太陽系 申論題歷屆試題與參考架構
高考三級，民國 106～115 年共 6 份試卷、26 題，其中 22 題附參考答題架構。考這一科的類科：天文。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
針對太陽系中的類地行星與類木行星，請依序完成下列問題：
（一）分別列出所有的類地行星與類木行星。（8 分）
（二）將「類地行星」和「類木行星」的比較項目整理成表格，比較項目包含：與太陽距離、行星體積、行星質量、平均密度、公轉週期、行星環。（12 分）
（三）說明造成公轉週期差異的原因？（5 分）
（25 分）
- 2
針對太陽系中小行星與彗星，請依序完成下列問題：
（一）分別列出三個彗星的名稱。（9 分）
（二）將「小行星」和「彗星」的比較項目整理成表格，比較項目包含：主要成分、平均密度、軌道離心率、軌道傾角。（8 分）
（三）從主要成分來說明，為何彗星較容易形成彗尾，而小行星通常不會？（8 分）
（25 分）
- 3
請回答下列問題：（每小題 5 分，共 25 分）
（一）隕石的成因。
（二）流星的成因。
（三）木衛一上火山噴發的成因。
（四）木星大紅斑為何？
（五）形成彗尾的機制。
（25 分）
- 4
針對系外行星，請依序完成下列問題：
（一）介紹發現系外行星的凌日法與都卜勒徑向速度法之觀測方法。（16 分）
（二）適居帶理論的定義為何？（6 分）
（三）適居帶理論是以何種生命型態為假設基礎？（3 分）
（25 分）
114 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
羅塞塔號（Rosetta）是歐洲太空總署於 2004 年初發射造訪 67P/楚留莫夫－格拉希門克彗星（comet 67P/Churyumov-Gerasimenko；以下簡稱彗星 67P）的太空探測船。羅塞塔被譽為是一個開創性的太空任務，是人類有史以來第一個環繞彗星軌道運行並放置登陸器的彗星任務。羅塞塔號經過 10 年的飛行，終於在 2014 年抵達彗星 67P。請問：
（一）彗星 67P 編號中的英文字母“P”代表什麼意思？（2 分）
（二）羅塞塔任務除了軌道飛行器（orbiter）羅塞塔號外，還攜帶了一艘登陸器（lander）。請問這艘登陸船叫什麼名字？（2 分）
（三）為何迄今為止，人類執行了超過十次以上的彗星探訪任務，卻沒有一次彗星任務是造訪源自歐特雲的彗星？（8 分）
（四）彗星 67P 的近日點距離太陽不過 1.24 AU，為何羅塞塔號要經過 10 年飛行，包含三次地球、一次火星重力助推（gravity assist），才能抵達目標？（5 分）
（五）羅塞塔彗星任務的主要科學發現為何？（8 分）
（25 分）
- 2
在上個世紀，天文學家大都相信，太陽系應該不是我們銀河系中唯一的一個行星系統。不過卻一直苦於沒有直接觀測證據。請問：
（一）天文學家 Wolszczan 和 Frail 是在那一年終於首次確認發現太陽系外的行星（系外行星）的存在？這些圍繞著一顆中子星主星運行的系外行星是以何種方法發現的？（5 分）
（二）天文學家馬約爾和奎洛茲（Mayor 和 Queloz）又是在那一年首次發現繞行矮恆星的系外行星？這顆距地球 15.5 pc 的系外行星繞行之主星光譜類型和名字為何？這顆系外行星是以何種方法發現的？（10 分）
（三）馬約爾和奎洛茲憑藉此項發現獲得了 2019 年諾貝爾物理學獎。為什麼諾貝爾獎是頒給馬約爾和奎洛茲，而非第一個發現系外行星的Wolszczan 和 Frail？（10 分）
（25 分）
- 3
天文學家將「海洋世界」 （Ocean Worlds）定義為在太陽系中，目前地表下（或過去曾經）存在海洋的太陽系天體。 （地球也是一個「海洋世界」 ，不過這裡只用來作為研究比較或參考之用，在下面問題中毋須列入考慮。）請問：
（一）請列出四個「已知」有海洋存在的太陽系天體。（8 分）
（二）請列出任意兩個「可能」有海洋存在其上的太陽系天體。 （4 分）
（三）行星科學家花了很大的氣力來辨識太陽系中的可能海洋世界，描述其海洋特徵和物理特性，例如冰殼 ice shell（crust）的厚度、成分和孔隙度、海洋的厚度、密度和成分等。科學家研究太陽系「海洋世界」 ，其終極主要目為何？（7 分）
（四）地球距離太陽 1 AU，地球表面的平均溫度為 280 K。那麼位於小行星帶之外的「海洋世界」 ，其地表冰殼下海洋的溫度最可能是多少度 K？（3 分）
（五）行星科學家稱這些太陽系天體「海洋世界」，除了其地表下有海洋存在，也意指其海洋的主要化學成分除了水之外，還有何種化學物質存在？（3 分）
