2023年第十八届广东省中学生天文知识竞赛暨2024年全国中学生天文知识竞赛广东赛区预赛在八大赛区（广州赛区、东莞赛区、深圳赛区、佛山赛区、粤东赛区、珠海赛区、西南赛区、韶关赛区）顺利开考。本届竞赛内容包括：天文时事、中国古代天文学常识、天文学史、现代天文学成就、天文常识与基础观测方法、天体物理学相关知识、星图、中国航天等相关知识。

　　根据2023年CNAO国赛选手的参赛组别要求，2023年广东省天文知识竞赛组别参赛要求如下，各赛区在选拔省复赛选手时参照执行。1）2024年5月31日前仍具有中学学籍的全日制在校中学生（包括初中、高中、中专及职高）。2）竞赛分高年组和低年组进行，2009年1月1日及以后出生且未参加过各项国际天文奥林匹克竞赛的选手为低年组。2024年CNAO全国赛的预赛将不再接收广东省学籍选手的报名。

　　除东莞市获奖证书由东莞赛区组委颁发外，其余赛区的指导老师可在2023年7月1日至9月30日在报名系统下载获奖证书。复赛预选名单另见各赛区通告。

　　不得借竞赛之名开展等级考试违规收取费用。赞助单位不得借赞助竞赛活动进行相关营销、促销活动。不得以任何方式向学生或组织学生参赛的学校转嫁竞赛活动成本。学会成立以监事委员为主的监督工作组，监督各赛区的组织工作，如发现赛事不规范的赛区终止竞赛，由赛区组委向参赛单位解释。（广东天文学会）

2023年广东省中学生天文知识竞赛初赛（低年组）
2023年5月28日下午14:30-16:10 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、低年组考试试卷类型选“A”，高年组试卷类型选“B”。
3、选择题全部为单项选择，考生从4个备选答案中选择最准确的一项，并使用2B铅笔在答题卡上相应选项处进行填涂，答错不扣分。
4、总分100分，每题2分，考试时间100分钟。
5、本场考试允许使用不具编程功能的计算器。
6、考试开始后45分钟方可交卷。

第一部分 天文热点

1. 2023年下半年有一次广东地区可见的月食，它出现在？（　　）
A. 7月15日　　B. 8月13日
C. 9月20日　　D. 10月29日

2. 下列哪一项出现在2023年4月？（　　）
A. 水星西大距　B. 水星东大距
C. 金星西大距　D. 金星东大距

3. 以下哪个外行星没有在2023年发生“冲”？（　　）
A. 火星　　　　B. 木星
C. 天王星　　　D. 海王星

4. 在2023年年初，天文学家发现了一颗新彗星，根据预测它在2024年10月亮度将达到峰值，有望达0等。这颗彗星是？（　　）
A. P/2023 C1 (Jahn)
B. C/2023 A1 (Leonard)
C. C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS)
D. P/2023 B1 (PanSTARRS)

5. 2023年3月17日，科学技术部高技术研究发展中心（科学技术部基础研究管理中心）发布了2022年度中国科学十大进展。其中，与天文观测和行星科学相关的有两项，分别是祝融号巡视雷达揭秘火星乌托邦平原浅表分层结构，以及？（　　）
A. FAST精细刻画活跃重复快速射电暴
B. 首次龙虾眼聚焦望远镜的大视场X射线在轨观测
C. LAMOST揭示银河系成长经历
D. 夸父一号升空，开展“一磁两暴”观测

6. 2022年11月1日，“____________”实验舱与“天和”核心舱对接成功，11月3日实验舱完成转位，“天宫”空间站三舱基本构型在轨建设完成。（　　）
A. 昊天　B. 问天　C. 巡天　D. 梦天

7. “奥里西斯王号”小行星探测器成功在小行星贝努上采样后，计划在2023年回到地球。如果一切顺利，它将在______月到达。（　　）
A. 6月　B. 7月　C. 9月　D. 11月

8. 不考虑天气因素，对广东的观测者而言，下列哪个流星雨2023年极大当天观测条件最佳？（　　）
A. 象限仪座流星雨
B. 双子座流星雨
C. 宝瓶座η流星雨
D. 猎户座流星雨

9. 2022年9月9日，国家航天局、国家原子能机构联合在北京发布嫦娥五号最新科学成果：中国科学家首次在月球土壤样本中发现新矿物，并命名为“___________”。（　　）
A. 吴刚石　　　B. 广寒石
C. 嫦娥石　　　D. 桂花石

10. 现在月球上正常运转的巡视器（月球车）有几台？（　　）
A. 1　B. 2　C. 4　D. 8

第二部分 基础知识

11. 银河系的恒星数量约有？（　　）
A. 200亿颗
B. 2000亿颗
C. 20000亿颗
D. 200000亿颗

12. “卡门线”是地球大气与外太空分界的其中一种定义，它被设立在海拔________处。（　　）
A. 700𝑘𝑚 　　B. 350𝑘𝑚
C. 100𝑘𝑚 　　D. 75𝑘𝑚

13. 在“原始”的小行星和陨石中，包含着大量右图所示的近球状结构，大小多为毫米量级。它们是太阳系形成时，星云中的尘埃初步集聚形成的结构，主要成分为辉石、斜长石和橄榄石等。这种结构称为？（　　）
A. 球团　B. 星种　C. 球粒　D. 星球

14. 织女星是一颗A0V型恒星，其中罗马数字V表示织女星的？（　　）
A. 光度型　　　B. 光谱型
C. 光感型　　　D. 光量型

15. 以下哪个城市看不到赤纬-60°的天体？（　　）
A. 堪培拉（149°07′E，35°17′S）
B. 吉隆坡（101°42′E，3°08'N）
C. 汕头（117°03′E，23°18'N）
D. 阿姆斯特丹（4°53′E，52°23'N）

16. 用折射望远镜观测时，如果发现视场太小找不到目标，可以尝试下列哪项操作？（　　）
A. 调节目镜和物镜的距离
B. 更换焦距更短的目镜
C. 取出其中一片物镜
D. 更换焦距更长的目镜

17. 若小天体与恒星组成的系统不受外力影响，小天体的运行轨迹可能是下列哪种形状？（　　）
A. 梨形　　　　B. 椭圆
C. 圆角矩形　　D. 摆线

18. 目前亚洲口径最大的通用光学望远镜是？（　　）
A. 日本晴明望远镜
B. 日本昴星团望远镜
C. 云南高美古2.4米望远镜
D. 印度阿耶波多3.6米望远镜

19. 《宋史·天文志》中记载：“积尸气一星，在鬼宿中，孛孛然入鬼一度半，去极六十九度，在赤道内二十二度”。文中的“积尸气”是指？（提示：“孛孛然”，旺盛的样子，可形容烟雾浓盛）（　　）
A. M13　B. M42　C. M44　D. M45

20. 17P/Holmes彗星轨道半长轴约3.6𝐴𝑈，近日点距约2.0𝐴𝑈。它最远可到达？（　　）
A. 小行星带　　B. 奥尔特云
C. 柯伊伯带　　D. 木星轨道

第三部分 观测与应用

Ⅰ. 日食预报图

　　本部分包含第21-25小题。请在编号①至⑤的备选答案中，选取最合适的一项填入下图的方框内。并在答题卡上将题目编号对应的选项用2B铅笔涂黑。每个备选答案在本部分中最多使用1次。

2023年10月14日日环食

①食甚；②生光；③食分；④带食日落；⑤带食日出；⑥可见全食；⑦可见环食；⑧可见偏食；⑨日食不可见

21. （　　）A. ② B. ④ C. ⑧ D. ⑨
22. （　　）A. ② B. ④ C. ⑤ D. ⑨
23. （　　）A. ① B. ③ C. ⑥ D. ⑦
24. （　　）A. ⑨ B. ⑧ C. ④ D. ③
25. （　　）A. ⑤ B. ④ C. ③ D. ①

II. 活动星图

　　天文社某位同学正准备当晚的观测计划，附录中的图2-1是他用活动星图预测观测时段天空概况的照片。请根据活动星图中的信息回答26-32小题。

图2-1 某同学的活动星图，正预测观测当晚的星空状况。

26. 这位同学打算在当地时间22:00开展观测，请问他观测的日期是？（　　）
A. 5月29日　　B. 6月31日
C. 7月31日　　D. 8月12日

27. 以下哪项没有出现在活动星图的可视范围内？（　　）
A. 冬季大三角　B. 春季大圆弧
C. 夏季大三角　D. 秋季四边形

28. 图中编号①的大圆是？（　　）
A. 天赤道　　　B. 黄道
C. 银道　　　　D. 地平圈

29. 图中编号②的1等星是？（　　）
A. 大角星　　　B. 角宿一
C. 心宿二　　　D. 北落师门

30. 已知该同学在广东观测。在预测的时间里，以下哪个梅西耶天体的地平高度最高？（　　）
A. M7　　　　B. M57
C. M97　　　  D. M104

31. 关于活动星图，下列说法最准确的一项是？（　　）
A. 模拟周日视运动时，应顺时针旋转星盘
B. 等高圈以转轴点为圆心
C. 赤纬圈以转轴点为圆心
D. 它可以模拟任何地点的星空

32. 已知天龙座γ星的赤经为17h57m，赤纬为51°29′，星图中的星空所对应的地方恒星时约为？（　　）
A. 6:05　　　B. 16:05
C. 17:05　　  D. 18:05

III. 预报分析

　　虚拟天文馆（Stellarium）是一款多功能的开源天文模拟软件，在天文爱好者群体中非常流行。除了可以模拟任何时间地点的星空外，它的天文计算窗口功能还能帮助我们生成一些过去只能在专业的书刊杂志中才能查阅的数据图表，这在我们自己撰写每月天象、年度预报和部分特殊天象预报等天文科普材料时显得非常便利。例如，表3-1和图3-1就是用虚拟天文馆直接输出的金星预报图表（因星历表更新及选用模型等原因，具体时刻未必精准），请结合它们回答33-38小题。

33. 结合表3-1判断，在每个会合周期里，金星相对恒星背景自东向西运动的现象持续时间约为？（　　）
A. 41天　　　  B. 117天
C. 233天　　　D. 584天

34. 由图3-1可判断，金星下合发生在？（　　）
A. 5月8日　　  B. 6月2日
C. 8月13日　　D. 9月6日

35. 2023年，金星为“启明星”时在哪天亮度最大？（　　）
A. 7月7日　　 B. 8月15日
C. 9月5日　　 D. 9月19日

36. 假设地球和金星轨道均为正圆且共面。已知金星轨道半径为0.72𝐴𝑈，2023年10月24日金星与地球的距离约为？（　　）
A. 0.9𝐴𝑈　　　B. 0.7𝐴𝑈
C. 0.5𝐴𝑈　　　D. 0.3𝐴𝑈　

37. 金星半径约6050𝑘𝑚，2023年10月24日金星的角直径约为？（　　）
A. 10角秒　　　B. 24角秒
C. 36角秒　　　D. 49角秒

38. 使用焦距1000𝑚𝑚的望远镜搭配6𝑚𝑚目镜观测时，金星影像的视直径变为？（　　）
A. 0.3°　B. 0.6°　C. 1.1°　D. 2.1°

IV. 环状星云

　　图4-1是爱好者拍摄的环状星云的光学照片，在靠近星云的中央位置，有一颗暗淡的星点，其测光数据如表4-1所示。请根据材料回答39-45小题。

图4-1 爱好者拍摄的环状星云M57的光学照片。

39. 中央的星点是一颗？（　　）
A. 白矮星　　　B. 中子星
C. 脉冲星　　　D. 蓝巨星

40. 在图4-1中央星的右边，箭头所指的位置还有一颗暗弱的星点，它是？（　　）
A. 中央星的伴星
B. 中央星的行星
C. 同在环状星云中诞生的恒星
D. 星云的前景星

41. 星云的距离约为？（　　）
A. 142 𝑝𝑐　　　B. 430 𝑝𝑐
C. 704 𝑝𝑐　　　D. 1300 𝑝𝑐

42. 已知中央星所在区域的总选消光比𝑅_𝐵−𝑉=5.375，中央星在𝑉波段的消光约为？（　　）
A. 0.43等　　　B. 1.14等
C. 2.04等　　　D. 5.76等

43. 结合41和42小题结果，中央星𝑉波段的绝对星等约为？（　　）
A. 8等　B. 6等　C. 4等　D. 2等

44. 我们近似把𝑉波段星等当作热星等估算，已知太阳的绝对星等𝑀_𝑉=4.8，结合43小题结果，中央星的光度约为？（　　）
A. 0.11𝐿_⊙　　　B. 0.22𝐿_⊙
C. 0.33𝐿_⊙　　　D. 0.44𝐿_⊙

45. 天文学家通过分析中央星的光谱得知其表面温度约12000𝐾，结合44小题，中央星的半径约为？（　　）
A. 0.24𝑅_⊙　　　B. 0.48𝑅_⊙
C. 0.13𝑅_⊙　　　D. 0.025𝑅_⊙

V. 位力定理

　　位力定理是经典力学中描述稳定系统机械能状态的一个结论。在一个稳定的系统中，系统平均总动能〈𝐸𝐾〉和平均总势能〈𝐸𝑝〉总有〈𝐸𝑝〉+2〈𝐸𝐾〉=0。这里尖括号代表对时间的平均，势能零点为无穷远处。位力定理在天文学研究中有诸多应用，现在我们来体验一个简单的例子。
　　一个质量为𝑀，半径为𝑅的均匀分布球体的自引力势能为=−3𝐺𝑀²/5𝑅。假设空间中有一团均匀的球状分布的氢原子气体，内部已达到热动平衡（任一小局部温度相等，受力平衡），根据热力学相关知识，气体中每个粒子的平均动能𝜀=3𝑘𝑇/2，这里𝑘是玻尔兹曼常数。

46. 气体团的总机械能为（𝑚_𝑝是质子质量）？（　　）

47. 根据位力定理，这团气体的温度为？（　　）

48. 如果气体团在外界扰动下，开始缓慢收缩，由47小题结论可知这一过程必然会导致气体温度增加，产生压力抵抗收缩。收缩过程中每一段足够短的时间间隔里，气体团都可以看作恢复到平衡状态（即所谓的准静态平衡）。在位力定理的约束下，收缩过程中系统释放的引力势能Δ𝐸_𝑝和动能的增加量Δ𝐸_𝐾之比为？（　　）
A. 1:1　B. 1:2　C. 2:1　D. 5:2

49. 48小题的结论意味着，收缩过程中，必需通过一定物理途径，把多出的由引力势能转化而来的能量消耗掉，才能让准静态收缩过程成立。在天体物理中，最常见的方式是通过辐射释放能量。现在考虑一片达到热动平衡，质量1𝑀_⊙的均匀球状云团，初始半径为40𝐴𝑈，它经过了1千万年收缩到1𝑅_⊙。这一过程中它的平均光度约为？（　　）
A. 0.02𝐿_⊙　　　B. 0.05𝐿_⊙
C. 0.12𝐿_⊙　　　D. 1𝐿_⊙

50. 以下哪种天体主要是通过我们上面探究的机制产生辐射的？（　　）
A. AGB星　　　B. 发射星云
C. 行星状星云　D. 金牛T型星

参考答案（低年组）

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2023年广东省中学生天文知识竞赛初赛（高年组）
2023年5月28日下午14:30-16:10 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、低年组考试试卷类型选“A”，高年组试卷类型选“B”。
选择题全部为单项选择，考生从4个备选答案中选择最准确的一项，并使用2B铅笔在答题卡上相应选项处进行填涂，答错不扣分。
4、总分100分，每题2分，考试时间100分钟。
5、本场考试允许使用不具编程功能的计算器。
6、考试开始后45分钟方可交卷。

第一部分 天文热点

1. 2023年上半年有一次我国东南沿海地区可见的日食，它出现在？（　　）
A. 3月20日　　B. 4月12日
C. 4月20日　　D. 5月20日

2. 在本月（5月），火星与一个梅西耶天体十分靠近，可在入夜后尝试拍摄。该梅西耶天体是？（　　）
A. M35　B. M44　C. M22　D. M8

3. 以下哪个外行星没有在2023年年内发生“冲”？（　　）
A. 火星　　　　B. 木星
C. 天王星　　　D. 海王星

4. 在2023年年初，天文学家发现了一颗新彗星，根据预测它在2024年10月亮度将达到峰值，有望达0等。这颗彗星是？（　　）
A. C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS)
B. C/2023 A1 (Leonard)
C. P/2023 C1 (Jahn)
D. P/2023 B1 (PanSTARRS)

5. 2023年2月，《自然》杂志刊登了一个国际团组的新发现，他们在柯伊伯带天体_________周围发现了一个位于其洛希极限之外的物质环。（　　）
A. 塞德娜　　　B. 共工星
C. 亡神星　　　D. 夸奥尔

6. 2022年11月1日，“____________”实验舱与“天和”核心舱对接成功，11月3日实验舱完成转位，“天宫”空间站三舱基本构型在轨建设完成。（　　）
A. 昊天　B. 问天　C. 巡天　D. 梦天

7. 美国航天局计划在2023年10月发射一个探访某金属小行星的探测器，预计在2029年抵达目标。该探测器的目标天体是？（　　）
A. 艾女星　　　B. 灵神星
C. 爱神星　　　D. 司赋星

8. 北京时间2022年9月27日，美国宇航局的小行星防御实验DART飞行器成功撞击__________，并使其超预期改变轨道。（　　）
A. 孪小星　　　B. 孪大星
C. 孪孖星　　　D. 鸾鸟星

9. 2022年9月9日，国家航天局、国家原子能机构联合发布嫦娥五号最新科学成果：中国科学家首次在月球土壤样本中发现新矿物，并命名为“___________”。（　　）
A. 吴刚石　　　B. 广寒石
C. 嫦娥石　　　D. 桂花石

10. 在湛江观测，2023年10月29日的月偏食最大食分约为？（　　）
A. 0.12　B. 0.22　C. 0.37　D. 0.59

第二部分 基础知识

11. 右图的天文观测仪器主要用于？（　　）
A. 测定正南正北方向
B. 测定节气（中气）何时到来
C. 测量地方太阳时
D. 测定天体地平高度

12. 下列说法中，最准确的一项是？（　　）
A. 半径越大的天体，表面重力加速度一定越小
B. 密度越大的天体，表面重力加速度一定越大
C. 质量越大的天体，史瓦西半径一定越大
D. 体积越大的天体，洛希半径一定越大

13. “航海九星”之一的“娄宿三”位于哪个星座？（　　）
A. 飞马座　　　B. 白羊座
C. 仙后座　　　D. 摩羯座

14. 下列哪项是“主序前星”？（　　）
A. 红巨星
B. 金牛座RV型变星
C. 褐矮星
D. 金牛T型星

15. 现有观测结果表明，“千新星”产生的原因最可能是？（　　）
A. 双黑洞并合
B. 大质量恒星核心坍塌
C. 双中子星并合
D. 中子星吸积盘中气体达到奥本海默极限

16. 月海之所以显得“黑”，是因为上面布满了？（　　）
A. 花岗岩　　　B. 闪长岩
C. 黑曜石　　　D. 玄武岩

17. 著名的造父变星“周光关系”是由一名女天文学家在1912年发表的，她是？（　　）
A. 希帕蒂娅　　B. 萨默维尔
C. 赫歇尔　　　D. 勒维特

18. 一个流星雨的族群指数𝑟=2.5，某同学对该流星雨进行计数观测。假设观测地有足够好的暗夜条件，该同学数得的4等流星数量应接近3等流星数量的几倍？（　　）
A. 2.5倍　　　B. 10倍
C. 40倍　　　 D. 316倍

19. 梅西耶天体中，唯一的超新星遗迹是？（　　）
A. M1　B. M2　C.M7　D. M27

20. 天津四（天鹅座α星）的距离约802𝑝𝑐，它发出的光大约多久才能传到地球？（　　）
A. 800年　　　B. 2600年
C. 5600年　　  D. 10000年

第三部分 观测与应用

I. 活动星图

　　天文社某位同学正准备当晚的观测计划，附录中的图1-1是他用活动星图预测观测时段天空概况的照片。请根据活动星图中的信息回答21-27小题。

图1-1 某同学的活动星图，正预测观测当晚的星空状况。

21. 这位同学打算在当地时间22:00开展观测，请问他观测的日期是？（　　）
A. 5月29日　　B. 6月31日
C. 7月31日　　D. 8月12日

22. 这位同学开展观测时，北京时间为22:20分。他所在地的经度为？（　　）
A. 东经112°　　B. 东经113°
C. 东经115°　　D. 东经123°

23. 以下哪项没有出现在活动星图的可视范围内？（　　）
A. 冬季大三角　B. 春季大圆弧
C. 夏季大三角　D. 秋季四边形

24. 图中编号①的大圆是？（　　）
A. 天赤道　　　B. 黄道
C. 银道　　　　D. 地平圈

25. 图中编号②的1等星是？（　　）
A. 大角星　　　B. 角宿一
C. 心宿二　　　D. 北落师门

26. 已知该同学在广东观测。在预测的时间里，以下哪个梅西耶天体的地平高度最高？（　　）
A. M7 B. M57 C. M97 D. M104

27. 关于活动星图，下列说法最准确的一项是？（　　）
A. 模拟周日视运动时，应顺时针旋转星盘
B. 等高圈以转轴点为圆心
C. 赤纬圈以转轴点为圆心
D. 它可以模拟任何地点的星空

