一、选择题
选择题答题说明:本大题共5题,最高20分.请选出最合适的答案,并填在答题纸相应位置.所有选择题均为单选.选对一题得4分,选错一题扣4分,不选或选E得0分.
1. 北天极现在的极星是小熊座α,而12 000年后将是织女星,造成极星变化的主要原因是( ).
A.地球公转. B.地球自转轴在空间的摆动.
C.太阳系在宇宙中的运动. D.恒星自行. E.不知道.
2. 关于望远镜,下列表述正确的是( ).
A.直接用目镜观测,在普通折射望远镜中看到的是倒像,在牛顿反射式望远镜中看到的是正像.
B.搜寻彗星用口径越大,焦距越长,放大率越大的望远镜越有效.
C.望远镜放大倍数越大,越有利于分辨月亮和行星表面的细节.
D.相比地平式望远镜,赤道式望远镜的优点是容易跟踪天体的周日视运动. E.不知道.
3. 近期,彗星C/2009 R1引起了很多人的关注,以下说法错误的是( ).
A.这是一颗2009年被发现的彗星.
B. 在未来650年里,这颗彗星可能离地球非常的近,需要人类警惕.
C. 彗星由彗核、彗发、彗尾等部分组成.
D. 通常,彗星的彗尾扫过地球不会造成太大影响.
4. 在杭高天文台,社员们用通过投影法看过太阳黑子,通过H-α滤镜观察日珥.问一个小问题,H-α滤镜中,字母“H”代表的含义是什么?
A. 镀膜型号 B. 氢元素 C. High,即高级的 D. 无意,只是品牌而已 E. 不知道
5. 杭高天文社常在金牛池边开展路边天文夜活动.某次,大家注意到在西偏南低空有一个亮点向东北移动,不断升高,经过头顶后,又向东偏南移动,不断下降.经确认这是一颗绕地球匀速圆周运动的人造卫星.请你试着模拟生活中的类似场景,想一想,大家看到这颗卫星从空中划过时,卫星( ).
A. 快慢基本不变.
B. 在天顶附近移动较快,在地平线附近移动较慢.
C. 在地平线附近移动较快,在天顶附近移动较慢.
D. 在升高阶段移动较快,在下降阶段移动较慢. E. 不知道
三、简答与计算(本大题共3题,共计60分,请在答题纸上清晰地写出你的推算过程)
【城市仰望】10. (本题20分)
I. 在灯火通明的城市,银河和繁星黯然失色,但真实的星空一直都在我们的头顶闪耀!假如今晚天气良好,天文社在西湖边组织路边天文夜活动,并请你负责操作口径为150mm的牛顿反射式望远镜和CG4赤道仪,向市民展示夜空.现在望远镜和必要的附件已经到达指定地点,请你说说你将如何准备望远镜(不必给出目镜型号),又将带领市民观测哪些天体(写出3个即可)?
II. 一天,丁哲航将他心爱的望远镜对准木星,就像400年前伽利略一样.一个晚上,他依次看到的木星和它的4颗伽利略卫星的景象如图11-1所示(每小时一张).第一张照片上已标明号码.请辨认其他图片上卫星的位置,并将相应号码在每一张图上标出(1表示木卫一,2表示木卫二,以此类推),发生掩食的卫星仍需标出其位置.
图11-1
【萨米人的星空】11.(本题20分)
I. 知识储备
a. 位置的确定总是至关重要,比如在地球上,我们通常采用经纬来定位.我们用字母 代表地球上某地的纬度,且规定北半球纬度为正,南半球纬度为负.例如,对于处在北纬30度的杭州有 ,而对于南纬26度的世界杯举办地约翰内斯堡则有
b. 人们也用类似的方法划分天球,并将之称为赤道坐标系,如图12-1所示.
(图12-1)
地球自转轴的延伸向北和天球交于北天极P,地球赤道的延伸与天球相交于天赤道.与地球上的经纬相似,人们规定了平行于天赤道的赤纬,和垂直于天赤道的赤经.赤纬值用 表示,其正负性和范围与地球上 相同.
