太陽系　申論題歷屆試題與參考架構

108 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   月球的半徑約 1700 公里，約為地球的 1/4，而質量約為地球的 1/100。已知地球的平均密度為 5.5 g/cm3。試問：

   （一）說明如何依此估計月球的平均密度。（5 分）

   （二）計算估計月球的逃脫速度是地球逃脫速度的幾倍？說明此結果如何解釋月球沒有大氣。 （10 分）

   （三）月球外觀有明顯明暗區域，解釋明亮區域及暗黑區域兩者地質年齡的差異，以及造成這些差異的原因。（10 分）

   （四）說明目前最為接受的月球起源學說，並說明有那些觀測證據支持此學說。（5 分）

   （30 分）

   參考架構・破題

   本題從質量與半徑的比例關係出發，串連密度、逃脫速度與大氣保存，再延伸到月面地質年代與月球起源，作答重點是比例推算要寫出過程，物理解釋要扣緊觀測證據。

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2. 2

   太陽是行星與衛星等天體的主要能量來源，距離太陽越近者，接受到的陽光越多。試問：（每小題 10 分，共 20 分）

   （一）試解釋金星比水星距離太陽更遠，為何溫度卻比較高？

   （二）火星比金星距離太陽更遠，照理氣體運動速度慢得多，為何火星大氣比金星稀薄得多？木星比火星又更遙遠，試解釋為何木星卻擁有厚重的大氣層？

   （20 分）

   參考架構・破題

   行星表面溫度與大氣厚度不只取決於與太陽的距離，還受大氣溫室效應、行星質量（逃脫速度）、溫度、磁場與形成位置影響，作答要逐一比較。

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3. 3

   太陽系行星可以分成「類地行星」與「類木行星」 。試問：

   （一）列出那些行星屬於類地行星，並依照體積大小，由大至小排列。 （5 分）

   （二）類木行星又分成氣態為主或冰體為主兩種。那幾個行星以氣態為主？那幾個以冰體為主？說明造成這種差別的主要原因。 （15 分）

   （三）海王星軌道以外的古伯帶天體（Kuiper belt objects）屬於氣態還是冰體天體？（5 分）

   （四）列出一項曾經探測古伯帶天體的太空任務的名稱，並舉出其中一項重要的科學發現。（5 分）

   （五）木星、金星與地球都有大氣層，這些大氣層的主要化學成分各為何？（5 分）

   （35 分）

   參考架構・破題

   本題考行星分類與形成理論，核心是「雪線」與「核心吸積」：距離太陽不同，可凝結的物質與吸積時間不同，造成類地、氣態巨行星、冰巨行星與古伯帶天體的差異。

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4. 4

   目前已經發現超過 4000 顆系外行星，這些是繞行太陽以外恆星周圍的行星。偵測系外行星有兩種主要方法，一種是利用都卜勒效應的光譜觀測，一種則是利用凌星效應的光度觀測。試問：

   （一）除了這兩種方法，說明另外一種偵測系外行星的觀測手段及其原理。（5 分）

   （二）據判斷某些系外行星存在大氣層，而大氣中是否含有氧氣則用來判斷該行星是否可能有生命存在，為什麼是氧氣？（5 分）觀測上要如何偵測系外行星大氣當中是否有氧氣？（5 分）

   （15 分）

   參考架構・破題

   本題考系外行星的其他偵測法與生物標記，作答要寫出方法的物理原理，並解釋為何氧氣是生命跡象，以及以光譜偵測大氣成分的作法。

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105 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   太陽系中有兩個雙體系統，即地球──月球系統和冥王星──凱倫。請描寫它們最可能的形成機制？（10 分）也請比較它們的物理性質，如內部成分、表面成分、大氣成分、離太陽的距離等。（10 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   地月與冥王星－凱倫都是衛星相對主星質量特別大的系統，目前主流解釋都是大碰撞形成；後半要從成分、大氣與軌道位置比較兩者的差異，反映類地區與古伯帶的形成環境不同。

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2. 2

   請問小行星的軌道通常是集中在那兩個行星軌道之間？（5 分）何謂近地小行星？（5 分）小行星家族成員都有著非常相似的軌道參數如半長軸、離心率及傾角。請問小行星家族成因為何？（5 分）穀神星是最大的小行星，但又叫矮行星，請問矮行星之定義。（5 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   本題由小行星帶位置、近地小行星、小行星家族成因到矮行星定義，屬於小天體基本知識，四小題配分相同，每題要寫出定義與一兩句物理解釋。

