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。

太阳结构简图

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。

北京时间11:30 AM观测地的星空
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)。

火星探测

  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。

木星及伽利略卫星的观测记录
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)(  )

地球、木卫三和地球之间的位置关系

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

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:

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:

开普勒第三定律

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。

圭表

现实中的圭表
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:
1553876178913599.png56°

  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 = 90° − 𝜑 + 𝜀和𝜃 = 90° − 𝜑 − 𝜀。所以𝜑 = 90° − (𝜃 + 𝜃)/2,𝜀 = (𝜃 − 𝜃)/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。


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。
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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。
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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。

北京时间11:30 AM观测地的星空
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。

2021年4月17日月掩火星掩星带
图2-A 2021年4月17日月掩火星掩星带

2021年4月17日月掩火星海口市掩星预报信息
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

一种抛物线转移轨道方案

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。

行星与观测者的位置关系图(未按真实比例和角度作图)

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?(  )

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

亮度

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?(  )

大气外亮度

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?(  )

行星的视星等

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

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。

角宿一是颗双星

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。

霍曼轨道

36. C。由开普勒第三定律可得上述轨道的周期:

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 = 𝑇𝑇 / (𝑇 − 𝑇),𝑇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:

探测器与太阳连线在单位时间内扫过的面积

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交汇点坐标。由坐标轴,𝑥和太阳—交汇点连线构成的梯形面积为梯形面积。根据提示,抛物线,𝑥轴和𝑥构成的图形面积为图形面积
所以

S

根据开普勒第二定律

∆𝑇

一种抛物线转移轨道方案。

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。

3个天体的几何关系

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

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1/2

  由正弦定理可得𝛼 = 45°时,1/2,𝜃 ≈ 20.7°,∠𝑃𝑆𝑂 = 114.3°。再次应用正弦定理,得2.58𝑟,𝑑′² ≈ 6.65𝑟²。

0.76

  当𝛼 = 90°时,

0.32

  由48小题答案可知𝛼 = 45°视星等

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。

视星等与相位角的关系

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。


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)

1倍太阳质量恒星的演化轨迹
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)

NGC-1148和NGC-1316的部分测光信息

表1-1 NGC 1148和NGC 1316的部分测光信息。其中𝑚TRGB是两天体在I波段中TRGB观测视星等,𝐴F814W是𝑚TRGB所在波段的消光。(Hatt et al.2018)

用ACS/WFC数据绘制的赫罗图(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)

太阳系某行星的星历表

参考答案

1.1 (每个标注项各2分,共6分)

1倍太阳质量恒星的演化轨迹标注

1. 由表1-1可知NGC 1316的TRGB观测视星等为𝑚TRGB = 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)

真距离模数

NGC 1316的距离为:
(用视距离模数扣1分)

NGC 1316的距离
(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:

测距的上限

因为 𝑑 ≫ 𝑑max,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

该行星的地平高度ℎ随北京时间𝑡变化的曲线图

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ℎmax、当地地理纬度𝜁和天体赤纬𝛿之间具有如下关系:

max = 90° − |𝛿 − 𝜁|

由星历表得ℎmax = 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。


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)

1倍太阳质量恒星的演化轨迹
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)

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)

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)

NGC-1148和NGC-1316的部分测光信息

表1-1 NGC 1148和NGC 1316的部分测光信息。其中𝑚TRGB是两天体在2.2小题答案波段中的TRGB观测视星等,𝐴F814W是𝑚TRGB所在波段的消光。(Hatt et al.2018)

用ACS/WFC数据绘制的赫罗图(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)

太阳系内金星的星历表,该天体远日点在土星轨道以内

  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)

北京时间2021年10月17日该天体在某地的详细星历表
图2-1

参考答案

1.1 (每个标注项各2分,共6分)

1倍太阳质量恒星的演化轨迹标注

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𝑀TRGB = −4 mag。

1.3 由表1-1可知NGC 1316的TRGB观测视星等为𝑚TRGB = 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)

真距离模数

NGC 1316的距离为:
(用视距离模数扣1分)

NGC 1316的距离
(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

相位𝜑随时间𝑡变化的曲线图

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 = 365天,可得:

天体与地球的会合周期

(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:

轨道半长轴

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:

区间天体的赤经和赤纬平均变化率

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:

通过内插法估算天体在上中天时的赤经和赤纬

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ℎmax、当地地理纬度𝜁 和天体赤纬𝛿 之间具有如下关系:

max = 90° − |𝛿 − 𝜁| (2分)

由表2-1得ℎmax = 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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  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,目前有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 30th, 2021

选择题(单选)

1. 2020年12月21日,木星的坐标 (α, δ ) = (20h 10m, -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,1613557031163436.png,其中kB 是玻尔兹曼常数, 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

1613568678814401.png

(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⊙,CT⊙,S 分别是太阳的核心和表面温度,TA,CTA,S 分别是红巨星大角星的核心和表面温度,TS,CTS,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?

1613572115793070.png

12. 一颗恒星光谱中的Hα 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Rstar = 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:

冬季星空

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

水平式日晷

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1613577725804900.png
(a) 10
(b) 100
(c) -10
(d) -100

26. 想象一下,我们的宇宙充满了质量为mb =0.62 kg的篮球。篮球的数密度nb 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。

1613658178628826.png

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1613580636596226.png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/

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  2020年全国中学生天文知识竞赛预赛于2020年9月20日在全国13个考点成功举行,预赛共收到有效答题卡高年组626份,低年组574份。根据预赛成绩,高年组得分为36分及以上者共44人,低年组得分为48分及以上者共29人。高低年组共计73名同学通过预赛入围2020年全国中学生天文知识竞赛决赛。根据全国预赛成绩,入围全国决赛的名单已在北京天文馆官网(http://www.bjp.org.cn/)发布。

  竞赛宗旨:推动天文基础教育,为全国热心天文学的师生提供交流平台,加强天文科普教育的国际交流与合作。竞赛内容:天文相关时讯,基本天文概念和常识,天文观测。竞赛分为预赛和决赛两个阶段,预赛为闭卷笔试,决赛包括闭卷笔试、望远镜操作、实地观星等。

2020年全国中学生天文知识竞赛预赛试卷
2020年9月20日10:00-11:30 闭卷

【注意事项】请务必仔细阅读!
1. 每位考生会拿到一张预赛试卷和一张答题卡。
2. 低年组考生(指2005年1月1日以后出生,并且没有参加过国际天文奥赛IAO和亚太天文奥赛APAO的考生)只答本卷的01-30题,高年组考生只答06-35题。
3. 本卷为闭卷考试,请答卷人按照自己的真实水平独立完成答卷,并认真、完整地用签字笔在试卷上填写有关信息并签字,用2B铅笔在答题卡上按要求签名(应与试卷上的签名一致;签名明显不一致的取消参赛资格),填涂试卷类型(见本注意事项之前的表格第二列)、准考证号(在空格处写数字,并填涂每个数字下面对应的部分)、组别,以及每道题的答案。未按要求填涂的取消考试成绩。考试开始30分钟之后才可交卷,并在不影响其他考生答题的情况下安静离开考场,否则取消考试成绩。在监考老师宣布考试结束时,该考场所有考生应停止答卷,将试卷和答题卡放在桌上,保持安静离开考场。
4. 每题选择一个最接近正确的答案。将对应的字母(A,B,C,D之一)填涂在答题卡该题号下方的对应处。不会做的题目不选。已填涂的答案如需改正,请用橡皮将原答案尽量擦除干净。每道题答对得4分,答错或多选得-4分,不选得0分。满分120分。草稿可写在试卷“草稿区”处。
5. 本试题、答案及决赛名单将在北京天文馆网站公布。

【试题】

01. 参宿四位于(  )。
(A)大犬座   (B)小犬座
(C)猎户座   (D)御夫座

02. 在金星西大距时,在金星上看到的地球处于(  )。
(A)冲     (B)留
(C)上合    (D)方照

03. 下列不同类型的超新星中被称为“标准烛光”是(  )。
(A)Ia型超新星
(B)Ib型超新星
(C)Ic型超新星
(D)II型超新星

04. 中国古代发展出自己独特的星空划分和命名体系,古人把天空划分为三垣二十八宿,下列不属于“三垣”的是(  )。
(A)紫微垣   (B)太微垣
(C)军市垣   (D)天市垣