II. 预报分析

　　虚拟天文馆（Stellarium）是一款多功能的开源天文模拟软件，在天文爱好者群体中非常流行。除了可以模拟任何时间地点的星空外，它的天文计算窗口功能还能帮助我们生成一些过去只能在专业的书刊杂志中才能查阅的数据图表，这在我们自己撰写每月天象、年度预报和部分特殊天象预报等天文科普材料时显得非常便利。例如，表2-1和图2-1就是用虚拟天文馆直接输出的金星预报图表（因星历表更新及选用模型等原因，具体时刻未必精准），请结合它们回答28-36小题。

28. 结合表2-1判断，在每个会合周期里，金星相对恒星背景自东向西运动的现象持续时间约为？（　　）
A. 41天　　　　B. 117天
C. 233天　　　  D. 584天

29. 由图2-1可判断，金星下合发生在？（　　）
A. 5月8日　　　B. 6月2日
C. 8月13日　　  D. 9月6日

30. 2023年，金星为“启明星”时在哪天亮度最大？（　　）
A. 7月7日　　　B. 8月15日
C. 9月5日　　    D. 9月19日

31. 细心观察图2-1可以发现一个有趣的事实：金星下合前后亮度依然很高。这一方面与金星大气有关，另一方面是内行星下合时相位角一般小于180°。以下哪项是后者出现的主要条件？（　　）
A. 行星轨道并非正圆
B. 行星轨道倾角不一
C. 行星下合定义不同
D. 行星轨道半长轴不一

32. 假设地球和金星轨道均为正圆且共面。已知金星轨道半径为0.72𝐴𝑈，2023年9月3日金星的相位角约为？（　　）
A. 13° B. 42° C 138° D. 167°

33. 结合32小题结果，2023年9月3日金星与地球的距离约为？（　　）
A. 0.28𝐴𝑈　　　B. 0.34𝐴𝑈　
C. 0.41𝐴𝑈　　　D. 0.57𝐴𝑈　

34. 金星半径约6050𝑘𝑚，2023年9月3日金星的角直径约为？（　　）
A. 10角秒　　　B. 24角秒
C. 30角秒　　　D. 49角秒

35. 如果想在望远镜目镜中看到金星的视大小和裸眼目视月球的角直径差不多，使用焦距1000𝑚𝑚的望远镜观测时，目镜焦距应选？（　　）
A. 5𝑚𝑚　　　　B. 12𝑚𝑚
C. 20𝑚𝑚　　　  D. 27𝑚𝑚

36. 金星亮度很高，甚至在白天我们也能通过地面望远镜找到金星。为了获取金星的相函数曲线，天文学家希望在白天金星地平高度较大时对它金星测光。已知5月23日拍摄当天金星赤经为3h48m，赤纬为19°26′。当天金星上中天的本地时间约为？（　　）
A. 7:48　　　　B. 9:18
C. 10:48　　　  D. 11:44

III. 斯特龙根球

　　O、B型星可以发出大量的紫外辐射，电离其周围的中性氢（HI）气体。被电离出的自由电子和质子复合，发出一系列光子能量比电离光子更低，不具有电离基态氢原子能力的辐射，呈现出绚丽的电离氢（H II）区。早在1937年，天文学家斯特龙根就估算过一颗恒星或者一个足够紧密的，由相似恒星组成的星团，可以在一片密度均匀的中性星际介质中，产生一个多大半径的球型电离区。该理论模型下的电离区后人称为斯特龙根球。设介质的自由电子数密度为𝑛_𝑒，自由质子数密度为𝑛_𝑝，氢原子总数密度为𝑛，总复合系数为𝛼，介质电离度为𝑥。所谓电离度，是指自由电子数密度与氢原子总数密度之比。请回答37-44小题。

图3-1 地面拍摄的玫瑰星云的照片，其中央位置有一个与之成协的疏散星团NGC 2244。

37. 定义复合率𝑟=𝑛_𝑒𝑛_𝑝𝛼为单位体积单位时间内复合的次数，斯特龙根球内的复合率可表示为？（　　）
A. 𝑟=𝑛²𝑥²𝛼 　 B. 𝑟=𝑛²(1−𝑥)²𝛼
C. 𝑟=𝑛_𝑒²𝑥²𝛼 　D. 𝑟=𝑛²𝑥𝛼　

38. 为方便估算，我们可假设星际介质完全由氢原子构成，H I区的电离度𝑥=0，H II区的电离度𝑥=1。设𝑄为中心恒星单位时间内发射的电离光子数（每个电离光子仅造成一次电离），一个半径为𝑅的斯特龙根球稳定存在的条件是？（　　）
A. 4𝜋𝑅³𝑛²𝛼/3=𝑄
B. 4𝜋𝑅²𝑛𝛼=𝑄
C. 4𝜋𝑅³𝑛²𝛼/3=𝑄/4𝜋𝑅²
D. 𝑛𝛼=3𝑄/4𝜋𝑅³

39. 复合系数𝛼与电子温度𝑇_𝑒有关，𝛼≈2.6×10^-13×(10⁴𝐾/𝑇_𝑒)^0.85(𝑐𝑚³/𝑠)。现取𝑇_𝑒≈10⁴𝐾，氢原子数密度𝑛=10⁴/𝑐𝑚³，则斯特龙根球内的复合率约为？（　　）
A. 2.6×10^-1/𝑐𝑚³∙𝑠
B. 5.2×10^-3/𝑐𝑚³∙𝑠
C. 2.6×10^-3/𝑐𝑚³∙𝑠
D. 2.6×10^-5/𝑐𝑚³∙𝑠

40. 对一颗O5V型恒星而言，𝑄≈3×10⁴⁹/𝑠，结合38和39小题的条件与答案，可推知该斯特龙根球的半径为？（　　）
A. 400𝐴𝑈　　B. 0.2 𝑝𝑐
C. 2 𝑝𝑐　　　D. 2 𝑘𝑝𝑐

41. 可观测宇宙物质的总质量约1×10⁵⁴kg，普朗克卫星测量结果给出的物质组分和重子物质组分分别为Ω_M=0.32和Ω_b=0.049。同样假设宇宙中只有氢元素，则可观测宇宙内的氢原子个数约为？（　　）
A. 2×10⁷⁸　　B. 9×10⁷⁹
C. 6×10⁸⁰　　D. 3×10⁸²

42. 如果宇宙中的氢原子都以弥漫介质的形式存在且均匀分布，平均数密度𝑛=0.2/𝑚³，温度100𝐾。至少需要多少颗O5V型恒星才能把整个宇宙的氢电离？（　　）
A. 8×10¹²颗　B. 6×10¹⁸颗
C. 8×10²¹颗　D. 2×10²³颗

43. 可观测宇宙中的O型星数量的估值高于我们42小题的结果，这与现实中宇宙整体已被完全电离的观测结果相吻合。但并非所有的氢都被电离，星系中的分子云和H I区就是很好的例子，而分子云也恰好是恒星诞生的地方。关于这些中性区域的存在的，以下哪项描述最准确？（　　）
A. 分子云内部密度高，粒子运动更剧烈，有效提高原子复合率
B. 分子云虽然粒子数密度相比H II区低，但温度也更低，总体而言其局部复合率还是高于环境辐射的电离效率
C. 分子云的高密度和低温度使其局部复合率显著高于环境辐射的电离效率
D. 氢分子的离解能高于氢原子的电离能，大片的氢分子云能有效遮蔽环境的电离辐射

44. 著名的玫瑰星云是一个位于麒麟座的H II区，一个年轻的疏散星团NGC 2244与之成协。它是一片巨分子云的一部分，它的光学照片可参考图3-1。以下哪张示意图对玫瑰星云、巨分子云与疏散星团的位置关系描述最准确？（　　）

A.

B.

C.

D.

IV. K2-415b

　　Hirano等人最近发现恒星K2-415旁有一颗行星，他们的结果已发表在2023年3月出版的《Astronomical Journal》上。图4-1是基于凌星系外行星巡天卫星（TESS）对恒星K2-415的测光数据绘制的光变曲线。K2-415是一颗M5型主序星，质量约0.1635𝑀_⊙，视星等约12.6 mag，距离约21.8 𝑝𝑐，表面有效温度约3173𝐾。已知太阳绝对星等为4.75等，假设行星轨道为正圆。请根据光变曲线和恒星物理参数，回答45-50小题。

图4-1 用TESS测光数据绘制的K2-415系统测光曲线（Hirano et al. 2023），𝑇𝑐是指以光变曲线下降阶段中间处作为计时起点的时间。纵坐标是相对能流密度，即观测时刻的能流密度与淩掩前的能流密度之比。

45. 天文学家由测光数据得到行星的轨道周期为4.02天，可知行星轨道半径为？（　　）
A. 0.027𝐴𝑈　B. 0.08𝐴𝑈　
C. 0.13𝐴𝑈 　 D. 0.0005𝐴𝑈

46. K2-415的绝对星等约为？（　　）
A. 3.6等　　　B. 8.9等
C. 10.9等 　　 D. 17.0等

47. K2-415的半径约为？（　　）
A. 0.02𝑅_⊙　　B. 0.1𝑅_⊙
C. 0.15𝑅_⊙　　D. 0.2𝑅_⊙

48. 行星直径与K2-415直径之比约为？（　　）
A. 1/6 B. 1/17 C. 1/46 D. 1/60

49. 行星的半径约为（𝑅_⊕是地球半径）？（　　）
A. 0.5𝑅_⊕　　B. 1.2𝑅_⊕
C. 3.4𝑅_⊕　　D. 7.1𝑅_⊕

50. 如果该行星密度与地球接近，行星上的第二宇宙速度约为？（　　）
A. 13.4𝑘𝑚/𝑠　B. 7.9𝑘𝑚/𝑠
C. 16.1𝑘𝑚/𝑠　D. 9.5𝑘𝑚/𝑠

参考答案（高年组）

　　更多天文试题，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/）

• 2023广东省赛暨2024CNAO广东赛区试题（答案）

• 2022广东省赛暨2023CNAO广东赛区试题（答案）

• 2021广东省赛暨2022CNAO广东赛区试题（答案）

• 2020广东省中学生天文知识竞赛、复赛试题（答案）

• 2019广东省赛暨2020CNAO广东赛区试题（答案）

　　经广东省教育厅进行资格审核和组织专家评审，“广东省中学生天文知识竞赛”成为2021-2022年度面向全省中学生对接全国竞赛项目的7个竞赛活动之一。经广东省中学生天文知识竞赛组委会研究决定于2022年4月10日下午14:00-16:00举行2022年第十七届广东省中学生天文知识竞赛。经全国中学生天文知识竞赛组委会批准，本届竞赛将成为2023年全国中学生天文知识竞赛广东赛区预赛，从中选拔参加2023年全国中学生天文知识竞赛决赛的选手。2023年CNAO全国赛的预赛将不再接收广东省学籍选手的报名。

　　本届竞赛考察内容包括天文常识和星空知识、基础天文观测和理论知识及其应用、天文学史和天文新闻、国内外著名天文观测设备、以及与广东乡土地域有关的天文知识等。天文学是一门实验的科学，天文观测是推进天文学发展的原动力。为了通过竞赛增进青少年对现代天文观测的了解，高年组和低年组均设定一定比例的观测与应用类题目，通过给出天文数据和天文现象的有关背景材料，要求学生利用中学所学的天文、地理、数学和物理等知识进行分析答题。

2022年广东省中学生天文知识竞赛试题（低年组）
2022年4月10日下午14:00-16:00 闭卷

注意事项：
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100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. 2022年全球范围内，会出现几次日食和月食？（　　）
A. 2次日食，2次月食
B. 2次日食，1次月食
C. 3次日食，2次月食
D. 3次日食，1次月食

2. 以下四个流星雨中，2022年极大当天受月光干扰最严重的是？（　　）
A. 双子座流星雨
B. 英仙座流星雨
C. 宝瓶座η流星雨
D. 象限仪座流星雨

3. 最近一次金星西大距出现在今年？（　　）
A. 2月　B. 3月　C. 4月　D. 5月

4. 2022年土星的最佳观测时间在？（　　）
A. 春节期间
B. 五一假期期间
C. 暑假期间
D. 双子座流星雨期间

5. 2022年2月28日，国家科学技术部高技术研究发展中心发布“2021年度中国科学十大进展”，其中天文与航天方面的项目共有4项进榜单，这不包括？（　　）
A. 火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星
B. 嫦娥五号月球样品揭示月球演化奥秘
C. FAST捕获世界最大快速射电暴样本
D. 高海拔宇宙线观测站（LHAASO）首次发现超千万亿电子伏的高能光子

6. 五一劳动节当天的月相是？（　　）
A. 新月　　　　B. 上弦月
C. 蛾眉月　　　D. 下弦月

7. 以下哪个国家在本年度没有发射月球探测器的计划？（　　）
A. 俄罗斯　　　B. 日本
C. 印度　　　　D. 以色列

8. 2021年12月25日，______________空间望远镜顺利升空，计划在2022年5、6月份正式投入使用。（　　）
A. 尤金·帕克　　B. 问天
C. 詹姆斯·韦布　D. 亚瑟·爱丁顿

9. 以下哪项描述最不准确？（　　）
A. 2022年1月，一个研究小组在《自然·天文学》杂志上公布他们在开普勒-1708b附近发现了一个系外卫星候选体
B. 俄罗斯将在2022年发射月球-27探测器，这将是时隔46年俄罗斯再次发射月球探测器
C. 中国计划2024年发射小行星采样返回器，一次性造访2-3颗太阳系小天体
D. 2021年年底，C/2021 A1 (Leonard)彗星突然爆发，增亮至3.5等

10. 2022年3月从天宫空间站返回的3名航天员不包括？（　　）
A. 聂海胜　　　B. 翟志刚
C. 王亚平　　　D. 叶光富

Part 2. 基础知识

Ⅰ. 请回答以下10道独立的小题。

11. 太阳的光谱型是？（　　）
A. O型　B. A型　C. G型　D. K型

12. 右图的梅西耶天体是？（　　）
A. M13　　　B. M16
C. M44　　　D. M51

13. 以下哪个参数用于度量大气扰动对天体影像的影响？（　　）
A. 视宁度　　　B. 透明度
C. 云遮率　　　D. 极限星等

14. 土司空（鲸鱼座β）的视星等为2等，绝对星等为-0.35等，它的距离为？（　　）
A. 21.4 pc　　　B. 29.5 pc
C. 96.2 pc　　　D. 224 pc

15. 设天顶距为z，在远离地平圈的天区，大气消光量近似正比于？（　　）
A. cos z 　 　 　B. sin z
C. 1/tan z　　　D. 1/cos z

16. 银河系到仙女座大星系的距离约245万光年，这相当于？（　　）
A. 0.75 Mpc
B. 799 Mpc
C. 5.05×10⁷AU
D. 8×10⁹AU

17. 在观测场地，你会看到有的爱好者像海盗一样用眼罩挡着一只惯用眼，他们是在？（　　）
A. 在各处走动时保护暗夜视力
B. 在玩角色扮演游戏
C. 观测途中让眼睛放松休息
D. 锻炼眼睛的对焦能力

18. 两个天体之间万有引力的大小，与它们的质量？（　　）
A. 成平方正比
B. 成平方反比
C. 成正比
D. 成反比

19. 右图的装置是？（　　）
A. LBT　　　　B. Subaru
C. Keck I/II　　D. VLT

20. 以下哪种月相出现后不久，潮汐现象最为明显？（　　）
A. 下弦月　　　B. 新月
C. 上弦月　　　D. 残月

Ⅱ. 本部分包含第21-25小题。请在编号①至⑤备选答案中，选取最合适的一项填入下表的空格。并在答题卡上将题目编号对应的选项用2B铅笔涂黑。每个备选答案在本部分中最多使用1次。

①阿里斯塔克测量日月大小和距离；②天文学家编列星表；③认证太阳光谱中的元素吸收线；④发现光行差；⑤发明水运仪象台

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

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 海盗的宝藏

　　某天文社的社员从一个漂流盒中发现一张奇怪的古文书，经大家研究后发现，是古代海盗留下的藏宝地点提示，他们把财宝藏到了一个小岛上。文书里包含一张粗略描绘小岛星空的星图（图1-A），用以记录小岛的位置。已知B星的赤经为11ℎ04𝑚，赤纬为+61°45′，请根据星图回答26-31小题。

图1-A 漂流盒中的藏宝地点线索图。左上角是星图对应的时间，写着1685年2月24日，恒星时08:24（亚历山大时间），大小不一的黑点是不同亮度的恒星，注意星点的相对位置未必严格符合实际。（提示：land 陆地；Astronomical Horizon 天文地平；Polaris 北极星；亚历山大港位于东经30°，北纬31.2°）

26. 星图中的恒星A是？（　　）
A. 王良一（仙后座β）
B. 天枢（大熊座α）
C. 少卫增八（仙王座γ）
D. 天璇（大熊座β）

27. 星图中最亮的恒星所在的星座是？（　　）
A. 仙王座　　　B. 牧夫座
C. 御夫座　　　D. 船底座

　　社员们尝试根据图中的信息和B星的J2000坐标，找出藏宝地点。他们认为恒星的相对位置变化极小，现在的天球赤道坐标和1685年的没明显区别。

28. 星图中的B星恰好位于上中天，在上述条件下，社员们利用B星可推知藏宝地点的纬度约为？（　　）
A. 南纬 3°20′
B. 北纬 58°25′
C. 北纬 30°5′
D. 北纬 3°20′

29. 在同样的条件下可推得绘制星图时小岛的本地恒星时为？（　　）
A. 11:04　　　B. 2:07
C. 12:56　　　D. 7:32

30. 根据29小题结果和星图信息，可从地理时差推得小岛的经度约为？（　　）
A. 东经60°　　B. 东经70°
C. 西经70°　　D. 西经55°

31. 天文社的几个社员为了得到文书记录的宝藏，偷偷驾驶双体小舢板来到28和30小题结果指示的海域，但却什么都找不到。如果小岛真实存在，他们找不到目标的主要原因是？（　　）
A. 恒星的相对位置已经因为自行而发生明显变化，天体赤道坐标也随之发生改变
B. 忘了考虑真太阳时与平太阳时的差异
C. 天体赤道坐标因岁差而出现明显变化
D. 忘了考虑恒星视差的影响

Ⅱ. 洄游鲸公交站

　　在未知行星上的社长经过长时间的考察，终于知道他位于一个曾经拥有发达文明的外星种族母星上。这个种族的代表曾参与了一场由更高级文明发起的挑战，从中获得了大量先进的科技，然而最后挑战失败，引发了行星上的生态灾难。他们的代表在高级文明赠与的处理终端引导下，设置了一个装置，吸引一种叫“洄游鲸”的太空生物路过星球，并乘坐它到达其它星球。已知该装置绕行星运动，外观近似一个半径12米的均匀发光球面，发光功率为314瓦，轨道半径6100公里。已知行星半径为5670公里，人眼瞳孔直径取7𝑚𝑚。请结合上述参数回答32-37小题。

32. 在装置的星下点（人位于装置正下方时），该装置的角直径约为？（　　）
A. 40角秒　　B. 23.3角秒
C. 6角秒 　 　D. 11.5角秒

33. 在星下点观测，这个装置的辐射流约为？（　　）
A. 1.35×10^-10 W/m²
B. 2.69×10^-10 W/m²
C. 7.06×10^-11 W/m²
D. 1.41×10^-14 W/m²

34. 已知 0等星的辐射流约2.52×10^-8 W/m²，在星下点观测，这个装置的累积视星等（把装置视作点源时的星等）约为？（　　）
A. 8.6等　　　B. 7.1等
C. 5.7等　　　D. 3.5等

35. 下面关于该装置在星下点的可观测性的判断中，准确的一项是？（　　）
A. 肉眼能看到该装置，能分辨出是个面源
B. 肉眼能看到该装置，是个点源
C. 肉眼不可见，如果亮度更高能分辨是个面源
D. 肉眼不可见，是个点源

36. 为了确认装置的存在，社长用他自制的望远镜尝试观测疑似目标。望远镜是一台口径200𝑚𝑚的反射式望远镜，焦距1000𝑚𝑚，忽略镜面反射衰减和副镜遮挡。用这台望远镜观测该装置，所接收的辐射功率变为肉眼所能接收到的辐射功率的几倍？（　　）
A. 28.6　　　 B. 57.2　
C. 200　　 　 D. 816

37. 以下哪种情况不可能存在？（　　）
A. 换口径更大的望远镜观测，能看清更多装置的细节
B. 同一台望远镜在高倍率下观测时，装置影像的表面的亮度比低倍时低很多
C. 换口径更大的望远镜观测，同等条件下装置影像的表面亮度显著提高
D. 换焦距更长的望远镜观测，装置影像表面亮度下降了

