高考申論題
108年
[天文] 天文觀測
第 一 題
📖 題組：
2019 年 4 月 10 日，「事件視界望遠鏡計畫」（Event Horizon Telescope）召開記者會，發布了一次重要科學發現：
2019 年 4 月 10 日，「事件視界望遠鏡計畫」（Event Horizon Telescope）召開記者會，發布了一次重要科學發現：
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
請問這次科學家的目的是要觀測何種天體？在那個星系中心？（4 分）
思路引導 VIP
看到「2019年事件視界望遠鏡(EHT)」應直覺聯想人類史上首張黑洞照片的發布。作答時需明確精準地點出觀測的天體類型（超大質量黑洞）與具體的星系名稱（M87星系）以獲取完整分數。
小題 (二)
要觀測遙遠且微小的天體，科學家發明了「干涉法」（Interferometry），請問「干涉法」的原理和實際操作為何？（8 分）
思路引導 VIP
看到「干涉法」，首先應聯想到光學上的瑞立準則（θ ∝ λ/D），指出干涉法是透過增加「基線（B）」來突破單一望遠鏡口徑（D）的物理限制。實際操作部分，需結合EHT的背景，強調特長基線干涉測量（VLBI）的關鍵步驟：原子鐘精確對時記錄、相關器數據合成、以及利用地球自轉填補UV平面與反卷積演算法的影像還原。
小題 (三)
今年發布的這次觀測，使用多大「直徑」的干涉儀，來達成極高解析率？（4 分）
思路引導 VIP
看到此題應迅速聯想到「特長基線干涉測量技術（VLBI）」的物理原理。根據雷利準則的角解析度公式 θ = 1.22 (λ / D)，欲在 1.3 mm 波長下達到微角秒（μas）等級的解析度，所需的等效望遠鏡口徑（最長基線）必須高達上萬公里，故破題關鍵為「等同於地球直徑」。
小題 (四)
請說明星系中心的這種天體，周邊有何種結構，才能讓天文學家看到這種天體的「輪廓」？（4 分）
思路引導 VIP
看到 EHT 計畫，考生應立刻聯想到「超大質量黑洞」的觀測。黑洞本身不發光，能被看見「輪廓（陰影）」的關鍵在於其周圍有強烈發光的「吸積盤」作為背景，並結合廣義相對論中的「重力透鏡效應」與「光子環」現象，藉由明暗對比才得以顯現。