2021年广东省中学生天文知识竞赛试题(答案)

  2021年9月25日,第十六届广东省中学生天文知识竞赛暨2021年全国中学生天文知识竞赛广东赛区预赛结束。省赛同时是国赛的选拔赛。2021年CNAO全国赛的预赛将不再接收广东省学籍选手的报名。
  本次竞赛由广东天文学会和广州市青少年科技教育协会主办,由广州市教育局支持,由广东省青少年科技中心、广东省地理学会教育与科普专业委员会、广州大学物理与材料科学学院、增城区凤凰实验小学协办。该赛事是2019年广东省教育厅批准的第一批面向全省中小学生竞赛活动,参赛人数约6600人,在全省88个考场进行,参与人数创历史新高。本轮初赛将选出100-200名选手参加10月中旬举办的复赛,争夺进入全国决赛的名额。

2021年广东省中学生天文知识竞赛试题(低年组)
2021年9月25日下午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。
2、选择题全部为单项选择,考生直接在试题页面中点选一个最接近正确的答案,答错不扣分。
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、考试开始后45分钟方可交卷。
6、比赛结果将在广东天文学会网站和微信公众号公布。

Part 1. 天文热点

1. 我国的“天问一号”火星探测器在今年5月15日成功释放着陆器携带火星车________登陆火星。(  )
A. 祝融号  B. 火神号
C. 荧惑号  D. 萤火号

2. 北京时间2021年4月19日下午,_________无人机在火星上完成首次试飞,成为首个在地球以外的行星上御风飞行的人造物体。(  )
A. 机智号  B. 毅力号
C. 好奇号  D. 敏捷号

3. 下一次我国境内可见的日食发生在?(  )
A. 2021年12月4日
B. 2022年10月25日
C. 2023年4月20日
D. 2027年8月2日

4. 2020年12月17日,嫦娥五号的返回器成功降落四王子旗,将约_________千克月球样本带回地球。(  )
A. 0.2 B. 0.5 C. 1 D. 2

5. 美国宇航局的________探测器于今年5月从小行星“贝努”踏上返程之旅。(  )
A. 黎明号
B. 隼鸟2号
C. 奥西里斯王号
D. 冥土号

6. 2020年年底,曾为世界上最大的单孔径射电望远镜的___________发生倒塌。(  )
A. 波恩望远镜
B. 绿岸望远镜
C. 帕克斯望远镜
D. 阿雷西博望远镜

7. 今年10月,___________将把3名中国航天员送往中国空间站。(  )
A. 神州十一号
B. 神州十二号
C. 神州十三号
D. 神州十四号

8. ___________曾在今年6月出现故障,一度停止工作。(  )
A. 慧眼硬X射线调制望远镜
B. 盖亚望远镜
C. 哈勃空间望远镜
D. 凌星系外行星巡天卫星

9. 今年在我国境内看不到?(  )
A. 太阳黑子
B. 日环食
C. 英仙座流星雨
D. 土星合月

10. 为了纪念人类首次载人航天任务“东方一号”的成功,每年的4月12日被定为世界航天日。2021年的世界航天日恰是该次任务成功的(  )周年纪念日。
A. 45 B. 50 C. 55 D. 60

Part 2. 基础知识

Ⅰ. 请回答以下10道独立的小题。

11. 以下哪个星座所占天区面积最大?(  )
A. 人马座  B. 南十字座
C. 大犬座  D. 小熊座

12. 月球的年龄约为?(  )
A. 20亿年  B. 30亿年
C. 40亿年  D. 45亿年

13. 一位在南半球念书的留学生发现有两个云雾状天体围绕南天极做周日视运动,它们的视直径分别约为10度和5度,它们最可能是?(  )
A. 大麦哲伦云和小麦哲伦云
B. M31星系和M33星系
C. 猎户座大星云和昴星团
D. M57环状星云和M27哑铃星云

14. 在不同的节气,观测者对同一物体测得的正午日影长度不同,这反映太阳正午高度角在一年里会随时间变化。在广州,以下哪个节气的正午日影最长?(  )
A. 清明 B. 夏至 C. 惊蛰 D. 冬至

15. 两个天体间的万有引力大小反比于它们的?(  )
A. 质量   B. 距离的平方
C. 距离   D. 质量的平方

16. 用双筒望远镜可以比直接用肉眼看到更多星星,这是主要是因为?(  )
A. 双筒望远镜物镜焦距比人眼长,拥有更大的放大率
B. 双筒望远镜物镜直径比人眼瞳孔直径大,拥有较强的聚光本领
C. 双筒望远物镜焦距比人眼长,拥有更小的底片比例尺
D. 双筒望远镜的玻璃质量比人眼晶状体的更好

