普考申論題 108年 [天文] 天文學概要

第一題

📖 題組：
三、

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

天文學家根據什麼發現，認為宇宙中有暗物質和暗能量的存在？（10 分）

本題測驗考生對現代宇宙學兩大未解之謎『暗物質』與『暗能量』觀測基礎的掌握。答題時應將兩者分開論述，暗物質要緊扣『重力束縛效應』（如星系自轉曲線、重力透鏡），暗能量則要緊扣『宇宙加速膨脹』（如Ia型超新星觀測、CMB平坦宇宙模型），並點出觀測數據與傳統物理理論預期之間的落差。

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【破題】暗物質與暗能量是現代宇宙學標準模型（$\Lambda$CDM 模型）的核心組成。兩者皆無法透過電磁波直接觀測，天文學家是藉由觀測它們對周遭天體與宇宙整體的「重力動力學效應」及「宇宙膨脹歷史」所推論得出的。【論述】一、暗物質（Dark Matter）存在的觀測證據

請以圓盤圖標示目前最合理的推論下，暗能量、暗物質和一般物質（hadronic matter）的比例。（5 分）

看到本題應立即聯想標準宇宙學模型（ΛCDM 模型）及普朗克衛星（Planck satellite）的觀測數據。作答時需精確寫出暗能量、暗物質與一般物質的公認百分比，並將其換算為圓盤圖的面積（圓心角）比例，以展現定量的科學概念。

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【破題】依據目前最被接受的標準宇宙學模型（ΛCDM 模型），以及普朗克衛星（Planck）對宇宙微波背景輻射（CMB）的最新觀測數據，宇宙的總質能密度分布具有公認的精確比例。【論述】一、各組成成分之比例數值