高考申論題
108年
[天文] 天文觀測
第 一 題
📖 題組：
三、2015 年 9 月 14 日，美國的 LIGO 監測站有史以來第一次測量到通過地球的「重力波」，那是在 13 億光年以外的兩個黑洞合併，所放出來的能量： (一)請說明 LIGO 監測站測量重力波的原理和實際作法。（8 分） (二)請說明重力波的本質為何，以及它在時空中傳遞的方式。（4 分） (三)2017 年 8 月 17 日，LIGO 又偵測到一次重力波，但這次不是兩個黑洞的合併，而是何種天體的合併？（4 分）這次觀測和黑洞合併的觀測有何不同？在科學上有何重要性？（4 分）
三、2015 年 9 月 14 日，美國的 LIGO 監測站有史以來第一次測量到通過地球的「重力波」，那是在 13 億光年以外的兩個黑洞合併，所放出來的能量： (一)請說明 LIGO 監測站測量重力波的原理和實際作法。（8 分） (二)請說明重力波的本質為何，以及它在時空中傳遞的方式。（4 分） (三)2017 年 8 月 17 日，LIGO 又偵測到一次重力波，但這次不是兩個黑洞的合併，而是何種天體的合併？（4 分）這次觀測和黑洞合併的觀測有何不同？在科學上有何重要性？（4 分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請說明 LIGO 監測站測量重力波的原理和實際作法。（8 分）
思路引導 VIP
本題考查天文儀器學與光學觀測實務。答題時應先點出核心原理『微克耳孫干涉儀』，說明重力波如何造成時空應變進而產生干涉光程差。接著必須列舉實際工程作法（如4公里真空管、法布立-培若共振腔、多級懸吊減震及雙站聯合觀測），展現對克服環境噪聲並放大微弱訊號的專業理解。
小題 (二)
請說明重力波的本質為何，以及它在時空中傳遞的方式。（4 分）
思路引導 VIP
本題重點在於愛因斯坦廣義相對論的核心概念。答題時應先指出重力波的本質為「時空曲率的漣漪」，再具體描述其傳播特性（如光速前進、橫波特性造成的拉伸與壓縮、穿透力極強等）。
小題 (三)
2017 年 8 月 17 日，LIGO 又偵測到一次重力波，但這次不是兩個黑洞的合併，而是何種天體的合併？（4 分）這次觀測和黑洞合併的觀測有何不同？在科學上有何重要性？（4 分）
思路引導 VIP
考生看到此題應立刻聯想到天文學史上的重大里程碑「GW170817」事件。解題關鍵在於區分中子星與黑洞的物理特性（是否有實體物質），從而推導出其合併會產生電磁波輻射的特性，並進一步論述「多信使天文學」的誕生及宇宙重元素起源等核心科學價值。