05. 1000颗6等星聚集在一起的星等近似(  )等。
(A)-1.5    (B)-0.5
(C)1    (D)6000

06. 天狼星的绝对星等为1.5等,太阳的绝对星等与天狼星的绝对星等差(  )等。
(A)-25.3  (B)1.5
(C)3.3   (D)7.1

07. 天体周日视运动过程中达到“上中天”时,它一定(  )。
(A)赤经为0
(B)方位角为180°
(C)在地平线以上
(D)地平高度达到最大值

08. 2019年10月,诺贝尔物理学奖一半授予詹姆斯·皮布尔斯教授以表彰他对(  )结构、历史的新理解,另一半授予米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹以表彰他们第一次发现围绕类太阳恒星运行的系外行星。
(A)宇宙   (B)白矮星
(C)太阳系  (D)银河系

09. 使用一架赤道式望远镜开启自动跟踪观测正东方地平线附近一颗恒星。经过一段时间发现在望远镜视场内星像向北侧漂移。若将望远镜指向正南附近一颗恒星,经过一段时间视场内星像在南北方向几乎没有偏移。这说明望远镜极轴指向偏(  )。
(A)高 (B)低 (C)左 (D)右

10. 对以下说法正确与否的判断为(  )。
● 春分日白天的时长为12小时整
● 北半球,夏至日正午的太阳高度全年最高
● 秋分日的真太阳时与地方恒星时时刻差别在10分钟之内
● 在北京,冬至日的日落时刻全年最早
(A)2个正确,2个错误
(B)全部正确
(C)1个正确,3个错误
(D)3个正确,1个错误

11. 在地球上的地球人和在火星上的“火星人”同时观测一颗恒星,与地球人的观测结果相比,以下描述正确的为(  )。
(A)火星上观测到的“周年视差”大,“光行差”大
(B)火星上观测到的“周年视差”大,“光行差”小
(C)火星上观测到的“周年视差”小,“光行差”大
(D)火星上观测到的“周年视差”小,“光行差”小

12. 如果星团中包含的恒星在有效温度约5500K时脱离主序,那么星团的年龄最接近(  )。
(A)1000万年
(B)1亿年
(C)100亿年
(D)1000亿年

13. 在木星轨道位置可以观测到4颗类地行星凌日,那么发生凌日时(  )的视直径最大。
(A)水星   (B)金星
(C)地球   (D)火星

14. M15中所包含的恒星最可能是(  )的恒星。
(A)低金属丰度且年轻
(B)低金属丰度且年老
(C)高金属丰度且年轻
(D)高金属丰度且年老

15. 2020年一颗广受关注的大彗星——新智彗星C/2020 F3 (NEOWISE) ,其公转周期约为7000,则它的轨道半长径最接近(  )au。
(A)3.6    (B)36 
(C)360   (D)3600

16. 一颗位于某星系(约1000kpc)中的超巨星的绝对星等为-8,那么在地球上观测其视星等为(  )。
(A)20 (B)18 (C)10 (D)8

17. 2019年5月,SpaceX公司通过一箭60星的方式将首批(  )卫星送入太空, IAU表示这会对天文观测产生严重的影响。
(A)Starlink   (B)Telesat
(C)立方星  (D)OneWeb

18. 中国传统的二十四节气体系是根据(  )现象制定的。
(A)地球自转
(B)太阳在黄道上的视运动
(C)月亮的周期视运动
(D)行星的会合周期运动

19. 使用2块凸透镜可以制作一架开普勒式望远镜。在物镜和目镜之间插入一块凹透镜能够进一步提高望远镜的放大倍数。使用这架望远镜观察远处正立的字母p,在目镜中看到的形状是(  )。
(A)p (B)b (C)d (D)q

20. 要在农历十六观测到月掩昴星团,以下四个月份中只可能发生在(  )。
(A)2月    (B)5月
(C)8月    (D)11月

21. 假设有一个遥远且与地球等同的系外行星上有着一个与地球等同的文明,如果那里的人们想通过测量地球大气的光谱来确定地球是否存在生命,他们所观测到的光谱中与类地生命相关的最为显著的谱线来自于(  )。
(A)臭氧分子  (B)氧气分子
(C)中性氧原子 (D)自由氧离子

22. 下列哪个选项不是大爆炸宇宙学理论的证据?(  )
(A)哈勃定律
(B)暴胀理论
(C)轻元素的比例
(D)宇宙微波背景辐射

23. 2019年8月,业余天文学家杰纳迪·鲍里索夫发现了一个类似彗星的天体,经确认它是目前已知的第(  )个来自太阳系之外的天体。
(A)一 (B)二 (C)三 (D)四

24. 几条氢吸收线的实验室静止波长分别为410nm、434nm、486nm和656nm。天文学家对一个遥远的星系进行了光谱观测,观测结果显示这些相同谱线的波长分别为492nm、521nm、583nm和787nm。请问这个星系的退行速度是(  )倍光速。
(A)0.16    (B)0.18
(C)0.20    (D)0.22

25. 以下说法不正确的是?(  )
(A)2019年7月,隼鸟2号第二次成功降落在“龙宫”上采集小行星地下样本,现在已带着珍贵的样本返航,计划于2020年年底返回地球。
(B)2019年4月《天体物理学报通信》上刊登的文章称,根据哈勃空间望远镜的测量数据,宇宙膨胀的速度比科学家根据宇宙大爆炸后轨迹预测的膨胀速度要慢。
(C)四川稻城的高海拔宇宙线观测站(LHAASO)主要探测宇宙线引发的大气簇射,目标是要探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质等。
(D)一项新的研究证实,2019年4月25日LIGO探测到的引力波事件极可能是两个中子星合并的结果,该研究由LIGO及Virgo团队合作完成。

26. 根据赫罗图上的信息判断,一般红超巨星、蓝超巨星和红巨星相比,半径更大的是(  )。
(A)红超巨星  (B)蓝超巨星
(C)红巨星   (D)无法判断

赫罗图

27. 宇宙微波背景辐射的谱线轮廓形状是(  )。
(A)幂律谱    (B)抛物线
(C)正弦曲线   (D)黑体谱

28. 在一个双星系统中,主星与伴星的温度相差不多,主星的光度约为伴星的82倍,光度差异主要源于两颗星半径的差异。根据以上信息,估算主星与伴星的半径之比约为(  )。
(A)8.5     (B)9.1
(C)9.7     (D)10.3

29. 恒星核反应耗尽其内部燃料所需的时间叫核时标,取决于恒星的质量和光度。已知太阳的核时
标约为2.5×1010年,一颗主序星的质量是太阳的10倍,光度是太阳的300倍,其核时标约为(  )。
(A)7.5×108
(B)7.5×1010
(C)8.3×108
(D)8.3×1010

30. 以下说法不正确的是(  )。
(A)2019年12月27日,昵称“胖五”的长征五号遥三运载火箭升空,在星箭成功分离后顺利将实践二十号卫星送入预定轨道。
(B)由中国运载火箭技术研究院研制的长征五号系列运载火箭属于无毒、无污染、高性能、大推力的大型液体运载火箭。
(C)发射“胖五”的文昌是我国纬度最低、唯一靠海的发射场,也是我国首个低纬度发射场。
(D)选择在中午发射“胖五”的原因之一是考虑到卫星太阳帆板与太阳光线的相对关系,即有利于卫星充电。

31. 春季大三角、夏季大三角、冬季大三角的9颗亮星中,与北天极角距离最小的是(  )。
(A)天津四   (B)织女星
(C)大角星   (D)参宿四

32. 岁差现象最早是古希腊的喜帕恰斯发现的,在中国古代也有人独立发现,他是(  )。
(A)虞喜    (B)张子信  
(C)张衡    (D)秦九韶

33. 2018年8月,系外行星凌星巡天卫星(TESS)观测到了一个星系的亮度变化,在数天时间内其视星等由19等增加到了16等。这是由一颗Ia型超新星爆发所导致的亮度变化,即ASASSN-18tb。假设这个超新星的前身星和参宿四(绝对星等-5等)非常相似,这个星系又很像银河系(大约包含2000亿颗类似太阳的恒星),那么该超新星爆发后亮度大约提升了(  )倍。
(A)103    (B)106
(C)108    (D)1011

34. 如果一颗周年视差为0.0111角秒的恒星在5年内在星空中移动了0.1个角秒。那么它的切向速度最可能为(  )km/s。
(A)2.8    (B)4.3
(C)6.1    (D)8.5

