发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:肉眼观赏 可拍照 ★★★

  双子座流星雨(Geminids,004GEM)是年度三大流星群的最后一群,活跃日期在12/4-12/17期间。预测今年极大期发生在12月14日夜晚,预估ZHR可达每小时约140颗,整夜可见。不过月相逢月龄17.9的亏凸月,因月亮整晚可见,在月光影响下能看见的流星数量将大幅减少,可能只剩20来颗而已。

岁末压轴双子座流星雨,12月14日在月光中上演!

岁末压轴双子座流星雨,12月14日在月光中上演!以上示意图由Stellarium软体产生。

  欣赏流星雨并不需望远镜等特殊器材,也不限于特定的景点,只要挑选视野开阔、光害与空气污染较少的地方以肉眼观赏即可,不过要注意避开月光的方向,才能降低其影响。适合赏星的地点通常以两千公尺以上的高山最佳,乡村地区次之,而城市周边的光害与空气污染严重,并不适合。

  双子座流星雨不但流星数多而稳定,所以名列年度三大流星群之一。流星雨的来源一般是彗星残留在轨道上的残渣,但这群却是第一群被确认流星体来源为小行星的流星雨。天文学家认为这群流星雨来自第3200号小行星(3200 Phaethon),辐射点位在双子座头部的北河二附近,其流星特色是速度中等偏慢(约每秒35公里),亮度中等偏亮,偶尔会出现较明亮的火流星,且流星多半呈现彩色;不过流星划过后少留有余痕,这点和8月中旬的英仙座流星雨不一样。

双子座流星雨是第一群被确认流星体来源为小行星的流星雨。

双子座流星雨是第一群被确认流星体来源为小行星的流星雨。

  一般流星雨通常都是某颗彗星因接近太阳使其表面物质蒸发、留在轨道上而引起的;但双子座流星群的来源却是第3200号小行星法厄同(3200 Phaethon,又译菲以颂)受到撞击或潮汐作用而产生的大量碎片,这是天文界第一次确认小行星与流星雨有关的事件。

  法厄同直径约5.1公里,属「阿波罗型」近地小行星,即轨道会穿越地球轨道、有时会非常接近地球的小行星,故目前也被归类为「对地球有潜在威胁的近地小行星(PHA)」之一。它绕太阳公转一圈约需1.4年,轨道极为椭圆,远日点在2.4天文单位附近(火星与木星之间),但近日点最接近太阳时仅约0.14天文单位,比水星的0.4天文单位还近得多,是目前已知近日点最接近太阳的小行星,故其名Phaethon来自希腊神话故事中,硬要驾驶太阳马车而失事死亡的太阳神阿波罗之子Phaëton。

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  自从2018年8月升空之后,帕克太阳探测器很轻易的成为了「距太阳最近」的太空船,一直以来,天文学家对于太阳的日冕以及太阳风机制并不是非常了解,帕克就是为了解决此项问题而前往太阳,天文学家也在12月4日于自然期刊上发表了帕克太阳探测器的观测成果,其中包含了五项新的发现。

  第一项是零黄道尘区,在地球上经常可以看到黄道光,那其实是太阳系生成时所留下的星际尘埃,以往认为其遍布太阳周围,但这次的观测显示大约在350万英哩以内,受到太阳的影响,该区域是完全没有黄道尘的。

  第二项是地球附近所观测到的太阳风,是相对均匀的等离子态流,偶尔才会出现一些分歧,称为湍流,但若是帕克所在的近距离,它所见到的是更复杂且活跃的系统,湍流多到不可思议,甚至也有往回跑的等离子物质。透过测量及分析太空船周围的电场和磁场随时间的变化以及附近等离子物质的特性,可以得出第三项,其显示太阳磁场的快速逆转,这种现象就像是磁场从太阳中喷出,但却又突然改变方向往回向太阳冲,这过程可能从数秒到几分钟,在这种「转换」的过程后,磁力线就像是被拉回太阳一样。目前虽然仍不清楚这种磁场逆转的能量来源,但借由帕克太阳探测器的观测数据,科学家可以将可能的范围再次缩小。

第二项及第三项的观测显示太阳风的轨迹

图说:第二项及第三项的观测显示太阳风的轨迹

  第四项的解释让几十年前的问题的又更加接近真相,「太阳风究竟是如何从太阳中吹出的?」太阳风从太阳吹出时几乎是呈放射状流动的,但太阳在释出太阳风的同时也在自转,就像花园中的洒水器那样,但是从地球上见到的太阳风基本都是呈现水平吹送的,现在帕克足够接近,能够看到尚在旋转的,不同轨迹的太阳风,这比原先科学家所预测的流动速度要快将近十倍速,对天文学家来说是一个既喜又忧的现象,喜的是发现了新玩意儿,忧的是旧理论是否应打掉重来?又或是修正系数可以处理的?

  第五项则是一些太阳上的小型扰动以往在地球上遥不可及,如今因距离接近变得可观测,至于太阳外层大气的日冕加温机制,天文学家推测可能与磁力线的突然「转换」有关,同时天文学家也找到日冕与太阳风直线吹送的断点,帕克每次接近太阳,就会更加地靠近太阳,总共可靠近24次,每一次接近太阳就有可能带来新的信息,也可能刷新我们对恒星的认知,研究人员认为下一次2020年的靠近,能够将答案更接近真相。

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文迷一定都还记得的维尔塔宁彗星(46P/Wirtanen),是近年比较壮观的彗星,在2018年12月16日离地球最近,约0.0781AU,仅30倍地月距离左右,视星等达到肉眼可见的3.9等。当时NASA借这个难得的机会将刚送上轨道的「凌日系外行星巡天卫星(TESS)」对准维尔塔宁进行研究,TESS用来寻找系外行星的高感光CCD完整记录了这颗彗星的亮度变化。

  马里兰大学在2019年11月22日发表了TESS对维尔塔宁的亮度变化分析,发现它在接近地球前抛散出了大量物质,质量约一百万公斤,可能在彗星表面留下宽二十公尺左右的喷发口。整个亮度变化从2018年9月26日开始,最初分为两个阶段:先出现了持续一小时的闪光,在接下来的八小时亮度又缓缓增加。第一阶段由喷发直接造成,第二阶段的亮度渐增则由喷发物质逐渐扩散,增加了反照区域所产生,闪光在过了20天后才逐渐消失。

TESS捕捉到的46P/Wirtanen彗星物质大量喷发

TESS捕捉到的46P/Wirtanen彗星物质大量喷发

  一般彗星的物质抛散,是彗星在接近太阳时被辐射及太阳风的吹袭形成尘埃尾,像维尔塔宁这样大量喷发的机制则还不了解,可能跟彗星的表面性质有关,如山崩等地质活动,或是其他热效应所产生。彗星的大爆发无法预测,过去几乎没有理想的观测数据,TESS用来寻找系外行星的广大视野﹑高感光度等优势意外地非常适合拿来观测彗星的活动。TESS的项目科学家PadiBoyd也表示很乐意看到科学家用TESS进行其他非系外行星的研究,发挥它所有价值。预计TESS头两年可以观测到50颗彗星,帮助科学家了解彗星大爆发的成因。(台北天文馆虞景翔/编译)

资料来源:NASA

数据来源:IOTA(国际掩星计时协会)
资料整理:杨旸
预报误差:±5秒
仅限口径25cm以上天文望远镜参加

Asteroid  小行星掩星相当于观测一次迷你日食。当一颗小行星在背景恒星前方通过,就会形成小行星掩星事件。北京时间2019年12月14日(星期六)凌晨,直径约114.0km,光度12.65等140号小行星西瓦星(140 Siwa)掩金牛座11.93等恒星UCAC4-548-010051,历时8.4秒,减光(星等下降)1.2等,距离月球31度。经过台湾福建广东江西湖南广西贵州云南四川西藏。须用一架口径25cm以上天文望远镜和校过时的录影设备(帧频至少精确到10帧/秒)观测记录。建议尽量在视场中包含至少一颗参考星,记录时间误差勿超过1秒钟。对小行星掩星现象准确计时,精度达至几分之一秒的观测较有科学价值。
  西瓦星(140 Siwa)是一颗位于小行星带中的相对较大和较暗的小行星之一。分类为P型小行星(或C型小行星)。光度曲线是平坦的并且具有接近球形的形状。它由奥地利天文学家约翰·帕利扎(Johann Palisa)于1874年10月13日发现,并以斯拉夫神话中主掌爱情、美丽、繁衍的西瓦命名。