17. 现行公历平均每年的长度为?(  )
A. 355天
B. 365.25天
C. 365.242天
D. 365.256天

18. 七夕故事中的主角,牛郎星和织女星,与天津四一起构成?(  )
A. 夏季大三角
B. 冬季大三角
C. 春季大三角
D. 秋季大三角

19. 下列哪种天体还没被天文观测证实存在?(  )
A. 褐矮星  B. 中子星
C. 热木星  D. 黑矮星

20. 谷神星是最大的小行星,它的发现者是?(  )
A. 汤博   B. 皮亚齐
C. 伽利略  D. 赫歇尔

Ⅱ. 本部分包含第21-25小题。请在编号①至⑦备选答案中,选取最合适的一项填入下表的空格。并在答题卡上将编号对应的选项用2B铅笔涂黑。每个备选答案在本部分中最多使用1次。
(提示:Pioneer /ˌpaɪəˈnɪr/ 先驱者、开拓者)

2021年广东题图1

2021年广东题图2

21. A. ① B. ③ C. ④ D. ⑥(  )
22. A. ① B. ③ C. ⑤ D. ⑥(  )
23. A. ① B. ③ C. ⑤ D. ⑥(  )
24. A. ② B. ④ C. ⑤ D. ⑦(  )
25. A. ② B. ⑤ C. ⑥ D. ⑦(  )

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 天宫空间站

  我国天宫空间站的核心舱在2021年4月29日顺利升空进入绕地轨道。国内外的天文爱好者已多次在地面观测到核心舱过境闪光。附录中的图1-A是今年的某次过境预报,观测地经度约114.3度;图1-B是天宫空间站的相关资料。请参考图1-A和图1-B,结合现实情况回答26-33小题。

26. 天宫空间站核心舱的名字叫?(  )
A. 问天 B. 梦天 C. 天和 D. 天舟

27. 空间站的过境过程中,与下列哪颗恒星的角距离最小值最大?(  )
A. 玉衡   B. 天津四
C. 开阳   D. 织女星

28. 用一套10°左右视场的设备拍摄,经过后期处理后(不违反天体位置的真实性)我们有可能得到核心舱与下列哪个天体的合照?(  )
A. M13 B. M15 C. M7 D. M16

29. 核心舱过境时,空中最亮的行星是?(  )
A. 木星 B. 金星 C. 土星 D. 月球

30. 织女星赤经为18h 38m,赤纬为38°48′,这次过境事件最可能发生在下列哪个时段?(  )
A. 8月上旬   B. 9月上旬
C. 10月上旬 D. 11月下旬

31. 观测地的纬度约为北纬__________。
A. 67° B. 46° C. 36° D. 23°

天宫空间站32. 右图中从左上到右下的轨迹线是本次过境发生时天宫空间站的星下点轨迹(所谓星下点,即天体在地球表面的投影点),白色“×”标示了与图1-A预报相对应的观测点。如果我们想通过开车转移,捕捉天宫空间站穿过天顶的瞬间,我们可从该观测点出发往哪个方向移动?(  )
A. 东南 B. 西南 C. 东北 D. 正东

33. 关于天宫空间站,下列描述不准确的一项是?(  )
A. 口径30厘米的望远镜不可能分辨出核心舱的太阳能板轮廓
B. 从地面上看,核心舱过境时的亮度有时可以比北落师门还亮
C. 当天宫空间站建成后,过境亮度会整体比现在高
D. 广东的观测者有时可以观测到天宫凌日或者凌月的现象

Ⅱ. 宜居带

  液态水对生命而言,是一种常见且重要的介质。天文学中对宜居带的定义,也多和星球表面是否能稳定存在液态水有关。在上世纪,Kasting等人给出一套经典的宜居带模型(Kasting et al. 1993)。该模型在一个和地球类似的星球上,构建一个以氮气为背景,包含CO2和H2O两种气体的大气,然后分析这个星球拥有不同地表温度时到恒星的距离,判断恒星周围能让星球表面能稳定存在液态水的空间范围,从而划定宜居带。后来Kopparapu等人在Kasting等人的模型上进行了改进(Kopparapu et al.2013),表2-A和图2-A给出了新模型的部分结果。