（25 分）
- 4
土衛六（Titan）的質量是地球質量的 0.0225 倍，其地表逃脫速度為2.64 km/s；土衛六擁有濃厚大氣，大氣壓約為 1.45 atm。請問：
（一）太陽系的天然衛星中，除了土衛六，還有一些衛星也被觀測到有大氣存在的明顯證據，請列出其中兩顆衛星。（4 分）
（二）比較太陽系中天然衛星的大小，請問土衛六的直徑排名第幾大？（2 分）
（三）土衛六與太陽的平均距離為何？（提示：可利用蒂丟斯–波德定律Titius-Bode Law 估計距離）（5 分）
（四）地球距離太陽 1 AU，如果地球沒有大氣，地球表面的平均溫度為 260 K。請估算土衛六的表面溫度。（5 分）
（五）土衛六大氣的實際平均溫度較上題（四）推得的溫度略高 10 K。請估計氫氣分子、氮氣分子和甲烷分子在土衛六大氣中的平均速率。假設不考慮其他化學成分因素，請問土衛六大氣中，三種分子含量豐度最高是那一個？（提示：波茲曼常數 k = 1.38 10-23 J/K；1 amu = 1.66 10-27 kg）（9 分）
（25 分）
113 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
某系外恆星系統有一顆行星，其公轉週期為 90 個地球日，而自轉週期相對公轉方向為順行 60 個地球日。請問：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）該行星上的一天，即看到恆星重複出現在天頂的時間間隔為多少地球日？恆星在天空的運動方向為何？
（二）該恆星－行星系統是否有共振現象？試說明之。
（20 分）
- 2
太陽系某彗星的週期為 216 年，近日點到太陽的距離為 0.5 AU。請問：
（一）該彗星的遠日點到太陽的距離為何？（5 分）
（二）當該彗星的軌道速率為地球軌道速率的一半時，該彗星距離太陽多遠？（15 分）
（20 分）
- 3
穀神星（Ceres）1801 年被發現後，先被歸類為行星，後來到 1850 年代被歸類為小行星，到 2006 年又被分類為矮行星，請說明其原由，及分類的理由和定義。（20 分）
（20 分）
- 4
適居帶的範圍，與行星的平衡溫度有關，某恆星的半徑為 R，溫度為 T，某行星其軌道半徑為 a，反照率為 A，請問：
（一）如果不考慮行星大氣的影響，該行星的平衡溫度為何？（10 分）
（二）如果該行星的實際表面溫度與上題的估算有差異，請問可能的原因為何？並以太陽系的行星或衛星為例來說明。 （20 分）
（30 分）
- 5
在 2030 年代將有歐洲的木星冰衛探測器（JUICE）及美國的木衛二快船（Europa Clipper）展開探測木星衛星的任務。請問二個計畫的主要目的為何？為何要去探測木星衛星？（10 分）
（10 分）
112 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
木星與其衛星系統的關係就像是一個微型的太陽系，下表列出其中五顆衛星的公轉軌道參數資訊，請依表列內容回答下列問題：軌道半長軸衛星名稱 公轉週期（天） 軌道偏心率 軌道傾角（度）（103 km）埃歐 422 1.77 0.004 0.04歐羅巴 671 3.55 0.010 0.47嘉尼米德 1070 ---- 0.001 0.20卡利斯多 1883 16.7 0.007 0.28喜瑪利亞 11460 251 0.163 175
（一）請問嘉尼米德的公轉週期為幾天？（四捨五入至小數點第二位）請寫下計算過程並解釋其學理依據。（10分）
（二）木衛一埃歐的自轉週期與公轉週期相同，亦即為同步自轉，請問其原因為何？（10分）
（三）木星的不規則衛星「喜瑪利亞」之軌道偏心率與傾角，與木星的伽利略衛星（表列的前四顆）之性質非常不同，請問該如何解釋？（15分）
（35 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 2
行星磁場成因與磁層結構： （每小題10分，共30分）
（一）科學家利用「發電機理論」來說明地球為何會產生磁場，請說明此理論中需要那三大條件才能形成磁場？
（二）承上題，請說明木星磁場形成機制。
（三）請繪圖並描述木星磁層的外觀結構，在圖中特別標出太陽風流向、弓形震波（bow shock）、磁層頂、磁尾的位置。
（30 分）
- 3
日本的隼鳥2號太空船已飛抵龍宮小行星進行探測：
（一）請說明龍宮小行星在太陽系裡的約略位置。（5分）
（二）龍宮的光譜類型屬於C型小行星，請問C型小行星的特徵與主要化學組成為何？（10分）
