天文學 申論題歷屆試題與參考架構
高考三級，民國 106～112 年共 3 份試卷、15 題，其中 15 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。
112 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
克卜勒觀測太陽系五個行星的運動，歸納出克卜勒三大定律。牛頓提出牛頓力學，包括牛頓三大運動定律與萬有引力定律，不但可以解釋克卜勒三大定律，甚至可以擴展到太陽系所有天體的運動，並對克卜勒定律做了解釋、修正與擴充，請問：
（一）關於克卜勒第一定律（天體軌道）牛頓力學上做了什麼擴充？（5分）
（二）克卜勒第二定律（等面積定律）其實是那一個基本物理守恆量的體現？（5分）
（三）牛頓力學又對克卜勒第三定律做了什麼修正？（10分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考牛頓力學如何把克卜勒三定律從經驗規律提升為萬有引力下的必然結果。作答時每小題先點出結論，再用一兩個公式或物理量說明理由，依配分分配篇幅（第三小題占一半）。
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- 2
地球自轉週期雖有小幅度的快慢變化，但以長期趨勢而言，地球是越轉越慢，主要是受到月球之影響。
（一）請問地球為什麼越轉越慢？（4分）
（二）在此機制下，地球越轉越慢將對月球有何影響？（3分）
（三）在此機制作用下，地球與月球最終將會如何？（3分）
（10 分）
- 3
請回答下列關於恆星演化的問題：
（一）恆星可以金屬豐度分為：第一族星（亦稱星族Ⅰ星）金屬豐度高；第二族星（亦稱星族II星）金屬豐度低。請問造成這二族星金屬豐度有明顯差異性的原因為何？此外，這二族星在年齡上有何相異之處？（10分）
（二）當恆星在主序星階段最後一刻，恆星核心已不再進行氫的核融合，而溫度又不足以引發氦的核融合，此刻恆星核心不再產生能量。照理說會因壓力不足以抵抗重力而收縮，但事實上恆星反而體積膨脹，往紅巨星方向演化，請問原因為何？（10分）
（三）大質量恆星演化時會不斷產生重元素，但最重只到鐵（ Fe26 ）為止，請問為何不能再產出更重的元素？（10分）
（四）中子星是大質量恆星經超新星爆發死亡後留下的殘骸，請問有何觀測證據？（5分）
（35 分）
- 4
關於星系與宇宙論，請回答下列問題：
（一）現代宇宙論觀測得知，我們的宇宙年齡約為138億年，但又說可觀測宇宙半徑為465億光年，請問為何有此差距？（10分）
（二）什麼是奧伯斯悖論（Olbers’ Paradox）？什麼原因使得奧伯斯悖論不成立？（10分）
（三）在活躍星系核中，有些的光譜能同時看到寬譜線與窄譜線，如西佛I型與寬譜線無線電波星系，有些的光譜只能看到窄譜線，如西佛II型與窄譜線無線電波星系，請問原因為何？（10分）
（四）天文學家已觀測到M87與銀河系中心的大質量黑洞剪影，請問天文學家是如何觀測到的？（5分）
（35 分）
111 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試說明下列天體。（每小題 5 分，共 20 分）
（一）分光雙星（spectroscopic binary）
（二）矮行星（dwarf planet）
（三）洛希瓣（Roche lobe）
（四）愛因斯坦環（Einstein ring）
（20 分）
- 2
民國 111 年 5 月 12 日事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）發表直接觀測銀河系中心超大質量黑洞的影像。EHT 是用什麼技術？EHT 所用的觀測頻率為 230 GHz，試估算其理論上最佳角解析度約為多少微角秒（microarcsecond）？若銀心超大質量黑洞距離太陽系 26,000 光年，質量為 4 百萬太陽質量，從地球看它的事件視界（event horizon）約多少微角秒？（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
