口徑相當於兩地炖距離的單口徑望遠鏡 基礎地球科學 ( 下 ) 學習指引 38

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1 第五章燦爛星空 一 星空觀測 1. 電磁波經過大氣層到達地球表面時, 大部分波段會被大氣吸收或反射回太空, 只有泝可見光 沴無線電波以及部分的沊紅外線和部分的紫外線能穿過大氣層 2. 下表為兩種天文望遠鏡的比較 : 示意圖 種類沝折射式天文望遠鏡沀反射式天文望遠鏡 主鏡泞透鏡泀拋物面鏡 缺點洰色差現象泍像差現象 原因 不同波長的光通過泇透鏡時的折射角 度也不同, 造成星點周圍會出現一圈藍色 或紅色的現象 將來自遠方的平行光線聚焦在沰焦點 上, 但是只要一偏離視野正中央的焦點, 星點就無法呈現正圓形 3. 反射式望遠鏡根據光線折反射方式還可分為下列三種 : 觀測方向與鏡筒指向垂直的是泹牛頓式望遠鏡 ; 焦距比鏡筒還長的是泏卡賽格林式望遠鏡 ; 造價較平易近人的為泩施密特 - 卡賽格林式望遠鏡 4. 可以使望遠鏡沿地平線左右移動與上下移動以追蹤星星的儀器是泑經緯儀 ; 旋轉速度與地球自轉相同, 但方向與地球自轉相反, 以追蹤星星的儀器是炔赤道儀 5. 比較適合在地面上架設的望遠鏡是炘可見光望遠鏡 炅無線電波望遠鏡兩類 6. 望遠鏡的主鏡口徑愈大, 炓集光力愈強, 炆解析力愈佳 但若觀測波長愈長, 則炄解析力愈差 由於無線電波的波長較長, 因此天文學家常用炑干涉效應原理, 將分隔兩地的兩架無線電望遠鏡的影像重疊分析, 可以等同於一架 第五章 37 燦爛星空

2 口徑相當於兩地炖距離的單口徑望遠鏡 基礎地球科學 ( 下 ) 學習指引 38

3 7. 太空望遠鏡可以觀測地面接收不到的電磁波段, 也可以避開炂大氣 炚電離層或炃磁層的干擾 天文史上第一個升空的是牪哈伯太空望遠鏡 二 星色與光譜 1. 恆星發光可視為一種狖黑體輻射 溫度愈高的恆星, 輻射的電磁波中, 強度最強的主要波長會愈狋短, 星光顏色愈偏狘藍 ; 溫度愈低的恆星, 輻射的電磁波中, 強度最強的主要波長愈狉長, 星光顏色愈偏狜紅 2. 每種元素都有特定的光譜譜線, 光譜儀可以分析星光的譜線得到組成的元素, 觀測結果發現宇宙物質都以狒氫和狔氦這兩種元素為主 3. 下圖為光譜成因示意圖, 請填入各種光譜名稱 圖例光譜名稱光譜成因 甲 : 狚連續光譜 熱的物體輻射 乙 : 狌吸收光譜 丙 : 玤發射光譜 熱輻射經過較冷的氣體時, 部分波段的能量被狑吸收 氣體分子吸收能量被激發後, 發出特定頻率的光 4. 光譜分類中的哈佛分類法, 是根據恆星的光譜與顏色 ( 或溫度 ), 而將恆星溫度由玡高到玭低分為 O B A F G K 和 M 共七類 後來的 MK 分類法又加上玦光度為分類依據, 分為 I 到 VII 等七類, 例如太陽光譜為 G2V 三 時間與距離 1. 星體與觀測者有相對運動時, 將會使光譜譜線偏移 : 當波源遠離觀察者時, 測得的波長會拉長, 稱為玢紅位移 ; 若波源靠近觀測者時, 則波長會縮短, 稱為玠藍位移, 此為玬都卜勒效應 2. 美國天文學家哈伯發現, 遙遠的星系在光譜上呈玝紅位移現象, 表示這些星系在瓝遠離我們, 且速度與距離成瓨正比 第五章 39 燦爛星空

