高考申論題
114年
[天文] 太陽系
第 一 題
📖 題組:
羅塞塔號(Rosetta)是歐洲太空總署於 2004 年初發射造訪 67P/楚留莫夫-格拉希門克彗星(comet 67P/Churyumov-Gerasimenko;以下簡稱彗星 67P)的太空探測船。羅塞塔被譽為是一個開創性的太空任務,是人類有史以來第一個環繞彗星軌道運行並放置登陸器的彗星任務。羅塞塔號經過 10 年的飛行,終於在 2014 年抵達彗星 67P。請問:
羅塞塔號(Rosetta)是歐洲太空總署於 2004 年初發射造訪 67P/楚留莫夫-格拉希門克彗星(comet 67P/Churyumov-Gerasimenko;以下簡稱彗星 67P)的太空探測船。羅塞塔被譽為是一個開創性的太空任務,是人類有史以來第一個環繞彗星軌道運行並放置登陸器的彗星任務。羅塞塔號經過 10 年的飛行,終於在 2014 年抵達彗星 67P。請問:
📝 此題為申論題,共 5 小題
小題 (一)
彗星 67P 編號中的英文字母“P”代表什麼意思?(2 分)
思路引導 VIP
看到彗星編號,應立刻聯想國際天文聯會(IAU)對小天體與彗星的命名及分類規範。英文字母通常代表彗星的軌道動力學特性,考生需回想「P」字頭對應的英文單字及其具體的軌道週期年限定義。
小題 (二)
羅塞塔任務除了軌道飛行器(orbiter)羅塞塔號外,還攜帶了一艘登陸器(lander)。請問這艘登陸船叫什麼名字?(2 分)
思路引導 VIP
本題屬於太陽系探測史的記憶型基本題。解題時直接回想歐洲太空總署(ESA)羅塞塔任務的配置,其軌道器命名為「羅塞塔(Rosetta)」,而登陸器則是以同樣幫助破解古埃及文字的另一歷史文物來命名,藉此帶出解答。
小題 (三)
為何迄今為止,人類執行了超過十次以上的彗星探訪任務,卻沒有一次彗星任務是造訪源自歐特雲的彗星?(8 分)
思路引導 VIP
看到此題應先聯想歐特雲彗星的軌道特性(長週期、高軌道傾角、極高進入速度),並將其與現有太空任務的工程限制進行結合。解題時建議從「發現與預警時間不足」、「能量需求(速度增量 Delta-v)過大」及「軌道傾角與可預測性」三個維度進行條列式論述。
小題 (四)
彗星 67P 的近日點距離太陽不過 1.24 AU,為何羅塞塔號要經過 10 年飛行,包含三次地球、一次火星重力助推(gravity assist),才能抵達目標?(5 分)
思路引導 VIP
看到此題,應立即從「軌道動力學」與「任務目標」切入。關鍵在於羅塞塔號是「環繞與登陸(Rendezvous)」任務,非僅是「飛掠(Flyby)」。探測器不僅需到達該空間距離,還必須完全匹配彗星 67P 的軌道(包含速度向量、離心率、軌道傾角),這需要極大的速度變化量(Δv),在燃料限制下必須仰賴多次重力助推來耗時調整。
小題 (五)
羅塞塔彗星任務的主要科學發現為何?(8 分)
思路引導 VIP
解答此題需連結羅塞塔任務的兩大核心科學目標:『太陽系早期演化』與『地球水及生命起源』。作答時應以條列式精準點出水同位素比例(D/H ratio)、有機分子(胺基酸)、彗核形狀與物理特性(雙瓣結構、無磁場)、以及氣體成分(分子氧)等四大面向的重大發現。