35. 如果太阳风每秒从太阳表面吹出的粒子数是n=1×1036,且因为核心氢的核聚变反应,太阳的质量也在同时减少,则太阳风与核聚变的质量损失率之比最接近(  )。(已知:太阳光度3.8×1026W,电子质量9.1×10-31kg,质子质量1.7×10-27kg。)
(A)1:5      (B)2:5
(C)1:50    (D)2:50

预赛答案:CDACA CDAAC BCCBC BABCD ABBBB ADBCD AACDA


2020年全国中学生天文知识竞赛决赛试题
河北廊坊 2020年11月10日 闭卷

I. 选择题
低年组答1~10题,高年组答4~13题。每题答对得+4分,答错得-4分,不答得0分。

1.(仅低年组)月球相对背景恒星的运动方向是   
(A)自西向东  (B)自东向西
(C)自南向北  (D)自北向南

2.(仅低年组)银河系大约有   ×1010颗恒星。
(A)0.1      (B)1.0
(C)10.0    (D)100.0

3.(仅低年组)中国古代有漫长的测影传统,下列仪器用来测定方向的是   
(A)日晷    (B)圭表
(C)正方案   (D)水运仪象台

4. 现今北黄极在赤道坐标系中的位置是   
(A)赤经 0h 00m,赤纬 66°34′
(B)赤经 6h 00m,赤纬 66°34′
(C)赤经 18h 00m,赤纬 66°34′
(D)赤经 0h 00m,赤纬 53°34′

5. 2020年7月23日,中国发射了天问一号探测器,计划一步实现火星“环绕、着陆、巡视”三个目标,其中“巡视”任务将由火星车完成,火星车的设计寿命为   
(A)30天    (B)61天
(C)92天    (D)123天

6. 下面哪个选项按照正确的时间顺序描述了宇宙早期演化经历的各个阶段?
(A)暴胀——大爆炸——黑暗时代——宇宙发出第一缕光
(B)暴胀——大爆炸——宇宙发出第一缕光——黑暗时代
(C)大爆炸——暴胀——黑暗时代——宇宙发出第一缕光
(D)大爆炸——暴胀——宇宙发出第一缕光——黑暗时代

7. 目前已知本星系群中包含超过50个星系,下面   不属于本星系群。
(A)M110     (B)M87
(C)M33    (D)M32

8. 射电脉冲星拥有很精确的脉冲周期,有很多实际用途,以下哪项不属于它们的应用?
(A)探测引力波 (B)检验引力理论
(C)导航    (D)寻找地外生命

9. 猎户座的参宿七和参宿四分别是蓝超巨星和红超巨星,根据其颜色,我们可以大概推知其色指数B-V 较大的是   
(A)参宿七   (B)参宿四
(C)一样大   (D)无法判断

10. 影响恒星光谱谱线宽度的因素可能包括   
(A)压力、碰撞
(B)压力、多普勒效应
(C)碰撞、多普勒效应
(D)压力、碰撞、多普勒效应

11.(仅高年组)宇宙中第三丰富(质量比)的元素是   
(A)氧 (B)硅 (C)铝 (D)铁

12.(仅高年组)一次全食带主要位于地球中纬度地区的日全食,全食带最东端看到的食甚时刻比最西端晚大约   
(A)1小时   (B)3小时
(C)6小时   (D)12小时

13.(仅高年组)一个类星体的热光度为Lbol =1047erg/s,它的中心黑洞质量为MBH =109M。已知LEdd =1.26×1038(MBH /M)erg/s,此类星体的爱丁顿比率(Eddington ratio)是   
(A)1.26    (B)0.59
(C)0.79    (D)0.89

II. 简答题

14.(仅低年组)土星环缝
  土星环是太阳系八颗行星中最突出的行星环,土星环中存在由于共振而产生的缝隙,其中最为明显的是卡西尼环缝。假设我们将发射一个探测器来近距离观测土星环缝的结构,其角分辨率为5 arcsec,探测器与土星之间最近的距离为825000km,请问该探测器能够探测的土星光环的最窄缝隙为多大?

15.(仅高年组)主序星占比
  假设诞生的恒星中最大和最小质量分别是100和0.08个太阳质量,依据Salpeter初始质量函数估算银河系中类太阳G型主序星占多少比例。

提示:
  Salpeter初始质量函数是:1615917108170537.png,这里k 是归一化常数,指数α =2.35。
  对上式积分可以得到:1615917742863653.png,这里分别代表最小恒星质量0.08和最大恒星质量100。

16.(低年组和高年组)灶神星冲日
  对于地球来说,当行星或小行星运行到与太阳相反的方向时,我们称其为冲日。对于火星或者小行星带的天体,由于距离地球较近,近日点的冲日就会比一般的冲日更亮,也就是所谓的“大冲”。灶神星(Vesta)是小行星带中最大的成员之一,它于1807年3月29日被德国天文学家奥伯斯发现。灶神星的近日点和远日点分别为2.151AU和2.572AU。上次大冲发生在2018年6月20日,视星等达到5.1等。假设灶神星轨道和地球轨道共面,且其轨道不受火星和木星的影响。

(1) 计算下次仍然发生在5-6月左右的大冲的年月日。
(2) 计算灶神星在远日点冲日(方位天文学中,近日点冲日叫“大冲”,非近日点冲日只叫做“冲”,没有“小冲”一词)时的视星等。

17.(低年组和高年组)脉冲星
  射电脉冲星绝大多数都是孤立的中子星,而X射线脉冲星绝大多数都是一个中子星和一个正常的光学伴星组成的双星系统,中子星通过引力吸积光学伴星的物质发射强烈的X射线辐射。如果中子星的质量约为1.4个太阳质量,求X射线脉冲星的最大可能光度。
  提示:X射线脉冲星的辐射(光)照射物质的时候,会对被照射的物质产生向外的辐射压力,当辐射压力超过中子星引力的时候,脉冲星就不能吸积物质了。
  辐射压力1615919174633548.png,其中L 是脉冲星的光度,光散射截面σ =6.7×10-25cm2

18.(低年组和高年组)新智彗星颗粒的命运
  2020年的新智彗星(Neowise)吸引了无数眼球。一般彗星会释放出不同尺寸的颗粒,假设一个脱离了彗核的彗星颗粒(其尺寸为D )在太阳系内只受到太阳的万有引力和太阳辐射压力的作用,则存在一个彗星颗粒临界尺寸D0,使得该颗粒受到的引力和辐射压力平衡,请估算D0 的值,并说明尺寸大于D0 和小于D0 的Neowise彗星颗粒的命运将分别是什么?

北京天文馆、全国中学生天文知识竞赛组委会拥有最终解释权。


海峡两岸天文试题,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/
更早年份的天文试题资料,也可前往“天文奥赛”网站取得。(http://www.chinaiao.org/

表情包

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  2019年12月1日,广东省中小学生天文知识竞赛暨2020CNAO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CNAO国赛的选拔赛。广东省赛区经过预赛选拔后,于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?(  )

1575450256324623.png

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。

1575453504477947.png

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?(  )

1575455776349508.png

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?(  )

1575465597433710.png

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

1575466072230653.png

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

1575468565254337.png

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

1575469136873801.png

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

1575469646928277.png

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》。

1575470131763469.png

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

1575468565254337.png

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

1575489313683769.png

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)。

1575489745111101.png

图2-B

1575490008466815.png

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)。

1575490442374731.png

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。

1575490698269354.png

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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表情包

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选择题(单选)

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,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

资料来源:https://usaaao.org/

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由中国天文学会主办,北京天文馆、中国天文学会普及工作委员会承办的2019年全国中学生天文知识竞赛预赛于2019年3月23日在全国18个考点成功举行。

竞赛宗旨:推动天文基础教育,为全国热心天文学的师生提供交流平台,加强天文科普教育的国际交流与合作。竞赛内容:天文相关时讯,基本天文概念和常识,天文观测。根据全国预赛成绩,入围全国决赛的名单(高年组预赛成绩56分及以上,低年组预赛成绩60分及以上)已在北京天文馆官方网站(http://www.bjp.org.cn/)发布。