Ⅲ. 月食与月掩星

　　2022年11月8日将发生月全食，我国境内可见。在同一晚还将发生月掩天王星，掩食带经过我国境内大部分地区，包括广东。表3-A是东经113°22′，北纬22°32′观测点与本次月食有关的预报表，图3-A和图3-B是同一地点与本次月掩天王星相关的预报图。请结合预报图表和你所了解的天文知识回答38-43小题。

表3-A 广东省某观测地的11月8日月食预报表

* 此处位置角指在相应事件中，地影圆面中心到月面和地影圆周的切点的连线，与天球正北方向的夹角，该角从正北方向开始逆时针度量。

图3-A 2022年11月8日月掩天王星可见地区预报图

图3-B 广东某观测地2022年11月8日月掩天王星掩始和掩终位置预报图。点1为掩始、点2为掩终。月球圆面照亮比例指某时刻月亮圆面被阳光直接照亮的面积比。

38. 根据预报，观测点月食可见情况是？（　　）
A. 带食月落，可见全食阶段的月亮
B. 带食月落，看不到全食阶段的月亮
C. 带食月出，可见全食阶段的月亮
D. 带食月出，看不到全食阶段的月亮

39. 从月球完全进入地球本影，到月球开始离开地球本影，将持续多长时间？（　　）
A. 1小时25分39秒
B. 1小时50分18秒
C. 3小时40分35秒
D. 5小时55分39秒

40. 在39小题所描述的期间内，月球相对地影移动了多少月球视直径的距离？（　　）
A. 1.5　　　B. 2.3
C. 3.4　　　D. 3.6

41. 本次月食在以下哪个地区不可见？（　　）
A. 阿拉斯加
B. 富士山
C. 青海冷湖
D. 撒哈拉沙漠

42. 关于观测地出现的月掩天王星天象，下列叙述最准确的一项是？（　　）
A. 整个月掩星过程都在全食阶段发生
B. 掩始时月食未生光，掩终时已生光
C. 掩始时月球未升起
D. 观测地可能出现掠掩

43. 月亮的光芒对月掩星观测是个很严重的干扰因素。一般只有星点亮度亮于3.5等时，它们于月球亮面消失或再现的事件才有机会被观测到。已知11月8日天王星视星等为5.6等，以下说法最不准确的是？（　　）
A. 当晚月相为满月，但月光对掩星观测的干扰可接受
B. 我们有机会看到发生在暗面的掩始事件
C. 掩终事件发生在亮面，难以观测
D. 月球中心与天王星角距最小时，天王星不可见

Ⅳ. 火星冲日

　　2022年12月8日又将迎来火星冲日。这次火星冲时的火-地距离为0.55𝐴𝑈，赤经4ℎ58𝑚，赤纬+24°58′。某天文社的干部想通过这次火星冲，模仿卡西尼的操作，测量地球轨道半径。因12月8日是周四，他们把观测计划定在12月6日晚至7日凌晨举行，观测地点在北纬23.3°，东经113.5°。他们还联系了社长的一位阿联酋朋友，用他在同一纬度附近，位于东经54.3°的遥控天文台同时进行拍摄。两地均使用口径280𝑚𝑚，焦比f/10的施密特-卡塞格林式望远镜，及像元尺寸3.76μm，分辨率9576×6388的全画幅CMOS。请根据上述信息回答44-50小题。

44. 在卡西尼的年代，天文学家已经能通过观测行星的运动周期𝑇_𝑖 间接得到各行星的轨道半径𝑎_𝑖 比。只要测得任一行星的轨道半径，其它行星乃至所有绕太阳运动的天体的轨道半径，都可根据该比例关系得知。这一关系是？（　　）

45. 卡西尼通过测量大冲时的火星距离，结合各行星轨道半径比反推地球轨道半径。他测量火星距离的方法叫？（　　）
A. 分光视差法
B. 三角视差法
C. 角直径距离法
D. 标准烛光法

46. 为使观测现象最明显，观测时间应定在何时（以中国观测点本地时间算）？（　　）
A. 7日凌晨4点
B. 6日晚上8点
C. 7日凌晨2点
D. 6日晚上10点

47. 在46小题正确答案的时间里，两地在测量过程中的有效距离约为？（　　）
A. 3.2×10³𝑘𝑚
B. 6.3×10³𝑘𝑚
C. 6.6×10³𝑘𝑚
D. 5.8×10³𝑘𝑚

48. 两地测得的火星位置将相差约？（　　）
A. 14.6″　　　B. 8″
C. 16.5″　　　D. 25″

49. 在同一时刻两地拍摄的照片中，火星的位置相差约几个像素的距离？（　　）
A. 5　B. 29　C. 53　D. 90

50. 如果本次实验不在火星冲日当天进行，将对地球轨道半径的测量结果有何影响？（　　）
A. 影响甚小，可以忽略
B. 导致结果偏小约2%
C. 导致结果偏大约2%
D. 导致结果随机产生约3%的偏差

参考答案（低年组）

1-4. ABBC

5. D。还有一项是“中国空间站天和核心舱成功发射，神舟十二号、十三号载人飞船成功发射并与天和核心舱成功完成对接”。

6-10. ADCBA

11. C。

12. D。A是球状星团、B是星云、C是疏散星团、D是星系，图中的天体是星系。

13. A。

14. B。根据距离模数公式可得结果。

15-20. DAACDB

21-25. BADCB

26. D。星图中可辨认出北斗和北极星，恒星A在斗口，D是四个选项中唯一一颗属北斗七星的恒星。

27. C。这是一颗亮于1等的恒星，根据周边恒星排列和亮度可判断这是五车二、位于御夫座。

28. D。B星是天枢，赤纬+61°45′，它到北极星的距离约90°-61°45′=28°15′。星图斗口亮星连线与地面垂直，可知天枢上中天，此时地平高度为31°35′，得北极星地平高度为31°35′-28°15′=3°20′，北极星的地平高度等于当地纬度。亦可根据天体上中天地平高度ℎ = 90° − |𝛿 − 𝜑| 计算。

29. A。上中天的天体的赤经等于本地恒星时，天枢赤经为11ℎ04𝑚。

30. B。小岛的本地恒星时为11ℎ04𝑚时，亚历山大的恒星时为8ℎ24𝑚，可知小岛在亚历山大的东边，经度差11ℎ4𝑚−8ℎ24𝑚=2ℎ40𝑚=40°。亚历山大的经度为东经30°，所以小岛的经度为东经70°。

31. C。哪怕以10年为单位看，地轴进动也会让天体的赤道坐标出现较明显的变化，更不用说藏宝图的绘制时间与今天相差了300多年。我们平常所用的星图都会标明历元，它表示星图中描绘的是哪一个时间点的星空情况。现在我们用的星图多采用历元J2000.0。

32. D。在星下点，观测者与装置的距离为6100𝑘𝑚−5670𝑘𝑚=430𝑘𝑚，装置的角直径为2×12𝑚/430𝑘𝑚≈5.58×10^-5rad ≈11.5″

33. A。已知装置光度为314W，在星下点装置的辐射流为314W/(4×3.14×(4.3×10⁵m)²) ≈1.35×10^-10W/m²。

34. C。根据普森公式，。通过量级估算，得星下点辐射流为10^-10W/m²的量级，0等星辐射流为10^-8W/m²的量级，得星等差在5等左右，在无计算器的情况下亦可判断出正确答案。

35. B。人眼分辨率约1-2′，极限星等约6.5等，可知人眼可以看见该装置，但看不清其轮廓，是一个点源。

36. D。望远镜中的星像更亮是因为望远镜拥有更大的接收面积，接收功率正比于物镜的有效接受面积，而有效接受面积正比于物镜直径的平方，以及通过效率。望远镜口径为200𝑚𝑚，通过效率为80%，人眼的瞳孔直径为7𝑚𝑚，通过效率近似为100%，则两者接收光子能力之比为(200𝑚𝑚/7𝑚𝑚)²×80% ≈653。

37. C。像的面亮度正比于望远镜的聚光本领（物镜有效接收面积），反比于像的立体角。放大率正比于像的角直径，所以像的立体角反比于放大率。同样一台望远镜，放大率越大，像的立体角越大，像的面亮度越低。如果这是个面源，则像看起来会变暗。这在日常观测中是个非常常见的现象。

低倍率和高倍率下木星影像的对比。

38. C。表3-A的预报以世界时（UT）给出时间，需换成本地时间来判断是否可见。在日落前，月食已开始，带食月出。

39. A。从初亏到生光，历经1小时25分39秒。

40. A。在月球绕地公转的过程中，地影也因地球绕日公转发生移动，月球相对地影的角速度为

（朔望月本身就是月球公转与地球公转的会合周期，朔望月长度为29.53天）
0.51°/ℎ×1.4257ℎ≈0.73°，月球视直径约0.5°，所以0.73°/0.53=1.46倍。

41. D。月食开始时，世界时为9:09左右，月食结束时，世界时为12:49左右，只有D选项在这段时间里未经历夜晚。

42. B。由图3-B可知，掩终时月亮圆面已有5%恢复，所以A不准确；B符合实际；由图3-C可知观测点所在位置可见掩星全过程，所以C不准确；由图3-B的掩星轨迹可判断不是掠掩。

43. C。满月下观测掩星是非常困难的，因为月亮的亮度远高于天空最亮的恒星。但是，月食极大地提高了本次掩星观测的成功率。生光时，月球东边先变亮，但掩终发生在西边缘，且月面只恢复了5%，影响可能还能接受。在个选项中D最不准确。

44. B。开普勒第三定律。

45. B。

46. C。两观测地的连线构成测量基线。当测量基线与火星构成等腰三角形时，有效基线长度最大，等于两地连线的长度。此时两观测地应看到火星的地平高度相同，视差现象最明显。因两地同纬度，所以只要火星在国内观测点上中天后，经过两地经度差的一半所对应的时间差，即可达到上述位置条件。两地经度差约60°，对应时差约4小时。所以在火星于国内观测点上中天后约2小时进行观测最佳。

47. D。两地经度差约60°，若两地在赤道上，则两地之间距离近似为地球半径。但在北纬23.3°地区，直线距离变为该纬度圈的半径，需要进行纬度修正。所在纬度圈的半径𝑅′=𝑅 cos23.3°。地球半径约6400𝑘𝑚，可得最佳选项为D。

48. A。视差角𝜌 = 𝐿⁄𝑑 =5.8×10³𝑘𝑚/(0.55×1.5×10⁸𝑘𝑚) ≈15″

49. C。望远镜的焦距F=280𝑚𝑚×10=2800𝑚𝑚，底片比例尺𝛼=206265″/F≈73.67″/𝑚𝑚。像元的大小为3.76μm，所以每个像元的边长对应的范围。由上问得两地的观测的视差角约14.6角秒，对应14.6″/0.28″≈52个像素点。对学生实验而言，位置差异还是挺明显的。

50. A。因火星和地球相对位置变化速度较慢，如果只是冲日前后偏差几天，影响不大。但如果相差数个月，在火星距离显著变远，视差角变小，还有观测条件变差等因素共同影响，测量精度也可预见受影响。因题干时间条件约束不严格，本题作废。

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2022年广东省中学生天文知识竞赛试题（高年组）
2022年4月10日下午14:00-16:00 闭卷

注意事项：
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100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. 2022年全球范围内，会出现几次日食和月食？（　　）
A. 2次日食，2次月食
B. 2次日食，1次月食
C. 3次日食，2次月食
D. 3次日食，1次月食

2. 以下四个流星雨中，2022年极大当天受月光干扰最严重的是？（　　）
A. 双子座流星雨
B. 英仙座流星雨
C. 宝瓶座η流星雨
D. 象限仪座流星雨

3. 下列哪个天象发生在2022年3月？（　　）
A. 水星东大距
B. 水星西大距
C. 金星西大距
D. 火星西方照

4. 2022年火星冲日发生在？（　　）
A. 5月　　 　 B. 10月
C. 12月　　　D. 8月

5. 2022年2月28日，国家科学技术部高技术研究发展中心发布“2021年度中国科学十大进展”，其中天文与航天方面的项目共有4项进榜单，这不包括？（　　）
A. 火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星
B. 嫦娥五号月球样品揭示月球演化奥秘
C. FAST捕获世界最大快速射电暴样本
D. 高海拔宇宙线观测站（LHAASO）首次发现超千万亿电子伏的高能光子

6. 2022年年中，欧洲宇航局计划发射的木星冰质卫星探测器是？（　　）
A. DART　　　B. JUICE
C. JUNO　　　D. HALO

7. 以下哪个国家在本年度没有发射月球探测器的计划？（　　）
A. 俄罗斯　　　B. 日本
C. 印度　　　　D. 以色列

8. 2021年12月25日，______________空间望远镜顺利升空，计划在2022年5、6月份正式投入使用。（　　）
A. 尤金·帕克
B. 问天
C. 詹姆斯·韦布
D. 亚瑟·爱丁顿

9. 2022年1月，由中华人民共和国国务院新闻办公室发布的《2021中国的航天》白皮书中，透露了未来中国计划开展的深空探测任务。这不包括？（　　）
A. 小行星采样返回任务
B. 火星采样返回任务
C. 木星系探测任务
D. 金星采样返回任务

10. 下列哪个天体今天与太阳的角距离最小？（　　）
A. 娄宿三　　　B. 北落师门
C. 斗宿四　　　D. 心宿二

Part 2. 基础知识

11. 以下哪两个星座不是相邻的？（　　）
A. 南鱼座和宝瓶座
B. 天琴座和天鹰座
C. 猎户座和波江座
D. 牧夫座和猎犬座

12. 右图的梅西耶天体是？（　　）
A. M13　　　B. M16
C. M44　　　D. M81

13. 以下哪个参数用于度量大气扰动对天体影像的影响？（　　）
A. 视宁度　　　B. 透明度
C. 云遮率　　　D. 极限星等

14. 土司空（鲸鱼座β）的视星等为2等，绝对星等为-0.35等，它的距离为？（　　）
A. 21.4 pc　　　B. 29.5 pc
C. 96.2 pc　　　D. 224 pc

15. 右图是3月份美国宇航局公布的一张韦布空间望远镜的一张校准照片，图中央的恒星呈现出六角星芒。这种六角星芒产生的原因是？（　　）
A. 副镜支架造成的衍射结构
B. 副镜支架造成的干涉条纹
C. 遮光罩造成的衍射结构
D. 六边形镜片造成的衍射结构

16. 一个星系的红移值为0.02，取哈勃常数𝐻₀=68𝑘𝑚/Mpc · s，这个星系的距离约为？（　　）
A. 50 Mpc　　　B. 69 Mpc
C. 88 Mpc　　　D. 106 Mpc

17. 已知织女星的表面温度约9600 K，太阳的色指数B-V=0.63。一颗色指数B-V=1.2的主序星，表面温度约？（　　）
A. 4300 K　 　 B. 6000 K
C. 15000 K　　D. 28000 K

18. 如果把月球压成黑洞，它的史瓦西半径约？（　　）
A. 1分米　　　B. 1厘米
C. 1毫米　　　D. 0.1毫米

19. 以下哪个太阳耀斑X射线分级是不存在的？（　　）
A. B　B. D　C. X　D. M

20. 下列说法最不准确的一项是？（　　）
A. 类星体是一类活动星系核
B. 流星是一种太阳系小天体
C. M型主序星的寿命大于宇宙年龄
D. 室女座W型变星可充当标准烛光

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 海盗的宝藏

　　某天文社的社员从一个漂流盒中发现一张奇怪的古文书，经大家研究后发现，是古代海盗留下的藏宝地点提示，他们把财宝藏到了一个小岛上。文书里包含一张粗略描绘小岛星空的星图（图1-A），用以记录小岛的位置。已知B星的赤经为11ℎ04𝑚，赤纬为+61°45′，请根据星图回答21-27小题。

图1-A 漂流盒中的藏宝地点线索图。左上角是星图对应的时间，写着1685年2月24日，恒星时08:24（亚历山大时间），大小不一的黑点是不同亮度的恒星，注意星点的相对位置未必严格符合实际。（提示：land 陆地；Astronomical Horizon 天文地平；亚历山大港位于东经30°，北纬31.2°）

21. 星图中的恒星A是？（　　）
A. 五帝座一　　B. 侯
C. 少卫增八　　D. 天璇

22. 星图中最亮的恒星所在的星座是？（　　）
A. 仙王座　　　B. 牧夫座
C. 御夫座　　　D. 船底座

23. 图中右上角文字信息中的“UMa”是哪个星座的拉丁缩写？（　　）
A. 小熊座　　　B. 大熊座
C. 大犬座　　　D. 小犬座

　　社员们尝试根据图中的信息和B星的J2000坐标，找出藏宝地点。他们认为恒星的相对位置变化极小，现在的天球赤道坐标和1685年的没明显区别。

24. 星图中的B星恰好位于上中天，在上述条件下，社员们利用B星可推知藏宝地点的纬度约为？（　　）
A. 南纬 3°20′
B. 北纬 58°25′
C. 北纬 30°5′
D. 北纬 3°20′

25. 在同样的条件下可推得绘制星图时小岛的本地恒星时为？（　　）
A. 11:04　　　B. 2:07
C. 12:56　　　D. 7:32

26. 根据25小题结果和星图信息，可推得小岛的经度约为？（　　）
A. 东经60°　　B. 东经70°
C. 西经70°　　D. 西经55°

27. 天文社的几个社员为了得到文书记录的宝藏，偷偷驾驶双体小舢板来到24和26小题结果指示的海域，但却什么都找不到。如果小岛真实存在，他们找不到目标的主要原因是？（　　）
A. 恒星的相对位置已因自行出现明显变化，天体赤道坐标也随之发生改变
B. 忘了考虑真太阳时与平太阳时的差异
C. 受地轴进动影响，天体赤道坐标出现明显变化
D. 忘了考虑恒星视差的影响

Ⅱ. 洄游鲸公交站

　　在未知行星上的社长经过长时间的考察，终于知道他位于一个曾经拥有发达文明的外星种族母星上。这个种族的代表曾参与了一场由更高级文明发起的挑战，从中获得了大量先进的科技，然而最后挑战失败，引发了行星上的生态灾难。他们的代表在高级文明赠与的处理终端引导下，设置了一个装置，吸引一种叫“洄游鲸”的太空生物路过星球，并乘坐它到达其它星球。已知该装置绕行星运动，外观近似一个半径12米的均匀发光球面，发光功率为314瓦，轨道半径为6100公里。已知行星半径为5670公里，人眼瞳孔直径取7𝑚𝑚。请结合上述参数回答28-34小题。

28. 在装置的星下点（人位于装置正下方时），该装置的角直径约？（　　）
A. 40角秒　　B. 23.3角秒
C. 6角秒　 　 D. 11.5角秒

29. 已知 0等星的辐射流约2.52×10^-8W/m²，在星下点观测，这个装置的累积视星等（把装置视作点源时的星等）约为？（　　）
A. 8.6等　　　B. 7.1等
C. 5.7等　　　D. 3.5等

30. 下面关于该装置在星下点的可观测性的判断中，准确的一项是？（　　）
A. 肉眼能看到该装置，能分辨出是个面源
B. 肉眼能看到该装置，是个点源
C. 肉眼不可见，如果亮度更高能分辨出是个面源
D. 肉眼不可见，是个点源

31. 面亮度定义为单位立体角的亮度。设天体的总辐射流为𝐹，光度为𝐿，距离为𝑑，垂直视线方向的投影截面积为𝑆，以下哪个式子能正确表示天体的面亮度𝐼 ？（立体角：立体角用来衡量对位于球心的观测者而言，球面上的一块区域看起来有多大，定义为那块区域的面积除以球半径的平方。） （　　）
A. 𝐼 = 𝐿/4𝜋𝑆
B. 𝐼 = 𝐿/4𝜋𝑑²𝑆
C. 𝐼 = 𝐹𝑑²/4𝜋𝑆
D. 𝐼 = 𝐹/4𝜋𝑑²

32. 我们还可以根据普森公式将天体的面亮度换成以单位平方角秒的星等值表示。设天体的累积视星等（总亮度）为𝑚，立体角为𝐴，经单位换算后，面亮度𝑚𝑠为？（　　）
A. 𝑚𝑠 = 𝑚 + 2.5 lg𝐴
B. 𝑚𝑠 = 𝑚 + 5 lg 𝐴
C. 𝑚𝑠 = 𝑚 − 5 lg𝐴
D. 𝑚𝑠 = 𝑚 − 2.5 lg 𝐴

33. 为了确认装置的存在，社长用他自制的望远镜尝试观测疑似装置的目标。望远镜是一台口径为200𝑚𝑚的反射式望远镜，焦距为1000𝑚𝑚，望远镜副镜和支架对光的遮蔽率约为20%，忽略镜面反射衰减。用这台望远镜观测该装置，所接收的辐射功率变为肉眼所能接收到的辐射功率的几倍？（　　）
A. 28.6　　　B. 522
C. 653　　 　D. 816

34. 当社长加上一个焦距为10𝑚𝑚的目镜观测目标时，感觉像的表面亮度比较暗，当他换回焦距为20𝑚𝑚目镜时，像的表面亮度又再次提高了。这是因为？（　　）
A. 像的面亮度反比于口径的平方，像的总亮度因口径增加下降了。
B. 像的面亮度反比于放大率的平方，放大率变大，像的面亮度下降，反之亦然。
C. 像的面亮度正比于焦距，望远镜中目标的面亮度因焦距增大则增加。
D. 像的面亮度反比于距离的平方，望远镜中目标的面亮度因光程增大而下降了。

