普通天文學 期中考 （一九九九年 春）

考試時間 1999.4.21 10 am∼12 noon。請將答案寫在答案紙上，並清楚標明題號。考試中不可以使用任何參考資料──包括別人的答案，也不能用計算機。

一、是非題：對你認為是恆真的陳述在答案欄劃「○」；否則劃「×」且簡單說明或修改題目使其正確；說明不正確仍不計分。每題3分。

Betelgeuse 是獵戶座 (Orion) 中的一顆星，也就是中國人稱的「參宿四」。參宿四是顆超巨星，才剛從獵戶座大星雲中的黑暗星雲收縮而形成，顏色偏紅，表示其表面溫度比太陽低。其光度測量的 (B-V) 值也會比太陽低。

太陽藉熱核反應產生能量，愈接近表面溫度愈低，核反應速率愈慢。太陽的表面溫度約三千度，核反應的速率只有中央部份的十分之一。

此為太陽表面的可見光照片，其中黑色的部分稱為「太陽黑子」 (sunspots)，為磁場較弱的部分，因此該區域能量較小而呈現暗黑色。

太陽表面的游離物質隨著磁場噴發出來，稱為 solar wind。這些物質掉落進地球的大氣層便是流星。在太陽活躍期，噴發劇烈，掉落的物質增加，就是流星雨。

太陽表面有明暗相間的 granules，是太陽內部能量藉由對流輸出產生的現象。

我們肉眼所見的太陽表面稱為 chromosphere，其溫度大約為 5800 K。在X波段觀測太陽，日冕非常明亮，而光球的部分則呈暗黑。

太陽的視星等約為 -27 等，絕對星等約為 -5 等，這是因為太陽離我們非常近的關係。

所謂「錢氏極限」 (Chandrasekhar limit) 是電子簡併壓力能抵擋萬有引力的最大質量極限，其值大約是 1.4 M_☉。核心質量大於此極限的星球，將無法成為白矮星。

類似太陽一般的低質量主序星在核心進行核反應，將氫轉變成氦；而質量較大的主序星則在核心將氦轉變成碳或更重的元素。

太陽是顆結構穩定的主序星，其內部各部分氣體壓力均與重力達到平衡，因此太陽是團不動的氣球，至於我們觀測到的太陽光度震盪現象，是由於地球大氣擾動造成的結果。

雙星距離太近時﹐物質會從質量小的星流向質量大的星﹐這類系統稱為 eclipsing binaries。

天蝎座裡最亮的「心大星」 (Antares；也稱為心宿二) 是一顆紅巨星。和太陽比起來，心大星的體積比太陽大、溫度比太陽高、光度比太陽大，密度則比太陽低。

天文學家利用 Zeeman effect 測量天體的自行運動。

一般相信「脈衝星」 (pulsars) 乃快速自轉的中子星 (neutron stars)。

SN 1987A 是顆超新星，於1987年爆發，經查之前的觀測記錄，天文學家並未在該區域的分子雲觀測到任何可能形成恆星的證據，顯示我們仍不瞭解此類新誕生的恆星。

造父變星 (Cepheid variable) 是大質量的巨星或超巨星，因為脈動而改變體積大小與光度。其光變週期與光度成線性關係，因此是天文上很好的標準燭光。

A星的視差角經測量為 0.01角秒，而 B 星的視差角則為0.02角秒，因此我們可以推論A星的距離是B星的2倍，並且A星的表面溫度比B星高4倍。

行星狀星雲是恆星演化末期的產物，是由於行星死亡後，拋出表面的大氣層所形成。將來地球所產生的行星狀星雲會富含氧化物與矽化物。

下圖中的天體稱為「蟹狀星雲」 (Crab Nebula)，乃超新星爆炸後的遺骸。

雙星系統中質量轉移造成白矮星表面發生核反應，所產生的爆炸事件，因此形成了「新星」 (nova)。這些星體剛剛進入主序階段，稱為「零齡主序星」 (zero-age main-sequence stars)。

二、問答題──簡單、扼要地回答下列問題。

繪出 Hertzsprung-Russell diagram。清楚地標出橫軸與縱軸。在圖上標示出太陽的位置，並標出主序、紅巨星、超巨星與白矮星所在的區域。在圖上畫出太陽離開主序後的演化路徑。(10%)

太陽的光譜型態為 G2 V，北落師門（南魚座 Alpha 星；Fomalhaut）為 A3 V，畢宿五（金牛座 Alpha 星；Aldebaran）則為 K5 III，就就這三顆恆星的體積、表面溫度、質量、光度、距離、密度等物理參數予以比較。 (10%)

Cassiopeia A 是個超新星遺骸，其半徑大小目前約為 2.5 minutes of arc，而以每年 0.5 角秒向外增加。觀測 Doppler 效應另得知其膨脹速率為 5700 km/sec，估計此雲氣的距離以及該超新星爆炸的年代。(10%)

如果以45億年當作發展出智慧文明所需要的時間，試討論周圍能夠產生智慧文明的恆星的質量。如果太陽的質量是現在的兩倍，而地球以同樣的距離繞行這顆假想的太陽（此處稱為 H 星），試問（一）地球的公轉軌道速度有何改變？（二）地球的自轉速度有何改變？（三）此 H 星的光度和太陽相比有何不同？（四）地球的表面溫度有何變化？（五）簡單說明地球尚可能有哪些景象與現在不同。你必須說明推論的過程，或是任何推導的公式，但不必實際算出最後的數字結果。(10%)