2019年全国中学生天文知识竞赛预赛试卷
2019年3月23日14:00-15:30 闭卷

【注意事项】请务必仔细阅读!
1. 每位考生会拿到一张预赛试卷和一张答题卡。试卷和答题卡都需要逐题填写,并且填写的内容必须完全一致。试卷和答题卡填写内容不一致的题目每题得-4分。
2. 低年组考生(指2004年1月1日以后出生,并且没有参加过国际天文奥赛 IAO 和亚太天文奥赛 APAO 的考生)只答本卷的01-30题,高年组考生只答06-35题。
3. 本卷为闭卷考试,请答卷人按照自己的真实水平独立完成答卷,并认真、完整地用签字笔在试卷上填写有关信息、答卷并签字,用2B铅笔在答题卡上按要求签名(应与试卷上的签名一致;签名明显不一致的取消参赛资格),填涂试卷类型(见本注意事项之前的表格第二列)、准考证号(在空格处写数字,并填涂每个数字下面对应的部分)、组别,以及每道题的答案。未按要求填涂的取消考试成绩。考试开始30分钟之后才可交卷,并在不影响其他考生答题的情况下安静离开考场,否则取消考试成绩。在监考老师宣布考试结束时,该考场所有考生应停止答卷,将试卷和答题卡放在桌上,保持安静离开考场。
4. 每题选择一个最接近正确的答案。将对应的字母(A,B,C,D之一)填在试卷上并填涂在答题卡该题号下方的对应处。不会做的题目不选。已填涂的答案如需改正,请用橡皮将原答案尽量擦除干净。每道题答对得4分,答错或多选得-4分,不选得0分。满分120分。草稿可写在试卷“草稿区”处。
5. 本试题、答案及决赛名单将在北京天文馆网站公布。

试卷类型 A

【试题】

01. 梅西叶天体M44位于(  )的天区内。
(A)巨蟹座 (B)猎户座
(C)大犬座 (D)金牛座

02. 大角星的视星等为(  )。
(A)2等  (B)1等
(C)0等  (D)-1等

03. 以下哪一项不是天文学的星座名?(  )
(A)杜鹃座 (B)天平座
(C)天炉座 (D)水蛇座

04. 一般认为,望远镜是荷兰的商人发明的,而首位将望远镜用于天文观测的人是(  )。
(A)牛顿  (B)开普勒
(C)伽利略 (D)哥白尼

05. 以下哪颗行星没有卫星?(  )
(A)金星  (B)火星
(C)木星  (D)土星

06. 2019年1月12日,中国天文学会和北京天文馆在京联合宣布启动国际天文学联合会(IAU)发起的“同一天空下”全球天文行动(中国大陆地区),以纪念IAU成立(  )周年。
(A)60    (B)80
(C)100  (D)200

07. “七月流火”是《诗经·豳风·七月》中的第一句,描述的是古人对天象的观察结果,其中的“火”是指(  )。
(A)火星
(B)火流星
(C)某种大气现象
(D)大火星

08. 半人马座α星距离我们大约(  )。
(A)2.8光年   (B)4.3光年
(C)16.7光年 (D)8.6万光年

09.(  )在2017年记录到的中微子来自一个名为TXS 0506+056的星系。星系中心超大质量黑洞所产生的两道喷流中有一道正好对准了地球,它会产生辐射和高能粒子,其中就包括了这次探测到的中微子和带电宇宙线。
(A)地中海中微子天文台
(B)南极冰立方中微子天文台
(C)钱德拉X射线天文台
(D)康普顿伽马射线天文台

10. 2019年唯一的一次日全食在哪个大洲可见?(  )
(A)欧洲  (B)非洲
(C)亚洲  (D)南美洲

11. 一位天文学家准备在今晚观测星团NGC6633,已知它大约在地方时刚过午夜后升起,且在本次竞赛预赛的所有考点都能被观测到,那么它可能位于以下哪个星座?(  )
(A)蛇夫座 (B)乌鸦座
(C)麒麟座 (D)宝瓶座

12. 下列流星雨中,2019年极大期间的观测受月光影响最小的是(  )。
(A)四月天琴座流星雨
(B)宝瓶座η流星雨
(C)猎户座流星雨
(D)双子座流星雨

13. 以下哪一项不是中国传统的天文仪器?(  )
(A)象限仪 (B)浑仪
(C)简仪  (D)圭表

14. 以下哪一项是2018年辞世的理论物理学家斯蒂芬·霍金最著名的理论?(  )
(A)黑洞辐射理论
(B)宇宙大爆炸理论
(C)提出希格斯粒子
(D)量子纠缠理论

15. 美国航天局(NASA)于2019年宣布超期服役的(  )火星探测器结束使命。
(A)机遇号   (B)勇气号
(C)水手1号 (D)朱雀号

16. 在地球表面观测,使用天文望远镜无法看到(  )。
(A)火星卫星 (B)水星相位
(C)太阳日冕 (D)月面莫斯科海

17. 太阳绕银心运动的轨道速度是(  )。
(A)7.9km/s (B)16.7km/s
(C)52km/s  (D)210km/s

18. 中国古人用测量正午时太阳影长的方式来确定二十四节气的日期,请问在哪一个节气观测到的日影长度最短?(  )
(A)秋分  (B)立冬
(C)冬至  (D)夏至

19. 仙女星系M31未来会与银河系合为一体,预计汇合的时间约为(  )。
(A)400万年 (B)4000万年
(C)40亿年   (D)400亿年

20. 以下说法不正确的是?(  )
(A)2018年6月,隼鸟2号探测器抵达小行星“龙宫”上空,随后,巡视器MINERVA-II1成功着陆于其表面并传回照片,成为首次成功着陆小行星上的巡视器。
(B)2018年8月,帕克太阳探测器发射升空,这也是NASA第一次以还在世者的名字来命名探测器。
(C)2018年10月,迄今为止第三个金星探测器贝比科隆博号(BepiColombo)发射升空,并将在7年后抵达相应轨道。
(D)2018年11月,旅行者2号穿过了太阳风边界,继旅行者1号后成为第二个正式进入星际空间的探测器。

21. 到目前为止,在距离我们太阳系10pc的范围之内,天文观测已经证实存在的数目最多的是以下哪类恒星(  )。
(A)O型   (B)G型
(C)M型  (D)褐矮星

22. 下列恒星核聚变反应可以形成的元素中,最重的是(  )。
(A)Si (B)Ca (C)Fe (D)Au

23. 2019年1月3日,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面内(  )的冯·卡门撞击坑内。随后,嫦娥四号着陆器与巡视器玉兔二号顺利分离,玉兔二号抵达月球表面。这是人类首次在月球背面成功软着陆和巡视探测的航天器。
(A)金牛-利特罗峡谷
(B)南极-艾特肯盆地
(C)东海盆地
(D)坚忍环形山

24. 中国古代曾发展出自己独特的天文体系,我们现在所说的“农历”就是指过去数千年来我国一直沿用的历法系统,“农历”是什么类型的历法?(  )
(A)阳历  (B)阴阳合历
(C)阴历  (D)和现在的公历相同

25. 在中国古典神话故事《西游记》中,孙悟空手持一根如意金箍棒,重一万三千五百斤。平时孙悟空会把金箍棒变成“绣花针”大小放在耳朵里。与这根“绣花针”的密度最为接近的天体是(  )。
(A)参宿四
(B)天狼星伴星
(C)蟹状星云中心星
(D)织女星

26. 由欧空局主导研制的GAIA探测器是由以下哪种火箭发射入轨的?(  )
(A)俄罗斯Soyuz火箭
(B)欧洲Ariane火箭
(C)美国Falcon火箭
(D)中国长征火箭

27. 以下关于银河系的说法正确的是?(  )
(A)银心黑洞的质量约为40万个太阳质量。
(B)天文学家通过对恒星的观测发现银河系外盘有惊人的翘曲结构。
(C)太阳位于银河系的英仙臂上。
(D)银心位于半人马座方向。

28. 以下哪一架望远镜没有用来做与搜寻地外文明有关的项目?(  )
(A)FAST望远镜
(B)阿雷西沃(Arecibo)望远镜
(C)绿堤(Green Bank)望远镜
(D)SOHO望远镜

29. 哈雷彗星最远可以到达(  )。
(A)木星与土星轨道之间
(B)土星与天王星轨道之间
(C)天王星与海王星轨道之间
(D)海王星轨道外侧

30. 在地球表面观测,以下哪个波段的大气透过率最高?(  )
(A)可见光 (B)近红外
(C)射电  (D)远红外

31. 氢元素在宇宙中不可能存在的形态包括(  )。
(A)H II  (B)H I
(C)H2   (D)H III

32. 位于巴西里约热内卢(西经43°12',南纬22°54')的一位天文爱好者,在清晨大约6点抬头看到月亮位于头顶正上方,这天最可能是农历的(  )。
(A)初九  (B)十七
(C)廿三  (D)廿八