34. 宜居带的内边界是根据水的散逸情况判定的。如果过于靠近太阳,太阳辐射流量过大,地表上的水将快速汽化并在高能辐射的作用下离解和逃逸到太空中。太阳的辐射流量𝑓与行星轨道半径𝑟的关系是?(  )
A. 𝑓正比于1/𝑟
B. 𝑓正比于1/𝑟²
C. 𝑓正比于𝑟
D. 𝑓正比于𝑟²

35. 宜居带的外边界是以温室效应能让地表温度保持273K为判据的。在比外边界更远离太阳的地方,无地质活动星球的表面,绝大部分地表水的存在形式是?(  )
A. 等离子体  B. 液态
C. 固态    D. 气态

36. 根据表2-A的结果,我们可以发现同等条件下?(  )
A. 太阳周围的宜居带位置与行星大小无关
B. 质量越大的行星,宜居带外边界越远离太阳
C. 质量越大的行星,宜居带越宽
D. 质量越小的行星,宜居带内边界越接近太阳

37. 根据图2-A中Kopparapu等人的计算结果以及表2-B的信息,当一颗和地球相同的行星出现在一颗K5型主序星附近时?(  )
A. 宜居带平均半径约0.3 AU
B. 宜居带宽度约0.31 AU
C. 如果行星的轨道参数与水星一样,它将完全位于宜居带内
D. 如果行星的轨道参数与木星一样,它将位于宜居带内

38. 根据图2-A和表2-B,我们还可以发现?(  )
A. 光度越大的主序星,宜居带越窄
B. 随着主序星光度增大,宜居带内边界在有的阶段反而会向里缩小
C. 随着主序星光度增大,宜居带的外边界始终在缩小
D. 光度越大的主序星,宜居带整体越靠外

39. 我们对宜居行星的判断,总是依赖特定的模型。但任何模型都会有不完善的地方,例如Kopparapu等人的模型对宜居带的判断并没有完整地考虑云层、磁场和其它温室气体等因素的影响。太阳系中有一颗恒星不在计算出的宜居带内,但观测表明它的表面曾经也拥有大面积的液态水,这个行星是?(  )
A. 火星 B. 金星 C. 水星 D. 木星

40. 地球上的温室效应主要由水蒸气和二氧化碳贡献,其中水蒸气的贡献更大。如果阳光的强度降低,表面大气有效吸收的太阳辐射量可能下降得比太阳辐射本身更剧烈,关于上述现象以下推断中最不准确的一项是?(  )
A. 太阳辐射强度降低会减少地表可吸收的太阳能总量,使地表整体降温
B. 地表降温会使永久性冰川面积扩大,增加地球反照率,进一步降低地表对阳光的吸收
C. 全球性降温和永久性冰川大面积扩张可能降低全球大气的含水量,进一步削弱温室效应
D. 地质和生物活动具有影响全球气温的潜力,即使远离宜居带也可让平均温度保持稳定

41. 太阳系内也有一些星球,它们虽然在宜居带的外边界之外,但它们借助其它形式的热源,内部也可能存在大面积的液态水海洋。例如?(  )
A. 月球    B. 木卫二
C. 土卫六   D. 水星

42. 41小题中的天体其维持液态海洋的热源来自?(  )
A. 太阳辐射  B. 生物质能
C. 潮汐加热  D. 引力塌缩

Ⅲ. 摇摆的星点

  距离是天体重要的参数之一,天文学家有很多不同的方法测量天体距离,其中三角视差法是其中一种精确测量近邻恒星距离的方法。如下图所示,如果仅考虑地球的公转运动,一年中对恒星在天球上的位置进行高精度测量,恒星的位置将呈现为一个椭圆型的轨迹,称为视差椭圆,它的半长轴张角就是天体的周年视差。天文学家通过观测获得视差椭圆,即可定出天体的周年视差。

parallactic-ellipse.webp

  发射于2013年的欧洲空间局盖亚(Gaia)卫星于2014年7月25日开始了科学观测,在光学波段扫描全天恒星,获取了它们的位置、周年视差、自行、视向速度等参数。它通过三角视差的方法测定了银河系内超过13亿颗恒星的距离,为我们对银河系的形成和运动状况提供了宝贵的数据。

43. 周年视差是以_________天文单位的有效基线测得的恒星视差。(  )
A. 10 B. 5 C. 2 D. 1

44. 图3-A展示了天赤道附近某恒星去除了自行后的位置变化图。通过椭圆轨迹可测得该恒星的周年视差为?(mas表示毫角秒)(  )
A. 142.1 mas B. 296.3 mas
C. 51.0 mas   D. 107.8 mas

