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普考申論題 110年 [天文] 天文學概要

第 一 題

📖 題組:
四、(一)請說明如何測量太陽在銀河系裡的速度大小與方向。(10 分) (二)假如已知太陽繞行銀河系中心的線速度是 240 km/sec,請估算太陽自形成以來,已經繞行幾圈了。(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請說明如何測量太陽在銀河系裡的速度大小與方向。(10 分)

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考生看到此題應先釐清「太陽的速度」在天文學上包含兩個層次:一是相對於鄰近恆星(本地靜止標準,LSR)的「本動速度」,二是繞行銀心的「軌道速度」。解題時應說明利用都卜勒效應測量恆星視向速度、利用長時間觀測測量自行,再透過大量恆星的統計平均求出本動速度;並指出需利用不隨銀盤共轉的銀暈天體(如球狀星團)作為靜止參考系,才能測出太陽繞銀心的絕對線速度。

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【破題】 太陽在銀河系中的運動可分為「相對於鄰近恆星的本動速度(相對於本地靜止標準,LSR)」與「繞行銀河系中心的軌道速度」,兩者須透過不同的觀測標的與統計方法來測量。 【論述】

小題 (二)

假如已知太陽繞行銀河系中心的線速度是 240 km/sec,請估算太陽自形成以來,已經繞行幾圈了。(10 分)

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這是一道標準的天文學數量級估算題。解題關鍵在於考生必須自行調用兩個先備的基礎天文常數:太陽距離銀心約 8 kpc、太陽年齡約 46 億年。透過等速率圓周運動公式求出公轉週期(即銀河年)後,再以總年齡除以週期即可求得圈數,過程須特別留意空間與時間單位的轉換(如 pc 轉 km、秒轉年)。

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【解題思路】利用等速率圓周運動公式計算太陽的公轉週期,再以太陽年齡除以週期求得繞行圈數,過程中需引入合理的天文學常數並進行精確的單位換算。 【詳解】 已知:要進行此估算,除題目給定之線速度外,需自行調用以下兩個基本天文常數:

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