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第十届高年组试题


2014 年“开信杯”广东省第十届中小学生 天文奥林匹克竞赛试题(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。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、比赛结果将在广东天文学会网站 www.gdtw.org.cn 公布。 ? Part?1? 天文热点? ? 1.? 今年 1 月,一位知名的业余天文学家与世长辞。他曾发明了一款经济且方便携带的反射式望远镜支架, 首创和推广了路边天文活动。他的名字叫? (? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 约翰·道布森? ? ? ? B.? 周兴明? ? ? ? ? C.? 卡尔·萨根? ? ? ? ? D.? 奥本·勒维耶? ? 2.? 玉兔号月球车在今年 1 月底发生故障后,以下哪个部分至今仍有故障未排除?? (? ? ? ? ? ? )? A.? 移动系统? ? ? ? B.? 测月雷达? ? ? ? ? C.? 全景相机? ? ? ? ? D.? 太阳能电池板? ? 3.? 以下哪个机构去年年底成功发射了火星探测器, 成为世界上第四个成功发射火星探测器的机构? (? ? ? ? ? ) ? A.? 中国的 CNSA? ? ? B.? 俄罗斯的 RSA? ? ? C.? 欧洲的 ESA? ? ? D.? 印度的 ISRO? ? 4.? 今年国内观测条件最好的一次月食发生在(? ? ? ? ? ? ) 。? A.?4 月 15 日? ? ? ? ? B.4 月 29 日? ? ? ? ? ? ? C.?10 月 8 日? ? ? ? ? ? D.?10 月 23 日? ? 5.? 今年 7 月,天文学界曾传出消息称有天文学家从宇宙微波背景辐射(CMB)中发现了原初引力波存在的 证据,可惜后来 Plank 天文卫星的测量结果显示,这一疑似的信号可能只是银河系内的尘埃造成的。最初发 现的疑似信号是通过以下哪个望远镜测量得到的?(? ? ? ? ? ? )? A.? 默奇森广角阵列(MWA)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.? 南极望远镜(SPT)? C.? 威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)? ? ? D.? 盖亚望远镜(GAIA)? ? 6.? 关于罗塞塔号探测器,以下哪个说法不正确(? ? ? ? ? ? )? A.? 从发射到入轨目标天体共用了 10 年有余? B.? 在北京时间 2014 年 11 月 12 日朝目标彗星发射了着陆探测器“菲莱”? C.? 其携带的着陆器“菲莱”在登陆过程中两次从彗星表面反弹入空中? D.? 以近椭圆的轨道环绕彗星运动? ? 7.? 关于今年 10 月出现的太阳巨大黑子群(活动区 AR?2192) ,下面说法正确的是(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 比 2003 年的大型黑子群要小? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.? 该黑子群在 10 月中下旬出现?
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C.? 该黑子群肉眼不可见? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D.? 直径约为地球的四倍? ? 8.? 很多媒体把今年 9 月 28 日火星合心宿二称为“荧惑守心” 。但实际上, “荧惑守心”指的是火星在心宿内 发生“留”的现象。根据正确的定义,今年一共发生了多少次“荧惑守心”的现象?? (? ? ? ? ? ? )? A.?4 次? ? ? ? ? B.?2 次? ? ? ? ? C.?1 次? ? ? ? ? ? D.? 一次也没有? ? ? ? ? 9.? 如果你今天晚上出去观测,你不会看到(? ? ? ? ? ? )? A.? 刚入夜,火星出现在东方的天空? ? ? ? ? ? B.? 刚入夜,飞马座斜挂在低空? C.? 月亮在猎户座? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D.? 后半夜,木星悬挂在东方天空? ? 10.? 今年年底,有消息称 NASA 负责人发布了紧急演说,警告今年 12 月 16 至 22 日的六天内会发生一场前 所未有的太阳风暴,结果将导致地球出现连续 6 天黑夜。以下说法中正确的是(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 该现象是由于太阳抛出物挡在地日之间引起的? B.? 该现象是由于太阳风刮起行星际间的尘埃和星屑引起的? C.? 那几天地球接受到的太阳辐射会因此而弱一些,但根本不会出现黑夜,反而更像是 6 天黄昏。? D.? 根本没这回事,肯定是有人在造谣? ? ? Part?2? 基础知识与常识? ? 11.? 以下哪颗恒星的视星等暗于 1.5 等(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 织女星? ? ? B.? 参宿七? ? ? C.? 老人星? ? ? ? D.? 心宿一? ? 