45. 该恒星的距离为?(  )
A. 3.37 pc  B. 7.04 pc
C. 9.80 pc  D. 19.62 pc

46. 根据距离判断,图3-A中测量的最可能是下列哪颗恒星?(  )

parallax.webp

47. 除了视差,恒星还会因自行而出现位置变化。图3-B是上述恒星在自行和周年视差共同作用下4条可能的运动轨迹,原点是轨迹的出发点。根据44小题的结果,请问哪一条轨迹最符合真实情况?(  )
A. ① B. ② C. ③ D. ④

48. 根据46小题的结果,这颗恒星在以下哪个月份在地球上最难被观测?(  )
A. 2月 B. 6月 C. 9月 D. 12月

49. 已知图3-A的恒星视星等为9.65等,它的绝对星等为?(  )
A. 10.4等  B. 9.7等
C. 8.9等    D. 8.2等

50. 已知它的B视星等为11.15等,V视星等为9.65等,它最有可能是一颗?(  )
A. 蓝巨星
B. 白色的主序星
C. 黄色的主序星
D. 红色的亚矮星

附录

天文常数

Ⅰ. 天宫空间站

天宫空间站在2021年内某次过境预报。
图1-A 天宫空间站在2021年内某次过境预报。

图1-B 天宫空间站相关资料。
图1-B 天宫空间站相关资料。

Ⅱ. 宜居带

表2-A 不同行星在太阳附近的宜居带范围
不同行星在太阳附近的宜居带范围

1. 所有模拟星球都拥有相同的表面大气压强和组分比例
2. 内外边界数值指太阳到边界的半径
3. 超级地球的质量取10倍地球质量

表2-B 主序星参数表
主序星参数表

不同质量主序星的宜居带外边界与内边界。

图2-A 不同质量主序星的宜居带外边界与内边界(假设行星与地球相似),实线是本题中Kopparapu等人的模型的计算结果。(取自Kopparapu et al. 2013)

Ⅲ. 摇摆的星点

盖亚望远镜测得的某恒星的视差椭圆,椭圆的中心被选为坐标原点。

图3-A 盖亚望远镜测得的某恒星的视差椭圆,椭圆的中心被选为坐标原点。

图3-A 中的恒星加入自行后的运行轨迹。

图3-B 图3-A 中的恒星加入自行后的运行轨迹。

2021年广东低年组答案
1-10    AABDC   DCCBD
11-20  ADADB   BCADB
21-30  CADCA   CDBBB
31-40  DCABC   CBDBD
41-50  BCDAB   BDCAD


2021年广东省中学生天文知识竞赛试题(高年组)
2021年9月25日下午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。
2、选择题全部为单项选择,考生直接在试题页面中点选一个最接近正确的答案,答错不扣分。
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、考试开始后45分钟方可交卷。
6、比赛结果将在广东天文学会网站和微信公众号公布。

Part 1. 天文热点

1. 我国的“天问一号”火星探测器在今年5月15日成功释放着陆器携带火星车_________登陆火星表面。(  )
A. 祝融号  B. 火神号
C. 荧惑号  D. 萤火号

2. 北京时间2021年4月19日下午,_________无人机在火星上完成首次试飞,成为首个在地球以外的行星上御风飞行的人造物体。(  )
A. 毅力号  B. 机智号
C. 好奇号  D. 敏捷号

3. 在我国境内,今年5月26日可以观测到(  )
A、月全食  B、日环食
C、日全食  D、日偏食

4. 以下哪颗行星在9月达东大距?(  )
A. 水星 B. 金星 C. 火星 D. 土星

5. 关于筹划多年的平方公里阵列(SKA),下列说法中不准确的一项是?(  )
A. 于今年7月正式启动建设工作
B. 今年4月29日全国人大常委会批准《成立平方公里阵列天文台公约》的决定
C. 今年2月,平方公里阵列天文台正式成立
D. 中频阵列在澳大利亚,低频阵列在南非

6. 2020年年底,曾为世界上最大的单孔径射电望远镜的___________发生倒塌。(  )
A. 波恩望远镜
B. 绿岸望远镜
C. 帕克斯望远镜
D. 阿雷西博望远镜

7. 广州大学天文系于2020年11月成立,计划招收天文专业本科生。目前为止,广东省内有天文学院或者天文系的高校有哪两所?(  )
A. 中山大学、广州大学
B. 华南理工大学、广州大学
C. 华南师范大学、广州大学
D. 暨南大学、广州大学

8. 2021年3月,中国国家航天局与哪个国家/地区联盟的航天公司签署了关于合作建设国际月球科研站的谅解备忘录?(  )
A. 美国   B. 巴基斯坦
C. 俄罗斯  D. 欧盟

