便有提及「散佈謠言，足以影響公共之安寧者。」可處三日以下拘留或新臺幣三萬元以下罰鍰。現今對於這樣的預言行為，則多會以此法令來處理。

話說回來，我們多半看到的是「要是沒有發生」，警察才會進行處理，但難道發生了就代表不是謠言嗎？事情似乎不是這麼簡單…

就邏輯上來說，一個預言是不是謠言，可以有三種情況和解讀：

情況一：預測沒有可佐證的根據且預言沒發生：可確定是謠言。

情況二：預測沒有可佐證的根據但預言有發生：可能是謠言，但無法證明。

情況三：預測有可佐證的根據但預言沒發生：可能不是謠言，要檢視根據。

情況四：預測有可佐證的根據且預言有發生：可確定不是謠言。

好，有趣的點在於，預言有沒有真正應驗，並不能決定預言是不是謠言，決定性的關鍵反而在於「可佐證的根據」是什麼了，但氣法對 於預報的定義是「以觀測結果為基礎」，那所謂的「神仙顯靈」或是「身體不適」能不能算得上是「觀測結果」呢？這點好像不難回答，但從執法者不易預先處理便 可知，這並不是容易就能一翻兩瞪眼的事，因此實務上只能先在預言未發生的情況下，再來給預言一個定義：它到底有沒根據？

在此阿樹並非批判民俗或信仰(因為我也會拿香拜拜)，而是出於好奇：雖然很多時候科學的論述是基於邏輯，然而生活上大大小小的事，人們有時卻不得不跳脫出邏輯來處理，不覺得很微妙嗎？

延伸閱讀：

地震預測，是真有其事還是危言聳聽？難道不能寧可信其有嗎？

謠言傳播的8½條定律（上）

從小到大，我們科學教育最缺乏的就是科學精神…

(本文內容以泛科知識節的同名主題短講修改後發表)

這標題好像很嗆，嗆到好像不把我們過往的自然老師擺在眼裡。但我想批判的不是針對老師，體制內的老師已經夠辛苦了，而我也不是要把大眾科學素養不足完全歸因於科教問題，而是把一個現在顯而易見的事實拿出來談：從社會上數不清的偽科學、核電爭論、食安議題…等社會性科學議題來看，我們的科學教育似乎沒有照著我們想像中的達到增進科學素養、理性對話的效果。或許把這些科教的病灶抓出來，再來看學校教育、科普傳播有沒有什麼著力點，才是我更深遠的期待。

關於地震的成因…

在今年(2015)的梅雨季來臨時，流傳著這麼一句話：「下雨，土鬆，地震會變多？」現在把這件事情挖出來講，並非在批判藝人有無基本的知識常識，我在意的並不是他知不知道，而是「為什麼他不知道」？在新聞出現前，許多網友都能明顯的看出地震與天氣並沒有什麼關聯性，甚至也還能糾正臉書po文中的錯誤。

圖片取自中央社報導(http://www.cna.com.tw/news/firstnews/201504215014-1.aspx)

 

原本想由此為出發點來探討現今社會偽科學的錯誤部分，有沒有存在過去本來該習得的知識，卻沒有學好、學滿的問題，但在與另位泛科作者廖公英凱閒聊「地震成因」的話題時，卻發現了更令人意外的問題：

我：「大多數的地震活動與板塊運動有關，那麼板塊又是浮在什麼東西上面運動？」

廖：「就我的印象中，板塊下面的東西好像是液態的，類似岩漿吧…」

我：「我想你說的是軟流圈，但說它液態還差得遠，真正能算液態的是外地核…」

廖：「什麼！」(不可置信貌)
 

板塊構造運動示意，圖片來自維基公共領域，Jose F. Vigil. USGS

在評斷這個知識是否重要之前，不如先看看我們如何學習這些知識。地球科學的課程中，「地震與板塊運動」算是一個頗為重要的內容，畢竟我們身處地震頻繁的區域，了解腳下發生的事情，不僅僅是地球科學，也算是防災教育重要的一環，而學校課本在這些內容的著墨，看似佔了不少篇幅，卻仍有許多語焉不詳之處。板塊之所以能運動，有很大的因素與板塊下方的「軟流圈」有關，國中課本多半會告訴學生，接近地表的堅硬岩石圈可分為許多的板塊，而軟流圈(或是地函)中有觀察到熱對流，至於板塊的運動與熱對流的方向大體是一致的，至於「軟流圈到底是什麼？」除非是有心發問的學生，不然則會留至高中才分曉。