Ⅲ. 月食与月掩星

　　2022年11月8日将发生月全食，我国境内可见。在同一晚还将发生月掩天王星，掩食带经过我国境内大部分地区，包括广东。表3-A和图3-A是东经113°22′，北纬22°32′观测点与本次月食有关的预报图表，图3-B和图3-C是同一地点与本次月掩天王星相关的预报图。请结合预报图表和你所了解的天文知识回答35-43小题。

表3-A 广东省某观测地的11月8日月食预报表

* 此处位置角指在相应事件中，地影圆面中心到月面和地影圆周的切点的连线，与天球正北方向的夹角，该角从正北方向开始逆时针度量。

图3-A 2022年11月8日月全食月球运动轨迹及地影相对位置模拟图。小圆是左表事件1-7发生时的月面位置，中央的小同心圆表示地球本影，大同心圆表示地球半影，黑点是地影圆心，虚线是月面切点与地影圆心的连线。

图3-B 广东某观测地2022年11月8日月掩天王星掩始和掩终位置预报图。点1为掩始、点2为掩终。月球圆面照亮比例指某时刻月亮圆面被阳光直接照亮的面积比。

图3-C 2022年11月8日月掩天王星可见地区预报图

35. 根据预报，观测点月食可见情况是？（　　）
A. 带食月落，可见全食阶段的月亮
B. 带食月落，看不到全食阶段的月亮
C. 带食月出，可见全食阶段的月亮
D. 带食月出，看不到全食阶段的月亮

36. 从月球完全进入地球本影，到月球开始离开地球本影，将持续多长时间？（　　）
A. 1小时25分39秒
B. 1小时50分18秒
C. 3小时40分35秒
D. 5小时55分39秒

37. 假设月球和地球轨道均为正圆，且忽略黄白夹角，月球相对地影的角速度约为？（　　）
A. 0.26°/ℎ　 　B. 0.51°/ℎ
C. 0.66°/ℎ　　 D. 0.73°/ℎ

38. 图3-A中两虚线的夹角大小约为？（　　）
A. 48° 　 　 　B. 102°
C. 111°　　 　D. 132°

39. 结合第36至38小题的结果，可估算出地球本影圆面的角直径约为？（　　）
A. 0.9°　　 　B. 2.3°
C. 1.8°　　 　D. 1.4°

40. 结合图3-B可估算观测地的月掩天王星现象持续时间约？（　　）
A. 50分钟　 　B. 80分钟
C. 15分钟　　 D. 数秒

41. 关于观测地出现的月掩天王星天象，下列叙述最准确的一项是？（　　）
A. 整个月掩星过程都在全食阶段发生
B. 掩始时月食未生光，掩终时已生光
C. 掩始时月球未升起
D. 观测地可能出现掠掩

42. 月亮的光芒对月掩星观测是个很严重的干扰因素。一般只有星点亮度达3.5等以上时，它们于月球亮面消失或再现的事件才有机会被观测到。已知11月8日天王星视星等为5.6等，以下说法最不准确的是？（　　）
A. 当晚月相为满月，但月光对掩星观测的干扰可接受
B. 因为两者都是面源，无法通过长焦望远镜降低两者在底片上的像元亮度比
C. 月球中心与天王星角距最小时，天王星不可见
D. 掩终事件发生在亮面，难以观测

43. 观测本次月食和月掩星，应确保观测场地哪个方向无遮挡？（　　）
A. 南方　 　　B. 北方
C. 西方　　 　D. 东方

Ⅳ. 太空货运

　　在不远的未来，我们不单能在月面上设立科研基地，甚至能开发月球上丰富的矿产和能源资源运回地球。一套低成本的运输方案对早日实现商业开发月球至关重要。天文社某位有志于未来投资月球氦-3开发项目的同学想了如下一套方案：
① 在月球赤道的精炼站附近建设一个货运发射场
② 设置一个以圆形极地轨道运行的货运空间站（轨道倾角90°），收集来自精炼站的成品
③ 从精练站发射场发射的货运船将绕行半个轨道周期，在轨道远点与货运空间站会合，轨道平面平行于赤道，近点位于月球表面。
④ 货运空间站收集满成品后，变轨返回地球卸货和补给，然后再返回月球
⑤ 月球赤道上将设置多个类似精炼站，站点间经度差为30°。各个精炼站会自东向西依次发射货运船与空间站会合
⑥ 空间站每个轨道周期都接收一个精炼站的货物，接收顺序与货运船的发射顺序相同

44. 按该同学的设计，月球赤道上最多可以设置几个精炼站？（　　）
A. 3个 　 　　B. 6个
C. 12个　　　D. 18个

45. 货运空间站的运行周期约为？（　　）
A. 1.14天　 　B. 2.28天
C. 2.46天　　 D. 4.51天

46. 货运船的轨道半长轴约为？（　　）
A. 9.32×10³𝑘𝑚
B. 1.69×10⁴𝑘𝑚
C. 1.87×10⁴𝑘𝑚
D. 2.62×10⁴𝑘𝑚

47. 货运飞船要在空间站到达会合点前大约多久发射？（　　）
A. 11.2小时　　B. 16.3小时
C. 22.4小时　　D. 28.5小时

48. 结合45和46小题结果，在交汇点附近，对接前的空间站相对货运飞船的速度为？（　　）
A. 0.2𝑘𝑚/𝑠　　B. 0.6𝑘𝑚/𝑠
C. 1.3𝑘𝑚/𝑠　　D. 2.1𝑘𝑚/𝑠

49. 空间站在绕月过程中还能对月面进行监测拍摄。假设空间站上有一个视场直径为3°的相机，空间站绕行的时间足够长，下列说法中最准确的一项是？（　　）
A. 空间站只能扫描约80%的月面
B. 空间站无法扫描两极附近的月面
C. 空间站可以扫描完整的月面
D. 空间站只能扫描赤道附近的月面

50. 为保证精炼厂能全年工作，以下哪种方式效率最低？（　　）
A. 在月面设置太阳能阵列，并利用高效的储能电池储存半个月以上的电量储备
B. 设置绕月运行太阳能电站，通过微波或激光将能量传输到精炼厂
C. 使用核电
D. 通过在月面设置模拟生物圈，制造沼气和氧气发电

参考答案（高年组）

1-4. ABCC

5. D。还有一项是“中国空间站天和核心舱成功发射，神舟十二号、十三号载人飞船成功发射并与天和核心舱成功完成对接”。

6-10. BDCDA

11. B。

12. C。A是球状星团、B是星云、C是疏散星团、D是星系，图中的天体是疏散星团。

13. A。

14. B。根据距离模数公式可得结果。

15. D。

16. C。根据哈勃定律𝑣=𝑐𝑧=𝐻₀𝐷可得距离𝐷

17. A。色指数越大，表面有效温度越低。太阳表面温度约5800K，比它低的只有A选项。

18. D。史瓦西半径𝑅𝑠=2𝐺𝑀/𝑐²，用牛顿力学中的向心力公式计算，可得同量级的结果。

19-20. BB

21. D。星图中可辨认出北斗和北极星，恒星A在斗口，D是四个选项中唯一一颗属北斗七星的恒星。

22-23. CB

24. D。B星是天枢，赤纬+61°45′，它到北极星的距离约90°-61°45′=28°15′。星图斗口亮星连线与地面垂直，可知天枢上中天，此时地平高度为31°35′，得北极星地平高度为31°35′-28°15′=3°20′，北极星的地平高度等于当地纬度。亦可根据天体上中天地平高度ℎ = 90° − |𝛿 − 𝜑| 计算。

25. A。上中天的天体的赤经等于本地恒星时，天枢赤经为11ℎ04𝑚。

26. B。小岛的本地恒星时为11ℎ04𝑚时，亚历山大的恒星时为8ℎ24𝑚，可知小岛在亚历山大的东边，经度差11ℎ4𝑚-8ℎ24𝑚=2ℎ40𝑚=40°。亚历山大的经度为东经30°，所以小岛的经度为东经70°。

27. C。哪怕以10年为单位看，地轴进动也会让天体的赤道坐标出现较明显的变化，更不用说藏宝图的绘制时间与今天相差了300多年。我们平常所用的星图都会标明历元，它表示星图中描绘的是哪一个时间点的星空情况。现在我们用的星图多采用历元J2000.0。

28. D。在星下点，观测者与装置的距离为6100𝑘𝑚−5670𝑘𝑚=430𝑘𝑚，装置的角直径为 2×12𝑚/430𝑘𝑚≈5.58×10^-5rad≈11.5″

29. C。已知装置光度为314W，在星下点装置的辐射流为314W/(4×3.14×(4.3×10⁵m)²) ≈1.35×10^-10W/m²。根据普森公式。通过量级估算，得星下点辐射流为10^-10W/m²的量级，0等星辐射流为10^-8W/m²的量级，得星等差在5等左右，在无计算器的情况下亦可判断出正确答案。

30. B。人眼分辨率约1-2′，极限星等约6.5等，可知人眼可以看见该装置，但看不清其轮廓，是一个点源。

31. A。根据立体角的定义，与面积𝑆对应的立体角为𝐴=𝑆/𝑑²。根据面亮度的定义，𝐼=𝐹⁄𝐴 =(𝐿/4𝜋𝑑²)/(𝑆/𝑑²) =𝐿/4𝜋𝑆。天体的面亮度是一个与距离无关的量。

32. A。根据普森公式，面亮度应具有𝑚𝑠 = -2.5 lg 𝐼 + 𝐶 的形式 ，故𝑚𝑠 = -2.5 lg 𝐹⁄𝐴 + 𝐶 = -2.5 lg 𝐹 + 2.5 lg 𝐴 + 𝐶。而𝑚 = -2.5 lg 𝐹 + 常数，故𝑚𝑠 = 𝑚 + 2.5 lg 𝐴 的选项最符合。深空天体的面亮度（如星系和星云）多以平方角秒每星等来度量。

33. C。望远镜中的星像更亮是因为望远镜拥有更大的接收面积，接收功率正比于物镜的有效接受面积，而有效接受面积正比于物镜直径的平方，以及通过效率。望远镜口径为200𝑚𝑚，通过效率为80%，人眼的瞳孔直径为7𝑚𝑚，通过效率近似为100%，则两者接收光子能力之比为(200𝑚𝑚/7𝑚𝑚)²×80%≈653。

34. B。像的面亮度正比于望远镜的聚光本领（物镜有效接收面积），反比于像的立体角。放大率正比于像的角直径，所以像的立体角反比于放大率。同样一台望远镜，放大率越大，像的立体角越大，像的面亮度越低。如果这是个面源，则像看起来会变暗。

35. C。表3-A的预报以世界时（UT）给出时间，需换成本地时间来判断是否可见。在日落前，月食已开始，带食月出。

36. A。从初亏到生光，历经1小时25分39秒。

37. B。在月球绕地公转的过程中，地影也因地球绕日公转发生移动，月球相对地影的角速度为

（朔望月本身就是月球公转与地球公转的会合周期，朔望月长度为29.53天）

38. C。因涉及的角度很小，可用平面几何近似估算
由题意结合食既和生光的位置角可知，
𝑖₁=33°，𝑖₂=360°−282°=78°
又因180°−𝑖₁−𝑥+(180°−𝑖₂−𝑥)=180°
（平行线同旁内角互补）
所以𝑥=34.5°，𝜃=180°−2𝑥=111°

39. C。角𝜃所对边的长度为
0.51°/ℎ×1.4275ℎ≈0.725°

故地影角半径

地影角直径为1.78°

40. A。因天王星相对恒星背景运动速度很慢，在掩食过程中可当作相对恒星静止处理。月球相对天王星自西向东运动，月球的东侧先接触天王星，掩终时西侧接触天王星。量接触点的连线即月球接触点运动的轨迹。用尺子量出轨迹的长度与月面直径之比，结合月面直径约30角分的常识，可知轨迹长度略小于一个月面的直径。又知月球每小时东移约一个月球直径的距离（360°/27.32天），可判断出最佳选项为A。

41. B。由图3-B可知，掩终时月亮圆面已有5%恢复，所以A不准确；B符合实际；由图3-C可知观测点所在位置可见掩星全过程，所以C不准确；由图3-B的掩星轨迹可判断不是掠掩。

42. D。满月下观测掩星是非常困难的，因为月亮的亮度远高于天空最亮的恒星。但是，月食极大地提高了本次掩星观测的成功率。生光时，月球东边先变亮，但掩终发生在西边缘，且月面只恢复了5%，影响可能还能接受。在个选项中D最不准确。

43. D。带食月出，应确保东边无遮挡。

44. C。

45. 月球公转周期的1/12，这样可以保证每个经过一个周期，空间站和地面精炼站保持相同的相对位置关系。月球公转周期即一个恒星月，约27.3天。

46. A。货运船沿近点在月球表面，远点在空间站轨道的霍曼转移轨道到达空间站。由开普勒第三定律可知空间站半长轴是B选项，货运船轨道半长轴是 (1.69×10⁴𝑘𝑚+1740𝑘𝑚)/2=9.32×10³𝑘𝑚

47. A。由开普勒第三定律可知货运飞船周期约22.44小时，半周期约11.22小时。需要提前半周期发射。

48. B。由匀速圆周运动相关规律可知空间站速度0.55𝑘𝑚/𝑠，货运飞船远点距离1690𝑘𝑚，由活力公式或机械能守恒相关知识可知远点速度为0.23𝑘𝑚/𝑠。空间站速度和飞船在原点时的速度垂直，相对速度为

49. C。轨道周期与天体自转周期不同的极地轨道在足够长的时间里可以扫描整个天体的表面。

50. D。要模拟生物圈，本身就要其它方法提供大量电能，而这些电能转化为生物燃料本身又有很大的能量损耗。这种方法发电总效率最低。

附录

万有引力常量 𝐺 = 6.67×10^-11 N · 𝑚²/𝑘g²
普朗克常数 ℎ = 6.63×10^-34 J · s
波尔兹曼常数 𝑘 = 1.38×10^-23 J/K
斯忒藩-波尔兹曼常数 𝜎 = 5.67×10^-8 W/m² · K⁴
维恩位移常数 𝑏 = 2.90×10^-3 𝑚 · K
真空光速 𝑐 = 3.00×10⁸ 𝑚/𝑠
辐射常量 𝑎 = 7.57×10^-16 J/m³ · K⁴
电子质量 𝑚_e = 9.11×10^-31 𝑘g
质子质量 𝑚_p = 1.67×10^-27 𝑘g

中子质量 𝑚_n = 1.67×10^-27 𝑘g
月球质量 𝑀_𝑚 = 7.342×10²² 𝑘g
月球半径 𝑅_𝑚 = 1.74×10³ 𝑘𝑚
地球质量 𝑀_𝐸 = 5.97×10²⁴ 𝑘g
火星半径 𝑅_{𝑀𝑎𝑟𝑠} = 3.40×10³ 𝑘𝑚
火星质量 𝑀_{𝑀𝑎𝑟𝑠} = 6.42×10²³ 𝑘g
太阳质量 𝑀_⊙ = 1.99×10³⁰ 𝑘g
太阳光度 𝐿_⊙ = 3.90×10²⁶W

普森公式 𝑚 = −2.5 lg 𝐸 + 常数
维恩位移定律 𝜆_𝑚𝑎𝑥 = 𝑏/𝑇
距离模数 𝑚 − 𝑀 = 5 lg 𝑑 − 5

广东天文学会
广州市青少年科技教育协会

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• 2023广东省赛暨2024CNAO广东赛区试题（答案）

• 2022广东省赛暨2023CNAO广东赛区试题（答案）

• 2021广东省赛暨2021CNAO广东赛区试题（答案）

• 2020广东省中学生天文知识竞赛、复赛试题（答案）

• 2019广东省赛暨2020CNAO广东赛区试题（答案）

• 2021-2022CNAO全国中学生天文知识竞赛预赛试题（答案）

• 2020CNAO全国中学生天文知识竞赛预赛、决赛试题

• 2019CNAO全国中学生天文知识竞赛预赛试卷（答案）

• 2018CNAO全国中学生天文奥林匹克竞赛预赛、决赛试题（答案）

• 2017CNAO全国中学生天文奥林匹克竞赛预赛试卷（答案）

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翻译：丛雨
译注：第10和14题的翻译可能会有点怪。

　　美国天文学与天体物理学奥林匹克竞赛（USAAAO，以下简称“美国天文奥赛”）的目标是在全美范围内引起人们对天文学和天体物理学的兴趣。通过资源和选拔测试，举办者们鼓励学术发展，并选择学生代表美国参加国际天文学与天体物理学奥林匹克竞赛（IOAA）。

USAAAO 2022 – First Round
2022年2月5日

选择题（单选）

1. 根据哈勃星系分类法（Hubble galaxies classification），给出以下几个星系的类型：

Figure 1: Galaxy 1

Figure 2: Galaxy 2

Figure 3: Galaxy 3

Figure 4: Galaxy 4

Figure 5: Galaxy 5

(a) Sb，Sc，特殊星系，E2，不规则
(b) Sbc，E4，不规则，Sb，特殊星系
(c) E3，Sbc，Sa，特殊星系，不规则
(d) Sc，Sba，Sbc，E2，特殊星系
(e) Sa，Sbb，E3，不规则，特殊星系

2. 一颗彗星的轨道特征如下：偏心率e =0.995，远日点距r_α =5×10⁴AU。已知太阳的质量M_S =1.98×10³⁰kg，引力常数G =6.67×10^-11N m²/kg²，计算彗星在远日点的速度。
(a) 34.76 m/s
(b) 20.57 m/s
(c) 187.91 m/s
(d) 63.38 m/s
(e) 9.19 m/s

3. 考虑一颗以如下椭圆轨道绕太阳运行的彗星：

以下哪一个式子是彗星从A点到B点所需的时间？其中彗星轨道的周期为T，偏心率为e，轨道方向是逆时针的。

4. 赤道上经度相差30°的两点间的最短距离（沿着地球表面）是多少？纬度都是60°、经度相差30°的两点间的最短距离（沿着地球表面）又是多少？为了简便，假设地球是标准的球体。
(a) 3336 km，1668 km
(b) 3336 km，1654 km
(c) 6672 km，3336 km
(d) 3298 km，1649 km
(e) 3298 km，1668 km

5. 两颗球形小行星Ek和Do自由空间中绕它们的质量中心旋转，Ek有7倍月球质量，Do有1.4倍月球质量。系统的总角动量与小行星Do相对质心的角动量之比是多少？
(a) 26
(b) 6
(c) 1.2
(d) 1.04
(e) 0.1667

6. 考虑一架焦比f/9，焦距f=1.0m的望远镜，工作于波长λ=5000Å的可见光波段。此望远镜能辨别出一个半径R_C =4.1pc的疏散星团的最远距离是多少？
(a) 1.2×10⁶ pc
(b) 1.5×10⁶ pc
(c) 3.0×10⁶ pc
(d) 4.2×10⁶ pc
(e) 5.8×10⁶ pc

7. 想象你在一个遥远的系外行星上观测地球凌日。假设地球轨道的偏心率是0，凌日轨迹穿过太阳直径方向（碰撞参数为0），地球凌日的持续时间是多少？
(a) 3.24 h
(b) 25.93 h
(c) 6.48 h
(d) 1.62 h
(e) 12.97 h

8. 一颗系外行星在一次从恒星表面穿过的凌星事件中被观测到，估算这颗恒星因行星凌日造成的视星等变化Δm。已知在凌星期间，地球上的天文学家观测到恒星投影面积的η =2%被系外行星遮挡。
(a) -4.247
(b) 0.003
(c) 0.022
(d) 0.679
(e) -0.003

9. 估算一个径向速度弥散为σ_r =16.2 km/s的球状星团的质量，该球状星团的角直径θ =3.56′，距离d =9630 pc。
(a) 6.05×10³⁵ kg
(b) 9.71×10³⁵ kg
(c) 1.01×10³⁶ kg
(d) 3.03×10³⁶ kg
(e) 5.96×10³⁶ kg

10. 木星的深层大气具有较高的温度，这是由于对流使绝热状态下的温度随压强增大而增加。做一个简单的假设，木星的外层温度是500 K，粗略估计木星包层的特征厚度（或称e 指数标高）是多少，你会发现它与压强大小无关。你可能会用到木星大气的比气体常数3600 J kg^-1 K^-1。
(a) 20 km
(b) 73 km
(c) 568 km
(d) 3,120 km
(e) 10,233 km

11. 一天文爱好者在观测夜空时拍下了如下照片：

此照片拍摄地的纬度是？
(a) 70° S
(b) 20° S
(c) 2° N
(d) 20° N
(e) 70° N

12. 将以下的太阳演化阶段按从早到晚的顺序排列。
1. 氦闪（Helium flash）
2. 白矮星（White dwarf）
3. 红巨星分支（Red giant branch）
4. 渐近巨星分支（Asymptotic giant branch）
5. 核心氢聚变终止（End of hydrogen fusion in the core）
(a) 5，4，1，3，2
(b) 5，3，1，4，2
(c) 1，5，3，4，2
(d) 5，2，4，1，3
(e) 3，5，1，4，2