9. 下列哪个彗星并非于2021年回归近日点(  )
A. C/2020 T2 Palomar
B. 7P/Pons-Winnecke
C. 15P/Finlay
D. 46P/Wirtanen

10. 今年年中,空间望远镜____________曾因故障停机1个多月。(  )
A. HST    B. GAIA
C. CSST  D. TESS

Part 2. 基础知识

11. 太阳目前处于第25个活动周期,一个太阳活动周期平均长度为?(  )
A. 1年 B. 6年 C. 11年 D. 60年

12. 月球的年龄约为?(  )
A. 20亿年  B. 30亿年
C. 40亿年  D. 45亿年

13. 一位在南半球念书的留学生发现有两个云雾状天体围绕南天极做周日视运动,它们的视直径分别约为10度和5度,它们最可能是?(  )
A. 大麦哲伦云和小麦哲伦云
B. M31星系和M33星系
C. 猎户座大星云和昴星团星团
D. M57环状星云和M27哑铃星云

14. 在不同的节气,观测者对同一物体测得的正午日影长度不同,这反映太阳正午高度角在一年里会随时间变化。在广州,以下哪个节气的正午日影最长?(  )
A. 清明 B. 夏至 C. 立冬 D. 冬至

15. 中国传统的星官“鬼宿”其主体位于哪个星座?(  )
A. 长蛇座  B. 双子座
C. 摩羯座  D. 巨蟹座

16. 用双筒望远镜可以比直接用肉眼看到更多星星,这是主要是因为?(  )
A. 双筒望远镜物镜焦距比人眼长,拥有更大的放大率
B. 双筒望远镜物镜直径比人眼瞳孔直径大,拥有较强的聚光本领
C. 双筒望远镜物镜焦距比人眼长,拥有更小的底片比例尺
D. 双筒望远镜的玻璃质量比人眼晶状体的更好

17. 人类已经向火星发射过不少登陆器,但甚少有登陆金星的项目,本世纪至今更是一次金星登陆任务也没有。以下哪项对金星登陆器的探测任务影响最大?(  )
A. 天文学家对金星不感兴趣
B. 金星表面环境太恶劣,探测器难以长时间工作
C. 金星位于地球轨道以内,很难控制轨道精确制动
D. 金星云层太厚,行星科学家对金星地貌一无所知

18. 奎宿九(仙女座β)的视星等为2等,织女星的亮度约为奎宿九的?(  )
A. 6.3倍  B. 15.9倍
C. 20倍   D. 0.16倍

19. 以下哪一个叙述不正确?(  )
A. 根据目前观测,可观测宇宙内各种组分占比约为:常规物质占5%、暗物质占27%、暗能量占68%
B. 偏离频道的老式电视机会显示满屏雪花(噪声),其中包含来自宇宙微波背景辐射的贡献
C. 因为天体间的引力作用,宇宙膨胀的速度正在减慢
D. 宇宙微波背景辐射存在涨落,温度差异接近十万分之一的量级

20. 分子云是恒星诞生的摇篮。在分子云中,大部分氢以H2的形式存在,难以通过中性氢原子谱线来示踪物质的分布和运动。但有一种丰富度仅次于氢分子的极性分子,在射电波段能产生较强的信号,指示分子气体的踪迹,帮助天文学家了解分子云的物理信息。这种分子是?(  )
A. CH3COOH B. CO
C. N2      D. NO

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 模拟观测

  受现实条件制约,广东省内某天文社从上年至今一直无法组织外出观测活动。为了让社员们了解基本的观测知识,观测部长经过向指导老师申请后,在一个多云的晚上带领社员们用手机和平板开展星空辨认活动。他们利用常见天文App中的AR功能,透过屏幕观测所指方向的天空实况,从而了解现在天空中的天体分布。图1-A和图1-B是活动图中的手机截屏,时间是北京时间。请根据它们回答21-26小题。

21. 观测部长首先介绍春季大三角和春季大圆弧,当他介绍大角星时画面如图1-A所示。此时大角星出现的方位接近?(  )
A. 正南 B. 正北 C. 正东 D. 正西

22. 出现图1-A的画面后,接下来该如何移动屏幕,找到角宿一?(  )
A. 向左移动  B. 向上移动
C. 向下移动  D. 向右移动

23. 在图1-A左下方圈选的位置附近有一个著名的深空天体,它是?(  )
A. M13 B. M35 C. M44 D. M92

24. 当观测部长回到拱极星区时,一位新社员才发现他手机中的画面和别人的不同,具体情况如图1-B所示。观测部长看了他的手机设置,发现这位同学时间设置正确,但没打开定位,所以系统自动获取经纬度失败,导致模拟错误。这位同学的APP选定的观测纬度约?(  )
A. 23°S B. 47°N C. 46°S D. 38°N