不過高中課本又怎麼說？多半會用「部分熔融」這個名詞來描述軟流圈的性質，部分熔融是怎麼回事？多半還是會提到一些證據，譬如「波速降低」來說明科學家推測這邊的物質具有可塑性，然而現實上教學現場的學子已根深蒂固的認為它和岩漿相去無幾，並未細思它的性質。就筆者學習經驗而言，多數也用背誦的方式記憶這件事，至於對軟流圈的性質疑惑、震波在這邊是為什麼會變慢…這些問題直到大學時期的老師以「尺度」的方式來比喻，才稍稍了解到，在短時間的尺度下，軟流圈的物質仍屬於固態，故地震波中的剪力波能順利穿透，但放大到數十萬百萬年的尺度下，它便是一個具有流動性的物質。以我們熟悉的東西來比喻，就有點像是黏土一般，不過這也僅止於觀測資料所得的「推論」。

板塊運動和教育問題的關聯在哪？

問題不在於你我懂不懂板塊運動的內涵，而是「課本擺這些內容做什麼？」以及「課本概然有意圖要告訴我們這些知識，但為什麼我們最終仍然一知半解？」不敢說所有科學，但至少我對地球科學的教學上一直有個疑惑：為什麼很多事情要分這麼多段學習，美其名為「考量學生認知能力進展的編排」，但實際上國小的自然觀察國中未必記得，國中生心中浮現的問題卻得先用自己的方式理解，等到高中大學才得以解惑(說不定還無法解惑)。這不過只是其中一個例子，無論天體運行、岩石性質、天氣現象…我們把許多科學知識打散放在小學、國中、高中裡，卻一點都串不起來。

一件事情出現問題，我們可以去探討是「質」還是「量」出了問題，我們還是講地科好了，以量來說其實是非常悲觀的一件事，國中只有國三每週一堂課，全國的地科老師也是理化老師的十分之一不到(102年的統計資料)。不過抱怨這件事也不會有什麼幫助，況且這也不像是問題的根源，在此我們改從科教的「質」來發想切入。

我們回頭看看國中怎麼教板塊學說的？會從韋格納的大陸漂移說提起，但事實上他也不能算是第一個提出這個想法的人。再來我們還會從海底擴張說知道它有一些可以說明大陸漂移的證據，一直到板塊學說形成的過程中，學會理論是需要不斷被修正的。再接下來呢？我們幾乎就開始學板塊學說的各種機制和現象。

或許這個脈絡，感覺可以帶著孩子學會科學的精神。但是實際我們常在教科書那一章的最後面或是書商的投影片、參考書中看到這些整理結果：德國人韋格納在1912年提出大陸漂移說，內容是兩億多年前大陸是一塊盤古大陸，然後有這些證據。接著海斯在1960年…。不對啊！這東西怎麼會是科學呢？老師也想有脈絡性的教學生這些知識，但在有限的時間下總是無法實施，而坊間的「參考書」更是不科學啊！

考試領導教學的問題

感覺我們好像很「重視」考試，但是，我們有教過題目中經常看到的限制和原因嗎？沒有，我們的學生看到「常溫常壓」只會直覺反應寫一大氣壓，溫度300K，然後接著算體積、莫耳數，或者是把理想氣體方程式搬出來用。在地科以外的問題，像是理化著重計算的方式也會改變整個教學的策略和脈絡。就筆者的求學經驗而言，考試高分的重點不只是把科目內容熟悉，還得搭配上所謂的「作答技巧」，也就是遇到沒看過的內容還能極盡可能的「猜」中答案或是「湊」出答案。這還是好一點的情況，起碼作答還會推理分析，但離真正平常也能用的科學技能還差的遠啊…(更多題目的探討請參閱一點都不科學的科學教育)