13. 一颗行星绕恒星运动的轨道偏心率是0.086，这颗行星与恒星的最近与最远距离之比是多少？
(a) 0.842
(b) 0.188
(c) 1.188
(d) 0.158
(e) 以上都不是

14. 下图（Figure 6）展示了开普勒空间望远镜探测的150,000颗恒星的6小时方均根（rms）组合差分测光精度（CDPP）曲线。CDPP可用于测量光变曲线中的白噪声，因此对于那些6小时CDPP为百万分之100（100 ppm）的目标，一次6小时凌星的深度是否能达到100 ppm被视作1-σ检测。

Figure 6：图片来源于Christiansen et al. (https://arxiv.org/abs/1208.0595)，6小时rms CDPP和Kp星等的数据来自于第3季度（2009年9月18日到12月16日）的所有目标行星。

考虑一个1R_⊙的目标，开普勒星等K_p =13.5，而且就噪声大小而言，它是图（Figure 6）中该星等的最佳目标之一。同时设想具有如下半径的3个独立的系外行星：
I. 0.5R_⊕  
II. 1R_⊕
III. 10R_⊕
使用1-σ检测判断（假设凌日持续6小时），我们可能会因为噪声而无法观测到哪颗或哪些行星凌日？
(a) I
(b) III
(c) I 和 II
(d) II 和 III
(e) I、II 和 II

15. 一颗恒星的质量为M，能量来源于核反应4¹H → ⁴He +能量。p-p链（质子-质子链）的燃烧效率是0.007，这意味着每质量m 会产生0.007mc²的能量。假设可用于核反应的氢的质量是初始质量的一半，并且光度L 在整个燃烧阶段保持恒定，给出恒星氢燃烧阶段寿命的表达式。
(a) 1.625×10¹⁸ s (M / M_⊙)^-2
(b) 3.15×10¹⁴ s (M / M_⊙)^-2
(c) 1.625×10¹⁸ s (M / M_⊙)^-2
(d) 3.15×10¹⁴ s (M / M_⊙)^-2
(e) 以上都不是

16. 2025年，帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）将从距离太阳6.9×10⁶km的位置经过，成为史上距太阳最近的人造天体。它将完成五次轨道环绕，每89天接近太阳一次，直到计划的2026年任务结束。帕克太阳探测器在最靠近太阳时能以多快的速度运行？
(a) 38 km/s
(b) 48 km/s
(c) 139 km/s
(d) 190 km/s
(e) 196 km/s

17. 地球上的天文学家观测到一个双星系统的相互掩食现象，并绘制了如下光变曲线。

如果两颗恒星的轨道都是圆形，二者之间距离14.8 AU。双星的总质量是多少？以太阳质量为单位。
(a) 2.3M_⊙
(b) 5.7M_⊙
(c) 6.8M_⊙
(d) 23M_⊙
(e) 46M_⊙

18. 假如上述双星系统中，小恒星比大恒星更亮，那么小恒星与大恒星的半径之比是？
(a) 0.21
(b) 0.76
(c) 0.82
(d) 0.95
(e) 0.98

19. 理论上空间望远镜的分辨率受限于主镜的衍射。此问题需要比较哈勃空间望远镜（HST，主镜口径d = 2.4 m）和詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST，d = 6.5 m）的衍射极限，二者的工作波长分别是500 nm 和10 μm。计算角分辨率之比，如果只受限于衍射，哪个望远镜能分辨出更小角度的目标？
(a) 0.014，JWST
(b) 0.14，HST
(c) 1.4，JWST
(d) 14，HST
(e) 140，JWST

20. 冥王星的轨道偏心率是0.25，估算从地球上看，冥王星一次轨道运转期间星等的最大变化。你需要知道冥王星的轨道半长轴比1 AU大得多。
(a) 0.2　(b) 1.2　(c) 2.2　(d) 3.2　(e) 4.2

21. 一颗人造卫星在赤道上空的圆形轨道上，且能朝以下任意方向启动引擎点火加速：
1. 运动方向
2. 运动的反方向
3. 朝向地球，垂直于速度方向（与径向速度相反）
4. 远离地球，垂直于速度方向（与径向速度相同）
5. 朝北天极（垂直于运动和径向速度方向）
考虑每个方向上的微小速度变化，有几种变轨动作会使轨道的近地点降低？
(a) 1　(b) 2　(c) 3　(d) 4　(e) 5

22. 上述五种变轨运动中，将它们变轨后的远地点距离从低到高排列。假设速度变化量相对于轨道速度很小，但不可忽略。
(a) 2 < 3 = 4 = 5 < 1
(b) 2 = 3 < 5 < 4 = 1
(c) 2 < 3 = 4 < 5 < 1
(d) 2 < 5 < 3 = 4 < 1
(e) 2 < 3 < 5 < 4 < 1

23. 一颗系外行星被径向速度法发现，以2.45天的轨道周期绕一颗类太阳恒星运行。如果此行星的反照率是0（吸收所有入射光）且表面完美导热，估算行星的温度。
(a) 395 K
(b) 954 K
(c) 1231 K
(d) 1476 K
(e) 2071 K

24. 天津四（α Cyg）是北半天球的一颗重要的恒星，是夏季大三角的其中之一，也是天鹅座的最亮星。已知以下数据，计算天津四和辇道增七（β Cyg）之间的距离。

(a) 569 pc
(b) 102 pc
(c) 432 pc
(d) 317 pc
(e) 459 pc

25. 假设秋分这一天你在休斯顿（29°46′N，95°23′W）观测到天津四上中天，结合24题表中的数据，此时太阳的时角是？
(a) 8h 41m
(b) 20h 41m
(c) 12h 00m
(d) 14h 19m
(e) 18h 22m

26. 已知下图拍摄于11:59pm，判断当天太阳正从哪个星座前方穿过。

(a) 天蝎座（Scorpius）
(b) 室女座（Virgo）
(c) 北斗（Big Dipper）
(d) 巨蟹座（Cancer）
(e) 金牛座（Taurus）

27. 一位天文学家在大雾天观测一个星系，它的图像信噪比约为1，成像时间约5秒。如果想要信噪比达到10，她需要总共观测该星系多久？
(a) 15秒
(b) 20秒
(c) 25秒
(d) 50秒
(e) 500秒

28. 天枢（赤纬δ=61.75°）是大熊座的一颗恒星，在旧金山（纬度λ=37.7°N）观测，它是否是拱极星？在迈阿密观测（纬度λ=25.8°N）呢？
(a) 是，是
(b) 是，否
(c) 否，是
(d) 否，否
(e) 需要更多信息

29. 一天文学家得到了一个星系的光谱，发现Hα发射线的波长是721.9纳米，而地球实验室中同一发射线的波长是656.3纳米。估算这个星系的（固有）距离是多少？
(a) 66 Mpc
(b) 430 Mpc
(c) 480 Mpc
(d) 3900 Mpc
(e) 4700 Mpc

30. 在旧金山（37.7°N，122.4°W）一年之中最长的白昼和最短的白昼的时间差多少？忽略大气折射。
(a) 2h 30m
(b) 3h 32m
(c) 4h 08m
(d) 5h 12m
(e) 6h 25m

第一轮答案：
EEBBC BECDB
DBAAA DECBC
CDDDA DEBBD

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• 2022美国天文奥赛（USAAAO）第一轮测试（答案）

• 2021美国天文奥赛（USAAAO）第一轮测试（答案）

• 2019美国天文奥赛（USAAAO）第一轮测试（答案）

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2020年广东省中小学生天文知识竞赛试题（低年组）

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100分钟。
4、本场考试允许使用不具编程功能的计算器。
5、考试过程中不得切出考试页面，否则平台将自动收卷。
6、比赛结果在广东天文学会网站和微信公众号公布。

Part 1. 天文热点

1. 我国首个自主发射的火星探测器“天问一号”计划于何时入轨火星？（　　）
A. 2020年12月底左右
B. 2021年2月底左右
C. 2021年5月中左右
D. 2022年7月底左右

2. 我国嫦娥五号探测器在2020年何时发射升空？（　　）
A. 12月24日　　B. 12月7日
C. 11月24日　　D. 11月28日

3. 2020年的诺贝尔物理学奖分别颁发给罗杰·彭罗斯、莱因哈特·根策尔和安德烈娅·盖兹。其中彭罗斯获奖的理由是“发现黑洞形成是广义相对论的一个预言”，那根策尔和盖兹获奖的理由是？（　　）
A. 发现银河系中心的超大质量致密天体
B. 发现第一颗环绕类太阳恒星运动的系外行星
C. 验证了引力波的存在
D. 发现了一种测量宇宙大尺度结构的探针

4. 以下哪所高校在2020年正式成立天文系？（　　）
A. 香港科技大学
B. 贵州大学
C. 中山大学
D. 广州大学

5. 2020年7月，一颗“黑马”彗星亮度达到2等以上，吸引了很多爱好者拍摄。这颗彗星是？（　　）
A. C/2019 Y4 (ATLAS)
B. C/2020 F8 (SWAN)
C. C/2020 F3 (NEOWISE)
D. C/2019 U6 (Lemmon)

6. 关于2020年6月21日的日环食，下列哪个地点位于环食带之外？（　　）
A. 纳木错　　　B. 武汉
C. 厦门　　　　D. 泸州

7. 2020年4月24日是我国首个人造卫星“东方红一号”成功发射_______周年。（　　）
A. 40　B. 50　C. 60　D. 70

8. 北京时间2020年10月21日，OSIRIS-Rex（冥王号）探测器对小行星_______进行了首次采样。（　　）
A. 龙宫　　　　B. 贝努
C. 糸川　　　　D. 灶神星

9. 2019年年底，一颗本来位列全天前20亮星的恒星亮度持续下降，甚至一度跌出前20亮星排名。2020年年初，它的亮度又恢复了。这颗恒星是？（　　）
A. 参宿四　　　B. 参宿七
C. 毕宿五　　　D. 北河二

10. 以下哪个天象在2020年11月出现？（　　）
A. 水星西大距　B. 木星冲
C. 金星东大距　D. 土星合木星

Part 2. 基础知识

Ⅰ. 请回答以下10道独立的小题。

11. 地方平太阳时12时，当地的太阳时角读数（　　）
A. 大于0时
B. 小于0时
C. 正好0时
D. 上述三个选项都有可能

12. 环状星云的中心有一颗？（　　）
A. 中子星　　　B. 红巨星
C. 白矮星　　　D. 黑矮星

13. 一位在珠三角的同学在他生日那天的北京时间22:00看到北落师门上中天，这位同学最可能在哪月生日？（　　）
A. 1月　B. 4月　C. 7月　D. 10月

14. 狮子座β的中文名叫？（　　）
A. 轩辕十二　　B. 贯索一
C. 五帝座一　　D. 王良四

15. 用一台25.4厘米口径的牛顿式反射望远和市面常见的天文CMOS/单反，在极限星等2.5等左右的城市里进行天文摄影。下列情况中最不可能的是？（　　）
A. 拍到火星的两颗卫星
B. 拍到参宿四表面的星斑
C. 拍到国际空间站
D. 拍到土卫六

16. 超新星SN 1006是在哪一年爆发的？（　　）
A. 公元1006年
B. 公元1054年
C. 公元1987年
D. 公元2010年

17. 夏威夷的莫纳克亚山是天文学的“圣地”之一。以下哪个望远镜不是架设在莫纳克亚山上？（　　）
A. 凯克望远镜 I/II
B. 甚大望远镜
C. 昴星团望远镜
D. 双子望远镜（北）

18. 在天王星的中纬地区，出现“昼夜变化”现象的主要原因是？（　　）
A. 天王星自转　B. 天王星进动
C. 天王星公转　D. 天卫一公转

19. 下列四个天体中，地表平均温度最高的是？（　　）
A. 月球　　　　B. 水星
C. 金星　　　　D. 谷神星

20. 一台折反射望远镜物镜口径200mm，焦距2800mm，目镜焦距20mm，它现在的放大率是？（　　）
A. 140倍　　　B. 200倍
C. 14倍　　　  D. 10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。每个备选答案在本部分中最多使用1次。

①光球层；②色球层；③日球层；④差旋层；⑤电离层；⑥对流层；⑦辐射层；⑧太阳风顶

21. A. ① B. ③ C. ⑥ D. ⑦ （　　）
22. A. ① B. ② C. ③ D. ⑧ （　　）
23. A. ④ B. ③ C. ② D. ① （　　）
24. A. ④ B. ⑤ C. ⑥ D. ⑦ （　　）
25. A. ⑤ B. ⑥ C. ⑦ D. ⑧ （　　）

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 日常观测

　　某天文社的成员们准备组织一次流星雨观测，观测日期定在流星雨极大前后两天内。社团干部准备让社员们在上半夜观测时辨认天空中的亮星与主要星座，并印发了图1-A的星图供社员们实时对照。星图对应的是北京时间11:30 AM观测地的星空，此时观测地已入夜。请结合上述信息回答26-31小题。

图1-A 北京时间11:30 AM观测地的星空

26. 星图中的哪颗亮星是行星？（　　）
A. A星　B. B星　C. C星　D. D星

27. 星图中虚线框框选的区域主要属于？（　　）
A. 海豚座　　　B. 仙后座
C. 白羊座　　　D. 巨蟹座

28. 社团组织观测的流星雨最可能是？（　　）
A. 双子座流星雨
B. 英仙座流星雨
C. 宝瓶座η流星雨
D. 白昼白羊座流星雨

29. 社团所选的观测点最可能是下面哪一项？（　　）
A. 伦敦（东经0.1度，北纬51.3度）
B. 吉布提（东经42.2度，北纬11.1度）
C. 阿鲁巴（西经70度，北纬12.3度）
D. 火奴鲁鲁（西经157.9度，北纬21.3度）

30. 观测点当晚下半夜，社员们不能观测到下列哪个天体？（　　）
A. M44　B. M57　C. M81　D. M45

31. 在该地观测流星雨时，以下哪项没必要做？（　　）
A. 准备好红光照明灯具，避免在观测场地用白光照明
B. 禁止在观测场地奔跑嬉戏
C. 不要在进行标准观测的同学附近大声聊天
D. 穿好秋裤和厚衣服，做好御寒措施

Ⅱ. 火星探测
请根据下面的科普文章与你所知道的信息，回答32-38小题。

　　十七世纪，望远镜问世。但在此后的三百多年里，人类主要借助火星冲（日地火近似呈一条直线）这样的“自然窗口”才能更清楚地看到火星表面形貌。在每26个月一次的火星冲附近，火星可以达到离地球最近的位置，许多火星表面地图，都是天文学家们基于火星冲时期的观测绘制的。
　　1840年，德国天文学家约翰·海因里希·冯·马德勒和威廉·比尔发布了第一张完整的火星地图，这也是第一张用经纬度标注地球以外行星的地图：火星的0度经线被定义在小型撞击坑艾利-0所在之处。
　　此后三十年间，也有各种版本的火星地图陆续问世，但最终一统江湖的，还是时任意大利布雷拉天文台台长的乔凡尼·斯基亚帕雷利基于1877年火星大冲时期的观测绘制的火星地图。地图中使用的诸多火星典型地貌命名被后人广泛采纳，沿用至今。
　　似乎一切都在向着越来越好的方向发展，彼时的人类虽然装备有限，但依然在一点一点增进对火星的了解。只是，谁也不知道为啥这路走着走着就走歪了。
　　从彼时的权威人士乔凡尼·斯基亚帕雷利开始，一些天文学家认为自己通过望远镜在火星表面看到了越来越多“线性沟槽”。在此后的近百年里，人们开始相信火星表面确实“阡陌交通、沟壑纵横”，这些“沟槽”是火星人为灌溉而建造的“运河”。
　　于是，这些压根不存在的“火星沟槽”又让人们与火星表面的真实形貌渐行渐远，也让“火星运河”和“火星人”的错误观念一度深入人心。有机会蒙酱再和大家展开聊聊这段“火星运河荒唐史”。
　　直到探测器时代来临，这些迷雾才终于被无可争议的观测事实所拨开。而我们的故事，就是从这里开始的。
　　如果说望远镜的发明“升级”了人类的肉眼，那探测器的登场则为人类的凡胎插上了翅膀。
　　和“想要近距离看清火星”的望远镜时代相似，想要“近距离探测火星”，依然需要等待每26个月一次的“窗口期”，只不过，这次的窗口期从“火星冲”这样“距离上的最近”（观测窗口），变为了让探测器最节省燃料的“能量上的最近”（发射窗口）。

　　每当火星相对于太阳的位置领先于地球44度角左右的时候，从地球发射的探测器经过一个椭圆轨道（也就是“地火转移轨道”）后刚好会在几个月后与火星自然相遇，这样的时机每26个月出现一次。改编自：NASA

　　在1964年的火星发射窗口里，NASA一口气先后发射了孪生机水手3号和4号。11月5日发射的水手3号，在发射阶段就遇到了一箩筐问题：探测器没能完全从头锥中弹出、太阳能板没能展开、电池耗尽……最终发射失败。
　　但正是这些问题的发现为弟弟水手4号走向人生巅峰铺平了道路。仅仅在23天后的11月28日，修复了所有已知问题的水手4号顺利发射，又在8个月后成为了人类第一个飞掠火星并传回火星照片的探测器。
　　水手4号共拍摄并传回了22张火星南半球的照片，让人类第一次近距离看到了火星表面的样子。它还对火星大气、磁场和空间环境做了初步探测。水手4号的探测结果基本打破了人类对“火星人”的幻想：相比于地球，火星大气稀薄，表面像月球那样撞击坑遍布。这里荒凉而沉寂，没有发现任何支持火星人这样的复杂智慧生命存在的证据。

（节选自《火星探测六十年：一切过往，皆为序章》，作者haibaraemily）

32. 世界多个航天机构趁着今年的发射窗口发射了火星探测器，这不包括以下哪个国家或机构的探测器？（　　）
A. 中国　　　B. 美国
C. 阿联酋　　D. 欧洲航天局

33. 之所以说2020年是火星探测器的发射窗口，是因为？（　　）
A. 2020年出现火星冲，冲日前后火星离地球很近，探测器飞行距离短，更省燃料也更快到达
B. 2020年的某一段时间，火星相对太阳的位置将适当超前于地球，使探测器能以相对节省燃料的轨道飞抵火星
C. 2020年火星过远日点，火星到地球的距离比平常更近
D. 2020年火星、地球和太阳的相对位置可让探测器途中通过引力弹弓效应加速，更快地到达火星

34. 火星冲和火星发射窗口都是约26个月出现一次，这个周期刚好是？（　　）
A. 火星和地球的会合周期
B. 火星的公转周期
C. 火星和探测器的会合周期
D. 地球和探测器的会合周期

35. 文中提到，天问一号等探测器会以椭圆轨道飞行至火星轨道上。第四届万维望远镜宇宙漫游制作大赛获奖作品《卫星的变轨》也简单地描述了这一变轨的过程。以下哪个天体位于这条椭圆转移轨道的一个焦点上？（　　）
A. 太阳
B. 火星
C. 地球
D. 以上答案皆不正确

36. 上述椭圆轨道的周期约为？（　　）
A. 1.8年　　　B. 1.4年
C. 0.7年　　　D. 0.5年

37. 下列说法中最不准确的一项是？（　　）
A. 如果不考虑成本和操作难度，理论上任何时刻都有合适的轨道让火星探测器到达火星
B. 我们可以让飞行器以双曲线轨道前往火星
C. 文中提到的地火转移轨道是飞行时间最短的轨道方案之一
D. 沿文中的转移轨道到达火星轨道的探测器，需要经过速度调整才能被火星俘获

38. 近年的火星探测为我们带来了很多关于火星的新认知，行星科学家们甚至还发现，火星地表下很可能还存在液态水。上述发现是基于分析哪个火星探测器的数据得到的？（　　）
A. 好奇号　　B. 机遇号
C. 天问一号　D. 火星快车

Ⅲ. 伽利略卫星

　　某天文社的社员打算以《利用伽利略卫星测定木星质量》为题开展研究性学习。他们通过观测木星伽利略卫星的运动，以及根据星历表确定木星的距离，估算木星的质量。图3-A是他们的部分观测记录。我们假设卫星均以圆轨道绕木星公转，根据观测记录，回答39-44小题。

图3-A 某天文社社员对木星及伽利略卫星的观测记录，图中的时间均为北京时间，观测点位于珠三角地区。字母I、E、G、C 分别代表木卫一、二、三、四。图片上方为北，右方为西。

39. 这四颗卫星中，没有与其它伽利略卫星处于轨道共振状态的是？（　　）
A. 木卫一　　　B. 木卫二
C. 木卫三　　　D. 木卫四

40. Day 11晚上21:00左右，地球、木卫三和地球之间的位置关系最接近以下哪项？（向左为东）（　　）

41. 社员们观测到木卫三在Day 10的0:00左右和木星的西边缘几乎重合，同一天4:00左右和木星的东边缘几乎重合。由该观测结果可估算出木卫三的轨道周期接近？（　　）
A. 22小时　 　B. 43小时
C. 172小时　  D. 194小时