25. 这位同学模拟的观测地经度与他真实所在地的经度差约为?(  )
A. 在真实地点以东183°35′
B. 在真实地点以东19°56′
C. 在真实地点以西107°45′
D. 在真实地点以西13°55′

26. 观测日期最有可能是以下哪天?(  )
A. 3月1日  B. 3月16日
C. 4月1日  D. 5月15日

Ⅱ. 宜居带

  液态水对生命而言,是一种常见且重要的介质。天文学中对宜居带的定义,也多和星球表面是否能稳定存在液态水有关。在上世纪,Kasting等人给出一套经典的宜居带模型(Kasting et al. 1993)。该模型在一个和地球类似的星球上,构建一个以氮气为背景,包含CO2和H2O两种气体的大气,然后分析这个星球拥有不同地表温度时到恒星的距离,判断恒星周围能让星球表面能稳定存在液态水的空间范围,从而划定宜居带。后来Kopparapu等人在Kasting等人的模型上进行了改进(Kopparapu et al.2013),表2-A和图2-A给出了新模型的部分结果。

27. 判断宜居带外边界时,模型选取了地表平均温度能保持273K的判据。当地表平均温度小于273K,气压为1标准大气压时,大气中的温室效应主要由哪种物质贡献?(  )
A. H2O   B. N2
C. H2CO3  D. CO2

28. 计算宜居带的外边界时,模型会根据水的损失效果判断一个临界距离。当行星过于接近太阳,水将会快速散逸,这过程主要由恒星辐射导致高层大气水分子的离解和逃逸过程主导。但当行星稍微过度接近太阳时,大气中的二氧化碳还能相对保持稳定(例如金星大气),主要原因是?(  )
A. 碳、氧原子的相对原子量比氢大,且碳氧双键的键能比氢氧键的键能大
B. 二氧化碳对高能光子的透明度显著高于水分子
C. 大气内部合成二氧化碳的效率随温度升高而增加,与大量逃逸的二氧化碳达到平衡
D. 二氧化碳的比水的沸点高

29. 根据表2-A的结果,我们可以发现同等条件下?(  )
A. 恒星周围宜居带的位置与行星大小无关
B. 质量越大的行星,宜居带外边界越远离恒星
C. 质量越大的行星,宜居带越宽
D. 质量越小的行星,宜居带内边界越接近恒星

30. 根据图2-A中Kopparapu等人的计算结果以及表2-B的信息,当一颗和地球相同的行星出现在一颗K5型主序星附近时?(  )
A. 宜居带中心半径约0.3 AU
B. 宜居带宽度约0.31 AU
C. 如果行星的轨道参数与水星一样,它将完全位于宜居带内
D. 如果行星的轨道参数与木星一样,它将位于宜居带内

31. 我们对宜居行星的判断,总是依赖特定的模型。但任何模型都会有不完善的地方,例如Kopparapu等人的模型对宜居带的判断并没有完整地考虑云层、磁场和其它温室气体等因素的影响。如果你听到有人说某颗系外类地行星是宜居星球,下面理解中不准确的一项是?(  )
A. 宜居星球至少允许简单的单细胞生物生存
B. 宜居星球表面可能不适合人类生存
C. 宜居星球一定位于宜居带内
D. 发现宜居星球不代表发现外星生命

Ⅲ. 食变星

  一对互相绕转的双星以合适的角度朝向我们时,我们将看到双星相互掩食,产生光变。这类变星天文学家称为食变星。在本届复赛中,我们将要处理涉及食变星观测的问题。现在我们先从理论上做一些简单的模型分析,以及介绍必要的概念。设双星系统中两星质量分别为𝑀1和𝑀2,轨道为正圆形,轨道半径分别为𝑟1和𝑟2,且𝑀1 > 𝑀2,轨道倾角为90°(轨道面与视线平行),辐射流分别为𝐹1和𝐹2,视星等分别为𝑚1和𝑚2,请回答32-41小题。

32. 以下哪种变星不属于食变星(  )
A. 天琴座β型变星
B. 大陵型变星
C. 大熊座W型变星
D. 蒭藁型变星

33. 双星系统中的两颗成员星在引力的作用下围绕公共质心旋转。设运动轨道为圆轨道,下列选项中准确反映两星相对位置关系的示意图是?(  )