33. 位于北京(东经116°20',北纬39°56')的一位天文爱好者,当面向正南方向观测时,在以下哪个星座范围内能够看到地球同步轨道卫星?(  )
(A)盾牌座 (B)海豚座
(C)天琴座 (D)南鱼座

34. 以下哪一项表述最接近人类目前对系外行星卫星的探测情况?(  )
(A)已经探测到超过1万颗系外行星卫星。
(B)系外行星卫星亮度太低,人类不可能探测到。
(C)最新发射的空间探测器将有能力探测系外行星卫星。
(D)系外行星卫星不存在。

35. 某个望远镜的极限星等是20等,那么它能探测到的类太阳恒星的最远距离是(  )。
(A)520光年
(B)8400光年
(C)36000光年
(D)450000光年

【A 卷答案】
01-05 ACBCA
06-10 CDBBD
11-15 ABAAA
16-20 DDDCC
21-25 CCBBB
26-30 ABDDC
31-35 DCACC
北京天文馆 / 全国中学生天文奥赛组委会


海峡两岸天文试题,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/
更早年份的天文试题资料,也可前往“天文奥赛”网站取得。http://www.chinaiao.org/ [失效链接]

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中国天文学会主办,北京天文馆、中国天文学会普及工作委员会承办

竞赛宗旨:推动天文基础教育,为全国热心天文学的师生提供交流平台,加强天文科普教育的国际交流与合作。竞赛内容:天文相关时讯,基本天文概念和常识,天文观测。有关竞赛细节详见北京天文馆官网(http://www.bjp.org.cn/)。

第26题有争议。参见叶泉志博士的文章《一颗彗星能产生多少个流星雨?》

2017年全国中学生天文奥林匹克竞赛预赛试卷
2017年3月25日 14:00-15:30 闭卷

【注意事项】请务必仔细阅读!
1. 每位考生会拿到一张预赛试卷和一张答题卡。试卷和答题卡都需要逐题填写,并且填写的内容必须完全一致。试卷和答题卡填写内容不一致的题目每题得 -4分。
2. 低年组考生(指 2002年1月1日以后出生,并且没有参加过国际天文奥赛 IAO 和亚太天文奥赛 APAO 的考生)只答本卷的 01-30题,高年组考生只答 06-35题。
3. 本卷为闭卷考试,请答卷人按照自己的真实水平独立完成答卷,并认真、完整地用签字笔在试卷上填写有关信息、答卷并签字,用 2B铅笔在答题卡上按要求签名(应与试卷上的签名一致;签名明显不一致的取消参赛资格),填涂试卷类型(见本注意事项之前的表格第二列)、准考证号(在空格处写数字,并填涂每个数字下面对应的部分)、组别,以及每道题的答案。未按要求填涂的取消考试成绩。考试开始 30分钟之后才可交卷,并在不影响其他考生答题的情况下安静离开考场,否则取消考试成绩。在监考老师宣布考试结束时,该考场所有考生应停止答卷,将试卷和答题卡放在桌上,保持安静离开考场。
4. 每题选择一个最接近正确的答案。将对应的字母(A, B, C, D之一)填在试卷上并填涂在答题卡该题号下方的对应处。不会做的题目不选。已填涂的答案如需改正,请用橡皮将原答案尽量擦除干净。每道题答对得 4分,答错或多选得 -4分,不选得 0分。满分120分。草稿可写在试卷“草稿区”处。
5. 本试题、答案及决赛名单将在北京天文馆网站公布。

【试题】

1、以下恒星中看上去最暗的是(  )。
(A)天狼星 (B)织女星
(C)大角星 (D)北落师门

2、北极圈的纬度为北纬(  )。
(A)63°26′ (B)66°34′
(C)73°26′ (D)76°34′

3、今天的哪个时段适合观测水星?(  )
(A)黎明时分  (B)黄昏时分
(C)午夜    (D)日落后3小时

4、椭圆星系M87位于(  )天区内。
(A)室女座 (B)后发座
(C)巨蟹座 (D)狐狸座

5、以下哪项不是公开发行的以天文爱好者为主要读者群的杂志?(  )
(A)Sky&Telescope
(B)Astronomy Now
(C)Astronomer
(D)天文爱好者

6、今天日落后不久,你会先看到(  )。
(A)春季大三角
(B)夏季大三角
(C)秋季四边形
(D)冬季大三角

7、我国第一个真正意义上的空间实验室是(  )。
(A)天宫一号
(B)天宫二号
(C)神舟十一号
(D)天舟一号

8、以下星座天区内梅西叶天体最多的是(  )。
(A)猎户座 (B)蛇夫座
(C)武仙座 (D)船尾座

9、在地球上能观测到被月掩的2等及以上恒星有(  )颗。
(A)7  (B)12 (C)18 (D)21

10、以下哪颗行星正在逆行?(  )
(A)水星 (B)火星
(C)木星 (D)土星

11、2018年全球范围内可见(  )次日偏食,而我国可以观测到其中的(  )次。
(A)4,2 (B)3,1
(C)2,1 (D)2,0

12、北斗一(天枢)与北极星的角距离大约是(  )。
(A)10° (B)30°
(C)50° (D)70°

13、以下关于双子座流星雨说法错误的是(  )。
(A)极大出现在12月中旬
(B)流量大且稳定
(C)流星体速度较快
(D)2017年月光对观测的影响不大

14、以下彗星中,2017年回归近日点的是(  )。
(A)2P/Encke
(B)9P/Tempel
(C)C/2013 US10(Catalina)
(D)55P/Tempel-Tuttle

15、110个梅西叶天体中,半数以上是(  )。
(A)星云 (B)星团
(C)星系 (D)超新星遗迹

16、由于地球自转的不均匀性和长期变慢性,世界时与原子时的差需要人为闰秒来解决,正闰秒为协调世界时加1秒,负闰秒为其减1秒。2017年1月1日的闰秒已经是本世纪第5次闰秒,(  )。
(A)5次均为负闰秒
(B)其中有2次正闰秒3次负闰秒
(C)其中有3次正闰秒2次负闰秒
(D)5次均为正闰秒

17、在半影月食发生期间,如果站在月面上的半影区域,你会看到什么现象?(  )
(A)日偏食
(B)日全食
(C)没有发生日食
(D)看不到太阳

18、以下哪两个星座的天区不相邻?(  )
(A)双鱼座和鲸鱼座 
(B)飞马座和小马座
(C)狮子座和小狮座
(D)大犬座和小犬座

19、2016年11月,中国芯级直径为5米的大型运载火箭“长征五号”从(  )卫星发射中心首飞成功,同时还将“实践十七号卫星”直接送入了地球静止轨道。
(A)酒泉 (B)西昌
(C)文昌 (D)太原

20、2016年,天文学家利用欧洲南方天文台的望远镜和其他设施,在距离我们太阳系最近的恒星(  )周围,发现了一颗位于宜居带内的行星。
(A)巴纳德星
(B)WISE 1049-5319
(C)天狼星
(D)比邻星

21、在火星上观测地球与太阳的距离最大时可达(  )。
(A)26 (B)36 (C)46 (D)76

22、以下哪个项目不是我国重大科技基础设施 建设 “十三五”规划项目?(  )
(A)500米口径球面射电望远镜
(B)12米级口径光学/红外望远镜
(C)空间环境地基监测网
(D)高精度地基授时系统

23、在国家天文台兴隆观测基地进行观测,以下哪个时间的夜空与除夕夜(2017年1月27日)21时的夜空最接近?(  )
(A)2016年12月27日19时
(B)2017年2月27日19时
(C)2017年3月29日20时
(D)2017年3月29日23时

24、卡西尼号探测器预计在2017年晚些时候结束自己土星系统的探测任务。按照计划,它将以何种方式结束自己的探索任务?(  )
(A)坠入土星
(B)坠入土卫六
(C)飞跃天王星,然后飞离太阳系
(D)直接飞离太阳系

25、使用一台口径为90mm,焦距为900mm的折射望远镜观测月球,配套以下哪个目镜能够恰好使整个月球充满视野?(  )
(A)视野为40°的25mm目镜
(B)视野为40°的10mm目镜
(C)视野为40°的6.5mm目镜
(D)视野为60°的25mm目镜

26、一颗彗星最多和几个流星群有关?(  )
(A)1 (B)2
(C)4 (D)没有上限

27、1838年,德国天文学家贝塞尔利用高自行的天鹅座61双星首次测得了恒星视差,观测表明它的视差为0.31″,距离我们约(  )。
(A)1秒差距 (B)10光年
(C)100光年 (D)310秒差距