本題考事件視界望遠鏡的原理（特長基線干涉）與兩個估算：角解析度 θ ≈ λ/D，以及史瓦西半徑對應的視角。答題先寫技術，再列式代入數字，最後給答案與單位換算。
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- 3
何謂日冕物質拋射（coronal mass ejection）？試述這現象可能的起因及其對地球可能產生的影響。 （15 分）
（15 分）
- 4
恆星有兩種分類：光譜型與光度級（spectral type and luminosity class）。試述這兩種分類（可用赫羅圖輔助說明）。太陽的光譜型與光度級為何？（20 分）
（20 分）
- 5
詳細描述哈伯星系型態分類法中的各類星系。（20 分）
（20 分）
- 6
宇宙微波背景輻射是否會隨著宇宙膨脹而改變？如果會，那麼其峰值波長現在為何？在紅移等於 200 時，波長為何？（10 分）
（10 分）
106 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
太陽系中目前已知有八顆行星，五顆矮行星，其中地球這顆行星距離太陽平均 1 AU（一億五千萬公里），公轉週期一年，繞行太陽軌道速度約 30 km/s。（每小題 5 分，共 30 分）
（一）土星距離太陽約 10 AU，試估計其公轉週期。
（二）海王星距離太陽約 30 AU，軌道速度約 5 km/s。試估計從地球看海王星位置每天大約移動多少角秒。
（三）比較地球、月球、木星、土星等四個天體，寫出它們平均密度（也就是質量除以體積）由大而小排列的順序。
（四）月球的表面有明顯亮暗不同的區域，其中暗黑的部分稱為「月海」 。試說明這些區域之所以有亮、暗差別的原因。
（五）冥王星曾經屬於行星，但現已歸類為矮行星。冥王星有那些性質與行星不符？
（六）除了冥王星以外，另外舉出兩顆矮行星的名稱。
（30 分）
- 2
除了太陽以外，別的恆星周圍也可能有行星圍繞。（每小題 5 分，共 20 分）
（一）試舉出兩種偵側系外行星的方法，並說明該兩種方法的優缺點或限制。
（二）某光譜為 M 型態的主序星，視星等為 12 等，距離地球 10 pc。觀測發現其周圍有行星圍繞。若此星的質量為太陽 0.25 倍，而圍繞的系外行星軌道距離為 1 AU，試計算該行星的軌道速度。
（三）試說明一種觀測手段可以探測此系外行星是否有大氣，甚至推論大氣的成分。
（四）此 M 型態恆星的絕對星等為何？
（20 分）
- 3
一般相信太陽源於星際雲氣，當雲氣內縮的引力超過熱壓力的外膨力量，便引發重力塌縮。（每小題 5 分，共 30 分）
（一）此時期的能量來源為重力位能，說明一種方法可以偵測到太空中的雲氣。
（二）當太陽進入主序，便能夠在可見光偵測到，此時期天體的主要能量來源為何？列出兩項足以證明產生能量過程的觀測證據。
（三）太陽表面常見黑子，說明太陽黑子的成因。出現黑子對於太陽光度有何影響？太陽黑子數量多寡，對於地球有何影響？
（四）太陽離開主序後將成為紅巨星，是什麼機制讓天體變得又大又紅？紅巨星的主要能源為何？
（五）太陽演化成為紅巨星之後，最終外層將被拋出，而成為行星狀星雲，核心則成為白矮星，表面高溫而體積小。這種天體為何被稱為行星狀星雲？
（六）白矮星是怎樣的天體？此時期星球的主要能源為何？全一張（背面）
（30 分）
- 4
銀河系除了包含恆星，以及周圍的行星、衛星、彗星等，另外還有星際物質、宇宙射線、磁場等。其中星際物質的組成為氣體與塵埃。試問：（每小題 5 分，共 10 分）
（一）有那種觀測方法，可以推測星際塵埃的存在？
（二）列出兩種觀測手段，可以用來研究星系的磁場。
（10 分）
- 5
目前認為整個時空出現於138 億年前，在大霹靂之後宇宙持續膨脹而逐漸冷卻到現在的 2.7 K。試說明：（每小題 5 分，共 10 分）
（一）除了哈伯定律以外，敘述另外兩項支持大霹靂學說的觀測證據。
（二）一般使用哈伯常數來描述宇宙膨脹的速率，試說明一種測量此常數的觀測方法。哈伯常數目前已知的數值（包括恰當的單位）為何？
（10 分）
其他等別的「天文學」
- 天文學（地方特考三等）（11 題）
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