规定了赤道坐标系之后,人们推导出了以下一些有用的结论,它们可能会在后面的解题中被用到(假设观测地纬度为 ).
上中天天体的地平高度
下中天天体的低平高度
如果某天体永不出现在地平线上方,则其
如果某天体永不出现在地平线下方,则其
太阳的赤纬 ,N是一年中的日数,1月1日的N为1.
II. 解决问题(题中Sami,章鱼,肉均系化名)
a. 萨米人是指居住在北欧拉普兰地区的原住民,他们在古代以养殖驯鹿为生.即便如此他们还是观察了天上的星空,并且拥有自己的星座文化.如今随着经济的发展,饲养驯鹿为生的萨米人已经很少,只占到8%,但是他们的很多文化并未失传,其中他们拥有一个叫做Sarva the Elk的星座.这个星座的星图如下(图12-2).
图12-2
请回答:1)画面中右下角那个巨大的点表示哪颗亮星?
2)请写出两个与Sarva the Elk存在交集的现代星座名称.
b. 高一(10)班的天文社成员Sami同学相当喜欢驯鹿,一天他决定与肉和章鱼同学一同前往萨米人居住的芬兰拉普兰省首府罗瓦涅米市游玩.他们从杭州乘坐CRH1B编组的D5472次到达上海,并换乘上局沪段的神车1462次抵达北京,然后赶上了北京前往芬兰首都赫尔辛基的航班.航班从北京出发后一路向西北进发,一度接近北极并最终抵达了赫尔辛基的万塔机场.在飞行途中,正当日落之时,三位同学刚打算好好休息休息,坐在窗边的肉发现太阳又从西边升起来了.请问这是否可能呢?如果你认为可能,请给出一个合理的解释.
c. 抵达赫尔辛基之后,三人参观游览了赫尔辛基大教堂等著名景点,再乘坐VR(芬兰国营铁路)的P 273次旅客列车,从赫尔辛基出发,中途停靠坦佩雷、奥卢、凯米等十余个城市之后,于次日早晨10:41分正点抵达罗瓦涅米车站.抵达之后,Sami等三人参观了圣诞老人村并和圣诞老人合影.其间,Sami发现了这样一条线:(上面的文字是:Arctic Circle)
于是他们便在这条线的地方进行观测,并教会一头驯鹿如何观测.章鱼觉得生活在北极圈的驯鹿特别舒服,因为那里很多地方都光害不大,但是肉则认为他们可能看到的星空范围太窄了.请问生活在圣诞老人村附近的驯鹿可以看到多少范围的星空?(设其观测地海拔为0m,给出可见的赤纬范围)
d. 在教会驯鹿如何观测之后,Sami提议三人前往边陲小镇Enontekiö参观.到达那里之后,他们发现在那里,太阳24小时不升起,可以整天进行观测.经过查询他们发现Enontekiö所处的纬度是北纬68度23分,请问在每年什么时候(1年为365天),Enontekiö可以整天观测(就是极夜)?『提示:忽略太阳视半径,你应该会利用已知结论来推断答案的合理性.』
此外,你还需了解一些天文常识:
a. 月龄指从新月起算经历的天数,1朔望月约为29.5日.
b. 行星绕恒星的运动遵循开普勒定律:
开普勒第一定律:所有行星绕恒星运动的轨道都是椭圆,且恒星位于椭圆的一个焦点上.
开普勒第二定律:对任意一个行星来说,它与恒星的连线在相等时间内扫过的面积相等.
开普勒第三定律:所有行星的轨道的半长轴的三次方与它的公转周期的二次方的比值都相等,即 ,式中k是常数,只与恒星的质量有关,相同质量的恒星k相同.a即为某行星的轨道半长轴长,T即为它的公转周期.
c. 若两天体与地球的距离近似相等,都为D(单位:秒差距),且两者的视距离为θ(单位:角秒),则它们的垂直于视线方向的实际距离 (单位:AU).
d. 金星轨道半长轴0.723AU;火星轨道半长轴1.52AU.