42. 在观测木卫前，社员们还进行了视场测定。他们在关闭跟踪的状态下，观测到一颗天赤道附近的恒星用了35秒从视场中心运行到视场边缘。此时望远镜的观测视场直径为？（　　）
A. 35角秒　　B. 280角秒
C. 525角秒　 D. 1050角秒

43. 在Day 11晚上21:00，木卫三与木星中心的角距离占视场直径的1/4。又由星历表得知木星当天与地球的距离约5.6AU，木卫三的轨道半径约？（　　）
A. 2.85×10⁵km
B. 5.04×10⁶km
C. 1.07×10⁶km
D. 2.15×10⁶km

44. 木卫三的轨道周期𝑇，轨道半径𝑅，木星质量𝑀之间的定量关系为（使用国际单位制）？（　　）
A. 𝑀 = 𝑅³/𝑇²
B. 𝑀 = 4𝜋²𝑅³/𝐺𝑇²
C. 𝑀 = 4𝜋𝑅²/𝐺𝑇³
D. 𝑀 = 16𝜋𝑅²/𝐺𝑇⁴

Ⅳ. 大科学装置

　　位于未知星球上的社长通过长期观察发现，原来他一开始醒来的遗迹建筑本身，就是一个巨大的天文测量工具。
　　建筑整体沿正南正北方向建造，中间是一条贯穿南北的平整的大道，最南端建有一座高塔，塔顶是一座只有一堵墙的祭坛。祭坛的墙朝向南方，开有一个左右宽，上下窄的长方形的透光孔，长方形所在平面垂直于南北方向。每天太阳上中天时，阳光会通过这个孔，在大道上照出一个长方形的光斑。大道上有12条用黑曜石砖铺成的标示线，它们的分布并不均匀。从光斑落在离塔最远的一条黑曜石线起算，太阳黄经每改变30°，光斑都会精准地落到另一条黑曜石线上，而且光斑只会在离塔最远和最近的黑曜石线之间移动。
　　通过三角测量，社长估算出塔顶的长方形透光孔高度约160米，最远的黑曜石线离透光孔正下方约108米，最近的黑曜石线离透光孔正下方约34米。
　　请根据以上信息回答45-50小题。

45. 高塔、大道和黑曜石线构成的装置最可能是？（　　）
A. 赤道式日晷　B. 圭表
C. 经纬仪　　　D. 墙仪

46. 根据故事背景，黑曜石条线均落在高塔的北边，这说明遗迹位于星球的？（　　）
A. 北回归线以北
B. 北回归线以南，赤道以北
C. 南回归线以北，赤道以南
D. 南回归线以南

47. 当方形光斑照到离高塔最远的黑曜石线上时，那天接近星球上的？（　　）
A. 夏至　B. 立冬　C. 冬至　D. 立春

48. 社长所在行星的黄赤夹角约？（　　）
A. 12°　B. 17°　C. 23°　D. 30°

49. 春分和秋分对应的黑曜石线离夏至对应的黑曜石线距离约？（　　）
A. 92米　B. 68米　C. 37米　D. 34米

50. 下列观点中最不准确的一项是？（　　）
A. 长时间来看，行星进动带来的测量误差可以忽略
B. 遗迹所在地的约在北纬23°地区
C. 该星球能出现极昼和极夜现象的地区的纬度范围比地球的窄
D. 该装置也可用于粗测上中天天体的地平高度

参考答案（低年组）

1-10. BCADC BBBAA

11. D。我们日常用的平太阳时每天长度恒定。但真太阳时受黄赤夹角和公转轨道非正圆两个因素影响，每天长度不一样。真太阳上中天时，时角为零，真太阳时为12时，但平太阳时可能会早于或晚于12时。

12. C

13. 北落师门是秋季的亮星，可判断最佳答案是D。

14. C。五帝座一、大角星和角宿一组成著名的春季大三角，是我们辨认星空的起点之一。

15. B。参宿四的星斑大小远小于望远镜的分辨率，哑铃星云中心的白矮星在14等左右，拍摄星云的过程中用10英寸（25.4厘米）口径的望远镜拍摄星云的时候完全有可能拍到白矮星。

16. A。超新星的命名规则：SN（Supernova）+ 爆发年份。

17. B

18. C。天王星黄赤夹角达97.8°，几乎“躺着”绕太阳公转，极昼和极夜区覆盖行星表面大部分区域。其昼夜变化由公转主导。

19. C。金星有着非常浓厚的以二氧化碳为主要成分的大气，表面温度可达470摄氏度以上，昼夜温差可以忽略。离太阳最近的火星白昼温度可达430摄氏度，夜间温度降至零下180摄氏度左右。最佳选项是金星。

20. A

21-25. CBDAC 差旋层位于辐射层和对流层之间的过渡区，往内的辐射层有着较均一的自转速度，往外的对流层则呈现较差自转，即赤道地区自转较快，随着纬度增高自转变慢。天文学家认为差旋层和太阳磁场有着非常密切的关系。

26. 由冬季六边形可推知D位于秋季星座的片区，这里应该没有亮星，且D刚好在黄道星座内，可推知D是行星。

27. C

28. 冬季极大的流星雨选项里只有A。

29. C。双子座流星雨极大在12月13-14日前后，由经验可知在冬至日前后地方时子夜时分，作为季节特征的冬季六边形接近上中天，13-14号出现类似的星空比冬至日晚40分钟左右。由六边形到子午线的距离大致判断出星图观测时间应该在当地子夜前1-2小时左右（10点-11点左右），对应北京时间11:30 AM，观测点经度应与东经120°相差180°再往西一点，即西经60°再稍偏西。结合北极星的高度，可排除AD，得出答案C；亦可根据时差（15°对应1小时）排除答案D，得C。

30. B。M57位于天琴座（夏季星座），当天很难看到，只在日落后一小段时间出现在天空。

31. D。根据实际情况安排观测计划和道具。观测点在热带地区。

32. D。Mars 2020已经多次在火星发射窗口前宣布推迟。

33. B。文中已提到，要通过相对节省燃料的霍曼轨道达到火星，在地球轨道上变轨时地球（航天器）与火星之间的夹角要在44°左右，满足这个条件时就是火星探测器的发射窗口。

34. A。火星、地球和太阳两次回到相近的相对位置的时间间隔，称为火星和地球的会合周期。

35. A。脱离的地球引力控制的飞行器在飞往火星的过程中将受太阳引力影响，以椭圆轨道绕太阳运动。根据开普勒第一定律，太阳在轨道的焦点上。

36. B。这条轨道远日点在火星轨道上，近日点在地球轨道上，已知地球轨道半径和火星轨道半径约为1AU和1.5AU，转移轨道的半长轴𝑎=1AU+1.5AU/2=1.25AU。由开普勒第三定律可得上述轨道的周期：

从地球轨道到火星轨道要飞行半个轨道周期，所以飞行时间𝑡=𝑇/2=0.7𝑦𝑟

37. C。只要转移轨道和火星轨道相交，理论上就能到达火星，不考虑燃料和技术难度，高速以直线奔赴火星也是可以的。霍曼轨道是一种相对省燃料的方案，但不省时间。

38. D

39. D。轨道共振是这些卫星的轨道周期成整数比的关系，木卫一，木卫二，木卫三处于1:2:4的轨道共振当中，该比值即它们绕木公转的周期比。本题考察对伽利略卫星背景知识的了解的广度。

40. 由图中可看出，木卫三（G）在Day 11晚上21:00-22:00没有明显移动，前后两天的观察中，一小时内木卫三的位置都有明显变化，同时前后两天木卫三与木星的角距离先增大，后减少，Day 11 21:00-22:00左右到达最远。可知这是木卫三到轨道在视平面上投影的最远端，此时木卫三与木星的连线近似垂直于视线方向，而且由图可知木星在木卫三西边。答案选A。

41. Day 10的0:00木卫三正相对木星自西向东运动，它与木星圆面中心的连线平行于视线方向时，时间应接近它接触木星圆面西端和东端时刻的中点，即Day 10的2:00左右。从上述时刻运行到木星东边离木星最远点（Day 11 21:30左右），需要约1/4个周期。21.5h+22h/(1/4)=174h。最佳答案为C。

42. D。这是一种测量望远镜视场的常用方法。恒星周日视运动主要是由于地球自转导致的，地球24小时转360°，所以1小时转15°，1分钟转15′，1秒钟转15″。天赤道附近的恒星单位时间内的角位移恰好也是这个值。所以根据恒星从视场中心运动到边缘的时间就能算出视场大小。望远镜视场直径=35秒×15″/秒×2=1050″。

43. C。当天木星和木卫三的角距离为1050″/4=262.5″≈1.27×10^-3rad。由40小题的几何位置可知此时的角距离对应了轨道的角半径。所以轨道的物理半径约为𝑟=1.27×10^-3rad×5.6AU ≈1.07×10⁶km。

44. 国际单位制下，开普勒第三定律的形式为：

可推得答案B。也可根据圆周运动的规律推导。

45. B。根据描述，该仪器的结构和工作方式如图所示。该仪器是一个圭表。

现实中的圭表

46. A。正午日影一直指北，证明太阳直射点一直位于观测点南方。由地理常识可知太阳直射点最北可到北回归线，说明观测点在北回归线以北。

47. C。太阳高度角越大，影子越短。高塔的结构使得光斑只有在接近正午时才会照到黑曜石线上，北回归线以北地区正午太阳高度角在夏至最大，冬至最小。所以那天接近冬至。

48. 光孔的高度h，光斑到光孔的水平距离L，以及太阳高度角θ有如下关系：

𝐿 = ℎ/ tan 𝜃

　　由题目信息可知夏至日光斑的水平距离为34米，冬至日光斑的水平距离为108米，光孔高度160米。这两天的正午太阳高度角分别为：
56°。

　　设黄赤夹角为𝜀，当地纬度为𝜑，夏至的冬至的正午太阳高度角分别为𝜃_夏 = 90° − 𝜑 + 𝜀和𝜃_冬 = 90° − 𝜑 − 𝜀。所以𝜑 = 90° − (𝜃_夏 + 𝜃_冬)/2，𝜀 = (𝜃_夏 − 𝜃_冬)/2。解得𝜑 = 23°，𝜑 = 𝜀 =11°。最佳答案是A。

49. D。春秋二分太阳位于天赤道，此时太阳正午地平高度𝜃=90°−𝜑=67°。所以𝐿=160/tan67°≈68米。和夏至日光斑所在的位置距离为68米-34米=34米。

50. 经过上面的计算，可知B正确。该星球黄赤夹角比地球的小，所以C正确。该表到塔的水平距离，光孔中露出的天区的地平高度会发生变化，方位大致保持正南正北，故D也准确。A选项描述含糊。长期看，行星进动会导致黄赤交点产生显著变化，北天极相对恒星背景也会有位移，这对天文测量当然会有严重的影响；但要注意一点，进动不会显著影响北天极在当地出现的方位和地平高度，我们依然可以利用该仪器测定当时的春分、秋分、冬至和夏至等节气的出现时刻。综合而言，A最不准确。

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2020年广东省中小学生天文知识竞赛试题（高年组）

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100分钟。
4、本场考试允许使用不具编程功能的计算器。
5、考试过程中不得切出考试页面，否则平台将自动收卷。
6、比赛结果在广东天文学会网站和微信公众号公布。

Part 1. 天文热点

1. 我国首个自主发射的火星探测器“天问一号”计划于何时入轨火星？（　　）
A. 2020年12月底左右
B. 2021年2月底左右
C. 2021年5月中左右
D. 2022年7月底左右

2. 2020年的诺贝尔物理学奖分别颁发给罗杰·彭罗斯、莱因哈特·根策尔和安德烈娅·盖兹。其中彭罗斯获奖的理由是“发现黑洞形成是广义相对论的一个预言”，那根策尔和盖兹获奖的理由是？（　　）
A. 发现银河系中心的超大质量致密天体
B. 发现第一颗环绕类太阳恒星运动的系外行星
C. 验证了引力波的存在
D. 发现了一种测量宇宙大尺度结构的探针

3. 2020年2月，欧航局和美航局合作的项目SolO探测器顺利升空。SolO的探测对象是？（　　）
A. 水星　B. 金星　C. 月球　D. 太阳

4. 2020年9月14日，《自然·天文》杂志上发表了Jane Greaves教授等人的研究成果，它们发现了金星大气中存在着生物标志物__________，但后续研究表明，该结果可能不准确。（　　）
A. 硫化氢　　　B. 氧化氢
C. 磷化氢　　　D. 氟化氢

5. 2020年7月，一颗“黑马”彗星亮度达到2等以上，吸引了很多爱好者拍摄。这颗彗星是？（　　）
A. C/2019 Y4 (ATLAS)
B. C/2020 F8 (SWAN)
C. C/2020 F3 (NEOWISE)
D. C/2019 U6 (Lemmon)

6. 2020年，我国境内能观测到下列哪种天象？（不含半影月食）（　　）
A. 月全食　　　B. 月偏食
C. 日全食　　　D. 日环食

7. 2020年4月24日是我国首个人造卫星“东方红一号”成功发射_______周年。（　　）
A. 40　B. 50　C. 60　D. 70

8. 北京时间2020年10月21日，OSIRIS-Rex（冥王号）探测器对小行星_______进行了首次采样。（　　）
A. 龙宫　B. 贝努　C. 糸川　D. 灶神星

9. 2019年年底，一颗本来位列全天前20亮星的恒星亮度持续下降，甚至一度跌出前20亮星排名。2020年年初，它的亮度又恢复了。这颗恒星是？（　　）
A. 参宿四　　　B. 参宿七
C. 毕宿五　　　D. 北河二

10. 以下哪个天象在2020年11月出现？（　　）
A. 水星西大距　B. 木星冲
C. 金星东大距　D. 土星合木星

Part 2. 基础知识

11. 本地恒星时等于本地_________
A. 秋分点的时角
B. 秋分点的赤经
C. 春分点的时角
D. 春分点的赤经

12. 农历一个月的时间长度接近一个_________
A. 朔望月　　　B. 恒星月
C. 近点月　　　D. 交点月

13. 一位在珠三角的同学在他生日那天的北京时间22:00看到北落师门上中天，这位同学最可能在哪月生日？（　　）
A. 1月　B. 4月　C. 7月　D. 10月

14. 以下哪项属于激变变星？（　　）
A. 新星
B. 蒭藁型变星
C. 大陵型变星
D. 盾牌座δ型变星

15. 用一台25.4厘米口径的牛顿式反射望远和市面常见的天文CMOS/单反，在极限星等2.5等左右的城市里进行天文摄影。下列情况中最不可能的是？（　　）
A. 拍到火星的两颗卫星
B. 拍到参宿四表面的星斑
C. 拍到国际空间站
D. 拍到哑铃星云中心的白矮星

16. 一颗表面温度11600K的恒星，光度是太阳的100倍。它的半径是？（R_⊙是太阳半径）（　　）
A. 0.4R_⊙　B. 1R_⊙　C. 2.5R_⊙　D. 5R_⊙

17. 夏威夷的莫纳克亚山是天文学的“圣地”之一。以下哪个望远镜不是架设在莫纳克亚山上？（　　）
A. 凯克望远镜 I/II
B. 甚大望远镜
C. 昴星团望远镜
D. 双子望远镜（北）

18. 唐代李贺的《塞下曲》中有这样一句：“秋静见旄头，沙远席羁愁。”文中的“旄头”其实是一个深空天体，它在中国文化中常代表外敌。这个天体就是？（　　）
A. 鬼星团　　　B. 昴星团
C. 蟹状星云　　D. 天狼星

19. 木星最主要的成分是？（　　）
A. 碳　B. 氮　C. 氦　D. 氢

20. 一台折反射望远镜物镜口径200mm，焦距2800mm，目镜焦距20mm，它现在的放大率是？（　　）
A. 140倍　　　B. 200倍
C. 14倍　  　　D. 10倍

Part 3. 观测与应用

Ⅰ. 日常观测

　　某天文社的成员们准备组织一次流星雨观测，观测日期定在流星雨极大前后两天内。社团干部准备让社员们在上半夜观测时辨认天空中的亮星与主要星座，并印发了图1-A的星图供社员们实时对照。星图对应的是北京时间11:30 AM观测地的星空，此时观测地已入夜。请结合上述信息回答21-26小题。

图1-A 北京时间11:30 AM观测地的星空

21. 星图中的哪颗亮星是行星？（　　）
A. A星　B. B星　C. C星　D. D星

22. 星图中虚线框框选的区域主要属于？（　　）
A. 海豚座　　　B. 仙后座
C. 白羊座　　　D. 巨蟹座

23. 社团组织观测的流星雨最可能是？（　　）
A. 双子座流星雨
B. 英仙座流星雨
C. 宝瓶座η流星雨
D. 白昼白羊座流星雨

24. 社团所选的观测点最可能是下面哪一项？（　　）
A. 伦敦（东经0.1度，北纬51.3度）
B. 吉布提（东经42.2度，北纬11.1度）
C. 阿鲁巴（西经70度，北纬12.3度）
D. 火奴鲁鲁（西经157.9度，北纬21.3度）

25. 观测点当晚下半夜，社员们不能观测到下列哪个天体？（　　）
A. M44　B. M57　C. M81　D. M45

26. 关于图1-A星图的星空，下列说法中正确的一项是？（　　）
A. 仙女座大星系出现在西北方天空
B. 北河二没出现在天空中
C. B星是组成“春季大圆弧”的恒星之一
D. 流星雨的辐射点还没升起

Ⅱ. 月掩星

　　月球在围绕地球运行期间，经常会掩蔽背景的恒星，有时还会遮掩太阳系内的行星和小天体。月掩星观测有助于我们精确测量月球地形，发现望远镜难以观测的密近双星。2021年4月17日将发生一次月掩火星天象，本次掩星我国南方部分省市可见。图2-A是这次掩星可见区域预报，图2-B是海口市的详细预报表。请根据预报回答27-34小题。

图2-A 2021年4月17日月掩火星掩星带

图2-B 海口市掩星预报信息

27. 以下哪个城市看得到此次掩星现象？（　　）
A. 漠河
B. 上海
C. 乌鲁木齐
D. 以上选项都不正确

28. 此次月掩火星事件，在海口能够观测多长时间？（　　）
A. 21小时51分29.5秒
B. 15分07秒
C. 30分14秒
D. 60分28秒

29. 掩星发生时，北京时间大约是22点。在图2-A中，东经约70度的经线以西的掩星带南北两侧都以虚线标注，你认为这代表了什么意思？（　　）
A. 掩星带该区域将发生火星掩月球
B. 掩星带该区域火星由月球暗面掩入
C. 掩星带该区域还未月出
D. 掩星带该区域还未日落

30. 掩星带东西两端各有一个椭圆标识的区域，著名旅游胜地巴厘岛就位于此次掩星带东侧的标识区域内。这个两个椭圆代表了什么意思？（　　）
A. 该区域内无法看到月掩火星
B. 该区域内无法看到月掩火星的全过程
C. 该区域内只能看到月掩火卫
D. 该区域内过往气象记录不佳，不适宜观测

31. 在掩星带的南北界线附近，可以看到一种特殊的掩星现象：掠掩。此次月掩火星，我国西藏、云南、广西和广东多地都可以观测到掠掩现象，火星将在被月面边缘掠过的过程中会多次消失和再现。请问掠掩现象的成因是什么？（　　）
A. 火星表面不同区域反照率的差异
B. 火星被嫦娥5号的轨道器和返回器掩食
C. 月球地形起伏不平
D. 大气扰动

32. 在掩星观测中，计时是一个重要的工作。准确的计时结果，能够帮助天文学家精确测量星体的大小、位置，确定月球的轨道、地形。在计时前，需要先对时，请问以下哪种对时方式不可以应用于掩星观测中？（　　）
A. 利用中央电视台的整点报时对时
B. 使用GPS对时
C. 国家授时中心短波信号对时
D. 国家授时中心NTP服务器网络对时

33. 下列说法正确的是？（　　）
A. 在月球亮面发生的掩始/掩终现象更容易被测准发生时刻
B. 月掩星的食带宽度取决于月相
C. 月掩星现象的持续时间可超过1小时
D. 我们可以去非洲中部观看本次月掩火星

34. 2024年8月10日，将发生月掩角宿一，我国观测条件良好。假设在观测此次掩星时，在小图同学所在的观测点，角宿一恰好通过月面中心点。假如小图发现角宿一并非突然消失，而是在”先变暗、再消失”。角宿一首先由1.04等下降至3.04等，最后再迅速消失。请问根据小图的观测，梦想成为小小天文学家的你能够得出什么结论？（　　）
A. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为1.22等、3.04等
B. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为1.04等、1.22等
C. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为1.04等、3.04等
D. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为2.00等、3.04等

Ⅲ. 火星探测器

　　霍曼转移轨道是一种相对节省燃料的空间飞行轨道。前往外行星的探测器在恰当的时机变轨，脱离地球的引力控制，并以近日点在地球轨道上，远日点在目标行星轨道上的椭圆轨道绕太阳运动。当飞行器到达远日点时，目标行星刚好到达同一位置，飞行器调整速度，让目标行星俘获，开展探测任务。第四届万维望远镜宇宙漫游制作大赛获奖作品《卫星的变轨》也简单地描述了这一变轨的过程。“天问一号”的地火转移轨道也近似是一条霍曼转移轨道，现假设地球轨道和火星轨道均为圆轨道，回答35-43小题。