28、在北纬30°地区观测,春分当天日落时黄道与地平线的夹角大约是(  )。
(A)23°26′ (B)53°26′
(C)63°26′ (D)83°26′

29、以下说法不正确的是(  )。
(A)中国计划于2020年发射火星探测卫星,预计2021年抵达火星。
(B)2016年9月,欧洲空间局发布了盖亚天文卫星的第一批数据,其中包含了超过十亿颗恒星的位置信息。
(C)欧洲南方天文台将在夏威夷建设欧洲极大望远镜(E-ELT),其建成后将成为世界上最大的光学/红外波段望远镜。
(D)不久前,天文学家利用凌星法发现40光年外有7颗类地行星在围绕着TRAPPIST-1恒星运动。

30、哪种类型的超新星可以作为测量星系距离的标准蚀光?(  )
(A)I a (B)I b (C)I c (D)II

31、以下哪项英文缩写不属于三大国际天文奥林匹克赛事?(  )
(A)IAO  (B)AAO
(C)APAO (D)IOAA

32、M42与以下哪个天体光谱最接近?(  )
(A)双子座流星雨群内流星
(B)M57
(C)M31
(D)太阳

33、超新星爆发后光度会缓慢下降,这个过程中光度能量的主要来源是(  )。
(A)核裂变
(B)核聚变
(C)放射性元素衰变
(D)周围物质散射超新星爆发时的光

34、织女星是一颗位于主序带上的典型的AO型恒星,其绝对星等约为0.7等,在不考虑消光的前提下,一颗视星等为15等的同类型恒星距离我们大约多远?(  )
(A)500秒差距
(B)3000秒差距
(C)8000秒差距
(D)20000秒差距

35、以下人造天体中轨道高度最高的是(  )。
(A)地球同步轨道卫星
(B)太阳同步轨道卫星
(C)国际空间站
(D)哈勃空间望远镜

【答案】
1-5     DBBAC
6-10   DBBAC
11-15 BBCAB
16-20 DADCD
21-25 CABAB
26-30 BBDCA
31-35 BBCCA

第26题有争议。参见叶泉志博士的文章《一颗彗星能产生多少个流星雨?》


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中国天文学会主办,北京天文馆、中国天文学会普及工作委员会承办

竞赛宗旨:推动天文基础教育,为全国热心天文学的师生提供交流平台,加强天文科普教育的国际交流与合作。竞赛内容:天文相关时讯,基本天文概念和常识,天文观测。有关竞赛细节详见北京天文馆官网(http://www.bjp.org.cn/)。

题目有趣,小猪佩奇祝你们考出好成绩!

2018CNAO天文奥赛预赛试题
2018年3月24日 闭卷

【注意事项】请务必仔细阅读!
1. 每位考生会拿到一张预赛试卷和一张答题卡。试卷和答题卡都需要逐题填写,并且填写的内容必须完全一致。试卷和答题卡填写内容不一致的题目每题得 -4分。
2. 低年组考生(指 2003年 1月 1日以后出生,并且没有参加过国际天文奥赛 IAO 和亚太天文奥赛 APAO 的考生)只答本卷的 01-30题,高年组考生只答 06-35题。
3. 本卷为闭卷考试,请答卷人按照自己的真实水平独立完成答卷,并认真、完整地用签字笔在试卷上填写有关信息、答卷并签字,用 2B铅笔在答题卡上按要求签名(应与试卷上的签名一致;签名明显不一致的取消参赛资格),填涂试卷类型(见本注意事项之前的表格第二列)、准考证号(在空格处写数字,并填涂每个数字下面对应的部分)、组别,以及每道题的答案。未按要求填涂的取消考试成绩。考试开始 30分钟之后才可交卷,并在不影响其他考生答题的情况下安静离开考场,否则取消考试成绩。在监考老师宣布考试结束时,该考场所有考生应停止答卷,将试卷和答题卡放在桌上,保持安静离开考场。
4. 每题选择一个最接近正确的答案。将对应的字母(A,B,C,D之一)填在试卷上并填涂在答题卡该题号下方的对应处。不会做的题目不选。已填涂的答案如需改正,请用橡皮将原答案尽量擦除干净。每道题答对得 4分,答错或多选得 -4分,不选得 0分。满分120分。草稿可写在试卷“草稿区”处。
5. 本试题、答案及决赛名单将在北京天文馆网站公布。

【试题】

1、M51位于(  )。
(A)小熊座 (B)大熊座
(C)天琴座 (D)猎犬座

2、木星的卫星中体积最大的是(  )。
(A)木卫一 (B)木卫二
(C)木卫三 (D)木卫四

3、以下恒星无法在今晚观测到的是(  )。
(A)天狼星 (B)织女星
(C)大角星 (D)北落师门

4、下列星座中不相邻的是(  )。
(A)英仙座与飞马座
(B)宝瓶座与南鱼座
(C)天龙座与武仙座
(D)室女座与后发座

5、火星在2018年大冲时位于哪个星座天区内?(  )
(A)摩羯座 (B)天秤座
(C)巨蟹座 (D)狮子座

6、此时,太阳直射地球(  )。
(A)北回归线附近
(B)赤道北侧一点
(C)赤道南侧一点
(D)南回归线附近

7、此时,月球与太阳的角距约为(  )。
(A)45°   (B)90°
(C)120° (D)180°

8、以下梅西叶天体中与银河系最相似的是(  )。
(A)M31 (B)M32
(C)M82 (D)M87

9、南河三和北河三分别位于天球上那个大圆的两侧?(  )
(A)黄道 (B)天赤道 (C)银道 (D)其他三个选项都不正确

10、太阳的绝对星等是(  )。
(A)-26.8  (B)0.0
(C)4.8  (D)8.6

11、瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔奖授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和吉普·索恩,以表彰他们对探测(  )做出的贡献。
(A)引力波 (B)中微子
(C)暗物质 (D)暗能量

12、人类最近一次观测到银河系内的超新星爆发是在(  )年。
(A)1054 (B)1604
(C)1987 (D)2018

13、2017年6月15日,硬X射线调制望远镜(  )在酒泉卫星发射中心发射升空,弥补了我国空间X射线探测的空白。
(A)悟空 (B)天眼
(C)慧眼 (D)墨子

14、在月球上观测,地球和太阳的视直径比大约是(  )。
(A)1:1 (B)3:2
(C)2:1 (D)7:2

15、以下流星雨中,2018年极大期间的月相最有利于观测的是(  )。
(A)宝瓶座η流星雨
(B)英仙座流星雨
(C)双子座流星雨
(D)小熊座流星雨

16、一位天文学家和一位同学相约观测织女星。某天晚上的某个时刻,天文学家在格林尼治天文台观测到了织女星上中天,那么此后多久这位同学将在北京天文馆(116°20′E,39°56′N)观测到织女星上中天?(  )
(A)7小时44分   (B)8小时15分
(C)16小时12分 (D)16小时15分

17、下次日全食将发生在北京时间(  )。
(A)2018年8月11日
(B)2019年7月3日
(C)2019年12月26日
(D)2020年6月21日

18、以下关于2018年即将发射的凌星系外行星巡天望远镜(TESS)说法错误的是?(  )
(A)它将在椭圆轨道上绕地球运行。
(B)它将对开普勒望远镜之前发现的岩态行星进行进一步探测。
(C)它的目标是1到2倍地球大小的系外行星。
(D)除了观测系外行星,它还将被广泛应用于观测其他类型的目标。

19、以下关于月球的事实哪个最有可能是巧合?(  )
(A)在地球上观测月球和太阳看上去差不多大
(B)月球总是固定的一面朝向地球
(C)月球背面的环形山比正面多
(D)月球公转轨道和地球的公转轨道面夹角很小

20、以下彗星中2018年回归近日点的是(  )。
(A)1P/Halley
(B)2P/Encke
(C)62P/Tsuchinshanl
(D)C/2016 R2