II. 解决问题
A. (1)我们看到的除满月和弦月外的月相的明暗边缘近似为半个椭圆(假如月球是个完美的球体且表面光滑,这半个椭圆也将是完美的),请简要阐述原因.
(2)试测算下面两种月相(北半球正像)所对应的月龄(直接写结果,保留1位小数).
B. 2020年,天文学家杨毅在处理一颗遥远的类太阳恒星(恒星周年视差0.001090513″,类太阳恒星的质量可看作与太阳相等)的观测图像时发现了绕其运转的一颗行星,行星视运动的圆轨道半径恰好也为0.001090513″.神奇的是,恒星看起来并不在行星圆轨道中央,其到圆心的距离恰好为行星视圆轨道半径的1/3.
(1)计算恒星离太阳的距离.(单位用秒差距,结果保留三位有效数字)
(2)行星绕恒星的运动遵循开普勒定律,试解释为什么观测到的恒星位置显得反常.并计算该行星的运转周期(以地球年为单位).
『提示:结合开普勒定律,思考该其本质和表象之间的转换关系.』
(3)进一步的研究表明,这颗恒星的年龄与太阳接近,行星的大小和质量都与地球近似相等,那么这颗行星上可能演化出生命吗?请谈谈你的看法.
(注:本小题为开放题.与标准答案不一致但合理的回答都将酌情给分.如有需要,可结合计算说明.)
1. 与银河系处于同一级别的天体系统是( ).
A.太阳系 B.地月系 C.河外星系 D.总星系 E.不知道
2. 出现于光球层的太阳活动是( ).
A.耀斑 B.日珥 C.太阳风 D.太阳黑子 E.不知道
3. 2010年全国天文奥赛的最后一个晚上,当各个参赛队互相拥抱道别之时,天空一个火红色的光点快速划过织女星,历时一秒左右,其亮度远甚于金星,引得在场天文爱好者连声惊叹.请问这个红色光点最可能是下列选项中的哪一个?
A. 彗星 B. 火流星 C. 人造卫星过境 D. 飞机导航灯 E.不知道
4. 天文观测中为什么要用红光作为手电的光线?
A. 人眼睛对红光不敏感 B. 方便为其他观测者指引方向
C. 红光的折射率小 D. 红光波长最长 E.不知道
5. 在我国北方流传的“三星正南,家家拜年”中所说的“三星”在下列那个星座中?
A. 大犬 B. 小犬 C. 猎户 D. 双子 E. 不知道
6. 在杭州,北极星的地平高度角约为几度?
A. 10° B. 20° C. 30° D. 45° E. 不知道
7. 天文摄影中常用到的一种仪器叫做“赤道仪”.有了赤道仪,天文跟踪摄影变简单了许多.请问为使拍出的照片不变成一条一条的线,而是保持一个个星点,赤道仪上的照相器材应该绕哪根轴,并以多大的角速度旋转?
A. 赤纬轴,15° /h B. 赤经轴,15° /h C. 赤纬轴,7.5° /h D. 赤经轴,7.5° /h
E.不知道
8. 英仙座流星雨的极大发生在每年的( ).
A. 4月 B. 8月 C. 11月 D. 12月 E. 不知道
9. 有一天傍晚,Sami走路回家看到月亮升起,请问这一天不可能是( ).
A. 清明 B. 中秋 C.端午 D. 圣诞节 E. 不知道
10.古希腊人将星空分为众多星座,来表示他们的神明,而星空运转的规律也常常被他们用做神明行事的规律.丰收之神得墨忒尔(Demeter)的女儿珀耳塞福涅被哈迪斯抢去做了冥后,一年中只有一半的时间可以回家.在这半年中得墨忒尔将走出山洞,此时大地春暖花开,充满生机,而女儿不在的半年,大地寒风萧瑟,万物枯萎.这段神话的天文意义是,在春天与夏天,代表得墨忒尔的那个星座可以在前半夜看到;而在秋天与冬天,人们是无法看到这个星座的.请问,以下四个星座中,符合上述描述的是( ).
