天文觀測 申論題歷屆試題與參考架構
地方特考三等，民國 102～108 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。
108 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
2019 年 4 月 10 日，「事件視界望遠鏡計畫」（Event Horizon Telescope）召開記者會，發布了一次重要科學發現：
（一）請問這次科學家的目的是要觀測何種天體？在那個星系中心？（4 分）
（二）要觀測遙遠且微小的天體，科學家發明了「干涉法」 （Interferometry），請問「干涉法」的原理和實際操作為何？（8 分）
（三）今年發布的這次觀測，使用多大「直徑」的干涉儀，來達成極高解析率？（4 分）
（四）請說明星系中心的這種天體，周邊有何種結構，才能讓天文學家看到這種天體的「輪廓」？（4 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考 2019 年事件視界望遠鏡（EHT）發布的第一張黑洞影像，核心是「特長基線干涉法（VLBI）如何把解析率推到微角秒等級」，以及黑洞陰影為何看得見。
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- 2
（一）請問哈伯望遠鏡的運行軌道離地表大約有多高？國際紫外線天文探索衛星（IUE）位在「地球同步軌道」上，請問這個軌道離地球有多遠？請從觀測視野和維修需求上，說明這兩種軌道的優缺點。（8 分）
（二）何謂「拉格朗日點」 （Lagrangian point）？在天體動力學上有何重要意義？兩個天體之間有幾個「拉格朗日點」？（8 分）
（三）太陽觀測衛星 SOHO（SOlar and Heliospheric Observatory）和紅外線觀測衛星 Herschel（Herschel Space Observatory），分別被置於那兩個「拉格朗日點」上？這兩個位置對太陽觀測及紅外線觀測有何優點？（4 分）
（20 分）
- 3
2015 年 9 月 14 日，美國的 LIGO 監測站有史以來第一次測量到通過地球的「重力波」 ，那是在 13 億光年以外的兩個黑洞合併，所放出來的能量：
（一）請說明 LIGO 監測站測量重力波的原理和實際作法。（8 分）
（二）請說明重力波的本質為何，以及它在時空中傳遞的方式。 （4 分）
（三） 2017 年 8 月 17 日，LIGO 又偵測到一次重力波，但這次不是兩個黑洞的合併，而是何種天體的合併？（4 分）這次觀測和黑洞合併的觀測有何不同？在科學上有何重要性？（4 分）
（20 分）
- 4
太陽系中有三處是「小天體」環繞太陽的聚集區域：
（一）請寫出這三處天體聚集區各自的名稱（3 分） ，以及它們所處的位置。（3 分）
（二）這三個區域的天體，若經由擾動進入內太陽系，從地球旁邊經過並接近太陽，甚至掉落地球上，就分別會是地球上所觀測到的那三種現象？（3 分）
（三） 2017 年 10 月，夏威夷的「泛星」（Pan-STARRS）望遠鏡觀察到了一個「外星天體」 ，命名為「奧陌陌」（'Oumuamua），請問是因為這個天體的「軌道」遵循何種「曲線」 ，才知道它來自外星？（3 分）又經過何種觀測，才知道這個天體是不尋常的長條形？（4 分）經過哈伯望遠鏡的觀測，發現它比單純受到太陽引力所運行的位置，還要超前 10萬公里，請問這個觀測有何重要意涵？（4 分）
（20 分）
- 5
在宇宙學的研究上，過去 40 年有三次巨大的進展：
（一） 1978 年，潘齊亞斯（Arno Penzias）和威爾遜（Robert Wilson）獲得諾貝爾獎，因為他們在改良無線電通訊時，發現天上各個方向都有一種相同的「雜訊」 ，請問這個「雜訊」的本質是什麼？（2 分）對解釋宇宙起源有何重要意義？（4 分）
（二） 2006 年，麥瑟（John Mather）和史穆特（George Smoot）獲得諾貝爾獎，因為他們發現宇宙既是「完美的」 ，同時又有「微小缺陷」 ，請問他們研究的對象為何？（2 分）兩人各自得到什麼結論？（4 分）
（三） 2011 年珀爾穆特（Saul Perlmutter）、施密特（Brian Schmidt），和里斯（Adam Riess）獲得諾貝爾獎，因為他們證明了宇宙在「加速膨脹」 ，請問他們是觀測何種天體，才獲得這個結論？（2 分）這種天體能精確地告訴天文學家何種資訊？（2 分）原理為何？（4 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題串起宇宙學三項諾貝爾獎：宇宙微波背景輻射的發現、COBE 對其黑體譜與各向異性的測量，以及 Ia 型超新星揭示宇宙加速膨脹，答題要扣住「觀測什麼、得到什麼、為何能下結論」。
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105 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）使用 CCD 拍攝目標天體影像，必須同時拍攝暗電流、平場影像。說明暗電流、平場的定義。如何拍攝暗電流與平場影像？（10 分）
（二）用 CCD 拍攝的天體影像，除了天體本身發出的光，也包含其它外來的光，甚至儀器本身的訊號。如果偏壓可以忽略，如何使用暗電流、平場影像，處理拍攝的目標天體影像，獲得一幅處理「淨化」的目標天體影像（即還原成天體本身的影像）？（10 分）
（20 分）
- 2
（一）有些太空望遠鏡放在地球與太陽日系統中的拉格蘭植點（Lagrangian points）。定義拉格蘭植點，並繪圖標出拉格蘭植點的位置。（5 分）
（二）太陽衛星蘇活號（SOHO）、詹姆士‧瑋柏太空望遠鏡都安置在拉格蘭植點，分別說明其優缺點。（10 分）
（15 分）
- 3
（一）用望遠鏡觀測恆星時，說明光學解析度（resolution）的意義。口徑 10 公分的光學望遠鏡，其解析度約為 1 角秒。對口徑 20 公分以上的望遠鏡來說，說明口徑與大氣視相（seeing）對光學解析度的影響。（10 分）