21、首先提出“黑洞蒸发”理论的天文学家是(  )。
(A)爱因斯坦  (B)爱丁顿
(C)钱德拉塞卡 (D)霍金

22、2017年9月15日,卡西尼号探测器以坠入(  )大气层的方式结束了它的探测任务。
(A)金星 (B)木星
(C)土星 (D)海王星

23、太阳位于银河系中的哪个组成部分里?(  )
(A)银心 (B)核球
(C)银盘 (D)银晕

24、最大的折射式望远镜的口径是(  )。
(A)1.0m (B)2.4m
(C)5.4m (D)8.0m

25、在地球上观测,下列哪种情况不可能发生?(  )
(A)行星中水星距离地球最近
(B)一年出现3次金星大距
(C)火星比木星亮
(D)一年出现4次日食

26、在地球上观测周年日行迹的形状很像(  )。
(A)0 (B)1 (C)8 (D)S

27、2018年1月31日的月全食发生期间,以下梅西叶天体中与月球角距离最近的是(  )。
(A)M37 (B)M44
(C)M47 (D)M76

28、2018年1月31日除发生了月全食外,还上演了谷神星冲日天象,下一次谷神星冲日将发生在(  )。
(A)2018年10月12日
(B)2019年5月31日
(C)2020年3月25日
(D)2020年9月9日

29、目前得到确认的人类最古老的天文观象台是(  )。
(A)位于中国临汾的陶寺遗址
(B)位于中国安阳的殷墟遗址
(C)位于英国威尔特郡的巨石阵
(D)位于中国北京的古观象台

30、通常认为白矮星的质量上限为1.44个太阳质量,而稳定恒星的质量上限约为(  )个太阳质量。
(A)8 (B)50 (C)150 (D)500

31、以下天象可能发生在对应农历日期的是(  )。
(A)月掩毕宿五发生在除夕
(B)月掩心宿二发生在正月初五
(C)月掩轩辕十四发生在正月十五
(D)月掩角宿一发生在二月初二

32、以下天象出现频率最低的是(  )。
(A)金星上的水星凌日
(B)地球上的水星凌日
(C)地球上的金星凌日
(D)火星上的金星凌日

33、欧洲空间局盖亚(GAIA)卫星测量视星等为15等恒星视差的精度为20微角秒,那么它对于视星等15等恒星理论上的最远探测距离为(  )。
(A)2000光年
(B)10000秒差距
(C)50000秒差距
(D)200万光年

34、一位同学计划拍摄2018年大冲期间的火星和壮观的银河,以下哪个日期和地点是最佳选择(  )?
(A)7月26日 澳大利亚
(B)7月27日 南非
(C)7月28日 北京
(D)7月28日 智利

35、1838年,德国天文学家贝塞尔首次利用高自行的(  )测出了恒星的视差。
(A)天狼星  (B)比邻星
(C)巴纳德星 (D)天鹅座61双星

【答案】
DCDAA  BBAAC  ABCDB  DCCAB  CBBAC  CCCBD


2018CNAO天文奥赛决赛试题
浙江绍兴 2018年5月5日 闭卷

Ⅰ、选择题
低年组答1~10题,高年组答4~13题。每题选择一个最接近正确的答案,将对应的字母(A、B、C、D之一)填在题号后的括弧里。不会做的题目不选。每道题答对得4分,答错或多选得-4分,不选得0分。

1、(  )(仅低年组)下列四组行星中,此时角距离最近的是   
(A)水星和金星 (B)金星和木星
(C)火星和木星 (D)火星和土星

2、(  )(仅低年组)在南半球中纬度地区观测,现在是恒星时7h,已知某恒星再经过2h30m后上中天,请问该恒星的赤经为   
(A)0h30m (B)3h30
(C)9h30m (D)6h30m

3、(  )(仅低年组)暗物质粒子探测器   基于在轨运行的前530天共采集了约28亿个高能宇宙射线,成功获取了目前国际上精度最高的TeV电子宇宙射线探测结果。
(A)悟空     (B)ALMA
(C)南极AST-3 (D)Gaia

4、(  )今天我们可以观测到   
(A)四月天琴座流星雨
(B)宝瓶座η流星雨
(C)船尾座π流星雨
(D)英仙座流星雨

5、(  )一般来说,形成稳定恒星的质量上限大约是150个太阳质量,那么形成稳定恒星的质量下限是   个太阳质量。
(A)0.01 (B)0.08
(C)0.14 (D)0.51

6、(  )以下哪个深空天体在天球上离天津四最近?
(A)M35 (B)NGC7000
(C)M27 (D)NGC7293

7、(  )下列年份,哪一年会发生日全食(包括全环食),且全食带中心点距离我国最近?
(A)2020年 (B)2021年
(C)2022年 (D)2023年

8、(  )以下梅西叶天体中距离我们最远的是   
(A)M13   (B)M42
(C)M104 (D)M78

9、(  )小猪佩奇很喜欢玩踩泥巴的游戏,它在地球上的最高纪录是可以让泥巴飞1m高。一天,它来到了一颗材质与地球相似的陌生星球旅行,又玩起了踩泥巴的游戏。只见它用力一踩,泥巴直冲云霄,刚好飞离星球,再也没有回来。那么这颗星球的质量约为   
(A)3.7×1014kg (B)3.6×1018kg
(C)22×1019kg  (D)8.5×1024kg

10、(  )一颗红巨星的温度为2500K,半径是太阳的100倍,距离10pc,已知该红巨星在可见光波段(400nm≤λ≤700nm)的辐射能量占总光度L的3.3%,假如一个100W灯泡发出总辐射能量的5%在可见光波段,灯泡在   的距离上,肉眼看起来和红巨星一样亮。
(A)1.8km (B)7km
(C)10km  (D)18km

11、(  )(仅高年组)以下说法不正确的是   
(A)银河系以较差自转的方式自转,越靠近中心,旋转一周的时间越短。
(B)太阳系位于直径约为10万光年的银河系的银盘上,距离中心大约25万光年。
(C)1923年,埃德温·哈勃通过测定M31内造父变星的光度并计算出距离,证明了M31是河外星系。
(D)球状星团大多分布在银盘上,疏散星团主要分布在银晕中。

12、(  )(仅高年组)已知一颗恒星的光度是太阳的4倍,从地球上探测到这颗恒星的流量密度为3.05×10-14W/m2,则这颗恒星到地球的距离约为   
(A)4×1015m (B)1×1018m
(C)6×1019m (D)8×1024m

13、(  )(仅高年组)已知当前的宇宙背景辐射温度为273K,那么红移为5的地方的宇宙背景辐射温度约为   
(A)273 K   (B)1092 K
(C)1365 K (D)1638 K

Ⅱ、简答题
每题15分,只写公式或只给出最后答案的均不能得满分。低年组答14~17题,高年组答15~18题。

14、(低年组)古刹与月牙

1550556581100611.jpg

  图1是一位叫杨勇的天文摄影师拍摄的一张照片,某座山上的古刹与一轮金钩状的月牙叠在一起。为了方便大家解题,把照片的黑色背景替换成了灰色。已知此时月亮视直径为30′,该古刹高34m,箭头所指处为该古刹所修建的山顶平台,那么:
(1)试求摄影师距离古刹多远?
(2)假设摄影师使用的相机某品牌APS-C画幅的相机,传感器尺寸为23.6×15.6mm,拍到的这张照片没有进行裁剪,试问摄影师所使用的镜头焦距为多少?
(3)这张照片拍摄于2017年4月28日20:40,查阅星图软件可知此时从摄影机位看月亮中心的地平高度为4.5°。已知该摄影机位海拔50m,试问该古刹所在的山顶平台海拔高度为多少?

15、(低年组和高年组)月全食
  2018年1月31日,地球上的很多地区都观测到了一次月全食天象。这次月全食的本影食分和半影食分分别为1.3和2.3,其他相关信息请自行回忆。同时月球上的一位观测者欣赏到了一次日食。如果它一直待在某个位置,那么他可能观测到日食最长能持续多久?