A、室女座 B、仙女座 C、仙后座 D、处女座 E. 不知道
11. 北斗七星中,以下哪颗具有肉眼可见的伴星( ).
A. 天玑 B. 玉衡 C. 开阳 D. 摇光 E. 不知道
12. 以下哪一个是猎户座的缩写( ).
A. Leo B. Sco C. Ori D. Lyr E. 不知道
13. 2009年的夏天,社员丁哲航在自己家楼下用望远镜找到了位于天琴座的星云.这个星云俗称“环状星云”,是梅西耶天体表中的深空天体之一,属于行星状星云.请问它是( ).
A. M31 B. M81 C. M41 D. M57 E. 不知道
14. 某日,远在大洋彼岸的Eric打电话说他前一天晚上拍摄了上弦月.请问,处在杭州的你今晚所见的月相最接近于( ).
A. 朔 B. 上弦月 C. 望 D. 下弦月 E. 不知道
15. 你也许欣赏过天文爱好者们拍摄的星空.其中的银河璀璨夺目,星云大放异彩,然而,你还是无法用肉眼直接看到如此美妙的景象.对此现象的解释最合适的说法是( ).
A. 光害太强,掩盖了群星的光辉.
B. 肉眼不能延长“曝光时间”并叠合图像.
C. 大气对于星光的吸收十分严重,肉眼无法分辨星光.
D. 相比于照相机镜头,瞳孔孔径太小,光的通量太小. E. 不知道
16. 爱护器材是每一个天文爱好者都应具备的素质.有一天章鱼借用了一台150牛反和CG4赤道仪回家观测,请问下列操作会对器材造成损害的是( ).
A. 观测前不仔细对极轴.
B. 调焦时把调焦保护锁锁紧.
C. 暂时不用的目镜放在星架盘子上.
D. 找到天体后把赤经赤纬轴的锁都锁上. E. 不知道
17. 今年世界杯在南非举行.假设朝鲜队和巴西队比赛后组织到约翰内斯堡(南纬 26°08',东经27°54')郊外观星放松,天爽气清,但是他们无法看到下列哪个星座?
A. 小熊座 B. 天鹅座 C. 船底座 D. 乌鸦座 E. 不知道
18. 梅西耶马拉松是一项集挑战性和趣味性于一身的天文观测活动,但观测者必须对M天体足够熟悉.下列关于M天体的一些信息,完全正确的是( ).
A. M1 金牛座 蝎状星云 B. M104 狮子座 草帽星系
C. M13 武仙座 球状星团 D. M42 猎户座 马头星云 E. 不知道
19. 2010年12月22日,Eric乘坐的飞机将从多伦多(西五区)于当地时间10时15分(非夏时制)起飞,向东飞行13小时40分后飞抵上海.则抵达时间为北京时间 ,此时杭州的恒星时为 .
A. 23时55分 05h55m B. 11时55分 11h55m
C. 12时55分 20h55m D. 12时55分 18h55m E. 不知道
20. 前任天文社副社长傅慎明同学常在天文台用望远镜拍照.一日,他使用天文台圆顶内口径150mm,焦比为12.67的望远镜和某相机拍摄满月.他发现照片中月球的直径恰为画面对角线长,且查得该相机感光设备CMOS的长宽比为3:2.已知地球上观测时月球角直径是30′,且把满月当作完美的圆形,请你计算CMOS的大小(单位mm2).
A. 1.68×10-3 B. 127.0 C. 114.1 D. 243.3 E. 不知道
『提示:照相机像平面上1mm与对应天空角直径(角秒)的比率,称为“底片比例尺”,其关系如下