35. 地—火霍曼转移轨道的轨道半长轴约为？（　　）
A. 1 AU　　　B. 1.25 AU
C. 1.5 AU　　 D. 2.5 AU

36. 探测器沿上述轨道从地球轨道出发到达火星轨道约需要多长时间？（　　）
A. 1.8年　　　B. 1.4年
C. 0.7年　　　D. 0.4年

37. 探测器从地球轨道上变轨进入霍曼转移轨道（绕行方向与地球公转方向相同）前往火星时，根据你的估算，日火与日地连线的夹角约？（　　）
A. 36°　B. 43°　C. 56°　D. 84°

38. 由第37小题可知，从以霍曼转移轨道前往火星有一个严格的时间窗口。这个时间窗口大约多久出现一次？（　　）
A. 300天　　　B. 610天
C. 780天　　　D. 920天

39. 世界多个航天机构趁着本次发射窗口在2020年发射了火星探测器，这不包括以下哪个国家或机构的探测器？（　　）
A. 中国　　　　B. 美国
C. 阿联酋　　　D. 欧洲航天局

40. 近年的火星探测为我们带来了很多关于火星的新认知，行星科学家们甚至还发现，火星地表下很可能还存在液态水。上述发现是基于分析哪个火星探测器的数据得到的？（　　）
A. 好奇号　　　B. 机遇号
C. 天问一号　　D. 火星快车

　　霍曼转移轨道虽然节省燃料，但探测器飞行时间较长。如果不担心燃料和载荷的问题，我们可以设计更快到达火星的线路。例如可沿图3-A所示的抛物线轨道飞行。抛物线的顶点位于地球轨道上。

41. 沿上述抛物线转移轨道飞行的探测器在近日点附近相对太阳的速度约为？（　　）
A. 42 km/s　　B. 30 km/s
C. 20 km/s　　D. 11 km/s

42. 在飞行器沿抛物线轨道飞行的过程中，下列哪项近似不变？（　　）
A. 太阳与探测器的连线在单位时间内扫过的面积
B. 探测器与太阳的引力势能
C. 探测器相对太阳的角速度
D. 探测器和太阳之间的引力

43. 探测器从地球轨道飞行到火星轨道耗时约？（提示：①焦点在(𝑝/2, 0)的抛物线的标准方程为2𝑝𝑦 = 𝑥²；②抛物线𝑦 = 𝑎𝑥²，𝑥 = 𝑏和𝑥轴三者所围图形面积𝑆 = 𝑎𝑏³/3）（　　）
A. 40天　　　B. 70天
C. 110天　　 D. 137天

图3-A 一种抛物线转移轨道方案。探测器以顶点在地球轨道上的抛物线轨道飞行，箭头表示探测器的飞行方向。

IV. 观测突破

　　在过往的比赛中我们提到，到达了未知星球的某天文社社长已经和该星球上的文明开展了交流。最近，社长了解到这个星球上存在一种神奇的植物，当地人称为“星河草”。这种植物可以富集铝元素，并在阳光过于猛烈时大量生成一种高反射率物质，让叶片反射过多的阳光。当地文明从星河草中提取这种物质做成高反射率涂料，制作镜子等物品。
　　社长在一块岩石上磨制出半径为1.92m，横截面直径为10cm的凹球面，并均匀涂上反光液体，再把一片平面镜和一片凸透镜放在支架上做成一台反射望远镜。凸透镜的焦距16mm。当社长用望远镜观测一颗2等的行星时，发现能看清它圆形的轮廓，此时这颗天体的圆面刚好一半明亮一半黯淡无光。假设行星的公转轨道与社长所在的星球的公转轨道共面，且都以圆轨道绕恒星S公转，请结合已知信息回答44-50小题。

图4-A 行星与观测者的位置关系图（未按真实比例和角度作图）。社长位于星球O观测另一颗行星P，行星P被恒星S照亮。𝑟、𝑏和𝑑分别表示恒星和行星P，恒星和星球O，星球O与行星P的距离。夹角𝛼称为相位角，夹角𝜃是行星与太阳之间的角距离。

44. 该行星此时的相位角为（相位角的定义见图4-A）？（　　）
A. 0°　B. 30°　C. 90°　D. 135°

45. 此时行星P与恒星S的角距离为30°，行星P与星球O的轨道半径之比𝑟/𝑏为？（　　）

46. 关于该行星P的亮度，以下哪项说法有误？（　　）
A. 该行星亮度的与恒星S的光度有关
B. 该行星的亮度与行星表面物质成分有关
C. 该行星的亮度与𝑟²成正比
D. 该行星的亮度正比于1/𝑑²

　　行星表面的反照率也会影响行星的亮度，天文学上常用的反照率有两种：邦德反照率𝐴和几何学反照率𝑝。邦德反照率是行星反照回空间的总辐射能量和入射行星截面的总辐射能量之比，但我们计算行星亮度时，由于要考虑行星相位的影响，更多是用到几何学反照率𝑝。行星的亮度𝐹 ∝ 𝑝Φ(𝛼)。其中相函数0 ≤ Φ(𝛼) ≤ 1，反映了相位对亮度的影响，并规定Φ(0) =1。取

47. 现在我们给出行星亮度的具体表达式。设行星的横截面积为𝐴。根据上面的分析对选项进行排除，可知行星的亮度与在星球O处测得的恒星S亮度𝐹₀（大气外亮度）之比为？（　　）

48. 设社长所在星球上测得的恒星S的视星等为𝑚₀，行星的视星等𝑚可表示成？（　　）

49. 当相位角𝛼 = 45°，行星的视星等将变成？（　　）
A. 0等　B. 1.0等　C. 1.4等　D. 2.3等

50. 该行星与社长所在的星球均自西向东绕恒星S运动，下列说法正确的是（注意观测点在星球O上）？（　　）
A. 该行星的亮度峰值将出现在西大距之后，上合之前的某个时刻
B. 该行星冲日当天亮度上升至最高值
C. 该行星上合当天亮度最大
D. 该行星的亮度峰值将出现在东大距之后，下合之前的某个时刻

参考答案（高年组）

1-12. BADCC DBBAA CA

13. 北落师门是秋季的亮星，可判断最佳答案是D。

14. A。激变变星是由于恒星自身物理原因出现爆发，导致亮度骤增的一类天体。绝大多数的新星是因双星系统中的白矮星吸收来自伴星红巨星的物质，触发剧烈的热核反应而出现的。所以新星是一类激变变星。

15. B。参宿四的星斑大小远小于望远镜的分辨率，哑铃星云中心的白矮星在14等左右，拍摄星云的过程中用10英寸（25.4厘米）口径的望远镜拍摄星云的时候完全有可能拍到白矮星。

16. 我们可近似把恒星看成黑体。恒星光度𝐿 ∝ 𝑅²𝑇⁴，这里𝑅是恒星半径，𝑇是恒星表面（光球）温度。太阳表面温度约5800K，题中恒星的表面温度约为太阳表温温度的2倍。根据比例关系可得答案为C。

17. B

18. 天狼和昴在传统文化中都有指代外敌的意思，题目提到了深空天体，D可排除，答案为B。此外，蟹状星云在公元1054年北宋时期的超新星爆发中形成，在唐代还不存在，且肉眼还不可见，亦可排除。

19. D

20. A

21. D。由冬季六边形可推知D位于秋季星座的片区，这里应该没有亮星，且D刚好在黄道星座内，可推知D是行星。

22. C

23. 冬季极大的流星雨选项里只有A。

24. 双子座流星雨极大在12月13-14日前后，由经验可知在冬至日前后地方时子夜时分，作为季节特征的冬季六边形接近上中天，13-14号出现类似的星空比冬至日晚40分钟左右。由六边形到子午线的距离大致判断出星图观测时间应该在当地子夜前1-2小时左右（10点-11点左右），对应北京时间11:30 AM，观测点经度应与东经120°相差180°再往西一点，即西经60°再稍偏西。结合北极星的高度，可排除AD，得出答案C；亦可根据时差（15°对应1小时）排除答案D，得C。

25. B。M57位于天琴座（夏季星座），当天很难看到，只在日落后一小段时间出现在天空。

26. A

27. D。由掩星带可知我国只有海南、广西和广东等部分低纬地区可见。

28. B。根据表格数据，由掩终时刻减掩始时刻即可得。

29. D

30. B。东边的是带食月落区，西边的是带食月出区。

31. C。在月轮边缘，由于月球山峰峡谷的影响，我们可会看到不同的山峰轮番掩盖后面的天体，使天体多次消失和再现的现象。通过恒星消失和再现的时间，我们可以估算这些山峰的宽度。

32. A

33. C。月球亮面的亮度越大于行星或恒星，当它们接近月球亮面时不容易测准；月掩星的食带宽度取决于月球视直径和它投影的方向，与月相无关；在非洲中部位于掩星带的虚线范围内，由29小题可知掩星发生时当地是白天，无法观测。月球每天东移13.2°左右，平均每小时33角分，月球视直径约30角分，所以月球相对恒星背景移动一个月球视直径大约1小时。加上地球自转（视差）和月球椭圆轨道等因素影响，地球上固定观测者看到月球移动一个月球视直径的时间可大于1小时，即月掩星持续时间可以超过1小时。

34. 角宿一是颗双星，两次亮度下降的原因是先掩了其中一颗子星1，后两颗都被掩。设两子星亮度分别为𝐹1和𝐹2，由普森公式可知未被掩时大角星视星等𝑚=-2.5lg(𝐹₁+𝐹₂)+𝐶，子星1被掩后，只余子星2的光，所以大角星的视星等即子星2的视星等𝑚₂=-2.5lg𝐹₂+𝐶。

35. B。霍曼轨道如下图所示，该轨道远点在火星轨道上，近点在地球轨道上，太阳位于焦点上。根据椭圆几何性质可知轨道半长轴约𝑎=1.5AU+1AU/2=1.25AU。参赛者需事先了解日火距离和日地距离。

36. C。由开普勒第三定律可得上述轨道的周期：

从地球轨道到火星轨道要飞行半个轨道周期，所以飞行时间𝑡=𝑇/2=0.7𝑦𝑟

37. B。当飞行器到达火星时，火星必须同时到达霍曼转移轨道的远点，飞行器才能与火星相遇，变轨被火星俘获。这就要求发射时预留一个“提前量”，在火星发到达交汇点之前发射飞行器。火星公转周期𝑇_火用1.5 AU轨道半长轴和开三估算结果为671天，准确值约687天。但这个差异并不影响我们的粗略估算。以现场估算的671天为例，已求得飞行时间为0.7𝑦𝑟 ≈ 255天，这段时间内日火连相对日地转过的角度为360° × 255/671 ≈ 137°，由几何关系知发射时日地连线和日火连线的夹角为180°−137°=43°。根据估算条件的差异，结果一般在44°左右。

38. 要以霍曼轨道到达火星，发射时火星、地球和太阳的相对位置有严格要求。三者两次到达相似的相对位置所需要的时间即火星和地球的会合周期。火星和地球的会合周期𝑇_会 = 𝑇_火𝑇_地 / (𝑇_火 − 𝑇_地)，𝑇_火用1.5 AU轨道半长轴和开三估算结果为671天，准确值约687天，对应会合周期分别为800天和780天。均可得出答案C。

39. D。Mars 2020已经多次在火星发射窗口前宣布推迟。

40. D

41. A。抛物线轨道和地球轨道的交点刚好是近日点，速度方向与平行于该点的切线，速度大小即地球轨道上的逃逸速度42km/s。

42. A。开普勒第二定律的本质是系统角动量守恒，无论轨道是抛物线、双曲线还是椭圆，均遵从这一规律。

43. B。在近地点，探测器速度42km⁄s ≈ 8.8AU⁄yr，探测器与太阳连线在单位时间内扫过的面积为：

只要知道图3-A中阴影部分的面积𝑆，即可知道扫过这块面积所需要的时间（飞行时间）∆𝑇。

　　图3-A已把抛物线轨道和地球公转轨道交点作为原点建立了直角坐标。以天文单位作为长度单位，该坐标中火星轨道的轨迹方程为：

𝑥² + (𝑦 − 1)² = 2.25

抛物线轨道的轨迹方程为：

4𝑦 = 𝑥²

联立两式解得。根据物理实际舍去𝑥的负数解，可知火星轨道与抛物线转移轨道的交汇点坐标为。由坐标轴，和太阳—交汇点连线构成的梯形面积为。根据提示，抛物线，𝑥轴和构成的图形面积为
所以

根据开普勒第二定律

提示中抛物线焦点（𝑝/2, 0）不准确，应为（0, 𝑝/2）。考虑图3-A与抛物线方程均正确，且根据抛物线的基本性质可判断标准方程，曲线开口和焦点位置的关系，对解题不造成根本性的影响。本题可正常得分。

44. C。3个天体的几何关系如下图所示，只有相位角为90°时，视平面才刚好同时平分亮区和暗区。

45. A。𝜃 = 30°时，sin 𝜃 = 𝑟/𝑏 = 1/2

46. C。行星亮度正比于行星P所在位置恒星S的辐射流𝐹₀ = 𝐿/4𝜋𝑟²（𝐿是恒星光度），正比于它的反照率，反比于𝑑²，正比于行星的接收面积𝐴（横截面积）。其中反照率和地表物质化学成分、地形、大气等因素有关。

47. 由46小题提到的比例关系可排除，得出答案为A。

48. B。根据普森公式

49. C。两行星的运行轨道都是圆轨道，所以𝑏和𝑟都是常数。已知

　　由正弦定理可得𝛼 = 45°时，，𝜃 ≈ 20.7°，∠𝑃𝑆𝑂 = 114.3°。再次应用正弦定理，得，𝑑′² ≈ 6.65𝑟²。

　　当𝛼 = 90°时，

　　由48小题答案可知𝛼 = 45°视星等

评卷分析：
　　按选择最接近答案的原则，本题应选D，但D选项亮度低于2等，会影响50小题亮度极大时刻的判断。视星等与相位角的关系如下面两图所示，上图是相位角0°-100°范围的局部放大，解题中需要计算的数据点以及题目作为条件给出的数据点已用红叉标注。上合与大距之间，行星亮度不会低于2等，大距之后亮度会一直变暗。图中给出的亮度极大值出现在相位角62°左右。若以α=45°时，视星等为2.3等为判据，有可能造成上合时亮度最高的误判。
　　在正确的计算中，虽然相位角在0°和45°时亮度差异很小（α=0°，m=1.95），但起码可说明相位角0°增大到90°过程中，亮度整题趋势在下降。如果有亮度极大值点存在，也应该在大距和上合之间出现。
　　本题可考虑取消计分，50小题可通过运算结果排除选出，可保留。

50. 上合当天的亮度约1.95等，比1.93等稍暗，排除C。内行星不存在冲，可以排除B。𝛼 = 45°到𝛼 = 90°亮度在下降；𝛼 = 0°到𝛼 = 45°亮度缓慢增加，又从几何分析可知𝛼 = 90°时恰好大距，所以上合和大距之间存在一个亮度极大点。答案A最符合分析结果。

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2020年广东省中学生天文知识竞赛复赛试题（低年组 实测与理论部分）

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、参赛选手请将答案填写在答题纸的有效答题区域上，在本试卷上的作答结果按无效处理。比赛结束时将回收答题纸（草稿纸）。
3、每张A4答卷的开头都有“答题纸□ 草稿纸□”标识，除了首张答卷外，选手可根据需要自由选择每张空白答卷的用途。所有用作答题纸的答卷都要在“答题纸□”的方框中打“√”，并按作答顺序标上页码。所有用作草稿纸的答卷都要在“草稿纸□”的方框中打“√”。废弃的答题纸需把“√”涂抹掉。
4、全卷总分100分，答题时间90分钟。
5、考试结束前30分钟方可交卷离场。交卷时答题纸按顺序放置在上方，草稿纸和废弃的答题纸放置在下方。
6、本场考试允许使用不具编程功能的科学计算器。

1. 红巨星支上端（共32分）
　　中低质量恒星在核心的氢燃尽后，将进入红巨星阶段，此时恒星的能量主要来自包围致密氦核（未燃烧）的氢燃烧壳层。随着氦核质量不断增长，恒星将沿着赫罗图上的红巨星支（Red Giant Branch）上移，直到氦核的质量达到临界，触发“氦闪”，恒星从红巨星支跳转到赫罗图的高温端，这使得恒星在赫罗图上的演化轨迹显得不连续，红巨星支存在一个上顶点，称为红巨星支上端（Tip of the Red Giant Branch，简称TRGB）。在I波段，TRGB的绝对星等约-4等，可充当标准烛光。

1.1 图1-1是一颗1倍太阳质量恒星在赫罗图上的等龄线（可看作恒星的演化轨迹）。请在答题纸上的图片里作以下标注：在红巨星支旁边标注“RGB”；用“●”标出红巨星支上端的位置，并在旁边标注TRGB。（6分）

图1-1 1倍太阳质量恒星的演化轨迹。

1.2 Hatt等人利用哈勃望远镜上的先进巡天照相机广域通道（ACS/WFC）的测光数据，通过TGRB法测量NGC 1148和NGC 1316的距离（Hatt et al.2018），相关信息总结在表1-1中。请估算NGC 1316的真距离模数和距离。（12分）

表1-1 NGC 1148和NGC 1316的部分测光信息。其中𝑚_TRGB是两天体在I波段中TRGB观测视星等，𝐴_F814W是𝑚_TRGB所在波段的消光。（Hatt et al.2018）

图1-2

1.3 图1-2是用ACS/WFC数据绘制的赫罗图（Hatt et al.2018），箭头和红线标出了计算机程序判断的TRGB所在位置。在TRGB周围和上方，还有很多零散分布的非RGB恒星样本干扰我们的判断。参考图1-1，这些干扰样本可能主要是什么恒星？（6分）

1.4 假设GAIA卫星能测出0.15毫角秒的周年视差，它能不能通过三角视差法直接测量NGC 1316或星系内的亮星的距离？（8分）

2. 月亮的颜色。（共24分）

2.1 简单说明为什么有时明明没发生月食，刚升起来的月亮却是红色的，但升高后就变成黄白色？（16分）

2.2 有时人们还会说某个月里将出现“蓝月亮”（天文术语）。简述什么是“蓝月亮”。（8分）

3. 星历表（共44分）
　　下表是太阳系某行星的星历表。请根据表中的信息回答下列问题。

3.1 绘制该行星的地平高度ℎ 随北京时间 𝑡 变化的曲线图。（14分）
3.2 该天体在当天什么时刻上中天？（6分）
3.3 已知观测者在北半球，估算观测点的地理纬度，要求误差在2角分以内。（8分）
3.4 估算观测点的地理经度，要求误差在10角分以内。（10分）
3.5 判断该天体是太阳系内还是太阳系外的天体，需简述判断依据。（6分）

复赛答案（低年组）

1.1 （每个标注项各2分，共6分）

1. 由表1-1可知NGC 1316的TRGB观测视星等为𝑚_TRGB = 27.4 mag，对应的消光值为𝐴 = 0.03 mag。所以真距离模数为：
（没考虑消光不得分）

NGC 1316的距离为：
（用视距离模数扣1分）

（没考虑消光但计算正确扣1分）

1.3 由图1-1可发现渐近巨星支与TRGB非常靠近，且延伸到TRGB之上。这些渐进巨星支上的恒星会对判断造成干扰。

1.4 GAIA能测出𝜌=1.5×10^-4"的周年视差，即它测距的上限为：

因为 𝑑 ≫ 𝑑_max，所以GAIA无法通过三角视差法直接测量该天体的距离。

2.1 地球大气会散射月表反射过来的光。月光穿过的大气越厚，光线到达地表时所受的散射作用就越强。大气的散射作用对不同波长的光效果是不一样的，光的波长越短（颜色越蓝），所受的散射作用越强（即红化），这使得观测者看到偏红的月亮。月球刚升起时，到达观测者的光穿过的地球大气相对较厚，随着月球逐渐升高，光线穿过的地球大气厚度减少，大气散射导致的红化效应随月球地平高度的增加而减弱。综上，月球在地平线附近看起来会偏红，升高后会更接近原来的颜色。但是，在大气较为澄清的状态下，一般只会看到低空中的月亮呈黄色。红色的月亮多出现在有云雾、有灰霾、地表有明显的空气污染源或有大面积沙尘出现等场合。这些场景中，空气中的颗粒物，大大增强了大气的散射作用，使月亮呈现明显的红色。

要点：
地球大气的散射起主导作用。
散射强度与波长的关系。
天体地平高度与散射强度的关系。
低空小颗粒物的贡献。

2.2 蓝月亮是指拥有4次满月的季节里，出现的第3次满月。
　　到了现代，由于著名天文科普杂志《天空与望远镜》在一篇1946年刊登的科普文章里内容出现失误，很多人误以为蓝月亮是指公历中一个月里出现的第2次满月。回答该答案亦可得分。