本次小行星掩星:
掩星文件:Goffin文件
改良预报:Steve Preston掩星预报网

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数据来源:IOTA(国际掩星计时协会)
资料整理:杨旸
预报误差:±2秒

Asteroid  小行星掩星相当于观测一次迷你日食。当一颗小行星在背景恒星前方通过,就会形成小行星掩星事件。北京时间2019年12月13日(星期五)晚上,直径约70.1km,光度13.01等287号小行星奈芙蒂斯(287 Nephthys)掩宝瓶座10.51等恒星TYC 5826-00398-1(HD 218411),历时3.2秒,减光(星等下降)2.6等,距离月球114度。经过广西广东江西福建浙江。见掩时间以中心线最长,随着向南、北界限线递减至零。须用一架口径25cm以上天文望远镜和校过时的录影设备(帧频至少精确到10帧/秒)观测记录。建议尽量在视场中包含至少一颗参考星,记录时间误差勿超过1秒钟。对小行星掩星现象准确计时,精度达至几分之一秒的观测较有科学价值。也请注意防寒保暖。
  287号小行星是天文学家克里斯蒂安·亨利·弗里德里希·彼得斯(Christian Heinrich Friedrich Peters,C. H. F. Peters)在克林顿发现的一颗大型主带小行星,以埃及神话中死者的守护神、生育之神奈芙蒂斯命名。这颗小行星的绝对星等为8.3等。它被归类为S型小行星。

本次小行星掩星:
掩星文件:Goffin文件
改良预报:Steve Preston掩星预报网

绿线为见掩中心线
蓝线为见掩南、北界限线
红线为1σ误差南、北界限线
红色细线为2至3σ误差南、北界限线

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  2019年12月1日,广东省中小学生天文知识竞赛暨2020年全国中学生天文知识竞赛广东赛区预赛在汕头金山中学和广州大学(广州市番禺区大学城校区)开考。
  经国赛组委批准,广东省赛事今年成为全国第一个试点,省赛同时是国赛的选拔赛。广东省赛区经过预赛选拔后,将在2019年12月22日进行决赛,选拔出2020年全国中学生天文知识竞赛决赛的选手。2020年全国赛的预赛将不再接受广东省选手的报名。广东省也为我国参加国际赛输送了一批批优秀人才。

2019年广东省中小学生天文知识竞赛预赛试题(低年组)
2019年12月1日 14:00-16:00 闭卷

注意事项:
1、本卷为闭卷考试,请答卷人按照自己的真实水平独立完成。在监考老师宣布考试结束时应停止答卷。交卷时只须将答题卡交回。
2、选择题全部为 单项选择 ,选择一个最接近正确的答案,答错不扣分。用 2B 铅笔将答题卡上相应的答案选框 涂黑涂满 ,并用钢笔或签字笔在答题卡上写上姓名、学校、考号等信息。切勿用钢笔、圆珠笔或自动铅笔涂答题卡,以免影响成绩。答题卡采用机器阅卷,由答卷人填涂答题卡失误或不规范造成的失分由其本人承担。
3、总分 100 分,每题 2 分,考试时间 90 分钟。
4、本场考试允许使用不具编程功能的计算器。
5、比赛结果将在广东天文学会网站和广东天文学会微信公众号公布。

Part 1. 天文热点

1. 2019年2月,天文学家公布发现了人类已知最远的太阳系内天体,这颗天体昵称叫?(  )
(A)Farout(遥远)
(B)FarFarout(遥遥远)
(C)Ultima Thule(天涯海角)
(D)'Oumuamua(奥陌陌)

2. 2019年   ,NASA正式宣布机遇号火星车在失联8个月后,唤醒无效,结束任务。(  )
(A)2月14日 (B)3月14日
(C)4月14日 (D)5月14日

3. 下列说法不准确的是?(  )
(A)2019年1月,奥斯里斯王号探测器成功入轨“贝努”小行星。
(B)2019年年初,奥斯里斯王号监测到贝努表面向外喷射粒子羽流。
(C)贝努是一颗碳质小行星。
(D)贝努的直径约为500米。

4. 2019年4月,全球六地的天文学家举办新闻发布会,同时发布了人类第一张黑洞照片,该照片是由   拍摄的。(  )
(A)甚大阵(VLA)
(B)哈勃望远镜(HST)
(C)央斯基甚大阵(JVLA)
(D)事件视界望远镜(EHT)

5. 以下说法不准确的是?(  )
(A)2019年4月中旬,国家航天局宣布,中国第一颗小行星探测任务已经确定,将通过一次发射实现一颗近地小行星取样返回和一颗主带彗星绕飞探测。
(B)2019年1月3日上午,嫦娥四号顺利在冯-卡门撞击坑着陆。
(C)2019年10月27日,长征五号遥三运载火箭在海南文昌发射升空。
(D)2019年11月,广东境内可观测到小行星掩毕宿四。

6. 以下哪项不是2019年11月发生的天象?(  )
(A)水星凌日
(B)狮子座流星雨极大
(C)水星西大距
(D)月掩土星

7. 关于2019年唯一的一次日环食,下列说法不正确的是?(  )
(A)发生在北京时间12月25日
(B)中国境内可见环食
(C)广东地区可见偏食
(D)当天是农历十五

8. 2019年双子座流星雨极大当天的月相最接近以下哪项?(  )

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9. “个人一小步,人类一大步”。2019年是人类成功登月   周年。(  )
(A)30 (B)50 (C)70 (D)100

10. 今天日落后,可以在西方低空看见三颗明亮的行星。这不包括?(  )
(A)木星 (B)土星 
(C)火星 (D)金星

Part 2. 基础知识

Ⅰ. 请回答以下 10 道独立的小题。

11. 灶神星是一颗?(  )
(A)恒星  (B)矮行星 
(C)小行星 (D)行星

12. 白矮星是一种?(  )
(A)白色的主序星
(B)原恒星
(C)中子星
(D)中低质量恒星的遗骸

13. 海王星冲日大约多久发生一次?(  )
(A)30年 (B)10年 
(C)5年   (D)1年

14. 土星的卫星有?(  )
(A)53颗 (B)62颗 
(C)79颗 (D)82颗

15. 太阳绕银河系中心运动的速度约为?(  )
(A)86 km/s   (B)170 km/s
(C)220 km/s (D)350 km/s

16. M57星云的白矮星周年视差约为1.3毫角秒,这个星云到我们的距离约?(  )
(A)385 pc   (B)770 pc
(C)1300 pc (D)1540 pc

17. 现代观测表明,宇宙正在?(  )
(A)减速膨胀 (B)加速膨胀
(C)匀速膨胀 (D)保持静态

18. 对比四、五年前,今天下列哪种现象变得更罕见?(  )
(A)国际空间站过境
(B)哈勃望远镜过境
(C)铱闪
(D)星链过境

19. 大陵型变星的原型星“大陵五”位于?(  )
(A)武仙座 (B)英仙座
(C)仙王座 (D)鲸鱼座

20. 一台望远镜的焦距为900mm,口径为70mm,目镜焦距为20mm。其角放大率为?(  )
(A)3.5倍 (B)13倍
(C)45倍  (D)100倍

Ⅱ. 本部分包含第 21-25 小题。请在下面给出的备选答案中,选取最合适的答案填入下图中带题号的框里。并在答题卡上将所选答案编号对应的选项涂黑。每个备选答案在本部分中最多使用 1 次。