（二）在地面用望遠鏡拍攝與分析木星影像時，影像解析度（resolution）與望遠鏡口徑、視相之間有何關聯？用什麼方法可以突破地球大氣的擾動，獲得望遠鏡光學解析度的木星影像？（10 分）
（20 分）
- 4
（一）使用 UBV 光度濾鏡拍攝疏散星團影像，繪製星色-星等圖，推算其距離與年齡。色指數（U-B）與（B-V）各代表何種物理意義？對於同是 B0 型光譜的超巨星與主巨星，（U-B）的數值有何差異？如果疏散星團位於稀薄星際介質之後，（B-V）的數值會產生何種變化？（15 分）
（二）使用光電管與 UBV 光度濾鏡觀測變星光度變化曲線，寫下一般的觀測程序，以及事後如何進行恆星光度校正？（10 分）
（25 分）
- 5
（一）地面望遠鏡與太空望遠鏡都能進行光學波段觀測，對於觀測恆星、星雲，兩者之優缺點為何？（10 分）
（二）地面望遠鏡與太空望遠鏡都能進行紅外線波段觀測，寫下兩者的差異與優缺點。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題比較地面與太空望遠鏡在光學與紅外線波段的優缺點，關鍵在地球大氣的三個影響：擾動（視相）、吸收（大氣窗口）與輻射（背景），以及成本、口徑、維修與壽命的取捨。
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102 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）「視星等」系統是早年希臘先民發明的，當時的星等系統由最亮到肉眼可見最暗分幾個星等？最亮和最暗亮度相差多少倍？（4 分）
（二）每個星等之間相差幾倍？（4 分）
（三）「絕對星等」是如何定出來的？（4 分）
（四）我們可以從一個天體的「視星等」和「絕對星等」的差別，計算得出這個天體的距離，請問這個重要公式的形式為何？其中距離的單位為何？（4 分）
（五）若有一顆恆星距離地球 32.6 光年，其視星等為+4.85，請問其絕對星等為何？（4 分）
（20 分）
- 2
為了要對所觀測的天體作正確的「流量校正」（flux calibration），我們先要建立觀測天文台的「消光曲線」（extinction curve），亦即不同天頂角的大氣吸收程度。請問我們如何藉著「標準星」的觀測，建立當地的「消光曲線」，來修正地球大氣層的「大氣消光」（atmospheric extinction）？（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
本題考大氣消光改正：大氣吸收與散射隨通過的大氣量（大氣質量）線性增加星等，透過在不同天頂角觀測標準星，求出各波長的消光係數，建立消光曲線，再修正目標天體。
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- 3
近年來地面光學數位天文觀測皆普遍使用 CCD 天文相機，而 CCD 影像處理最基本的三項改正為「偏壓」、「暗電流」及「平場」，請描述：
（一）這三項改正的基本原理。（10 分）
（二）這三項改正在觀測時應如何進行？（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
CCD 原始影像＝天體訊號經像素響應調制後，再疊加讀出電子學的固定偏移與熱電子雜訊。三項改正就是把這些非天體成分逐一扣除或除去，作答要先講「每項誤差從哪來」，再講「觀測時拍什麼校正框、怎麼合成、怎麼套用」。
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- 4
光譜雖然可以給出更多天體資訊，但是使用傳統狹縫光譜儀的觀測過程效率卻很低，一次只能觀測一個天體。近年來天文學家發展的「多目標光譜儀」（multi-object spectrograph, MOS），可以同時觀測數百甚至數千個天體，同時也可以有效地利用CCD 相機晶片的整個曝光表面，請問這種觀測方式的原理為何？（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
傳統長狹縫光譜一次只讓一個天體的光進入，CCD 大部分面積只拿到天空背景。多目標光譜儀的核心想法是：在望遠鏡焦平面上同時「挑出」視野內許多目標的光，送進同一台光譜儀，讓每個目標的色散光譜並排落在 CCD 不同位置。作答要寫出原理、兩種主要實作方式與優缺點。
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- 5
（一）自 1995 年來，找尋「系外行星」（exoplanet）的觀測有長足的進步，但是一開始找到的都是質量又大、距離其母星又近的「熱木星」（Hot Jupiters），這是因為使用何種方法搜尋？原因為何？（5 分）
（二）另外一個搜尋方法則是「恆星食」（star eclipse），天文學家在 HD209458 系統觀察到了這個現象，請問這個現象的原理為何？（5 分）
（三）這個現象要能從地球觀察，行星的「黃道面」需要滿足何種幾何條件？（5 分）
（四）在 HD209458 的行星上，天文學家竟然偵測到了大氣的存在，同時也初步知道了大氣中有何種元素存在，這是使用何種觀測方法得到的？（5 分）六、天文研究中，天體的「距離」一直是最重要的資訊之一，天文學家測量距離的方法有許多種，請寫出以下三種方法的原理並說明：（每小題 5 分，共 15 分）
（一）三角視差
（二）造父變星
（三）超新星峰值亮度
（15 分）
參考架構・破題
本題考系外行星兩大偵測法的選擇效應與幾何條件，以及凌星時的穿透光譜。每小題 5 分，答案要短而精準，先寫方法名稱再寫物理原因。（題目文字後段混入原卷第六題距離測量，一併附上要點。）
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其他等別的「天文觀測」
- 天文觀測（高考三級）（26 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：。