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3. 3

   土星最大的衛星「泰坦」大氣層的主要成分和次要成分是什麼？（5 分）泰坦表面現在知道有液態湖沼或海洋的存在，請問這些液態物質的成分為何？（5 分）泰坦的質量M = 1.345 × 1026 g，半徑 R = 2575 km，請問一個物體要逃逸泰坦的重力吸引需要多大的速度？（重力常數 G = 6.67 × 10-11 m3kg-1s-2）（10 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   泰坦是太陽系唯一擁有濃厚大氣與地表液體的衛星，前兩小題考大氣與湖泊成分，最後一小題是逃脫速度計算，重點在單位換算。

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4. 4

   彗星的成分主要是什麼？（5 分）從天文觀察，我們知道彗星氣團中有很多不同的氣體分子，請列出最主要的 5 種。（5 分）彗星為什麼通常要到木星軌道內才會有氣團的產生？請加以解釋。（5 分）彗星有那幾種尾巴？它們是因何產生？（5 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   本題以惠普爾的「髒雪球」模型為主軸，說明彗核成分、昇華產生的氣體、氣團出現的距離條件，以及兩種尾巴的物理成因。

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5. 5

   自從 1995 年開始，天文學家發現很多系外行星，請問他們主要用那幾種方法發現？（10 分）請用圖解和文字說明太陽系的生物圈宜居帶（habitable zone）的定義。（5 分）什麼是「熱木星」？也請說明「超級地球」 。（5 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   本題考系外行星偵測方法、宜居帶定義以及兩類太陽系沒有的行星，作答要寫原理與代表性發現，宜居帶部分須附圖。

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102 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   月球繞著地球公轉，而且永遠以同一半球面對著地球。許多人都以「月球自轉週期與公轉週期相同」來解釋這一現象，但是這種解釋屬於結果，而非原因，即使起初月球自轉週期與公轉週期並不同步，也會造成目前同步的現況。由物理（力學）機制來解釋如何造成目前月球以同一半球面對地球的情形，並須繪圖輔助說明。（說明 15 分、繪圖 5 分，共 20 分）

   （20 分）

   本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。

2. 2

   木星的衛星艾歐（Io）體積與月球差不多，離太陽又遠（5.2 AU）。照理說，艾歐應該與月球一樣成為一個沒有地質活動的死寂世界，為什麼艾歐表面有太陽系中最活躍的火山爆發活動？須繪圖輔助說明。（說明 15 分、繪圖 5 分，共 20 分）

   （20 分）

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3. 3

   透過望遠鏡，可以觀賞土星環，且可以觀察到土星環中有明顯的縫隙，最著名的是卡西尼環縫（Cassini division）。

   （一）在地球上，如何觀測證明土星環不是像光碟一樣的環，而是由碎粒構成的環？須繪圖輔助說明。（說明 8 分、繪圖 2 分，共 10 分）

   （二）說明卡西尼環縫可能的成因，必要時繪圖輔助說明。（10 分）

   （10 分）

   本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。

4. 4

   類木行星之表面自轉屬於差異自轉（differential rotation），表面各緯度的自轉週期並不相同，但無法反應其內部的自轉週期。（每小題 5 分，共 20 分）

   （一）可以由差異自轉推論出何種結論？試說明造成差異自轉的可能原因。

   （二）藉由何種觀測，可以推算其內部的自轉週期？

   （三）由木星表面差異自轉計算平均週期，與由（二）獲得的內部自轉週期，那一種較能反映木星的自轉週期，並說明理由。

   （四）地球具有（二）的自轉週期嗎？說明其理由。

   （20 分）

   參考架構・破題

   類木行星看得到的是雲頂大氣，各緯度轉速不同代表表面不是剛體；要得到真正的內部自轉，需要追蹤與內部相連的磁場，作答要說明兩種週期的意義與適用性，再回頭比較地球。

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5. 5

   目前地球大氣主要成分為氮、氧。但是科學家推論地球原始大氣的主要成分為氫、氦、二氧化碳、甲烷（CH4）、氨（NH3）……。依據目前的理論，敘述地球原始大氣如何演化成目前的情形。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   地球現今大氣是「次生大氣」再經生物作用改造的結果：原始氫氦大氣散失，火山釋氣與彗星、小天體帶來揮發物，海洋與岩石吸收二氧化碳，最後由光合作用累積氧氣，作答要依時序說明各成分的去向與來源。

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其他等別的「太陽系」

• 太陽系（高考三級）（26 題）