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①东方照;②西方照;③东大距;④西大距;⑤冲;⑥合;⑦上合;⑧下合

21.(  )A.⑤ B.⑥ C.⑦ D.⑧

22.(  )A.⑤ B.⑥ C.⑦ D.⑧

23.(  )A.① B.② C.③ D.④

24.(  )A.① B.② C.③ D.④

25.(  )A.① B.③ C.⑤ D.⑦

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 不完整的星图

  某天文社准备在2020年某日组织社员到户外观测。他们在策划会议前打印了北京时间凌晨2:30时观测地的星图(附录图1-A),会议中搬完杂物的副社长因为没洗手就碰了星图,手上未干的油墨把星图的一部分染污了。请根据星图回答 26-31 小题。

26. 社团计划外出观测的日期是?(  )
(A)1月2-3号
(B)3月21-22号
(C)5月1-2号
(D)10月2-3号

27. 图1-A中被白框标记的污迹下的星空最接近以下哪项?(  )

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28. 用☆符号标注的恒星是?(  )
(A)大犬座α (B)天琴座α
(C)天鹰座α (D)船底座α

29. 在星图对应的时间里,位于该地的观测者看不到以下哪项?(  )
(A)乌鸦座 (B)天狼星
(C)大陵五 (D)飞马座

30. 下列哪个梅西叶天体位于图1-A中用虚线标注的六边形区域内?(  )
(A)M31 (B)M33 
(C)M35 (D)M7

Ⅱ. 日全食

  爱因斯坦的广义相对论预言,光线通过太阳表面附近的空间后会发生偏折。一颗在太阳视圆面边缘的恒星发生的视位置变化,是牛顿引力理论预言的两倍。为了验证两套理论的正确性,亚瑟·爱丁顿组织了一次测量实验。他通过拍摄记录日全食过程中,太阳附近星点的位置,再与太阳远离同一天区的测量结果对比,以确定引力造成的恒星位置变化量。

31. 为了验证广义相对论,1919年5月,爱丁顿组织了两支观测队分赴西非的普林西比岛和   观测日全食。(  )
(A)智利拉塞雷纳
(B)东欧克里米亚
(C)巴西索布拉尔
(D)非洲坦桑尼亚

32. 图2-A是1919年日食的预报图。根据该图,南美洲西海岸的大部分观测者可看到?(  )
(A)日食全过程
(B)带食日出
(C)带食日落
(D)无日食现象

33. 图2-A网格中间有一串竖着排列的数字,它们表示?(  )
(A)食分   (B)日食进度
(C)全食概率 (D)地理纬度

34. 在观测到最大食分的地区,正午太阳高度角约为?(  )
(A)18° (B)72° 
(C)86° (D)90°

35. 在最大食分点观测到食甚的时刻是?(  )
(A)太阳上中天后约4分钟
(B)太阳上中天前约4分钟
(C)太阳上中天时
(D)世界时13:00

36. 下列的日食和1919年5月的日全食属同一沙罗序列的是?(  )
(A)2008年8月1日的日全食
(B)2019年7月3日的日全食
(C)2009年7月22日日全食
(D)2015年3月20日的日全食

1575462326312192.png37. 一只皮皮羊为了纪念100年前爱丁顿等人的工作,2019年7月特意跟随逐星科技团队到了智利拉塞雷纳观测日全食。它在生光的瞬间拍摄到了右图的现象。产生这种现象的直接原因是?(  )
(A)月球表面的山峰和峡谷
(B)引力透镜效应
(C)月球表面覆盖的冰层
(D)大气抖动

Ⅲ. 星际消光

  银河系中的介质会吸收和散射星光,使天体的亮度下降。这种现象称为星际消光。消光的大小定义为观测视星等与真实视星等(没有消光时的星等值)之差。如果星际消光没得到准确修正,天文学家的分析结果可能会和真实情况有很大偏差。图3-A是天文学家通过实测得出的银河系平均消光曲线,请根据该图和你所知道的信息回答 38-44 小题。

38. 以下哪项是造成星际消光的主要原因?(  )
(A)星际尘埃 (B)星际气体
(C)恒星   (D)暗物质

39. 一颗恒星观测视星等为8.1等,真实视星等为7.6等。通过观测视星等得到的距离是恒星真实距离的?(  )
(A)0.5倍   (B)1.26倍
(C)1.56倍 (D)2.51倍

40. 根据图2-A,下列说法正确的是?(  )
(A)射电波段受到的消光最严重
(B)近红外波段受到的消光比紫外光严重
(C)在可见光波段观测,星际消光使天体的颜色相比起它真实颜色要偏蓝
(D)星际介质在波长217.5nm附近造成的消光比在150nm附近造成的消光强

41. 在近紫外到近红外波段,图3-A中的消光曲线近似为一条直线(虚线表示)。根据拟合直线,B波段(波长取442nm)的消光𝐴𝐵约为?(  )
(A)5.1 (B)4.1 
(C)3.1 (D)2.1

42. 结合上题结论,我们可发现在上述波段范围内,V波段(波长取540nm)的消光 𝐴𝑉 和色余 𝐸𝐵−𝑉=𝐴𝐵−𝐴𝑉 存在如下关系?(  )
(A)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 0.34
(B)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 1.3
(C)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 3.1
(D)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 5.2

43. 上述比值称为总选消光比,现在我们通过它修正星际消光。通过赫罗图可知,A0V型恒星的色指数为0,V波段绝对星等约0.7等。现在测得一颗A0V型恒星B波段视星等为10.6,V波段的视星等为10.1。这颗恒星的距离是?(  )
(A)372 pc (B)603 pc
(C)759 pc (D)955 pc

44. 图2-B展示了角直径大于1.3角分的星系在银道坐标中的分布,银道附近几乎没有观测数据点。以下哪个因素对这一现象的出现贡献最大?(  )
(A)星系本身的空间分布特征
(B)星际介质集中在银盘上
(C)巡天项目覆盖天空的范围
(D)宇宙在加速膨胀

Ⅳ. 热木星

  凭借发现第一颗太阳系外绕主序星公转的系外行星(飞马座51b),瑞士天文学家米歇尔·马约尔教授以及迪迪埃·奎洛兹教授获得了2019年诺贝尔物理学奖的青睐。受到这个消息鼓舞的某天文社系外行星科创小组决心进行一次致敬两位诺奖学者的研究性学习。

45. 经过调研,小组成员发现飞马座51b原来是一颗热木星,它的发现极大的改变了人们对行星系统形成演化的认知。在发现系外行星之前,人们普遍认为气态巨行星普遍形成于他们现在公转轨道处,而且气态巨行星会在形成的位置一直绕宿主恒星公转下去。基于曾经的认识,太阳系中能够形成气态巨行星的区域至少距离太阳?(  )
(A)0.5AU (B)1AU 
(C)5AU    (D)19AU

46. 科创小组选定了一颗热木星X作为观测目标。以下4颗系外行星中最有可能是目标系外行星的序号是?(  )

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47. 科创小组的组长简艺淼同学整理出了下列几种系外行星的探测方法。根据上题中目标天体的质量、公转周期以及宿主恒星光谱型这三个参数,在发现热木星X的时候,使用的方法最有可能是?(  )
(A)行星掩星法 (B)视向速度法
(C)直接成像法 (D)天体测量法

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48. 上题中所描述四种发现系外行星探测的方法中,最难发现热木星的探测方法是?(  )
(A)行星掩星法 (B)视向速度法
(C)直接成像法 (D)天体测量法

49. 经过充分的调研,并申请到足够级别的望远镜对热木星 X 进行观测后,科创小组成员赖世华发现,这一颗行星有一侧始终朝向恒星,而另外一侧则永远背对恒星。一位在走廊扫地的老爷爷听到大家的讨论,忍不住告诉同学们,其实这种现象在宇宙中非常常见,造成这种现象的原因是?(  )
(A)磁场牵引 (B)引力弹弓
(C)光压效应 (D)潮汐锁定