12.? 右图是开信公司一款双筒望远镜铭牌部分的截图。由此可知该 双筒望远镜的视场大小约为(? ? ? ? ? ? ) 。? A.?11°6′? ? B.?5°33′? C.?2°46′? ? D.?33′? ? 13.? UBV 系统是天文学上十分常用的一套测光系统。U 波段滤光片允许近紫外光通过,B 波段滤光片允许蓝 色光通过,V 波段滤光片允许黄绿色光通过。如果我们把 U 波段滤光片和 V 波段滤光片叠在一起看星星, 那我们将看到(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 白茫茫一片什么都看不到? ? ? ? ? ? B.? 黑乎乎一片什么都看不到? C.? 所有的天体都偏紫? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D.? 所有的天体都偏绿? ? 14.? 包含“星团”的更大一级天体系统是(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 聚星系统? ? ? ? B.? 星系? ? ? ? ? C.? 星系团? ? ? ? ? ? D.? 星云? ? 15.? 当两个天体的距离近到一定程度时,潮汐作用就会使流体星体解体,这个极限距离被称为洛希极限。以 下哪一项位于其所环绕的天体的洛希半径内(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 水星? ? ? B.? 铱星? ? ? C.? 小行星带? ? ? D.? 土星环? ? 16.? 希伯来历以新月初升为一个月的开始,平年有 12 个月且采取十九年七润的方法使年的长度和太阳周期 保持一致。闰月都放到每年第六个月之后。希伯来历是一种(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 阴阳历? ? ? B.? 阳历? ? ? C.? 阴历? ? D.? 长数历? ?
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17.? 以下哪个梅西耶天体的年龄最老(? ? ? ? ? ? ) 。? A.?M1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.?M6? ? ? ? ? ? ? ? C.?M13? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D.?M27? ? 18.? 以下哪种说法是合理的(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 理想情况下,单凭肉眼也能看得见天王星? B.? 行星和月球的引力会对人类的血压产生一定影响,它们在空中的位置不同,带来的影响也不同,进而干 扰人的健康和情绪? C.? 使用中学生天文社团中常用的光学望远镜能勉强看到 HD290865 (一颗 B 波段视星等约 11 等的白色恒星) 系统中的行星? D.? 行星冲日是一种很罕见的特殊天象? ? 19.? 在火星上能观察到有显著相位变化的行星有(? ? ? ? ? ? ) 。? ①? 水星? ? ②? 金星? ③? 地球? ④? 木星? ? A.? ①②? ? ? B.? ②③? ? C.? ①②③? ? D.? ①②③④? ? 20.? 土星合月大约多久发生一次(? ? ? ? ? ? ) 。? A.?10 天? ? ? ? ? B.?1 个月? ? ? ? C.?3 个月? ? ? ? ? D.? 半年? ? Part?3? 观测与应用? ? I.?South?Park? ? ? 命题成员:团长(第八至十届省赛命题组成员,IOAA 选手) 、Ghaunom? (第四届省赛特等奖、第五届省赛一 等奖选手,IOAA 选手)? ? 虽然到了南半球我们要和北极星说再见了,但在南半球中低纬地区,我们还是能见到很多熟悉的星座。 Ghaunom 同学为我们拍摄了一些南半球的星空照片(见附录 I) 。? ? 21.? 以下哪个星座没有在本题任何题图中出现(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 天鹅座? ? ? B.? 天兔座? ? ? C.? 南冕座? ? ? D.? 金牛座? ? 22.? 图 1‐A 和图 1‐B 的拍摄方向大致是(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 东? ? ? B.? 南? ? ? C.? 西? ? ? ? D.? 北? ? 23.? 以下哪颗亮星有在图 1‐C 中出现(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 天狼星? ? ? B.? 南河三? ? ? C.? 北河三? ? D.? 五车二? ? 24.? 以下哪个梅西耶天体在本题的任何题图中都没有出现(? ? ? ? ? ? ) 。? A.?M45? ? ? ? B.?M4? ? ? C.?M8? ? ? D.?M31? ? 25.? 以下 4 项关于南半球和北半球星空的对比中,哪项描述是正确的?(? ? ? ? ? ? )? A.? 在南半球,会观测到恒星从西边升起? B.? 在南半球,猎户座上中天时“头”朝地平线,在北半球则“脚”朝地平线? C.? 无论在南半球还是北半球,秋天都是下半夜拍摄测银河中心的最佳时候? D.? 部分在北半球观测到的天赤道上的星座,在南半球中低纬地区无法被观测到?