4 3. 宇宙始於甿 137 億年前一次巨大的爆發, 從爆發的一點逐漸延伸至現今的廣大天 空, 支持此 大霹靂 學說的證據有 : 哈伯定律證明現今宇宙正在畀膨脹當中 ; 此外, 甾宇宙背景輻射的發現, 就是 大霹靂 殘留的證據 一 單一選擇題 ( B )1. 有關恆星和行星的比較, 下列何者錯誤? (A) 恆星距離地球較遠 (B) 兩者都會自行發光 (C) 兩者都會東升西落 (D) 行星的位置相對於恆星, 會隨時間而變 1.(B) 行星不會自行發光 ( B )2. 四季觀看夜空的星座不同, 主要與天體的何種運動有關? (A) 地球自轉 (B) 地球公轉 (C) 月球公轉 (D) 太陽繞銀河系的運動 ( A )3. 下列何者是將多架電波望遠鏡排成陣列做觀測的優點? (A) 可提高解析力 (B) 可增廣視野範圍 (C) 可增加影像的放大倍率 (D) 可同時觀測不同的天體 3.(A) 利用干涉效應可將兩架望遠鏡間的距離當作觀測基線, 基線愈長其等效解析力愈高 ( B )4. 七月時小明與小華於晚上到陽明山上看星星, 結果不小心迷失方向, 請問下列方位辨識的方法何者正確? (A) 利用仙后座的兩側連線假想焦點距離的五倍, 即可找到北極星 (B) 可以利用北斗七星尋找北極星最為合適 (C) 可以利用夏季大三角辨識方位 (D) 利用星座盤來尋找方位 4.(A) 秋 冬利用仙后座第一 二顆連線與第四 五顆連線的交點, 再與第三顆的連線延伸其 5 倍的距離, 即為北極星 ; (B) 春 夏利用由東方升起北斗七星斗杓的第一 二顆連線, 延伸 5 倍的距離, 即為北極星 ( D )5. 有關星等的敘述, 下列何者正確? (A) 視星等的值愈大, 代表星星愈亮 (B) 視星等的值愈小, 代表恆星表面的溫度愈高 (C) 視星等的值愈小, 代表恆星的發光強度愈強 (D) 視星等的值愈小, 代表恆星到達地球表面的光愈多 5.(A) 愈暗 ;(B) 沒有關連 ;(C) 沒有關連 ( C )6. 下列何者是影響望遠鏡功能最重要的因素? (A) 目鏡口徑 (B) 目鏡焦距 (C) 物鏡口徑 (D) 物鏡焦距 6. 物鏡口徑愈大, 解析力和集光力會愈高 ( D )7. 設有一望遠鏡, 其口徑為 8cm, 物鏡焦距 f=900mm, 使用 f=6mm 的目鏡, 設人的瞳孔直徑為 0.8cm, 則此望遠鏡的集光力為人眼的 (A)10 倍 (B)150 倍 (C)112.5 倍 (D)100 倍 基礎地球科學 ( 下 ) 學習指引 40

5 7. 集光力與口徑平方成正比,8 2 /(0.8) 2 =100 倍 第五章 41 燦爛星空

6 ( D )8. 小華買了一部雙筒望遠鏡, 望遠鏡上標示 8 50, 下面有關 8 50 所代表的訊息何者正確? (A) 放大倍率為 50 倍, 前方鏡片口徑為 8mm (B) 放大倍率為 400 倍, 前方鏡片口徑為 8mm (C) 放大倍率為 400 倍, 前方鏡片口徑為 50mm (D) 放大倍率為 8 倍, 前方鏡片口徑為 50mm ( D )9. 有一架望遠鏡成像原理如下圖, 則下列敘述何者正確? (A) 此望遠鏡物鏡為球面鏡 (B) 此為折反射式望遠鏡 (C) 目前超過 1 公尺的望遠鏡都以此成像原理建構 (D) 若望遠鏡的構造僅如圖示不加修正, 影像會有色 差 9.(A) 透鏡 ;(B) 折射式 ;(C) 超過 1 公尺的透鏡造價昂貴 研磨困難, 大型望遠鏡少用折射式 ( B )10. 地面望遠鏡以接收可見光和無線電波為主, 原因為何? (A) 所有星體都發射這兩種波 (B) 大氣對這兩種波段的電磁波吸收的比例最低 (C) 接收這兩種波的望遠鏡造價較低 (D) 這兩種波段的電磁波能量較高 ( B )11. 在地球上可觀測到許多星系的光譜具有紅位移現象, 這主要可以說明什麼現象? (A) 星系正在接近觀察者 (B) 宇宙在膨脹中 (C) 宇宙總能正在增加 (D) 宇宙總能正在減少 11. 都卜勒效應說明紅位移的星體正在遠離觀測者, 故宇宙膨脹中 ( C )12. 附表中的甲 乙 丙是 3 顆恆星的觀測資料, 則這 3 顆恆星表面溫度由低到高的排列順序為何? (A) 甲乙丙 (B) 乙甲丙 (C) 甲丙乙 (D) 乙丙甲 代號 顏色 距離光年 視星等 甲 紅 乙 白 丙 黃 0 1 ( B )13. 恆星的視亮度與下列哪一項沒有直接關係? (A) 恆星的表面積大小 (B) 恆星 的化學組成 (C) 恆星的表面溫度 (D) 恆星與地球的距離 13. 恆星的化學組成多以氫 氦為主, 跟視亮度無關 基礎地球科學 ( 下 ) 學習指引 42