50. 由于天体J长期只有一侧朝向宿主恒星,因此天体J的表面温度非常惊人,根据科创小组的计算,天体J向阳面的表面温度达到了4600K,所以简艺淼同学笑称热木星J的温度比恒星(  )的表面温度高多了。
(A)太阳  (B)心宿二
(C)参宿七 (D)五车二

附录

万有引力定律1575467808687671.png

普森公式m=-2.5lgE +常数

距离模数m-M=5lgr-5,其中r为天体距离,以秒差距为单位

维恩位移定律 λmax = b ⁄ T,其中λmax为黑体谱峰值波长,T为黑体表面温度

100.1=1.26;100.2=1.58;100.4=2.51;

Ⅰ. 不完整的星图

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图1-A 广东某地某日北京时间2:30的星图。部分区域被颜料染污。

Ⅱ. 日全食

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图2-A 1919年5月29日日全食预报图。最大食分出现位置取西经17°,北纬4°;上述位置观测到食甚时日下点位置为西经18°,北纬22°

Ⅲ. 星际消光

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图2-A 实测得出的银河系平均消光曲线(经过归一化处理)。上方的横坐标是波长,单位为 nm;下方等距的横坐标是波长的倒数,单位为μm-1;纵坐标为消光值𝐴,单位为星等。取自《Fundamental Astronomy 5th》。

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图2-B 角直径大于1.3角分的星系在银道坐标中的分布。黑点代表星系。本图取自Kraan – Korteweg & Lahav (2000)。

低年组答案
1-5     BAADC     6-10  DDABC
11-15 CDDDC    16-20 BBCBC
21-25 BCDAC     26-30 ACDDC
31-35 CBABA     36-40 CAABD
41-45 BCABC     46-50 AACDB


2019年广东省中小学生天文知识竞赛预赛试题(高年组)
2019年12月1日 14:00-16:00 闭卷

注意事项:
1、本卷为闭卷考试,请答卷人按照自己的真实水平独立完成。在监考老师宣布考试结束时应停止答卷。交卷时只须将答题卡交回。
2、选择题全部为 单项选择 ,选择一个最接近正确的答案,答错不扣分。用 2B 铅笔将答题卡上相应的答案选框 涂黑涂满 ,并用钢笔或签字笔在答题卡上写上姓名、学校、考号等信息。切勿用钢笔、圆珠笔或自动铅笔涂答题卡,以免影响成绩。答题卡采用机器阅卷,由答卷人填涂答题卡失误或不规范造成的失分由其本人承担。
3、总分 100 分,每题 2 分,考试时间 105 分钟。
4、本场考试允许使用不具编程功能的计算器。
5、比赛结果将在广东天文学会网站和广东天文学会微信公众号公布。

Part 1. 天文热点

1575471151933511.png1. 这张照片是新视野号近距离拍摄的某柯伊伯带天体。下列说法不准确的是?(  )
(A)该天体编号为 2014 MU69
(B)该天体叫天涯海角
(C)新视野号与这颗天体表面的最小距离约3500公里
(D)该天体是人类已发现的最远的太阳系内天体

2. 2019年   ,NASA正式宣布机遇号火星车在失联8个月后,唤醒无效,结束任务。(  )
(A)2月14日 (B)3月14日
(C)4月14日 (D)5月14日

3. 关于隼鸟2号的探测任务,以下说法不准确的是?(  )
(A)它经过3年半飞行在2018年6月抵达小行星“龙宫”
(B)它计划对目标小行星进行2-3次采样
(C)它计划在2020年返回地球
(D)它在2019年4月初进行了第一次采样

4. 2019年4月,全球六地的天文学家举办新闻发布会,同时发布了人类第一张黑洞照片,该照片是由   拍摄的。(  )
(A)甚大阵(VLA)
(B)事件视界望远镜(EHT)
(C)央斯基甚大阵(JVLA)
(D)哈勃望远镜(HST)

5. 以下说法不准确的是?(  )
(A)2019年4月中旬,国家航天局宣布,中国第一颗小行星探测任务已经确定,将通过一次发射实现一颗近地小行星取样返回和一颗主带彗星绕飞探测。
(B)2019年8月,一位美国业余天文学家发现一颗小天体撞击木星产生明亮闪光。
(C)2019年6月24日,我国的500米球面射电望远镜和天马望远镜首次成功实现联合观测,获得甚长基线干涉测量(VLBI)干涉条纹。
(D)2019年11月,广东境内可观测到小行星掩毕宿四。

6. 2019年11月11日将发生水星凌日,以下哪个地方可见该天象的全过程?(  )
(A)西雅图
(B)迪拜
(C)布宜诺斯艾利斯
(D)新德里

7. 2019年全球范围发生了几次日食?(  )
(A)两次日全食
(B)三次日食
(C)仅一次日全食
(D)仅一次日环食

8. 2019年7月25日,一颗“几乎”撞上地球的小行星在过近地点的前一天被发现。该小行星是?(  )
(A)2019 OK
(B)2006 QQ23
(C)2010 RF12
(D)1036 Ganymed

9. 2019年双子座流星雨极大当天的月龄约为?(  )
(A)5.5日   (B)11.6日 
(C)17.3日 (D)29.5日

10. “个人一小步,人类一大步”。2019年是人类成功登月   周年。(  )
(A)30 (B)50 (C)70 (D)100

Part 2. 基础知识

11. 太阳系内拥有最多已发现的卫星的行星是?(  )
(A)海王星 (B)天王星
(C)土星  (D)木星

12. 截至2019年11月,人类已发现的太阳系外行星总数约为?(  )
(A)4100颗 (B)6500颗
(C)8300颗 (D)10000颗

13. 恒星的光度大致和它表面温度的   次方成正比。(  )
(A)1 (B)2 (C)3 (D)4

14. 《礼记·月令》记载:“仲冬之月,日在斗,昏东壁中。”这里提到的“壁”位于现在的?(  )
(A)英仙座 (B)飞马座
(C)白羊座 (D)摩羯座

15. 土星的轨道半长轴约为地球的10倍,它的轨道周期约为地球的?(  )
(A)10倍   (B)100倍
(C)3√100倍 (D)10√10

16. 太阳內部的金属元素质量大约占太阳质量的?(  )
(A)2% (B)5% (C)10% (D)15%

17. 今晚参宿七(赤经5h 15m,赤纬-8°11′)在广州(东经113°15′,北纬23°)上中天时,当地的恒星时为?(  )
(A)0h 33m (B)5h 15m
(C)5h 46m (D)1h 4m

18. 一台望远镜的焦距为900mm,口径为70mm,目镜焦距为20mm。其角放大率为?(  )
(A)3.5倍 (B)13倍
(C)45倍  (D)100倍

19. 国际天文学联合会(IAU)成立于?(  )
(A)1910年 (B)1919年
(C)1924年 (D)1969年

20. 赤道式日晷的晷针必须指向?(  )
(A)南天极 (B)北天极
(C)天顶  (D)北黄极

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 不完整的星图

  某天文社准备在2020年某日组织社员到户外观测。他们在策划会议前打印了北京时间凌晨2:30时观测地的星图(附录图1-A),会议中搬完杂物的副社长因为没洗手就碰了星图,手上未干的油墨把星图的一部分染污了。请根据星图回答 21-26 小题。

21. 社团计划外出观测的日期是?(  )
(A)1月2-3号
(B)3月21-22号
(C)5月1-2号
(D)10月2-3号

22. 图1-A中被白框标记的污迹下的星空最接近以下哪项?(  )