双星系统

34. 若双星轨道平面与视线平行,以下哪项正确描述了双星轨道周期𝑇、恒星的质量与轨道半径的关系?(  )

双星轨道

35. 金牛座λ是一颗较明亮的食变星,光变周期约4天,亮度在3.37-3.91等之间变化。主星质量为7.2倍太阳质量,光谱型B3 V型;伴星质量为1.9倍太阳质量,光谱型A4 IV型,变星距离为148 pc。关于金牛座λ系统下列说法最不准确的是?(  )
A. 两颗成员星之间的距离与它们的直径相差不大
B. 伴星的年龄远大于主星的年龄
C. 伴星和主星之间发生过明显的物质交流
D. 伴星正向红巨星演化

36. 我们还可以测量双星的光谱,通过多普勒效应得到成员星的视向速度变化曲线。下面哪项准确反映了视向速度𝑣𝑟随时间𝑡变化情况?(  )

视向速度变化曲线
视向速度变化曲线

37. 图3-A是某颗食变星的光变曲线。在一个周期里,光变曲线出现两次极小,较深的一次称为主极小,较浅的一次称为次极小。关于食变星光变曲线的普遍形态,下列观点最准确的是这?(  )
A. 当两星互不遮掩时出现主极小
B. 当表面半径较大的恒星掩盖半径较小的恒星时出现主极小
C. 当表面温度高的恒星掩盖表面温度低的恒星时出现次极小
D. 当质量小的恒星掩盖质量大的恒星时出现次极小

38. 在观测变星时,受现实条件制约,甚少能在一个光变周期内获取完整的光变曲线。天文学家一般需要结合多次观测的数据,通过一定的数学物理方法初步确定变星的周期,然后通过相位图描画出天体的光变曲线。光变曲线的相位一般定义为𝜑 = (𝑡 − 𝑡0)⁄𝑃 − 𝐸,这里𝑃是光变周期,𝑡0是计时起算时刻,对食变星一般选其中一次主极小时刻为𝑡0,𝑡是任意时刻,𝐸是指从𝑡0时刻到𝑡时刻之间经过的主极小次数(不算𝑡0那次)。这样任意时刻𝑡都可以换算为0到1之间的相位值,它表示了该时刻光变周期完成的进度。若某变星的主极小出现在8月3日18:00,光变周期为3.5天,则8月16日0时的相位为?(  )
A. 0 B. 0.25 C. 0.5 D. 0.75

39. 图3-A光变曲线的极小之间,变星的亮度会间隔地维持稳定,形成“平台”,此阶段变星亮度也最高。在“平台”阶段,食双星的遮掩情况是?(  )
A. 互不遮掩
B. 主星掩伴星
C. 伴星掩主星
D. 主星与伴星中心重合

40. 有时候,食变星光变曲线的极小会出现“平底”(非测量误差导致),如图3-B就是其中一个例子。出现这种“平底”结构通常意味着?(  )
A. 轨道偏心率很大
B. 掩食过程中出现全食或环食
C. 两成员星的半径接近
D. 双星发生物质交流

41. 若两星的表面温度𝑇1 > 𝑇2,半径𝑅2 > 𝑅1。当这种“平底”状的极小出现时,次极小和主极小的亮度比为?(  )

2021年广东题

Ⅳ. 摇摆的星点

  距离是重要的参数之一,天文学家有很多不同的方法测量天体距离,其中三角视差法是测量近邻恒星距离最精确的方法。如下图所示,如果仅考虑地球的公转运动,一年中对恒星在天球上的位置进行高精度测量,恒星的位置将呈现为一个椭圆型的轨迹,称为视差椭圆。天文学家通过观测获得视差椭圆,即可定出天体的周年视差。

parallactic-ellipse.webp

  发射于2013年的欧洲空间局盖亚(Gaia)卫星于2014年7月25日开始了科学观测,在光学波段扫描全天恒星,获取了它们的位置、周年视差、自行、视向速度等参数。它通过三角视差的方法测定了银河系内超过13亿颗恒星的距离,为我们对银河系的形成和运动状况提供了宝贵的数据。

42. 周年视差是以_________天文单位的有效基线测得的恒星视差。(  )
A. 10 B. 5 C. 2 D. 1

43. 下列说法中正确的是?(  )
A. 视差椭圆的半短轴张角等于周年视差
B. 视差椭圆的半长轴张角等于周年视差
C. 视差椭圆的半焦距张角等于周年视差
D. 视差椭圆半长轴与半短轴之和的一半等于周年视差

