高考申論題
108年
[天文] 太陽系
第 一 題
📖 題組:
月球的半徑約 1700 公里,約為地球的 1/4,而質量約為地球的 1/100。已知地球的平均密度為 5.5 g/cm³。試問:
月球的半徑約 1700 公里,約為地球的 1/4,而質量約為地球的 1/100。已知地球的平均密度為 5.5 g/cm³。試問:
📝 此題為申論題,共 4 小題
小題 (一)
說明如何依此估計月球的平均密度。(5 分)
思路引導 VIP
考生看到此題應立刻聯想到密度、質量與體積的基本物理關係式(D = M/V)。利用題目給定的質量比例與半徑比例,結合球體體積正比於半徑立方的幾何特性,即可推導出兩者的密度比,進而代入地球密度求出月球的絕對密度數值。
小題 (二)
計算估計月球的逃脫速度是地球逃脫速度的幾倍?說明此結果如何解釋月球沒有大氣。(10 分)
思路引導 VIP
首先列出天體逃脫速度的物理公式,利用題目給定的質量與半徑比例關係代入計算,求出兩者的逃脫速度倍數。接著,運用氣體動力論與行星科學中的大氣流失機制(如金斯逃脫 Jeans escape),說明極低的逃脫速度如何使得氣體分子的熱運動輕易克服引力束縛,導致大氣在漫長地質時間中完全逸散。
小題 (三)
月球外觀有明顯明暗區域,解釋明亮區域及暗黑區域兩者地質年齡的差異,以及造成這些差異的原因。(10 分)
思路引導 VIP
考生看到此題應先將「明暗區域」對應至月球的「高地(Highlands)」與「月海(Maria)」,接著利用「撞擊坑密度」推斷其相對地質年齡。最後,需引用「岩漿海假說」與「晚期重轟炸期」等主流科學假說,解釋早期地殼形成與後期玄武岩熔岩溢流填平盆地的演化機制。
小題 (四)
說明目前最為接受的月球起源學說,並說明有那些觀測證據支持此學說。(5 分)
思路引導 VIP
看到月球起源,應立即聯想目前行星科學界的主流模型「大碰撞說(Giant Impact Hypothesis)」。作答時需結合題目給定的質量與半徑推導出「低密度」特徵,並補充阿波羅計畫的岩石化學證據(同位素、揮發物)及軌道動力學來支持論述。