1575455776349508.png

23. 用☆符号标注的恒星是?(  )
(A)金牛座α (B)牧夫座α
(C)天鹰座α (D)室女座α

24. 在星图对应的时间里,位于该地的观测者看不到以下哪项?(  )
(A)乌鸦座 (B)星宿一
(C)大陵五 (D)宝瓶座

25. 下列哪个梅西叶天体位于图1-A中用虚线标注的六边形区域内?(  )
(A)M78 (B)M31 
(C)M35 (D)M37

26. 图中的行星数量为?(  )
(A)0 (B)1 (C)2 (D)3

Ⅱ. 百年日全食

  请跟随引导,完成 26-35 小题。

  日全食是一种壮观的天象,历史上这种天象也曾帮助我们革新对宇宙的认知。Henry Cavendish 和 Johann Georg von Soldner 分别在1784年和1801年根据牛顿力学的计算,独立发现了太阳旁边的恒星出现的位置会发生偏移。现在我们用一种相对简单的方法来估算牛顿力学框架下这种偏移的大小(Soares 2005,arxiv:0508030)。

  附录图2-A描述了一个质量为𝑚的粒子受太阳引力影响发生掠射的过程。由于粒子速度远大于逃逸速度,粒子沿双曲线轨道绕太阳运动。到达观测者时,入射路径和出射路径存在一个大小为 𝛿N = 𝜋 − 2𝛽 的夹角。此即我们现在关心的偏转角。

  下面关于双曲线的一些几何性质或许能帮到你。

※ 双曲线轨迹往外延伸时会逐渐趋近两条直线,称为渐近线。不难证明,图2-A中cos 𝛽 = 1 ⁄  𝑒。

27. 天体力学的分析给出了如下两个结论。
①开普勒轨道的半通径𝑝与二体系统的总角动量𝐿,在天体质量𝑀 ≫ 𝑚 时有如下关系𝑝=𝐿⁄ 𝐺𝑀𝑚2(“≫”表示远大于)。
② 𝑒 > 1 时,系统总机械能为𝐸 = 𝐺𝑀𝑚 ⁄ 2𝑎。
我们可将轨道偏心率表示成?(  )

28. 设粒子经过 C 点时,速度为𝑣。下列说法中错误的是(提醒:我们现在采用牛顿力学的模型)(  )
(A)系统总机械能为
(B)当时,𝑟 近似等于日心 S 到入射光线的垂直距
(C)系统总角动量为 𝐿 = 𝑀𝑣𝑟
(D)当 𝑟 ≥ 𝑅时,

29. 结合 26-28 小题的答案,可推出 1 ⁄ 𝑒 近似等于?(  )

30. 当 |𝑥| 很小时(例如 |𝑥| < 0.1弧度),𝑥 ≈ arcsin  𝑥 。利用上述关系最后我们可得(  )

  1911年,Albert Einstein 应用等效原理和质能方程估算太阳引力造成的光线偏转,得到了和牛顿力学的结果一致的结论。1916年,他又发表了应用广义相对论重新计算的结果。考虑了太阳对时空的影响后,偏转角新结果为𝛿G = 2𝛿N

31. 假设地球公转轨道是正圆,日地距离为𝑑。根据广义相对论的预言,一颗恒星和太阳视圆面中心的角距离为𝜔时,恒星会发生多大的位置偏移?(  )

32. 由 31 小题的答案可知,真实位置在日面边缘的恒星,𝛿G的理论值约为?(  )
(A)1.75″ (B)2.00″ 
(C)0.88″ (D)1.35″

  牛顿力学和广义相对论对星光偏转角预言的差别,提供了一种验证两套理论准确性的途径。日全食时,太阳被月球完全遮挡。仅在这种条件下,天文学家可通过摄影术记录太阳周围星点的位置,并通过精细的测量确定星点的偏移量。

33. 1919年,Arthur Eddington 组织了两支观测队分赴西非的普林西比岛和   观测日全食,检验广义相对论。(  )
(A)智利拉塞雷纳
(B)东欧克里米亚
(C)巴巴西索布拉尔
(D)非洲坦桑尼亚

34. 表2-A给出了全食阶段太阳附近13颗恒星的位置,表2-B给出了两支观测队测量到的7颗恒星的平均偏移值。真实位置在日面边缘的恒星,其位置偏移的测量值约为?(你可能要用到图2-B的空坐标网格)(  )
(A)2.6″ (B)2″ (C)1.5″ (D)0.9″

  一只皮皮羊为了纪念100年前爱丁顿等人的工作,2019年7月特意跟随逐星科技团队到了智利拉塞雷纳观测日全食。它希望用一台口径305mm,焦距3200mm 的折反射望远镜接一台单反相机测量星点的偏移。相机CMOS大小为36mm×24mm,8688×5792像素。图2-C 是它计划拍摄的天区。

35. 以下说法正确的是?(  )
(A)相机能拍下整个目标天区
(B)理论上相机CMOS的分辨率不足以分辨HD49201的位置偏移(不考虑大气、太阳运动等外部因素)
(C)广义相对论预言HD48805的视位置从真实位置往背离日心的方向移动2.63角秒
(D)即使拍不到太阳也可以通过测量HD44805和HD48913间的角距离粗略验证广义相对

36. 出发当天,睡懒觉的皮皮羊出发得太匆忙,忘记带赤道仪重锤。虽然它看到壮观的日全食,但是验证实验泡汤了。如果想在2020年完成实验,它需要?(  )
(A)2020年12月去阿根廷
(B)2020年6月去南非
(C)2020年6月去西藏
(D)2020年12月去南极

Ⅲ. 测距

  在未知星球上的社长已愉快地融入了当地人的生活,并继续研究伽伊缈的传说。伽伊缈的整个旅程花了6年。旅途中他注意到夜空中有一些模糊的小光斑,当在不同的恒星附近观测(这些恒星都不在同一个双星或聚星系统中)时,这些小光斑的相对视位置会有变化。社长根据伽伊缈的纪录,找出了其中两个观测地点上十几个光斑的位置变化,并将信息整理到表3-A中。这些光斑都能通过裸眼或小型望远镜找到。我们先不讨论故事的主角如何实现超光速运动,请结合信息回答 37-43 小题。

37. 这些小光斑是?(  )
(A)行星   (B)彗星
(C)深空天体 (D)以上都有

38. 上述小光斑相对位置改变的现象属于?(  )
(A)自行 (B)视差
(C)进动 (D)哈勃退行

39. 对编号 6 的天体而言,两个观测点构成的有效基线长度是“周年视差”对应的有效基线长度的?(  )
(A)108倍 (B)107倍 
(C)106倍 (D)105

40. 请补全表 3-A 中所有的空白数值。下列哪个编号的光斑最可能是社长所在星系内的目标?(  )
(A)1 (B)3 (C)7 (D)16

41. 在恒星α的一颗行星上,与伽伊缈同行的“仆从”告诉了他其中一些小光斑相对他的运动速度。相关信息已列在表3-A中。伽伊缈从中发现了我们称为“哈勃-勒梅特”定律的规律。社长根据表3-A 绘制出图3-A的哈勃图,请你把编号6、7的数据点补充到图3-A中。忽略 5 Mpc以内的数据点,估算出的哈勃常数 𝐻是?(  )
(A)88 Mpc/km ∙ s
(B)50 Mpc/km ∙ s
(C)62 Mpc/km ∙ s
(D)74 Mpc/km ∙ s

42. 如果在恒星α附近观测,某光斑的角直径为30角分,它相对伽伊缈的视向速度为20km/s。该光斑的物理大小约为?(  )
(A)2.4 kpc   (B)51 kpc
(C)270 kpc  (D)条件不足,无法估算

43. 这个一万一千年前的故事中,仆从曾感叹自己目睹了好多天体的诞生和终结,它刚被创造出来的时候,哈勃常数是现在11/10。如果按照标准宇宙学模型,在我们关心的演化阶段内,,这里𝐻是红移𝑧下的哈勃常数,Ω𝑀=0.3和ΩΛ=0.7分别𝐻0是今天的物质密度参数和暗能量密度参数的近似值。仆从被创造出来时,宇宙的背景温度约为现在的?(提示:宇宙背景温度 T(1+z))(  )