7 ( C )14. 依哈伯定律可推得下列何種結果? (A) 各星系均沿同一方向離我們而去 (B) 每個星系都以等速率向外膨脹 (C) 距我們愈遠的星系, 遠離我們的速度愈快 (D) 觀測各星系的光譜, 譜線會向波長較短的藍光那一端偏移 14. 哈伯定律 :V=H 0D, 式中 H 0 為哈伯常數, 故 V( 奔離速率 ) 正比於 D( 距離 ) ( C )15. 測量天體距離的單位, 其關係為何? 15.1 秒差距 = 光年 =206,265 天文單位 (A) 光年 < 秒差距 < 天文單位 (B) 秒差距 < 光年 < 天文單位 (C) 秒差距 > 光年 > 天文單位 (D) 光年 > 天文單位 > 秒差距 ( D )16. 夜晚觀星, 分析木星光譜, 發現影像左側有藍位移的現象, 右側則有紅位移的現象 ( 如右圖 ), 下列哪一項推測較為合理? (A) 木星在軌道上搖擺不定 (B) 木星逆時針方向繞太陽公轉 (C) 木星順時針方向自轉 (D) 木星逆時針方向自轉 16. 左側影像部分接近地球, 右側影像部分遠離地球, 故木星逆時針方向自轉 17~18 題為題組 : 光譜學是遙測技術的一種, 我們不需要直接取得天體的物質, 就可以知道它們的組成, 因為每種元素都有自己的光譜 請利用下圖甲 乙 丙三種光譜回答下列問題 : 甲乙丙 ( A )17. 有關光譜的敘述, 下列何者正確? (A) 甲為連續光譜 (B) 乙為發射光譜 (C) 丙為吸收光譜 (D) 丙為暗線光譜 17. 乙為吸收光譜又稱暗線光譜, 丙為發射光譜 ( B )18. 若有一顆恆星所發射的星光, 通過一低溫的氣體雲來到地面時, 我們所看到的光譜會接近哪一種? (A) 甲光譜 (B) 乙光譜 (C) 丙光譜 18. 光線因受低溫的氣體雲吸收部分能量, 故會形成吸收光譜 第五章 43 燦爛星空

8 19~21 題為題組 : 已知哈伯定律認為星系奔離速度與星系距離成正比, 目前測得哈伯常數約為 75(km/s)/Mpc ( D )19. 若測得某星系奔離速度約為 1,500km/s, 則此星系離地球有多遠? (A)20pc (B) pc (C) pc (D) pc 19.1,500/75=20(Mpc),M 為 10 6 ( D )20. 承上題, 我們看到這個星系, 其實是看到它多少年前的樣子?(1 秒差距 3.26 光年 ) (A)6.5 萬年前 (B)60 萬年前 (C)6 百萬年前 (D)65 百萬年前 = ( 光年 ), 故為 65 百萬年前的樣子 ( D )21. 若哈伯常數約為 75(km/s)/ Mpc, 則推論出的宇宙年齡為何? (1pc = km) (A)75 百萬年 (B)150 百萬年 (C)75 億年 (D)130 億年 二 多重選擇題 21. 哈伯常數的倒數單位為時間, 在標準宇宙論模型中此倒數即為宇宙年齡, km 17 8 故 = = s = yr 75(km / s) / Mpc 75km / s ( ACD )1. 下列哪幾項是理想天文觀測地點的條件? (A) 高山 (B) 高緯度 (C) 遠離都市, 避免光害 (D) 晴天率高的地方 (E) 人為無線電訊號強, 通訊方便 1.(B) 緯度愈高, 能觀測的星體數量愈少 ;(E) 使用無線電望遠鏡觀測, 易被干擾 ( ADE )2. 有關望遠鏡的敘述, 下列哪些正確? (A) 望遠鏡是用來收集天體訊號的基本工具 (B) 望遠鏡的口徑愈小, 同時間內蒐集到的訊號愈多 (C) 現代大型天文望遠鏡都是利用折射式原理聚光 (D) 天文觀測必須 長時間收集訊號 (E) 太空望遠鏡若置於大氣層高處, 可減低大氣擾動 的影響 2.(B) 口徑愈小, 集光愈少 ;(C) 多利用反射式原理 ( BCD )3. 電波天文學家有哪些方法來提高電波望遠鏡的 解析力? (A) 減少單一天線的碟面 (B) 使用多面天線同時觀測一個天體 (C) 聯合跨洲際的電波天線同步進行觀測 (D) 把電波天線送入地球軌道和地面上的天線同步觀測 (E) 地點的選擇是 : 緯度愈高, 則解析力愈好 3.(A) 相當於減小望遠鏡口徑, 解析力會降低 ;(E) 緯度與解析力無關 基礎地球科學 ( 下 ) 學習指引 44

