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普考申論題 108年 [天文] 天文學概要

第 一 題

📖 題組:
五、
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請說明天文單位(AU)、光年(light-year)的定義和大約數值。(8 分)

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本題測驗基礎宇宙尺度概念。作答時應分項精確給出『天文單位』與『光年』的物理定義(如日地平均距離、光在真空中行進一年的距離),並提供對應的公里或公尺數值,同時可簡述其在觀測天文學上的適用範圍(太陽系內 vs. 恆星/星系尺度)。

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「天文單位」(Astronomical Unit, 簡稱 AU)指地球與太陽之間的平均距離。現代國際天文學聯合會(IAU)將其定義為一個精確的常數值。特徵與數值包含:(1) 大約數值為 1.5 億公里(精確值為 149,597,870.7 公里,約 1.5 × 10^11 公尺)。(2) 實務應用上,主要用於描述太陽系內部天體(如行星、小行星、彗星)的軌道尺度與距離。 「光年」(light-year, 簡稱 ly)指光子在「真空」狀態下,行進一個儒略年(365.25天)所跨越的物理距離。特徵與數值包含:(1) 依據距離公式 d = c × t(c 為真空光速約 3 × 10^5 km/s,t 為一年的總秒數約 3.15 × 10^7 s),推導出其大約數值為 9.46 × 10^12 公里(約 9.46 兆公里)。(2) 實務應用上,由於宇宙尺度極大,此單位主要用來表示太陽系外、恆星與恆星之間,或是星系等級的遙遠觀測距離。

小題 (二)

寫下秒差距(pc、parsec)的定義,並由天文單位推導 1 pc 大約的數值。(12 分)

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這題考查恆星視差法的基礎幾何概念,考生應先明確建立地球、太陽與恆星的直角三角形幾何關係。接著利用小角度近似法,將觀測性質的角秒轉換為弧度,即可精準推導出秒差距(pc)與天文單位(AU)之間的空間尺度轉換關係。

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【解題思路】利用地球公轉軌道半徑(1 AU)作為基線,結合周年視差角定義與小角度近似公式進行三角幾何推導。 【詳解】 已知符號與定義:

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