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26.? 拍摄当天大火星和火星的赤道坐标分别约(16h29m,?‐26°26′)? 和? (17h46m,?‐24°55′)。 可估算出图 1‐A 和图 1‐B 的拍摄时间差大致为(? ? ? ? ? ? ) 。? A.?40 分钟? ? ? B.?1 小时 17 分钟? ? C.?2 小时 4 分钟? ? ? D.?5 小时 6 分钟? ? 27.? 图 1‐C 的左半部的天空明显比右半部分的亮得多,分析图片后,你觉得最主要的原因是(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 月光干扰? ? ? ? ? B.? 日出? ? ? ? ? ? C.? 远处城市的光污染? ? ? ? ? D.? 野外的荧光生物群落? ? II.? 黎明前的流星雨? 命题成员:地瓜(第六、七届省赛特等奖及第五、八届省赛一等奖选手)? ? 由于黎明时分进入地平以上大气层的流星体相对于大气的平均速度比傍晚时分的更大,更容易出现火 流星现象,因此日出前的一段时间往往是观测火流星效率最高的时候。今年 8 月 13 日凌晨,在国外大学天 文系深造的阿泽和同学小天来到广东乡村,一起观测英仙座流星雨。附录 II 的材料一是他们观测的部分录 音记录。? ? 28.? 图 2‐A 是小天观测时的视野示意图,根据此图估算出视野遮挡率 K 大约为(? ? ? ? ? ? ) 。? ? A.?0.01? ? B.?0.06? ? ? C.?0.27? ? ? D.?0.5? ? ? ? ? ? 29.? 在标准观测中,需要估计某时刻的极限星等 Lm,方法是在一定的天区内数出肉眼可见的恒星的数目, 再参考国际流星组织(IMO)的表格,计算出 Lm 值。假设在他们一小时的观测中极限星等的变化可以忽略, 根据图 2‐A 和 IMO 给出的相应天区的极限星等资料(表 2‐A) ,估算观测时的极限星等为(? ? ? ? ? ? ) 。? ? A.?4.95? ? ? B.?5.12? ? ? C.?5.36? ? ? D.?6.14? ? 30.? 表 2‐B 是小天上报至 IMO 的部分观测记录。经过一夜的观测,小天已十分疲惫,漏填了+3 等流星数量 一栏中有关英仙座流星雨的记录,导致流星总数的计算也跟着出错。请根据录音记录,为她填写出英仙座 流星雨+3 等流星数的正确数据。 (? ? ? ? ? ? )? A.?2? ? ? ? B.?2.5? ? ? ? ? ? ? C.?3? ? ? ? D.?3.5? ? 31.? 在观测时,小天的视野中心始终保持在高度角约为 52°。已知英仙座流星雨的族群指数γ=2.0? 。请根 据题 1、2、3 中你所计算的 K、Lm 参数、完整的观测数据以及录音记录的其他内容,计算出在小天观测时 英仙座流星雨每小时天顶流星数 ZHR 大约为多少。 (? ? ? ? ? ? )? A.?22? ? ? ? ? B.?43? ? ? ? C.?75? ? ? ? ? D.?100? ? 32.?IMO 收集来自世界各地的各种形式的流星观测数据, 包括摄像报告、 火流星目击报告和无线电观测报告。 请问 IMO 统计全球流星报告、分析汇总的最基本方法是什么?(? ? ? ? ? ? )? A.? 仅运用精确的影像数据进行研究? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.? 由观测者提供相对粗糙的流星手绘图画? C.? 仅采集 IMO 内部会员的报告,以确保数据的准确性? ? ? ? ? ? D.? 收集大量数据,尽可能减小人为误差? ? 33.? 广东天文爱好者小东在距离阿泽和小天的观测点 100km 的地方,那一晚他们观测到了同一颗流星。他 们不仅能够测量出流星在空中的运行轨迹,还回溯出了流星在宇宙空间中原本的轨道。请问这三位观测者 只运用了什么仪器或方式进行观测?(? ? ? ? ? ? )? A.? 摄像? ? ? B.? 照相? ? ? C.? 目视? ? D.? 收音机? ? ?