（15 分）
參考架構・破題
本題分兩部分：先以小行星帶的位置定位龍宮（162173 Ryugu），再說明 C 型小行星的光譜特徵與化學組成，並可連結隼鳥2號採樣返回所得的科學意義。
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- 4
距今透過各種天文觀測方法，已發現有超過5,000顆系外行星：（每小題10分，共20分）
（一）其中有一個特別的行星族群稱為「熱木星」，請說明什麼是「熱木星」？
（二）探測系外行星的方法其中之一為「徑向速度法」 ，請描述如何利用此方法找到系外行星？
（20 分）
111 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
下表列出太陽系部分天體的性質，問號表示不確定。天體／性質 金星 地球 月球 火星 A B 鬩神星平均距日（地球＝1） 0.7 1 1 1.5 2.8 30 68表面平均溫度（℃） 464 15 −20 −65 −100 −200 −230半徑（地球＝1） 0.95 1 0.27 C 0.07 3.88 0.20外觀顏色 灰白 藍白 灰白 紅 灰黑 藍綠 ？平均密度（g/cm3） 5.2 5.5 3.3 3.9 2.2 D 2.3表面大氣壓（地球＝1） 92 1 0 0.01 0？ ？ 0？表面磁場 無 有 無 無 無？ 有 無？
（一）上表中 A、B 各為那個天體？說明據以判斷的理由。（10 分）
（二）除了地球，表中那個天體人類曾經取回岩石樣本？（5 分）
（三）C 是火星的半徑。D 則是 B 天體的平均密度。試針對 C 與 D 的空格，填入一個推測的數字（或範圍） ，並說明理由。（10 分）
（四）解釋表中天體外觀顏色差異的原因。（5 分）
（五）地球與月球距離太陽相當，但表面溫度有明顯差異，試說明原因。（5 分）
（六）金星與地球大小相當，但表面性質迥異。試說明金星大氣高溫、高壓的原因。（10 分）
（七）太陽具有磁場。而表中的天體，有些具有磁場，有些則未偵測到，或未知。請說明產生地球磁場的機制。並說明地磁對於地球生命發展有那些影響？（5 分）
（50 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 2
太陽系中目前已知 8 顆行星，五顆矮行星，其中地球這顆行星距離太陽平均 1 au（1 億 5 千萬公里），公轉週期 1 年，繞行太陽軌道速度約30 km/s。（每小題 10 分，共 50 分）
（一）木星距離太陽約 5 au，試估計木星的公轉週期及其軌道速度。請列出估算過程。
（二）月表可見大量隕石坑，外觀與那顆類地行星最接近？提出此行星之所以外觀如此的原因。
（三）目前在太陽以外的恆星周圍發現了超過 5000 顆行星。除了直接成像的方法，試舉出三種不同偵測系外行星的方法，並比較各自方法的優缺點或限制。
（四）請說明已經開始工作的韋伯太空望遠鏡，相較於目前已有的望遠鏡，有那些特性，使其在太陽系天體及系外行星的研究上，能夠有特殊貢獻？
（五）經觀測在某顆 M 光譜型態的主序星周圍發現有行星圍繞。若該紅矮星的質量為太陽的 0.1 倍，而圍繞的系外行星軌道距離為 1 au，試估計該行星的軌道週期。另說明如何估計該行星溫度，以及是否有岩石表面，或表面是否可能有海洋的原理，例如需要那些資訊，但無須細節或實際推導。
（50 分）
參考架構・破題
本題為太陽系與系外行星綜合題，涵蓋克卜勒定律估算、撞擊坑與行星表面演化、系外行星偵測方法比較、韋伯望遠鏡特性，以及紅矮星適居性推估。每小題各 10 分，宜均衡配置時間，計算題要列式。
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106 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
當刻卜勒（Kepler）分析第谷的觀測數據提出行星運動三定律時，屬於經驗法則，牛頓則能依據萬有引力假設與運動三定律推導出刻卜勒三定律。行星m繞太陽M公轉，牛頓認為兩天體間的重力 F=GMm/r2，其中r為兩天體間的距離，G為重力常數，依據牛頓力學推導刻卜勒第二定律與第三定律。試問：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）運用角動量（L）守恆概念，推導出行星運動第二定律：行星與太陽的連線，在相同時間內，掃過相同的面積。
（二）令行星繞太陽公轉週期為T。如果行星繞太陽的軌道為正圓，推導出Kepler行星運動第三定律：r的三次方與T的平方之比為定值。