(A)0.6倍 (B)1.1倍
(C)1.2倍 (D)和现在的一样

Ⅳ. 星际尘埃

  星际介质的主要成分是氢和氦组成的气体。对比星际气体,星际尘埃的质量仅占星际介质很小的比例。但是这些尘埃却参与诸多的天体物理过程,在影响星际介质的温度和化学组成、塑造天体的光谱轮廓、影响恒星形成过程等方面都有起着十分重要的作用。星际尘埃首先引起人们关注的地方,是它们吸收和散射星光引起的消光和红化效应。虽然气体也会散射星光,但研究表明星际气体对消光的贡献可以忽略。

44. 银河系内星际尘埃的总质量大约占星际介质总质量的?(  )
(A)5% (B)1% (C)0.5% (D)0.1%

45. 图4-A是通过实测得到的平均消光曲线。我们不难发现在近紫外-可见光-红外波段的消光曲线近似为一直线(虚线)。取B波段等效波长为442nm,V波段的等效波长为540nm。根据拟合直线我们可发现在上述波段范围内,色余 𝐸𝐵−𝑉 和V波段的消光 𝐴𝑉 存在如下关系(  )
(A)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 0.34
(B)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 1.3
(C)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 3.1
(D)𝐴𝑉 ⁄ 𝐸𝐵−𝑉 = 5.2

46. 上述比值称为总选消光比R,它在不同的方向上会有差异,数值一般在2~6左右,大部分方向上接近上题答案的值。一颗恒星测出B波段和V波段的视星等分别为9.7等和9.5等, 绝对星等分别为2.9等和2.5等。如果不修正消光的影响,通过V波段数据测出的恒星距离将是真实值的?(取45小题答案)(  )
(A)0.62倍 (B)1.10倍
(C)1.33倍 (D)1.57倍

47. 消光现象反过来可以帮助我们了解尘埃的物理和化学性质。例如根据散射的规律,可推知同样条件下紫外-可见光波段上的总选消光比与尘埃大小大致有如下关系(  )
(A)尘埃总体大小越大,R 越大
(B)尘埃总体大小接近217.5nm时,R 最大
(C)尘埃总体大小越小,R 越大
(D)尘埃整体大小和R 无关

48. 在图 4-A 的消光曲线中,可以看到217.5nm附近消光明显增强。一开始天文学家猜测这可能是星际介质中的石墨颗粒造成的。石墨结构如图 2-B 所示,当石墨中的离域π电子发生π → π∗的跃迁时,产生的吸收特征恰好在217.5纳米附近达到最强。后来,天文学家发现单靠石墨无法完全模拟出观测的结构特征。他们猜测尘埃中存在另一类含碳原子环和非定域
π电子的物质,对217.5nm处的吸收特征有重要贡献。这类物质最可能是下列四项中的?(  )
(A)烷烃
(B)双环 [4.4.0] 癸烷 ( )
(C)单烯烃
(D)多环芳烃

49. 根据表4-A,以下哪项对裸露在星际空间中的分子破坏最小?(  )
(A)γ射线
(B)宇宙线
(C)Lyα光子(莱曼α)
(D)Hα光子(巴尔末α)

1575486504622648.png50. 尘埃可以参与诸多天体化学过程及提供适合的反应场所。例如可以通过右图两种方式吸附气体中的原子或官能团合成新物质。以下推测最不合理的是?(  )
(A)分子云中的氢分子主要通过尘埃催化合成
(B)消光小的弥漫星际介质中,尘埃表面覆盖的分子结构一般会比消光大的巨分子云内部尘埃上覆盖的分子简单
(C)O 型星附近区域温度较高,加速了分子的合成,我们能观测到很强的分子谱线
(D)星际尘埃的消光效应可以保护高密度星际介质内部的复杂有机分子

附录

太阳质量 1.99×1030kg
太阳半径 6.96×108m
太阳光度 3.9×1026W
太阳目视绝对星等 4.83
太阳绝对热星等4.75
地球质量 5.96×1024kg
地球半径 6378km
月球质量 7.35×1022kg
月球半径 1738km
火星质量 6.42×1023kg
火星半径 3397km

万有引力常数G=6.67×10-11N · m2 · kg-1
普朗克常数h=6.63×10-34J/s
波尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K
斯蒂潘-波尔兹常数σ=5.67×10-8W·m-2·K-4
维恩位移常数b=2.898×10−3m · K
真空光速c=3.00×108m/s
元电荷e=1.60×10-19C
辐射常量a=7.57×10-16J · m-3 · K-4
质子质量m=1.67×10-27kg
电子质量m=9.11×10-31kg
中子质量m=1.67×10-27kg

万有引力定律万有引力定律

普森公式m=-2.5lgE +常数

距离模数m-M=5lgr-5,其中r为天体距离,以秒差距为单位

活力公式活力公式

维恩位移定律λmax = b ⁄ T,其中λmax为黑体谱峰值波长,T为黑体表面温度,b为维恩位移常数

Ⅰ. 不完整的星图

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图1-A 广东某地某日北京时间2:30的星图。部分区域被颜料染污。

Ⅱ. 百年日全食

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图2-A 牛顿力学下星光偏折现象的分析图。S是太阳中心,恒星发出的光子(可当作质量很小的粒子)经过太阳附近时,受引力影响以双曲线轨道掠射,C是轨道近日点,CS=。双曲线的半通径为p(过S作CS的垂线,与双曲线相交与两点,其中一点与S连成的线段即半通径),渐近线和CS的夹角为β ,光子出射和入射方向的角度差为𝛿N。现实中𝛿N非常小,双曲线轨迹和一条垂直CS的直线非常接近,本图为了便于分析夸大表现𝛿N。原图取自Soares (2005)。

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图2-B

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图2-C 计划拍摄的天区模拟图,上面标注出了若干恒星的名字,星等值和到日心的角距离(不考虑引力作用,单位为角分)。

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表2-A 1919年日全食观测所用到的太阳附近部分恒星的参数(Dyson 1917)。左起第一列是恒星编号,第二列是恒星名字,第三列是视星等,第四列是恒星到日面中心的真实角距离。

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表2-B 1919年爱丁顿实验测出的7颗恒星的位置偏移(Dyson 1919)。左起第一列是恒星编号,与表2-A的编号一致;第二列是𝛿G的估算值(已删除),第三列是偏转角的测量均值,单位是角秒。

Ⅲ. 测距

表3-A 在两个相距1024pc的观测点(α星和β星)上,20个模糊的面源的位置变化情况。第一列是天体的编号;第二列是α星到面源的连线与α星到β星连线的夹角;第三列是在β星观测点上看到的面源视位置相对于在α星观测点上面源视位置之间的角距离;第四列是测量面源到α星距离的有效基线长度(提示:考虑α星和β星的间距以及方向角 i);第五列是面源到α星的距离;第六列是面源相对于α星观测点的平均视向速度(已扣除恒星绕星系中心运动的影响)。

图3-A 根据表3-A 数据绘制的哈勃图。图中仍缺编号6、7的数据点,需要你来补充。

Ⅳ. 星际尘埃

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图4-A 实测得出的银河系平均消光曲线。上方的横坐标是波长,单位为nm;下方等距的横坐标是波长的倒数,单位为μm−1;纵坐标为消光值𝐴,单位为星等。取自《Fundamental Astronomy 5th》。

图4-B 石墨结构的侧视图(左)和俯视图(右)。每个碳原子会与同层另外三个碳原子形成σ键,使得六个碳原子在同一平面形成正六边形环,构成了图中的“蜂巢状”结构。不同的碳原子层在范德瓦尔斯力的作用下平行累叠。而碳原子剩下的一个电子将在离域π轨道上运动,成为离域π电子。

表4-A 一些常见的化学键键能和光致离解需要的光子波长。第一列是化学键与键序;第二列是键能;第三列是使其光致离解所需的光子波长上限。所谓光致离解是指分子获得光子的能量后化学键被破坏,分子分解为原子或者更小分子的过程。

高年组答案
1-5     DADBC     6-10   CBACB
11-15 CADBD     16-20 ABCBB
21-25 ACDDB     26-30 ADCAA
31-35 BACBD     36-40 ACBAC
41-45 DDCBC     46-50 CADDC

