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普考申論題 107年 [天文] 天文學概要

第 一 題

📖 題組:
二、(一)太陽系的八個行星分為「類地」和「類木」兩種,請問「類地」包含那幾個行星?「類木」包含那幾個行星?(二)請從「質量」、「體積」、「密度」,和「與日距離」這幾個參數上,比較「類地」和「類木」行星的差別;(三)冥王星無法計入「類地」或「類木」行星,而從「行星」的層級上被移除,請問冥王星被歸類成那一種天體?這一類天體目前大約有幾個?(四)請舉出與冥王星同類天體的其中兩個來(不計冥王星);(五)科學家在 1992 年發現了 1992QB1,請問從那時開始,天文學家發現海王星軌道外,有何特殊的現象?(每小題 4 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

太陽系的八個行星分為「類地」和「類木」兩種,請問「類地」包含那幾個行星?「類木」包含那幾個行星?

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這是一道基礎的記憶型考題。考生看到此題應立刻聯想太陽系八大行星由內而外的空間分布順序,並以火星與木星之間的小行星帶為物理分界,直接列舉兩類行星的成員。

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太陽系八大行星依其物理性質與空間分布,分類如下: (一) 「類地」行星(Terrestrial planets):包含水星、金星、地球、火星。 (二) 「類木」行星(Jovian planets):包含木星、土星、天王星、海王星。

小題 (二)

請從「質量」、「體積」、「密度」,和「與日距離」這幾個參數上,比較「類地」和「類木」行星的差別;

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考生看到此題應立刻聯想太陽系的形成模型(星雲假說),由於「與日距離」不同導致溫度差異(凍結線),進而決定了行星的物質組成與聚集能力,這正是造成兩類行星在「密度」、「質量」與「體積」上出現顯著對比的物理根源。答題時建議採條列式明確對比,確保四個參數均清楚呈現並輔以簡單的物理機制解釋。

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【破題】類地行星與類木行星的物理差異,主要源於太陽系形成初期不同「與日距離」所造成的溫度梯度,導致物質組成與重力吸積過程截然不同。 【論述】 針對題目要求的四個參數,比較如下:

小題 (三)

冥王星無法計入「類地」或「類木」行星,而從「行星」的層級上被移除,請問冥王星被歸類成那一種天體?這一類天體目前大約有幾個?

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考生看到此題應立即回想 2006 年國際天文學聯合會(IAU)對行星定義的修正。作答時需精確寫出新分類的專有名詞,並針對數量部分,寫出官方正式認可的標準數字,若能補充潛在候選天體的觀測現況更佳。

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冥王星目前被歸類為「矮行星」(Dwarf planet)。 依據國際天文學聯合會(IAU)的公告,目前官方正式認可的矮行星共有 5 個。這 5 顆分別為:冥王星(Pluto)、穀神星(Ceres)、鬩神星(Eris)、鳥神星(Makemake)與妊神星(Haumea)。 (補充說明:雖然實務觀測上,推測海王星外天體(TNOs)中可能尚有數百至數千個符合矮行星流體靜力平衡物理定義的候選天體,但在國家考試作答上,應以 IAU 官方正式確認之 5 個為標準答案。)

小題 (四)

請舉出與冥王星同類天體的其中兩個來(不計冥王星);

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本題測驗考生對太陽系天體分類的記憶與認識。解題時應先確認冥王星目前被歸類為「矮行星(Dwarf planet)」,接著從國際天文學聯合會(IAU)目前正式認可的矮行星名單中,任舉兩個天體作答即可。

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與冥王星同屬「矮行星」(Dwarf planet)的天體,除冥王星外,可列舉以下其中兩個: (1) 鬩神星(Eris):目前已知質量最大的矮行星,位於離散盤內。 (2) 穀神星(Ceres):位於火星與木星之間的小行星帶,是小行星帶中唯一的一顆矮行星。

小題 (五)

科學家在 1992 年發現了 1992QB1,請問從那時開始,天文學家發現海王星軌道外,有何特殊的現象?

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看到「1992QB1」與「海王星軌道外」,應直覺聯想到「古柏帶(Kuiper Belt)」的發現史。答題時需明確點出該區域充滿冰質小天體(海王星外天體,TNOs),並點出其作為太陽系早期形成殘骸的天文物理意義。

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【破題】自 1992 QB1 發現後,天文學家確認了海王星軌道外存在大量冰質小天體,證實了「古柏帶(Kuiper Belt)」的存在。 【論述】 一、觀測現象的確認:1992 QB1 是繼冥王星與其衛星後,第一個被發現的海王星外天體(Trans-Neptunian Object, TNO)。自此之後,觀測數據顯示在距離太陽約 30 至 50 天文單位(AU)的黃道面附近,密佈著成千上萬個由水冰、氨、甲烷等揮發物及岩石組成的小天體。

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