3.1

3.2 由上图或星历表可知该天体在当天北京时间16:30上中天。
　　提示：上中天时，天体地平高度达到最大值，出现在正南或正北方。由“时分秒”和“度分秒”计量系统的关系可知直接读取表中数据即可满足精度要求。

3.3 天体上中天时的地平高度ℎ_max、当地地理纬度𝜁和天体赤纬𝛿之间具有如下关系：

ℎ_max = 90° − |𝛿 − 𝜁|

由星历表得ℎ_max = 34°41′，𝛿 = -25°8′。代入数据计算得：

𝜁 = −80°27′ 或 30°11′

即因为观测点在北半球，所以观测点在北纬30°11′。

3.4 天体上中天时，天体赤经等于本地恒星时𝑆，即：

𝑆 = 𝛼 = 16ℎ33𝑚

已由星历表查知天体上中天时东经120°地区的恒星时为𝑆₀ = 18ℎ14𝑚
观测点的经度 𝜆 = 120° + (𝑆 − 𝑆₀)
代入数据得 𝜆 = 94°45′，即东经94°45′

3.5 该天体的赤经赤纬在一天内有明显变化，正常只有太阳系内的天体才会相对恒星背景出现那么快的移动。该天体应在太阳系内。

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2020年广东省中学生天文知识竞赛复赛试题（高年组 实测与理论部分）

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、参赛选手请将答案填写在答题纸的有效答题区域上，本试卷上的作答结果按无效处理。比赛结束时将回收答题纸及草稿纸。
3、总分100分，考试时间90分钟。
4、本场考试允许使用不具编程功能的科学计算器。

1. 红巨星支上端（共40分）

　　中低质量恒星在核心的氢燃尽后，将进入红巨星阶段，此时恒星的能量主要来自包围致密氦核（未燃烧）的氢燃烧壳层。随着氦核质量不断增长，恒星将沿着赫罗图上的红巨星支（Red Giant Branch）上移，直到氦核的质量达到临界，触发“氦闪”，恒星从红巨星支跳转到赫罗图的高温端，这使得恒星在赫罗图上的演化轨迹显得不连续，红巨星支存在一个上顶点，称为红巨星支上端（Tip of the Red Giant Branch，简称TRGB）。

1.1 图1-1是一颗1倍太阳质量恒星在赫罗图上的演化轨迹。请在答题纸上的图片里作以下标注：在红巨星支旁边标注“RGB”；用“●”标出红巨星支上端的位置，并在旁边标注TRGB。（6分）

图1-1 1倍太阳质量恒星的演化轨迹。

1.2 图1-2是通过理论模型计算的低质量恒星的等龄线。V、I、J、H 和K波段中，哪一个波段的TRGB最适合充当标准烛光？该波段下TRGB的绝对星等是多少（精确到个位）？（8分）

图1-2 VIJHK 五个波段下，不同金属丰度的恒星的100亿年等龄线（对应红巨星支），纵坐标为绝对星等。每个子图中从左到右五条等龄线分别对应金属丰度-2.0、-1.0、-1.2、-0.8、-0.4。（Freedman et al.2020）

1.3 Hatt等人利用哈勃望远镜上的先进巡天照相机广域通道（ACS/WFC）的测光数据，通过TGRB法测量NGC 1148和NGC 1316的距离（Hatt et al.2018），相关信息总结在表1-1中。请估算NGC 1316的真距离模数和距离。（12分）

表1-1 NGC 1148和NGC 1316的部分测光信息。其中𝑚_TRGB是两天体在2.2小题答案波段中的TRGB观测视星等，𝐴_F814W是𝑚_TRGB所在波段的消光。（Hatt et al.2018）

图1-3

1.4 图1-3是用ACS/WFC数据绘制的赫罗图（Hatt et al.2018），箭头和红线标出了计算机程序判断的TRGB所在位置。在TRGB周围和上方，还有很多零散分布的非RGB恒星样本干扰我们的判断。参考图1-1，这些干扰样本可能主要是什么恒星？（6分）

1.5 除了TRGB以外，列举两种理论上可用于测量河外星系距离的标准烛光。（8分）

2. 星历表（共60分）

　　上表是太阳系内某天体的星历表，该天体远日点在土星轨道以内，偏心率小于0.1。已知北京时间2021年1月1日0:00的儒略日为2459215.167。

2.1 简单绘制该天体的相位𝜑 随时间 𝑡 变化的曲线图。（14分）
（提示：①可将JD 2459215.167记为 𝑡 = 0 day；②选择20个左右的关键数据点即可绘制出变化曲线轮廓）
2.2 估算该天体的公转周期。（8分）
2.3 估算该天体的轨道半长轴。（6分）
2.4 这可能是哪个天体的星历表？（4分）
2.5 图2-1是北京时间2021年10月17日该天体在某地的详细星历表。请确定该天体上中天的时刻（误差2分钟以内）。（4分）
2.6 估算天体在2021年10月17日上中天时的赤经和赤纬。（10分）
2.7 估算观测点的地理经纬度。（14分）

图2-1

复赛答案（高年组）

1.1 （每个标注项各2分，共6分）

1.2 标准烛光的光度因受尽量少的因素影响，I波段上，TRGB的绝对星等值几乎不受金属丰度影响，所以I波段下的TRGB最适合充当标准烛光，该波段下TRGB的绝对星等为𝑀_TRGB = −4 mag。

1.3 由表1-1可知NGC 1316的TRGB观测视星等为𝑚_TRGB = 27.4 mag，对应的消光值为𝐴 = 0.03 mag。所以真距离模数为：
（没考虑消光不得分）

NGC 1316的距离为：
（用视距离模数扣1分）

（没考虑消光但计算正确扣1分）

1.4 由图1-1可发现渐近巨星支与TRGB非常靠近，且延伸到TRGB之上。这些渐进巨星支上的恒星会对判断造成干扰。

1.5 如Ia型超新星和造父变星。（每种4分，答案合理即可）

1.5

2.2 由𝜑 − 𝑡 图或星历表可查出行星相位在𝑡 = 85天和 𝑡 = 662天左右达到最大值，所以该行星的相位变化周期为：

𝑇 = 662天 − 85天 = 577天

（参考答案±45天内皆可得分）

相位变化周期反映的是天体与地球的会合周期，又由天体相位可降为0推知天体轨道在地球轨道以内，设天体公转周期为𝑃，地球公转周期𝑃_地 = 365天，可得：

（答案在216-230天之间皆可）

2.3 由上问解答得知天体的轨道周期𝑃 ≈ 0.61 yr，
　　设天体轨道半长轴为𝑎，由开普勒第三定律得：

2.4 结合天体的低轨道偏心率，轨道位于地球轨道以内以及轨道半长轴等条件，可判断该天体很可能是金星，这是金星的星历表。

2.5 由表2-1可知该天体在当天北京时间16:30上中天。
　　提示：上中天时，天体地平高度达到最大值，出现在正南或正北方。由“时分秒”和“度分秒”计量系统的关系可知直接读取表中数据即可满足精度要求。

2.6 由题干的星历表得：
JD=2459495.17时，天体赤经和赤纬分别为𝛼₁ = 15ℎ48𝑚31𝑠，𝛿₁ = −22°41′19′′
JD=2459505.17时，天体赤经和赤纬分别为𝛼₂ = 16ℎ34𝑚28𝑠，𝛿₂ = −25°11′48′′

上述区间天体的赤经和赤纬平均变化率为：

由表2-1查得天体上中天时的儒略日为JD=2459504.85，通过内插法估算天体在上中天时的赤经和赤纬分别为：

代入数据得 𝛼 ≈ 16ℎ33𝑚，𝛿 ≈ −25°7′。
（内插方法合理，计算准确即可）

2.7 天体上中天时的地平高度ℎ_max、当地地理纬度𝜁 和天体赤纬𝛿 之间具有如下关系：

ℎ_max = 90° − |𝛿 − 𝜁| （2分）

由表2-1得ℎ_max = 34°41′（2分），结合2.6小问结果解得当地地理经度为：

𝜁=−80°26′或30°12′（每个解1分）

即南纬−80°26′或北纬30°12′。

天体上中天时，天体赤经等于本地恒星时𝑆，即：

𝑆=𝛼=16ℎ33𝑚

已知天体上中天时东经120°地区的恒星时为𝑆₀ = 18ℎ14𝑚
观测点的经度𝜆=120°+(𝑆−𝑆₀)
代入数据得𝜆=94°45′，即东经94°45′

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• 2023年广东省中学生天文知识竞赛试题（答案）

• 2022年广东省中学生天文知识竞赛试题（答案）

• 2021年广东省中学生天文知识竞赛试题（答案）

• 2020年广东省中学生天文知识竞赛、复赛试题（答案）

• 2020CNAO全国中学生天文知识竞赛预赛、决赛试题

• 2019CNAO全国中学生天文知识竞赛预赛试卷（答案）

• 2018CNAO全国中学生天文奥林匹克竞赛预赛、决赛试题（答案）

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　　美国天文学与天体物理学奥林匹克竞赛（以下简称“美国天文奥赛”，USAAAO）的目标是在全美范围内引起人们对天文学和天体物理学的兴趣。通过资源和选拔测试，举办者们鼓励学术发展，并选择学生代表美国参加国际天文学与天体物理学奥林匹克竞赛（IOAA）。
　　USAAAO分为两个阶段：第一轮测试与NAO。第一轮考试为期约75分钟，约30道选择题笔试，涵盖IOAA教学大纲的所有部分。USAAAO允许考生使用科学计算器以及所提供的常数表。第一轮考试已于2021年1月30日完成，有110名学生有资格参加3月份的美国国家天文学奥林匹克竞赛（NAO）。

USAAAO 2021 – First Round
January 30^th, 2021

选择题（单选）

1. 2020年12月21日，木星的坐标 (α, δ ) = (20^h 10^m, -20°34′) 。那时土星在哪个星座？
(a) 摩羯座
(b) 宝瓶座
(c) 双鱼座
(d) 天鹰座

2. 一颗光度5.86×10²⁶W、半径8.51×10⁸m的恒星的光谱类型是？
(a) A
(b) F
(c) G
(d) K
(e) M

3. 系外行星HD 209458b的质量是木星的0.71倍，以3.53天的轨道周期绕HD 209458运动，HD 209458有着1.15倍的太阳质量。假设HD 209458b的轨道是圆形并且是沿我们视线方向的，那么HD 209458b的轨道运动所造成的HD 209458的径向速度半振幅是多少？
(a) 69.6 m/s
(b) 85.9 m/s
(c) 94.2 m/s
(d) 120.8 m/s

4. 黑体的光子数密度与温度有关，，其中k_B 是玻尔兹曼常数，ℏ 是约化普朗克常数，c 是光速，T 是黑体温度，α 是个无量纲的数值常数。那么n 的值是多少？
(a) 1
(b) 2
(c) 3
(d) 4

5. HD 209458b的半径是木星的1.35倍，而HD 209458的半径是太阳的1.2倍。HD 209458b的凌日深度用百分比表示是多少？
(a) 0.013%
(b) 0.13%
(c) 1.3%
(d) 13%

6. 以下传统大爆炸理论中的哪个问题可以用暴胀理论来解释？
(a) 传统的大爆炸理论中，我们的宇宙几乎不可能是平直或接近平直的，这与观测结果不同。
(b) 传统的大爆炸理论中，宇宙微波背景不可能在复合时期就已经达到热平衡，尽管观测到的温度是均匀的。
(c) 传统的大爆炸理论预言了大量的磁单极子，但我们还不曾发现它们。
(d) 以上都是

7. 新智彗星C/2020 F3 (NEOWISE)上一次过近日点是2020年7月3日，它的轨道周期大约4400年，偏心率为0.99921。以AU为单位，新智彗星的近日点距离是多少？
(a) 0.0123 AU
(b) 0.212 AU
(c) 2.69 AU
(d) 26.8 AU

8. 一位天文学家探测到一个星系并分析了其不同部分的物理组成。氢原子“自旋翻转”跃迁产生的频率ν₀ =1420.406 MHz，但在这个星系中探测到的是ν =1422.73 MHz。他发现：

1. 星族Ⅰ的恒星 (1) 并且都是 (2) 金属星

2. 此星系正在 (3) 我们，速度为 (4) km/s

选出能正确补全以上描述的选项。

(a) (1) 年轻；(2) 贫；(3) 远离；(4) 245
(b) (1) 年老；(2) 富；(3) 接近；(4) 490
(c) (1) 年老；(2) 贫；(3) 远离；(4) 490
(d) (1) 年轻；(2) 富；(3) 接近；(4) 490
(e) (1) 年轻；(2) 富；(3) 接近；(4) 245

9. 一个稳定的疏散星团大约有N =1000颗类太阳恒星，它的角直径θ =30角分，距离d =500pc。如果星团可以近似为密度均匀的球形，估算星团内恒星的平均速度。已知半径为r 的均匀球体的引力势能为

(a) 507 m/s
(b) 643 m/s
(c) 894 m/s
(d) 1021 m/s
(e) 771 m/s

10. 如果地球的自转倾角突然变成0度，但轨道偏心率保持不变，那么太阳的日行迹会有什么变化？
(a) 日行迹会变成有两个对称轴的完美“8”字形
(b) 日行迹会变成一个点
(c) 日行迹会变成大圆的一段圆弧
(d) 日行迹会变成一个圆
(e) 日行迹会变成一个球面三角

11. T_⊙,C 和T_⊙,S 分别是太阳的核心和表面温度，T_A,C 和T_A,S 分别是红巨星大角星的核心和表面温度，T_S,C 和T_S,S 分别是白矮星天狼星B的核心和表面温度。下面哪个大小关系是正确的？

12. 一颗恒星光谱中的H_α 谱线有一个Δλ = 0.043×10^-10m的微小位移，这一谱线本来的波长是λ₀ = 6.563×10^-7m。如果这是从恒星的赤道面观测的，计算该恒星的自转周期。已知R_star = 8×10⁵ km。
(a) 29.59天
(b) 14.63天
(c) 21.15天
(d) 34.39天

13. 艾萨克·牛顿制造的f /5反射式望远镜的主镜口径为30mm。他使用一个焦距5mm的目镜，由此可知此望远镜的焦距和放大倍率是？
(a) 150 mm，30×
(b) 300 mm，15×
(c) 300 mm，30×
(d) 150 mm，25×

14. 观察下面这张图片：

图中圈出了3个梅西耶天体，请选出天体类型和序号匹配正确的选项。
(a) 1-疏散星团，2-疏散星团，3-星云
(b) 1-疏散星团，2-星云，3-星系
(c) 1-星系，2-星云，3-球状星团
(d) 1-疏散星团，2-星系，3-球状星团
(e) 1–疏散星团，2-星云，3-疏散星团

15. 太阳系中有一种有趣的现象，即星际空间中的彗星被太阳捕获。假设一颗质量为7.15×10¹⁶kg的彗星被太阳系捕获后，它的轨道近日点是4.64 AU，而且它被捕获前相对太阳的速度非常小。计算彗星在近日点的速度。
(a) 87.1 km/s
(b) 45.9 km/s
(c) 5.67 km/s
(d) 105.4 km/s
(e) 19.6 km/s

16. 某天的世界时0h，本初子午线的恒星时是5h 56min 9.4s。在这一天（以世界时的开始和结束为准），当芝加哥的恒星时为20h的时候，当地的民用时间是多少？已知芝加哥的经度是87.65004722°W，时区是UT-6。你应该考虑太阳时和恒星时的差异。
(a) 14h 1min 32s
(b) 13h 26min 17s
(c) 14h 36min 47s
(d) 14h 0min 43s
(e) 13h 51min 11s

17. 考虑一个恐怖的情景：太阳变成了红巨星，并且它的半径每100年翻一倍。请按照紧迫性和重要性对以下人类应当关注的问题进行排序。
Ⅰ：由于地球与太阳直接接触而导致的轨道衰减
Ⅱ：随着地球和太阳之间的距离缩小，地球将进入太阳的洛希极限并开始解体
Ⅲ：潮汐对太阳外层大气的影响会导致轨道衰减，就像月球造成地球潮汐时会损失能量那样
Ⅳ：失控的温室效应导致极端的温度，使地球成为炎热、类似金星的行星，不可居住
(a) Ⅲ，Ⅳ，Ⅱ，Ⅰ
(b) Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ，Ⅰ
(c) Ⅳ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅰ
(d) Ⅳ，Ⅲ，Ⅰ，Ⅱ

18.TESS的一个观测目标TOI 402.01的轨道周期是4.756 ± 0.000023天，上一次观测到它凌星是在TESS儒略日2139.1 ± 0.0027008天（即BJD – 2457000）。即将进行的下一次观测将会是上一次之后的第23次凌星，这次凌星的TESS儒略日是？
(a) 2243.732 ± 0.0027238 TESS JD
(b) 2248.488 ± 0.000529 TESS JD
(c) 2248.488 ± 0.0027238 TESS JD
(d) 2248.488 ± 0.0032298 TESS JD

19. 木星的质量是1.90×10²⁷kg，半径是7.15×10⁷m。以Mbar为单位，估算与木星中心压强最接近的数量级。
(a) 0.1
(b) 1
(c) 10
(d) 100

20. 以下哪一项叙述是错误的？
(a) 原子序数大于铁的元素，主要由超新星爆发形成。
(b) 维持恒星自身形状的是压力和引力之间的静力学平衡。
(c) 太阳的米粒组织在日冕层。
(d) 原恒星实际上并不是恒星，因为它们的主要热量来源不是聚变。
(e) 主序星的光谱型越早，质量越大。

21. 考虑一个水平式日晷，其中三角形圭表抬高的角度等于该地点的纬度，φ =38°。如果三角形圭表的面积是2 m²，那么春季的第一天（春分）正午3个小时后，阴影的面积是多少m² ？
(a) 3.0
(b) 3.5
(c) 2.5
(d) 1.5
(e) 4.0

22. 一个食双星系统在某些特定波段的总合成视星等为5.67。在亮度次极小期间，第二颗恒星完全被第一颗恒星掩食，此时视星等变暗成了6.28。第二颗恒星产生的流量占总合成流量的百分比是多少？
(a) 10.8%
(b) 43.0%
(c) 57.0%
(d) 89.2%

23. 一位天文学家观测到一颗类太阳恒星，从地球上看它的V波段视星等是6.37。如果V波段的平均星际消光是1.00 mag/kpc，计算这颗恒星与太阳系的距离。
(a) 11.5 pc
(b) 49.5 pc
(c) 34.2 pc
(d) 23.7 pc
(e) 18.9 pc

24. 太阳的温度约5000 K，天狼星的温度约10000 K，二者谁的累积辐射（即单位时间单位面积发射的净能量）更高？
(a) 太阳
(b) 天狼星
(c) 与它们各自的半径有关
(d) 累积辐射相等

25. 一艘太空船正尝试在一颗质量是它100倍的气态巨行星旁进行引力弹弓操作。由于飞船在某种程度上进入了行星大气，因此守恒的是动量而不是能量。计算飞船的速度变化与行星的速度变化之间的比率？
(a) 10
(b) 100
(c) -10
(d) -100

26. 想象一下，我们的宇宙充满了质量为m_b =0.62 kg的篮球。篮球的数密度n_b 需要是多少才能使质量密度等于目前的宇宙临界密度？
(a) 1.5×10^-26 m^-3
(b) 1.7×10²⁶ m^-3
(c) 1.5×10^-27 m^-3
(d) 1.7×10²⁷ m^-3

27. 如果双星的距离足够近，会有吸积现象发生，主星会“吃掉”伴星的物质，伴星的物质盘旋着掉向主星，形成吸积盘。
一吸积盘的外边缘到主星（半径R、质量M）中心的距离是3R ，计算一微小质量m 从第一次进入吸积盘到接触到主星为止的能量损失。你可以认为轨道满足开普勒运动。

28. 一个经常被提及的有趣事实是，人体每单位体积的产能量比恒星还要大。如果太阳的大小保持不变，但它单位体积的产能与人体相等，那么它的表面温度会是多少？假设普通人的产能功率是100瓦，体积是66400 cm³。
(a) 3500 K
(b) 10000 K
(c) 25000 K
(d) 40000 K
(e) 50000 K

29. 已知光子从物质中退耦和中性氢开始形成时的宇宙微波背景（CMB）的红移是1100，那时的宇宙温度是多少？目前的CMB温度是2.73 K。
(a) 10000 K
(b) 30000 K
(c) 3000 K
(d) 1000 K
(e) 300 K

30. 我们应该在何时何地安置一架射电望远镜，以使它与地球上的射电望远镜组合使用时，能够观测到玉夫座星系（NGC 253）中的超大质量黑洞？
玉夫座星系超大质量黑洞的质量约为5×10⁶M_⊙，距离大约3.5Mpc。
考虑到射电波的能量在10^-5eV左右，在下面的选项中选出与你的计算结果最接近的一项。
使用公式估算角分辨率。
(a) 远地点的月球
(b) 合日的火星
(c) 大距的金星
(d) 木星冲日时，它的其中一颗卫星
(e) 地球在近日点时，奥尔特云最远处的某个位置

第一轮答案：
ACBCC DBDEC
DAAEE EDDCC
CBDBD ADECD

资料来源：https://usaaao.org/