普考申論題
106年
[天文] 天文學概要
第 一 題
📖 題組：
目前相信宇宙源於某個偶然事件，稱為「大霹靂」，時間與空間自此出現。（每小題 5 分，共 25 分）
目前相信宇宙源於某個偶然事件，稱為「大霹靂」，時間與空間自此出現。（每小題 5 分，共 25 分）
📝 此題為申論題，共 5 小題
小題 (一)
除了哈伯定律，宇宙微波背景輻射也是證明大霹靂確實發生的關鍵證據。為何這些輻射稱為「微波」、「背景」呢？
思路引導 VIP
作答此題需從「本徵性質（起源）」與「觀測性質（現況）」切入。對於「微波」，應聯想宇宙膨脹造成的紅移效應與黑體輻射的維恩位移定律；對於「背景」，則需強調其在天球上各向同性的空間分布特徵，並與點源天體做出區別。
小題 (二)
依據「大霹靂宇宙論」，宇宙以前比較熱。試提出一項觀測證據支持這個推論。
思路引導 VIP
看到「早期宇宙較熱的觀測證據」，應立即聯想宇宙學的兩大基石：宇宙微波背景輻射 (CMB) 或原初核合成 (BBN)。作答時須結合熱力學或黑體輻射定律（如韋恩位移定律）及宇宙學紅移，將現在觀測到的低溫微波現象，定量推導並反證早期的高溫狀態，同時簡述實務觀測上的干擾與排除。
小題 (三)
如果大霹靂為宇宙的起點，那麼宇宙的年齡大約是多少年？
思路引導 VIP
看到詢問宇宙年齡的題目，除了直接寫出科學界公認的數值外，應進一步指出該數值是透過測量『哈伯常數』及觀測『宇宙微波背景輻射（CMB）』，並結合標準宇宙學模型推導而來，以展現天文物理的量化觀測素養。
小題 (四)
大霹靂當時，就已經有恆星與星系了嗎？試說明原因。
思路引導 VIP
作答時應先給出明確的否定結論，接著從宇宙熱膨脹史（宇宙演化時間線）的角度切入。需說明大霹靂初期的極高溫高密環境下，熱力學壓力與輻射壓極大，物質無法因重力塌縮；必須等待宇宙膨脹冷卻、歷經『復合時期』形成中性原子後，微小的密度擾動才能透過重力不穩定性逐漸塌縮，進而形成恆星與星系。
小題 (五)
藉由觀察 Ia 型超新星，以及宇宙背景輻射，發現宇宙正在加速膨脹，因而推論出「暗能量」存在。請敘述暗能量對於宇宙的命運有何影響？
思路引導 VIP
看到此題，應先聯想宇宙學標準模型（ΛCDM）中暗能量提供「負壓」的物理特性，並指出其與物質引力的抗衡關係。接著，依據暗能量狀態方程參數（w）的不同假設，推演宇宙未來的兩種主要終局模型：大冷寂（Big Freeze）與大撕裂（Big Rip）。