高考申論題 106年 [天文] 天文學

第一題

📖 題組：
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）

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (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。

面對大霹靂理論的觀測證據，考生應直覺聯想現代宇宙學的「三大觀測支柱」。題目已排除哈伯定律（宇宙膨脹），故作答應精確鎖定「宇宙微波背景輻射 (CMB)」與「太初輕元素豐度 (BBN)」，並點出理論預測機制與實際觀測結果的高度吻合。

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【破題】支持大霹靂學說的現代宇宙學三大觀測支柱中，除了哈伯定律之外，另外兩項核心觀測證據為「宇宙微波背景輻射」與「太初輕元素的原始豐度」。【論述】一、宇宙微波背景輻射 (Cosmic Microwave Background Radiation, CMB)

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？

看到測量哈伯常數，首先應聯想到哈伯定律 $v = H_0 \cdot d$。解題關鍵在於說明如何獨立測量星系的「退行速度（透過光譜紅移）」與「距離（透過標準燭光，並帶出距離模數公式）」。最後需準確寫出 $H_0$ 的當前公認數值與特有單位（km/s/Mpc）。

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【破題】哈伯常數 ($H_0$) 的測量基礎源自哈伯定律（Hubble's Law）：$v = H_0 \cdot d$，其中 $v$ 為星系的退行速度，$d$ 為星系與地球的距離。因此，測量 $H_0$ 的核心在於獨立測出目標星系的 $v$ 與 $d$。【論述】