高考申論題
112年
[天文] 天文觀測
第 一 題
📖 題組：
全天空的立體角為4π steradian。今有一超廣角望遠鏡，配備相機後視野為5°×5°，其所在緯度一年當中可以觀察全天空的一半。現規劃在三個波段拍攝能觀察天空的完整天圖。假設單幅影像曝光40秒，數據讀出並移動望遠鏡到下個星場需時20秒，且鄰接影像的重疊區域以及拍攝校正影像的時間可以忽略。該天文台晴夜率約90%，以每晚平均可以觀測7小時計。
全天空的立體角為4π steradian。今有一超廣角望遠鏡，配備相機後視野為5°×5°，其所在緯度一年當中可以觀察全天空的一半。現規劃在三個波段拍攝能觀察天空的完整天圖。假設單幅影像曝光40秒，數據讀出並移動望遠鏡到下個星場需時20秒，且鄰接影像的重疊區域以及拍攝校正影像的時間可以忽略。該天文台晴夜率約90%，以每晚平均可以觀測7小時計。
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
試估計可觀測的全部天空，也就是2π sr，需要多少張影像？每個波段、每塊天區在一年當中預計可以重複進行幾次觀測？（10分）
思路引導 VIP
首先，必須運用立體角（sr）與平方度（sq. deg）的換算關係，求出可見天區的總平方度，藉此推算覆蓋該天區所需的影像張數。接著，將單張曝光與儀器死區時間（數據讀出與望遠鏡移動）相加求得單次觀測週期，最後利用晴夜率估算年總可用時數，進而得出每年巡天可重複的次數。
小題 (二)
舉出如此重複巡天的三項科學目標天體或現象。（6分）
思路引導 VIP
看到「重複巡天」與「超廣角」，應立刻聯想到「時域天文學（Time-Domain Astronomy）」。解題關鍵在於尋找「亮度會改變的（暫現源、變星）」或「位置會移動的（太陽系天體）」兩類目標，並結合多波段觀測的物理意義進行論述。
小題 (三)
這樣的計畫，對於相機的規格有何要求？（4分）
思路引導 VIP
本題需從題目給定的「5°×5°大視場」、「40秒短曝光」及「20秒完成讀出與移動」等限制條件，反推天文相機在工程上的規格需求。解題時應從資料讀出速率、感測器陣列大小、噪聲控制與靈敏度等面向切入分析。