普通天文學  期末考 （二００一年 春）

 考試時間 2001.06.18 上午10:00 ∼12 noon。請將答案寫在答案卷上。

 問答題：

  1. （共15％）像太陽這樣的恆星，當結束主序壽命後，並不會變成中子星，而會成為白矮星。（1）支撐白矮星與中子星的力量有何差別？（5％）（2）太陽的半徑為 R☉＝7 ×105 km，在赤道上的自轉速率約為2km/s，假設太陽在變成白矮星的過程中，質量損失很少，那麼當太陽縮小成白矮星時，半徑只有現在約1％，試計算白矮星的密度為現在太陽的多少倍。（5％）（3）如果角動量守恆，那麼白矮星的自轉速度將是多少？（5％）

  2. （共15％）1920年在美國華盛頓特區的「國家科學院」 (National Academy of Sciences) 曾經舉行一場辯論，由 Harlow Shapley 與 Heber Curtis 針對太空中觀測到的某些螺旋雲氣 (spiral nebulae) 究竟是在本銀河系裡，還是銀河系外各自的系統進行辯論。辯論當時沒有結論，但是到了1923年Edwin Hubble提出研究結果，認為很多這些「雲氣」（例如仙女座星雲）不屬於銀河系，而是其他星系。（1）試說明 Hubble 當時有哪些觀測證據，據以判斷仙女座星雲乃銀河系之外的星系。（5％）（2）Hubble 繼續研究這些星系的運動及距離，進而發現了 Hubble's law，顯示宇宙正處於膨脹狀態，這也表示宇宙是有起點的，也就是 Big Bang。試提出一項觀測證據支持Big Bang 理論。（5％）（3）最近另有觀測證據，顯示宇宙乃加速膨脹，簡單說明此項觀測證據，並說明為何這項發現若是事實，為何無法用現知的物理解釋。（5％）

  3.  （共15％）有些理論認為某些星系的中心存在超大質量的黑洞，（1）請提出一項觀測證據支持這個說法。（5％）（2）對於質量為一億倍太陽質量的黑洞，其Schwartzschild radius有多大？（5％）（3）這個半徑與 event horizon 有何關係？（5％）

  4.  （共15％）太陽離銀河中心的距離約為8000 pc，1pc相當於3×1013km，太陽繞行銀河中心旋轉的速度約為每秒220公里，（1）試計算太陽繞行銀河的週期為多少年。（5％）（2）試從太陽的運動狀態計算提供太陽軌道內所包含的銀河系質量。（5％）（3）銀河系具有平坦的旋轉曲線 (rotation curve)，也就是離銀河中心不同距離的天體（星球或雲氣）並不隨距離變化。這樣的旋轉曲線與行星繞行太陽的情形迥然不同，這對於銀河系中質量的分布提供怎麼樣的證據？（5％）

  5.  （共15％）太陽屬於「螺旋星系」、「橢圓星系」，還是「不規則星系」？（5％）試從外觀、成員年齡、運動狀態，以及雲氣的含量等，比較「螺旋星系」與「橢圓星系」的差別（5％）。試提出一種理論，從宇宙早期星系形成時，恆星形成活動的差異來解釋螺旋星系與橢圓星系的起源。（5％）

  6.  （共10％）銀河系中有「球狀星團」與「疏散星團」，兩者性質迥異。試就外觀形狀、成員恆星年齡、化學成分，以及星團在銀河系中所在的位置等各項性質，比較這兩種星團的差別。

  7.  （共5％）何謂「哈柏常數」(Hubble constant)？如果觀測到此常數的數值為H0=75km/s/Mpc，試依此估計宇宙的年齡。

  8.  （共10％） 何謂Planck time？在宇宙學中此時間有何意義？在此之前宇宙處於何種狀狀態？

 

期末考題目到此，恭喜各位結束普通天文學全部課程，希望你學到一些天文知識與求知的啟發，日後能常保對大自然的好奇。祝你假期愉快，並保持學習的心！