9 ( BCE )4. 有關星空的敘述, 下列哪些正確? (A) 從地球上所看到同一星座的星星, 和地球的距離大致相同 (B) 日 月每日東升西落, 星座也有這種現象, 這是由於地球由西向東自轉的緣故 (C) 在北半球, 自地平線到天球北極的仰角, 大約等於觀測者所在地點的緯度 (D) 面向北方觀察星空, 所見的星星是以順時針方向繞北極星運轉 (E) 臺北和上海都位於東經 121 度左右, 但因緯度不同, 故在同一個時刻所看到的星空也會 不同 4.(A) 同星座的恆星彼此間未必有關連 ;(D) 逆時針 ( AE )5. 下列哪些天體可由顏色推算其表面溫度? (A) 太陽 (B) 火星 (C) 月球 (D) 獵戶座大星雲 (E) 織女星 5. 顏色推算表面溫度僅限於恆星 三 非選擇題 1. 下圖為甲 ( 裸眼 ) 以及乙 丙 丁三架望遠鏡, 其規格寫在下方, 請依圖回答下列問題 : (1) 請問乙 丙 丁望遠鏡的名稱為何? 答 : 乙 : 雙筒望遠鏡 ; 丙 : 折射式望遠鏡 ; 丁 : 反射式望遠鏡 (2) 請問丙 丁望遠鏡的追蹤設備為何? 答 : 丙 : 赤道儀 ; 丁 : 經緯儀 (3) 丙望遠鏡的構造中, ㄅ ㄆ ㄇ ㄈ ㄉ的構造名稱為何? 第五章 45 燦爛星空

10 答 : ㄅ : 尋星鏡 ; ㄆ : 鏡筒箍 ; ㄇ : 極軸望遠鏡 ; ㄈ : 腳架 ; ㄉ : 重錘 (4) 若丙 丁皆使用焦距 20mm 的目鏡, 誰的解析力比較好? 為什麼? 答 : 丁望遠鏡解析力較好 解析力應比較口徑, 與目鏡無關, 口徑愈大, 解析力愈高 (5) 若丙 丁皆使用焦距 20mm 的目鏡, 請計算上述四種觀測方式的放大倍率 答 : 甲 : 裸視,1 倍 ; 乙 :7 倍 ; 丙 :900mm/20mm=45 倍 ; 丁 :800mm/20mm=40 倍 (6) 若丙 丁皆使用焦距 20mm 的目鏡, 則上述四種觀測方式的視野, 請由大至小排列? 答 : 甲 > 乙 > 丁 > 丙 放大倍率愈高則視野小 2. 下圖為赫羅圖, 請參考此圖回答下列問題 : (1) 縱坐標與橫坐標分別代表何種物理量? 答 : 縱坐標 : 恆星光度, 橫坐標 : 恆星表面溫度 (2) 哪些恆星屬於主序星? 答 : 乙 丙 丁 (3) 哪一區的星稱為白矮星? 答 : 戊 基礎地球科學 ( 下 ) 學習指引 46

張三和李四相約在七夕觀看織女星 張三使用的是一個 16 cm口徑的望遠鏡, 李四使用的 是一個 8 cm口徑的望遠鏡 不過, 他們都用相同倍率的目鏡 84 學測 5. 關於 解析力 的說法, 他們有不同的看法 : 張三 : 我的望遠鏡口徑比你的大, 所以我的望遠鏡解析力比較好 李四 : 不對, 兩個

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