有許多老師、研究者多少也意識到教育、科教的問題。也常嘗試去做，這些方式不外乎是外加許多新的媒材、科技來融入教學。但會運用翻轉教室、帶學生參加科普活動、做實驗，就能做到改變嗎？我一直覺得像教育的改變貴在教師的心態調整，而非形式上的改變，假若這些方式有設計出很好的議題脈絡，會有很好的效果，但若僅流於形式，僅僅是讓學生多做點事、老師多做很多的事而已。那麼心態該如何改變？

怎麼教/寫科學？

我沒有教學經驗，但我一樣希望能從測驗研究與科普寫作出發的觀點，分享個人對「教與寫科學」的看法。我對科學素養的詮釋是：能理解並運用「從觀察現象為出發點，提出個人的解釋，並透過合理的歸納提出支持自己論點的假說，而透過求證與驗證來證實。」的能力。若以此為出發點，除了一些基礎核心的知識外，重要的部分都不該是科學知識本身，而是讓孩子從小就形塑出求真求實的精神，這就是我的答案。

我們再舉一個更加普遍常見的實驗：「悶熄蠟燭後，水位上升的原因」來討論。(在知識節時使用這個例子的影片，源自於師大附中洪逸文老師在論證教學模組使用的教材。)針對這個實驗我們可以提出一個問題作為出發點：為什麼水位會上升？

若在教學現場，這是可以作為一個很好的開放題目，也可以作為探究實作的發想，像是激發討論、實驗設計探討皆是不錯的切入點，或許刺激學生探究以下各種可能性：熱脹冷縮、氧氧燒光、水氣凝結…等等。假如論點是氧氣燒盡使水位上升的話，就得解釋二氧化碳跑哪去、在水中的溶解程度，若論點是熱脹冷縮，就可能需要設計實驗探討，水氣凝結或許是一小部分原因，但量可能極少；在這個實驗討論到最終很有可能會得到一個結論：各種原因可能對水位上升都有貢獻，而透過分析或是實驗可能才會知道各自的影響。

從以上的歷程來看，學生多少都會經歷了觀察、聆聽、討論、尋找共識等不同的理性解決問的方式，比起科學知識或答案本身，至少我們可以說在未來的人生中一定會有機會用到這種技能。而這樣的技能是不分城鄉的，有人可能會說「離開了都會區，學生沒有學習動機。」就我看來這些孩子更需要這些技能，或許他們沒有興趣翻開課本、連用心想完一個選擇題都沒有動力，那為何要勉強他們？把重要的技能在他們有興趣的地方偷渡進去，總是比勉強的硬灌他們沒有學習動機的知識來的實際吧？在此提供這樣的論點，意不在強迫老師在教學上作修正，而是提出一個看法：在教導科學時，我們是否讓學生明白到，「科學的進展是一個不斷修正的過程」，而今天的科技發展，是來自過去慢慢建構起來的巨人肩膀，而我們是否又能以不斷客觀微調修正以求進步的方式，來看待我們的教育呢？

最後，再提出兩個簡單的思考方向：

1. 學生畢業多年後，還能記得多少的「自然」或「科學」？

2. 除了辨析偽科學，學生有沒有能力面對「社會性科學議題」(能源、食安、防災與開發等議題)？

從頭到尾，這個主題都是一個極為沉重、需要反思的議題，最後我們來用地球科學的角度來看一個問題好了：「臺灣的未來在哪裡？」

「成為『大陸』的一部分。」

https://www.youtube.com/watch?v=38DMH3zP97U

哈哈，這真的是以地球科學而言來看，從前述的板塊學說來推測未來大陸漂移的方向，在30億年後全世界的陸塊又再度合體。提出這個極為跳tone的話題，無非是提醒自己與聽眾讀者，在面對教育時我們總是沉重批判，但今天我們若想改變的是科學教育，科學家的樂觀、創意、積極的思考，或許才是良方妙藥吧！

延伸閱讀：

特輯：科學教育，科學嗎？

網路科教館：1/5 疑惑-悶熄蠟燭實驗的探討

新石頭城：軟流圈是什麼？