广东天文学会
第十四届中学生天文知识竞赛组委


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选择题

1.(  )以下哪一项将螺旋星系的固有亮度与其渐近旋转速度联系起来?
(A)基本面
(B)图利-费希尔关系
(C)普雷斯-谢克特公式
(D)法伯-杰克逊关系

2.(  )下面哪一项正确地给出了银河系中星族I和星族II恒星的位置?
(A)星族I-薄盘,旋臂;星族II-晕,核球
(B)星族I-薄盘,核球;星族II-旋臂,晕
(C)星族I-晕,核球;星族II-薄盘,旋臂
(D)星族I-光晕,薄盘;星族II-核球,旋臂

3.(  )在红移为1.5 时观察到具有大约为10-12 erg∙ s-1 ∙ cm-2的辐射通量的类星体,即它的径向距离约为4.4Gpc。该类星体的辐射光度为多少?
(A)6.0×1011 L⨀
(B)3.8×1012 L⨀
(C)2.4×1013 L⨀
(D)6.3×1014 L⨀

4.(  )现在,我们假设观察到前一个问题中谈到的类星体具有一个相距5角秒的伴星系。则伴星系与类星体的线距离是多少?
(A)107 kpc (B)29 kpc
(C)74 kpc   (D)43 kpc

5.(  )一位观测者站在地球上最高的建筑——哈利法塔顶(高度=830m,纬度=25.2N,经度=55.3E)。下列哪一个选项最接近一年中当地中午建筑物在地面上最短和最长的阴影长度?
(A)10m,1050m
(B)25m,950m
(C)35m,850m
(D)45m,750m

6.(  )以下哪一项最接近地球上最高的珠穆朗玛峰(高度=8.8km)和火星奥林巴斯蒙斯(高度=25km)的观察者可以看到的最远的地平线的距离之比?
(A)0.1 (B)1 (C)5 (D)10

7.(  )设一观察者测量了各种物体的黑体光谱,以此来作为长波长极限(hc/λ<<kT)中温度和波长的函数,发现其数据近似符合关系:log(i)=a+blog(t)+clogλ。这里,i是波长的光谱强度,t是物体的温度,λ是波长。下面哪个是b和c的值?
(A)1,-4 (B)1,4
(C)4,1  (D)-4,1

8.(  )地球和火星轨道的半长轴分别为1.496×108km和2.279×108km。假设一个航天器在400km的低地球轨道上运行。航天器进行单轨道机动,将其置于火星转移轨道。∆v是指轨道机动期间速度的变化。则所需增加的∆V是多少?
(A)2.94 km/s (B)3.57 km/s
(C)6.12 km/s (D)10.85 km/s
(E)11.24 km/s

9.(  )进入火星轨道后,探测器发现,在火星一年的时间里,由于航天器绕太阳运行,恒星A的位置变化了613.7毫角秒(mas),试确定此时探测器与A星的距离。
(A)1.629 pc (B)2.482 pc
(C)3.259 pc (D)4.965 pc
(E)6.518 pc

10.(  )质量为3.5M⊙的A星,在23.22年里的径向速度变化为24.2m/s,表明其存在一颗绕轨道运行的外行星。已知木星的质量(MJ),下列哪一个最接近外行星的质量?(假设外行星的轨道是圆形的,倾角为90度,木星的质量是1.898×1027kg,且行星的质量比A星小得多。)
(A)0.7 MJ (B)2.1 MJ
(C)5.6 MJ (D)9.9 MJ
(E)13.2 MJ

11.(  )衍射限制光学系统是否能分辨两个不同的点,可用瑞利判据来确定。绘架座β-b是最早使用直接成像发现的系外行星之一,该系统位于19.44pc以外,绘架座β-b位于距主星9.2AU的位置。在红外波段(λ=1650nm)观察时,根据瑞利准则,能够分辨绘架座β及其外行星的最小望远镜直径是多少?
(A)0.719m (B)0.877m
(C)1.142m (D)1.438m
(E)1.755m

12.(  )猎户座星云的天体坐标是RA=05h 35m,dec=-5°23'。以下哪个时间(当地太阳时)最接近猎户座星云在2019年2月1日晚上穿过子午线的时间?2019年春分为3月20日。
(A)08:40 PM (B)10:22 PM
(C)12:00 AM (D)01:38 AM
(E)03:20 AM

13.(  )一个位于1.04 kpc以外的黄色超巨星,其视星等为1.49,B-V波段色余为0.29。假设Rv(即V波段消光与B-V波段色余之比)为3.1,确定恒星的绝对星等。
(A)-9.5 (B)-8.9 (C)-8.6
(D)-8.3 (E)-7.7

14.(  )pp链是太阳中的主要能量产生机制,每一次2H+e→D+v 过程将释放26.73MeV的能量。计算火星表面的中微子通量(以每平方米的中微子数为单位),假设pp链承担了太阳产能的100%(火星距离1.52 AU)
(A)2.54×1013 (B)3.17×1016
(C)1.37×1014 (D)5.94×1012
(E)4.45×1015

15.(  )以下哪对造父变星的属性使造父变星可以用来确定恒星的距离关系?
(A)质量和温度
(B)周期和光度
(C)温度和周期
(D)质量和光度
(E)周期和半径

16.(  )钱德拉塞卡尔极限为1.4太阳质量,请估计一个钱德拉塞卡质量大小的黑洞的最大平均密度应该为多少?(单位:kg/m3
(A)1.5×1022 (B)4.7×1014
(C)8.2×1010 (D)9.4×1018
(E)7.1×1026

17.(  )太阳的较差自转可以用公式ω=X+Ysin2(φ)+Zsin4(φ)来估算,其中ω是每天度数的角速度,φ是太阳纬度,X,Y和Z是常数(分别等于每天15°,-2.5°和-2°)。 沿同一个太阳子午线发现两个太阳黑子,一个在0°,另一个在40°,假设太阳黑子不会消失或改变纬度并以与太阳表面相同的速度移动,那么这两个太阳黑子会在多少天后再次对齐?(将答案舍入到最近的一天)
(A)142 (B)202 (C)262
(D)312 (E)372

18.(  )假设观察者记录一个双星系统的光变曲线,并注意到两个不同的最小值周期性重复(以交替的方式),光变曲线达到第一个最小值和第二个最小值之间的时间为285.7天。以一个太阳质量为单位,如果这两颗恒星的平均距离为4.1AU,根据以上信息,请估计该双星系统的总质量。
(A)0.0002 (B)0.0008
(C)28 (D)56 (E)112

19.(  )天棓四是天龙座中最亮的恒星,其大致坐标为RA:17h 56m ,Dec:+51.5°。考虑到在观察者所在的位置,纬度是+50°,而当地的恒星时是14:00,那么天棓四会出现在地平线以上多远的地方?(把你的答案四舍五入到最接近的程度)
(A)26 (B)54
(C)59 (D)89
(E)该恒星位于地平线以下

20.(  )位于赫罗图左上方的恒星体必然具有哪些特点?
(A)绝对星等低,有效温度低
(B)绝对星等低,有效温度
(C)绝对星等高,有效温度高
(D)绝对星等高,有效温度高
(E)中等绝对星等,中等有效温度

21.(  )下列距离“指示器”从最近到最远排列正确的一项是?
(A)恒星视差、分光视差、天琴座RR变星、哈勃常数
(B)分光视差、恒星视差、天琴座RR变星、哈勃常数
(C)恒星视差、天琴座RR变星、分光视差、哈勃常
(D)恒星视差、分光视差、哈勃常数、天琴座RR变星
(E)分光视差、恒星视差、哈勃常数、天琴座RR变星

