地特四等申論題
105年
[天文] 天文學概要
第 一 題
📖 題組：
超新星可以分為 Ia, Ib, Ic 和 II 等 4 種類型，其中 Ia 型對天文觀測相當重要，因為它可以提供這個天體的距離資訊： (一)請問 Ia 型超新星的本質是何種天體？（5 分） (二)為何 Ia 型超新星爆炸時的「尖峰亮度」（peak brightness）可以用來測量到這個超新星的準確距離？（10 分） (三)1987 年 2 月 23 日，在南天大麥哲倫星系中，出現一顆超新星 SN1987A，是近年來最為重要的一顆超新星，請問這顆超新星屬於上述四種類型的那一種？（5 分） (四)日本天文學家小柴昌俊，在超新星 SN1987A 光學爆發之前，就偵測到了來自這顆星的粒子，請問是何種粒子？（5 分）為何超新星爆發會產生這種粒子？（5 分）
超新星可以分為 Ia, Ib, Ic 和 II 等 4 種類型，其中 Ia 型對天文觀測相當重要，因為它可以提供這個天體的距離資訊： (一)請問 Ia 型超新星的本質是何種天體？（5 分） (二)為何 Ia 型超新星爆炸時的「尖峰亮度」（peak brightness）可以用來測量到這個超新星的準確距離？（10 分） (三)1987 年 2 月 23 日，在南天大麥哲倫星系中，出現一顆超新星 SN1987A，是近年來最為重要的一顆超新星，請問這顆超新星屬於上述四種類型的那一種？（5 分） (四)日本天文學家小柴昌俊，在超新星 SN1987A 光學爆發之前，就偵測到了來自這顆星的粒子，請問是何種粒子？（5 分）為何超新星爆發會產生這種粒子？（5 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
請問 Ia 型超新星的本質是何種天體？（5 分）
思路引導 VIP
看到這題，首先回憶超新星的分類機制與前身星。必須明確點出 Ia 型超新星的本質是「白矮星」，並補充說明它必須處於「雙星系統」中，因吸積物質達到錢德拉塞卡極限而引發熱核爆炸。
小題 (二)
為何 Ia 型超新星爆炸時的「尖峰亮度」（peak brightness）可以用來測量到這個超新星的準確距離？（10 分）
思路引導 VIP
本題測驗 Ia 型超新星作為「標準燭光」的物理機制。解題關鍵在於指出其前身星（白矮星）爆發時質量固定（錢德拉塞卡極限），因此產生固定的絕對亮度，再利用視星等與絕對星等的關係（距離平方反比定律）即可求得精準距離。
小題 (三)
1987 年 2 月 23 日，在南天大麥哲倫星系中，出現一顆超新星 SN1987A，是近年來最為重要的一顆超新星，請問這顆超新星屬於上述四種類型的那一種？（5 分）
思路引導 VIP
看到 SN1987A，考生應聯想到其前身星是一顆大質量的藍超巨星，且伴隨微中子的爆發（核心塌縮機制）。大質量恆星演化至末期發生的核心塌縮，且外層保留有氫元素，在光譜上具有氫吸收線，即對應分類中的 II 型超新星。
小題 (四)
日本天文學家小柴昌俊，在超新星 SN1987A 光學爆發之前，就偵測到了來自這顆星的粒子，請問是何種粒子？（5 分）為何超新星爆發會產生這種粒子？（5 分）
思路引導 VIP
看到「小柴昌俊」與「SN1987A 光學爆發前偵測的粒子」，應立刻聯想到讓他獲得諾貝爾物理學獎的「微中子（Neutrino）」觀測。解釋產生機制時，需點出大質量恆星末期「核心塌縮」過程中，質子與電子結合形成中子並釋放大量微中子的物理反應（逆貝他衰變/電子捕捉）。