（20 分）
參考架構・破題
本題要求從牛頓萬有引力與運動定律出發，推導刻卜勒第二、第三定律。關鍵在於：重力是連心力，對太陽的力矩為零，因此角動量守恆；圓軌道時重力恰好提供向心力。推導要步驟清楚、每一步說明物理意義。
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- 2
地球、木星、土星大氣都有與自轉方向平行的大氣帶，各有自己的風向、風速。說明科氏力效應，並用科氏力效應解釋三顆行星大氣的相同處。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
科氏力是在自轉座標系中觀察運動物體時出現的慣性（假想）力，其大小與自轉角速度及運動速度成正比。地球、木星、土星都是自轉中的流體大氣，科氏力把南北向的氣流偏轉成東西向，因此三者都發展出與赤道平行的帶狀風系；自轉越快、行星越大，帶數越多。
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- 3
行 星 的 磁 場 對 於 行 星 大 氣 有 很 重 要的 影 響 。 如 果 現 在 地 球 的 磁 場 突 然 消 失 ，則：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）地球大氣結構會如何演變？
（二）對地面上的生命有何影響？
（20 分）
參考架構・破題
地球磁場形成磁層，使太陽風與宇宙射線中的帶電粒子偏轉、不直接撞擊高層大氣。磁場消失後，大氣散失機制改變、高層大氣化學與游離層受擾，地表生物也會承受較多輻射與導航失據；但大氣不會瞬間消失，屬於長時間尺度的演變。
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- 4
從外貌、成分與軌道性質說明冥王星應該是古柏帶天體，也是矮行星。（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
本題要從外貌（大小）、成分（冰岩組成）與軌道（偏心、傾斜、與海王星共振）三方面，說明冥王星與古柏帶天體特徵一致，並對照國際天文聯合會（IAU）2006 年的行星定義，說明它因未清空軌道鄰域而歸為矮行星。
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- 5
繪圖說明如何由彗星觀測數據推測彗星來源有兩種：古柏帶與歐特雲？（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
彗星依軌道週期與傾角分布可分兩大族群：短週期彗星多為低傾角、順行，指向扁平的古柏帶（及散射盤）；長週期彗星傾角各方向均勻、遠日點極遠，指向球殼狀的歐特雲。作答要附圖，用軌道參數的統計分布支撐推論。
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- 6
卡西尼號太空船在 2004 年進入環繞土星的軌道，傳回許多土星本體、土星環及其各衛星的影像，讓科學家增加對土星系統的認識。預定在 2017 年 4 月進入一個新軌道，環繞 22 次後，訂於 9 月 15 日墜入土星大氣，像流星一般燒毀，結束任務。試問：（每小題 5 分，共 10 分）
（一）科學家為什麼選擇讓卡西尼號最後墜入土星大氣來結束任務？
（二）卡西尼號最後環繞土星軌道的任務為何？
（10 分）
參考架構・破題
卡西尼號的終局（Grand Finale）是在燃料將盡時，刻意讓太空船墜入土星，以避免污染可能有生命條件的衛星；同時利用最後 22 圈穿越土星與環之間的空隙，取得過去從未近距離測量的資料。
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- 7
說明刻卜勒太空任務用何種方式搜尋太陽系外行星？（5 分）以及此任務對搜尋太陽系外行星的貢獻。（5 分）
（10 分）
參考架構・破題
刻卜勒太空望遠鏡以凌日法（transit photometry）長期監測大量恆星亮度，偵測行星通過恆星前方造成的週期性微小變暗。其貢獻在於發現數千顆行星候選與確認行星，並首次從統計上估計類地行星的普遍程度。
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- 太陽系（地方特考三等）（14 題）
題目來源：考選部考畢試題查詢平臺（政府資訊公開資料）；參考架構為本站自撰，僅供準備方向參考，非官方標準答案。最後更新：。