44. 图4-A展示了天赤道附近某恒星去除了自行后的位置变化图。通过椭圆轨迹可测得该恒星的周年视差为?(mas表示毫角秒)(  )
A. 142.1 mas B. 296.3 mas
C. 51.0 mas   D. 107.8 mas

45. 根据距离判断,图4-A中测量的最可能是下列哪颗恒星?(  )

parallax.webp

46. 除了视差,恒星还会因自行而出现位置变化。图4-B是上述恒星在自行和周年视差共同作用下4条可能的运动轨迹,原点是轨迹的出发点。根据44小题的结果,请问哪一条轨迹最符合真实情况?(  )
A. ① B. ② C. ③ D. ④

47. 除自行外,对盖亚卫星来说,以下哪项也会显著影响恒星位置的测量结果?(  )
A. 蒙气差
B. 视宁度
C. 光行差
D. 地球公转过程中日地距离的变化

48. 根据恒星位置的不同,恒星周年视差的轨迹也不一样。当恒星处于哪个位置时周年视差轨迹为一条线段?(  )
A. 北黄极  B. 北银极
C. 黄道上  D. 天赤道上

49. 身在木星的观测者对盖亚卫星非常感兴趣,也发射了木星的盖亚卫星并与地球的盖亚卫星同时开始科学观测。假设木星的观测者需要恒星在天空中画出完整的椭圆轨迹后才能测定视差,那么他们还要观测多久才能测定?(  )
A. 约半年   B. 约10年
C. 约12年  D. 约5年

50. 在得到完整的视差椭圆之后,木星的观测者测得的视差椭圆长轴张角是地球卫星测得的周年视差的几倍?(  )
A. 10.4倍 B. 5.2倍 C. 1倍 D. 0.2倍

附录

天文常数

Ⅰ. 模拟观测

讲解春季大三角时的手机截屏。
下方朝向地面,上方朝向天顶。

左:图1-A,讲解春季大三角时的手机截屏。下方朝向地面,上方朝向天顶。

上图为观测部长的手机画面
下图为某社员的手机画面

右:图1-B,讲解北斗七星和北极星时的截屏。上图为观测部长的手机画面,下图为某社员的手机画面。

Ⅱ. 宜居带

表2-A 不同行星在太阳附近的宜居带范围
不同行星在太阳附近的宜居带范围

1. 所有模拟星球都拥有相同的表面大气压强和组分比例
2. 内外边界数值指太阳到边界的半径
3. 超级地球的质量取10倍地球质量

表2-B 主序星参数表
主序星参数表

不同质量主序星的宜居带外边界与内边界。

图2-A 不同质量主序星的宜居带外边界与内边界(假设行星与地球相似),实线是本题中Kopparapu等人的模型的计算结果。(取自Kopparapu et al. 2013)

Ⅲ. 食变星

某颗食变星的V波段光变曲线。纵坐标是该变星与比较星的V星等差,横坐标是相位(可当作时间)。取自Srivastava & Sinha (1984)。

图3-A 某颗食变星的V波段光变曲线。纵坐标是该变星与比较星的V星等差,横坐标是相位(可当作时间)。取自Srivastava & Sinha (1984)。

食变星 GSC 03090-00153的光变曲线。纵坐标是归一化后的辐射流量,横坐标是相位。取自https://vs-compas.belastro.net/bulletin/issue/2/p6。

图3-B 食变星 GSC 03090-00153 的光变曲线。纵坐标是归一化后的辐射流量,横坐标是相位。取自 https://vs-compas.belastro.net/bulletin/issue/2/p6

Ⅳ. 摇摆的星点

盖亚望远镜测得的某恒星的视差椭圆,椭圆的中心被选为坐标原点。

图4-A 盖亚望远镜测得的某恒星的视差椭圆,椭圆的中心被选为坐标原点。

图3-A 中的恒星加入自行后的运行轨迹。

图4-B 图4-A 中的恒星加入自行后的运行轨迹。

2021年广东高年组答案
1-10    ABAAD  DACDA
11-20  CDADD  BBACB
21-30  CDABC  DDACB
31-40  ADBAB  DCCAB
41-50  DDBAB  DCCDA
高年组第23题因试卷印刷问题,评分时已做作废处理。

广东天文学会、第十六届中学生天文知识竞赛组委


  历年天文试题,也可在“有趣天文奇观”网站下取得,欢迎多加利用。(https://interesting-sky.china-vo.org/category/cnao/

表情包

生成海报
(本文共有992人浏览过,今日共有14人浏览过,欢迎多加利用!)

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注