16、(低年组和高年组)食双星
  已知食双星系统中,两个天体相互环绕的轨道倾角为90度,主星视星等为1等,伴星视星等为2等,主星半径是伴星的2倍。请给出两个天体完成一次相互绕转,系统视星等的变化情况。

17、(低年组和高年组)地球的兄弟
  地球也许存在一个不轻易路面的兄弟。假设存在一颗与地球类似的行星,同样运行于地球的公转轨道上,只是当地球位于近日点时,这颗行星正位于轨道的远日点。估算从地球上观察,这颗行星东大距和西大距的日期,以及大距时行星与太阳的距角。表1为2018年二十四节气的时刻(北京时间)。

节气序号
1 2 3 4 5 6 7 8
时刻

1月
5.74日

1月
20.46日

2月
4.23日

2月
19.05日

3月
5.98日

3月
21.01日

4月
5.17日

4月
20.46日

太阳地心黄经                
日心黄经                
节气序号 9 10 11 12 13 14 15 16
时刻

5月
5.89日

5月
21.43日

6月
6.06日

6月
21.75日

7月
7.48日

7月
23.21日

8月
7.90

8月
23.51日

太阳地心黄经                
日心黄经                
节气序号 17 18 19 20 21 22 23 24
时刻

9月
8.02日

9月
23.41日

10月
8.68日

10月
23.81日

11月
7.81日

11月
22.71日

12月
7.52日

12月
22.27日

太阳地心黄经                
日心黄经                

18、(高年组)霍金辐射
  在本题中,你会一步一步地推导黑洞的霍金辐射表达式。在这里,黑洞的模型为没有自旋、不带电荷的史瓦西黑洞;由于严格的计算需要用到量子场论的知识,在一些细节上你只需要正确估计量级。
(1)请写出质量为M的史瓦西黑洞的视界面半径rs ;如果你不会,你可以从牛顿力学出发,计算质点M在逃逸速度为光度c时对应的半径。
(2)考虑量子效应后,理论上光子可以从这一黑洞中逃逸出来,我们认为这时光子的波长λ应与黑洞视界面的典型尺度相当。光子的温度可以表示为T=E/kB,其中kB为玻尔兹曼常数,E为 光子的能量。则光子的温度是多少?
(3)假设黑洞以上方式辐射光子,则黑洞辐射的功率是多少?
(4)黑洞的寿命τ和黑洞初始质量M0的几次方成正比?

Ⅲ、笔试观测

  下图是某地北京时间2017年12月30日3时16分所见星空。图中同心圆为等地平高度圈,间隔30°。星图中心位置为天顶。仔细观察并完成如下题目:

1550563919574397.jpg

19、观测地地理纬度:   

20、观测地地理经度:   (填写选项对应字母)。
(A)84°E   (B)120°E
(C)156°E (D)192°E

21、依次写出图中5个圈中最亮恒星的名称:(填写选项对应字母)
1.    2.    3.     4.     5.   
(A)室女座α (B)天琴座α
(C)白羊座α (D)天龙座α
(E)金牛座α  (F)金牛座β
(G)仙后座α (H)狮子座α
(I)  狮子座β  (J)玉夫座α
(K)长蛇座α  (L)仙女座α
(M)猎户座α (N)猎户座β
(O)大犬座α (P)大犬座β
(Q)双子座α (R)双子座β

22、下列哪两个梅西叶天体不在星图中:   (填写选项对应字母)。
(A)M1   (B)M13 (C)M31
(D)M42 (E)M44 (F)M45
(G)M57 (H)M81 (I)M101

23、用符号◎在图中标出月球的具体位置,符号大小需与示例相同。

2018CNAO天文奥赛决赛答案

Ⅰ、选择题

DCABB  BDCAC  DCD

Ⅱ、简答题

14、(低年组)古刹与月牙

  解:(1)用尺子测量,月亮直径为7.6cm,古刹高45cm(具体数据取决于印刷出来的大小,但比例一定)。
  月亮视半径为30′。故古刹视高度为(30/7.6)×4.5=17.76′。已知古刹实际高度为34m,故距离L为34/sin17.76′=6.58km。

  (2)用尺子测量,照片宽边长为24.6cm,对应的视角为:(30/7.6)×24.6=97.1′=5826″。
  根据底片比例尺,可得:(206265″/f)×15.6mm=5826″,式中,f即为镜头焦距。所以,f=552mm。

  (3)可以通过辅助线标出月亮中心,再用尺子测量,月亮中心到山顶平台的距离为4.6cm,故山顶平台相对于月亮中心的地平高度低了(30/7.6)×4.6=18.15′=0.3°。故山顶平台相对于摄影机位的仰角为:4.5°-0.3°=4.2°。

  结合第(1)问,山顶平台相对于摄影机位的相对高度h=L×sin4.2°=482m。故其海拔高度为482m+50m=532m。

  根据计算方法不同,允许有±10m的误差。

15、(低年组和高年组)月全食

  解:首先通过地球和太阳的大小计算地球本影长度:x/(1.5×108+x)=12756/1392000,x=1387332km。

  本次月食期间月球位于近地点附近,距离地球大约36万千米。那么36万千米处地球本影大小为9446km,大约是月球直径的2.7倍。

  本次月食的本影时分为1.3,因此月球进入本影最深处距离地影边缘 3475×1.3=4517km。

  接下来计算半影的范围,如果月面的某个位置进入地球半影,意味着那里能观测到日偏食。所以观测到日食的初亏到复圆要包含半影月食的过程。3475×2.3=7993km,因此半影直径约为1.6万千米。

  月球公转周期为27.32天,地月平均距离是38万千米,根据开普勒第二定律可以近似计算出月球在近地点的公转速度为9.22万千米/天。所以,1.6万千米/9.22(万千米/天)≈4.16小时。

16、(低年组和高年组)食双星

  解:设F1为主星流量,F2为伴星流量,为系统流量。r1为主星半径,r2为伴星半径。m1为主星视星等,m2为伴星视星等,m为系统视星等。

  根据视星等的定义1553873266427950.png,所以1553873668229344.png,即F2=10-0.4F1

  当不发生掩星时,F=F1+F2=F1(1+10-0.4)=1.398F1

  此时1553874454452512.png-0.36,即m=0.64等。

  当主星掩伴星时,′=F1,所以m′=m1=1等。

  当伴星掩主星时,1553875800562218.pngF1(1+10-0.4-0.25)=1.148F1,

  此时1553876178913599.png-0.15,即m″=0.85等。

  综上,系统视星等的变化为0.64等 → 1等 → 0.64等 → 0.85等 → 0.64等 → 1等 → 0.64等 → 0.85等 → ……,如此反复。

17、(低年组和高年组)地球的兄弟

  解:如图,S为太阳。P为地球轨道近日点,A为远日点。

1550576509203390.jpg

  设E为地球,E′为行星,则从地球过近日点时刻起,E自P点、E′自A点沿轨道运动。角ESE′自180°持续减小,直至到达SE′=SE的位置,图中E0、E1表示,以后角ESE′开始增加。因此,E0是东大距所处位置。

  同理可证,当地球到达E1点时,行星到达E0点,角ESE′极小,从地球上观察到行星西大距。

  每年1月4日前后地球过近日点。1/4地球轨道周期=91.3日,即东大距发生于4月5.3日,西大距发生于10月4.7日。

  由节气日太阳地心黄经计算日心黄经。

节气序号
1 2 3 4 5 6 7 8
时刻

1月
5.74日

1月
20.46日

2月
4.23日

2月
19.05日

3月
5.98日

3月
21.01日

4月
5.17日

4月
20.46日

太阳地心黄经           0 15 30
日心黄经           180 196 210
节气序号 9 10 11 12 13 14 15 16
时刻

5月
5.89日

5月
21.43日

6月
6.06日

6月
21.75日

7月
7.48日

7月
23.21日

8月
7.90

8月
23.51日

太阳地心黄经                
日心黄经                
节气序号 17 18 19 20 21 22 23 24
时刻

9月
8.02日

9月
23.41日

10月
8.68日

10月
23.81日

11月
7.81日

11月
22.71日

12月
7.52日

12月
22.27日

太阳地心黄经     180 195        
日心黄经     0 15        

内插得E0的日黄经:0.13/15.29×15+195=195.1275。

E1的日心黄经:11.29/15.27×15+0=11.0904。

故:角E0SE1=175.9629。

大距时的距角SE0E1=SE1E0=2.018度。

18、(高年组)霍金辐射

  解:(1)黑洞的史瓦西半径为:1553876523147966.png,从牛顿力学出发进行求解也可以得出一样的结果,在这里不进行赘述。

  (2)光子的能量可以表示为:1553876750421880.png1553876895630253.png,故光子的温度为:1553877032172364.png

  (3)黑洞的表面积为 :1553877665679679.png

  黑洞的辐射方式可以看作黑体辐射,故黑洞辐射功率为:1553877965296740.png

  (4)根据质能方程,黑洞的总能量为:E(t)=M(t)c2≡M0c2·α(t),其中α(t)=M(t)/M0为无量纲量。单位时间内,黑洞质量的损失率:1553878256702734.png

  故黑洞的寿命为:1553878392762522.png

  即黑洞的寿命τ和黑洞初始质量M0的三次方成正比。

Ⅲ、笔试观测

19、24。

20、A。

21、(1)K  (2)I   (3)M  (4)Q  (5)L。

22、B、G。

23、

1550581305360818.jpg

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北京天文馆 / 全国中学生天文奥赛组委会


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