22.(  )地球上观测到火星方照时,从火星上观测地球的相位为?
(A)朔
(B)眉月状
(C)弦月状
(D)凸月状
(E)望

23.(  )在北半球的观察者几乎永远看不到下列哪一颗恒星?
(A)御夫座α (B)天鹅座γ
(C)天琴座α (D)南极座σ
(E)猎户座β

24.(  )居住在厄瓜多尔的两名业余天文学家A和B分别站在加拉帕戈斯群岛(高度0m,经度91°W)和火山卡扬贝(高度5790m,经度78°W)的赤道上。这两位天文学家在2019年3月20日当地正午时测得的太阳高度和太阳天顶距(以度为单位)有多大差异?忽略大气折射并给出最接近的答案。
(A)地平高度:15,天顶距的差异:13
(B)地平高度:13,天顶距的差异:1
(C)地平高度:13,天顶距的差异:15
(D)地平高度:11,天顶距的差异:13

25.(  )两颗恒星A和B的光谱分别在500nm和250nm波长处达到峰值。如果他们形成黑洞时的史瓦西半径比为8:1,那么它们的光度比是多少?假设它们在坍塌之前它们的密度是均匀,并且在形成黑洞时它们不会失去任何质量。
(A)2:1 (B)4:1
(C)1:4 (D)1:2

26.(  )当水星处于近日点和远日点时,距离太阳100 AU的两个静止观测者观察水星穿过太阳日面直径的凌日现象。以下哪一项最接近水星处于远日点时,与处于近日点时所测得的完整凌日时间的比率?已知水星轨道的半长轴和偏心率分别为0.387 AU和0.21。
(A)1:1 (B)2:1
(C)4:1 (D)8:1

27.(  )五车二与伴星之间的半长轴为0.85 AU,周期为0.285年,求五车二与该恒星组成的双星系统的总质量。
(A)5.5M⊙ (B)6.5M⊙
(C)7.6M⊙ (D)8.5M⊙
(E)9.5M⊙

28.(  )新视野号在2019年元旦完成了2014 MU69(Ultima Thule,正式中文名天涯海角)的飞越。2014 MU69是柯伊伯带中的天体,半长轴为44.58 AU。 假设物体的反照率为零,则以开尔文为单位估算2014 MU69表面的最高温度。
(A)41.7K (B)58.9K
(C)83.3K (D)117.9K

29.(  )HD209458b是一颗太阳系外气体巨行星,其半径为1.38木星半径,质量为0.69木星质量(1木星半径=6.99×107m,1木星质量=1.90×1027kg)。以下哪一个最接近HD209458b中心的压强(单位:巴)?
(A)10bar (B)10bar
(C)10bar (D)10bar

30.(  )想象一下,我们的太阳突然被一个质量只有太阳一半的M型矮星所取代。如果我们的地球在这个变化过程中保持相同的半长轴,那么地球绕M型矮星公转的新轨道周期为多少?
(A)0.707年 (B)1年
(C)1.414年 (D)2年

解答
BABDB BABDC
BAACB DCCBB
ACDDC BCBBC

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

瞬变源

  天文学家使用位于南非卡鲁(Karoo)沙漠的无线电望远镜MeerKAT,观测天坛座区域,发现奇怪的无线电源,在三星期内迅速增亮三倍以上。这是MeerKAT发现的第一个瞬变源。当天文事件在数秒、数天甚至数年内出现或消失,称为“瞬变”事件。这种事件非常重要,因为它们能增进对恒星演化的了解。

  这颗天体称为MKT J170456.2-482100,随后以其他望远镜,发现与距离地球约1800光年的恒星TYC8332-2529-1位置相匹配,它是约2.5倍太阳质量的巨星。由于该恒星相对较亮,因此以前曾多次以光学望远镜观测,提供了超过18年数据,也发现恒星的亮度在21天内会变化。研究人员认为光度变化是恒星上如黑子一样的星斑造成。天文学家也用南非大望远镜(SALT)获取恒星的光谱,发现恒星具有磁场,并且还有一颗伴星。这颗伴星比主星暗得多,但质量至少是太阳的1.5倍。天文学家不确定这颗伴星是什么?由于质量稍大,可能不是白矮星。此外,造成瞬变现象的无线电闪焰,通常发生在矮星而不是巨星上,但若伴星是矮星,则显得亮度太暗!因此该团队仍不确定这系统成员是甚么种类的天体,值得未来追踪观测。相关论文发表在皇家天文学会月报(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。(编译/台北天文馆李瑾)

  资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

由凯克天文台所拍摄的2I/Borisov照片,右图中的地球为比例尺。

由凯克天文台所拍摄的2I/Borisov照片,右图中的地球为比例尺。

  耶鲁大学的天文学家Pieter van Dokkum、Cheng-Han Hsieh、Shany Danieli和Gregory Laughlin在2019年11月24日使用夏威夷凯克天文台的低分辨率成像光谱仪拍摄了星际彗星2I/Borisov的图像。最新图像显示,它的彗尾延伸了约16万公里!

  2I/Borisov是Gennadiy Borisov在2019年8月30日所发现的天体,「I」代表「星际」,它也是迄今发现第二个来自太阳系以外的天体。至于第一个确认的星际天体是2017年发现的1I/ʻOumuamua。2I/Borisov的彗核仅约1.6公里,然而它的彗尾长度却已超过地球直径的14倍。

  2I/Borisov预计于12月8日在距离太阳3亿公里处经过近日点,同时将在12月下旬以1.9AU的距离接近地球,最大总亮度仅约15等,之后便逐渐离开太阳系。(台北天文馆王彦翔/编译)

  资料来源:Astronomy Now

发布单位:国家天文台

  北京时间2019年11月28日凌晨,国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现。依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST),研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞,并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

图1 中国科学家发现的巨型黑洞LB-1的艺术想象图。中心黑色的点表示黑洞,周围红色的圆盘代表截断的吸积盘,蓝色圆表示伴星B型星。作者:喻京川。

  黑洞(英语:black hole)是一种本身不发光的神秘天体。任何物质,包括光也无法从它身边逃离。根据质量的不同,黑洞一般分为恒星级黑洞中等质量黑洞超大质量黑洞。这其中,恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的,是宇宙中广泛存在的“居民”。理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞,但迄今为止,天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——而且都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的、质量均小于20倍太阳质量的黑洞。

  找到新的方法,发现数量巨大、没有X射线辐射的黑洞,成了天文学界近年来研究的热点和难点。

  2016年秋季开始,国家天文台领导的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究,历时两年监测了一个小天区内3000多颗恒星。结果发现,在一个X射线辐射宁静的双星系统(LB-1)中,一颗8倍太阳质量的蓝色恒星,围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。不同寻常的光谱特征表明,那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞。研究人员随即进行了“确认”:他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜,进一步确认了LB-1的光谱性质,计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。值得一提的是,在两年之久的监测时间里,LAMOST共为这项研究做了26次观测,累积曝光时间约40个小时。刘继峰表示,如果利用一架普通四米口径望远镜来寻找这样一颗黑洞,同样的几率下,则需要40年的时间——这充分体现出LAMOST超高的观测效率。

图2 LB-1和引力波并合事件、X射线方法发现的黑洞的质量分布。

  目前恒星演化理论预言在太阳金属丰度下只能形成最大为25倍太阳质量的黑洞。这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。美国激光干涉引力波天文台(LIGO)从2015年起,通过探测引力波的方法发现了数十倍太阳质量的黑洞;2017年,雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什因在LIGO的建造和引力波探测方面的贡献被授予诺贝尔物理学奖。LIGO台长大卫·雷茨评论,“在银河系内发现70倍太阳质量的黑洞,将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成模型。这一非凡的成果,将与过去四年里美国激光干涉引力波天文台(LIGO)及欧洲室女座引力波天文台(Virgo)探测到的双黑洞并合事件一起,推动黑洞天体物理研究的复兴”。接下来,利用LAMOST极高的观测效率,天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞,开创批量发现黑洞的新纪元。

  这项工作是基于LAMOST(中国兴隆)、加纳利大望远镜(西班牙加纳利群岛)、凯克望远镜(美国夏威夷)和钱德拉X射线天文台(美国)的观测数据完成的。本研究共包括55位作者,来自中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰7个国家28家单位。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1766-2


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