高考申論題
111年
[天文] 宇宙學
第 一 題
📖 題組：
我們對宇宙的認知在過去的百年來取得長足的進步，不過關於這個問題的探索在過去的幾百年來就一直吸引著天文學家們關注。
我們對宇宙的認知在過去的百年來取得長足的進步，不過關於這個問題的探索在過去的幾百年來就一直吸引著天文學家們關注。
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
從 William Herschel 到 Jacobus Kapteyn 基本上使用的都是類似的原理。請敘述他們所使用的方法為何？他們為什麼無法得到正確的結論？（5 分）
思路引導 VIP
本題測驗早期宇宙/銀河系尺度測量的歷史與觀測物理限制。看到 Herschel 和 Kapteyn，應立刻聯想到「恆星計數法」；接著必須指出當時觀測的致命物理盲點——未考慮「星際塵埃造成的星際消光」，導致高估太陽的中心地位並低估星系真實尺寸。
小題 (二)
1920 年的大辯論時，Harlow Shapley 雖然主張所謂的螺旋星雲位於銀河系內，但是他認知到太陽並不處於銀河系的中心。請問他是如何得知的？（5 分）
思路引導 VIP
看到此題應直接聯想 Harlow Shapley 對「球狀星團」空間分布的經典觀測。解題核心在於點出他觀測的「天體目標（球狀星團）」、「測距方法（變星）」以及「空間分布特徵（集中於人馬座方向）」，藉此推導出太陽位於銀河系邊緣的幾何邏輯。
小題 (三)
什麼是哈伯定律（Hubble–Lemaître law）？（10 分）
思路引導 VIP
看到此題，應立即聯想到「星系退行速度與其距離成正比」的核心概念，並列出公式 v = H_0 d 進行物理量定義。除了敘述數學關係外，務必補充其觀測基礎（光譜紅移）以及最深遠的宇宙學意義（證明空間膨脹，為大霹靂模型的基石），以充分展現宇宙學的學理深度。