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III.? 行星探测? 命题成员:Era(第四、五届省赛一等奖选手,09 年亚太赛国家队成员) 、团长? ? 34.? 根据附录 III,请问下列哪一个选项不属于卡西尼探测器的十大科学成就?(? ? ? ? ? ? )? A. 发现土卫二恩克拉多斯上活跃的冰喷泉? B. 首次拍摄到土星光环中的垂直结构? C. “惠更斯”在土卫六泰坦上实现了首次着陆? D. 研究了木星的四颗伽利略卫星艾奥、欧罗巴、杰尼米德和卡里斯托的轨道共振现象? ? ? 35.? 请问除了卡西尼‐惠更斯号计划外,还有哪一个探测计划对土星进行了探测?? (? ? ? ? ? ? )? A.? 夸父计划? ? ? ? B.? 旅行者计划? ? ? C.? 阿波罗计划? ? ? D.? 水手号计划? ? 36.? 根据材料二中的数据,? 你估计开普勒-10c 表面的重力加速度是地球的几倍?? (? ? ? ? ? ? )? A.?0.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.?0.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? C.?3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D.?7? ? 37.? 开普勒-10c 的公转轨道内侧还存在另一颗行星开普勒-10b,它的质量是地球的 3 倍,直径是地球的 1.5 倍。那么下列哪一个说法最不可能是正确的?(? ? ? ? ? ? )? A.? 开普勒-10b 上的第一宇宙速度大约是地球上的 1.4 倍? B.? 开普勒-10b 的主要成分和开普勒-10c 的类似? C.? 如果开普勒-10b 上存在居民,? 则在他们眼中,? 太阳系处于他们所在的恒星系统的北黄极方向? D.? 假如将开普勒-10b 搬到地球的公转轨道上,? 它的轨道周期将是 1 地球年? ? 38.? 假设在某个天体表面上生活着一种和人类生物特征类似的生物,根据你了解到的行星适居性的知识,你 猜测他们当中的天文学家最有可能观测到下列哪一种天文现象?(? ? ? ? ? ? )? A.? 夜空中存在着强烈的伽玛射线源,? 给居民们提供取之不竭的能量? B.? 该恒星系统的“太阳”经常会突然地大幅度增加亮度,? 同时释放出大量 X 射线? C.? 该天体围绕着一颗大型气态行星公转,? 还能清晰地观测到该行星的光环? D.? 由于该天体有比较高的轨道偏心率,? 所以冬季时的母星会比夏季时的母星看起来小很多? ? 39.? 下列哪一项探索计划和“对地球以外的星体进行生命探索”无关?(? ? ? ? ? ? )? A.?SETI 计划? ? ? ? B.?SOHO 探测器? ? ? C.? 旅行者金唱片? ? ? D.? 先驱者镀金铝板? ? 40.? 右图是美国 NRAO 在今年 11 月发布的金牛座 HL 的照片。这颗距离我 们 450 光年的恒星质量和太阳类似。该照片由 ALAM(阿塔卡玛大型毫米 /亚毫米波阵列,分辨率可达 35 毫角秒)拍摄,从照片中可清晰看出恒星 周围气体盘的一道道同心圆空隙(黑环) 。这些空隙疑似是被原行星清空 了其中的物质后留下的。以下说法不准确的是(? ? ? ? ? ? ) 。? A.? 气体盘中的物质发出辐射的原因是这些物质在发生着核聚变反应? B.? 我们看到的是这个系统在 450 年前的状态? C.? 仅用口径 500 米的相同波段的射电望远镜不可能得到如此精细的结构? D.? 这些空隙是由于原行星与盘中物质间的引力相互作用产生的? ? ? ?
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IV.? 开普勒望远镜? 命题成员:Jenny(第六、七届省赛一等奖选手)? 开普勒望远镜是著名的用来寻找太阳系外行星的太空望远镜,同时它也是用来研究恒星天体物理性质 的重要工具。开普勒空间望远镜可以准确测量恒星细微的亮度变化。恒星表面的亮度变化主要是因为其表 面存在星斑。星斑类似于太阳黑子,伴随着恒星的自转,星斑会引起恒星表面的亮度呈现周期性下降,变 化的周期即为恒星的自转周期。通过研究恒星的自转周期,我们可以研究恒星的物理状态。恒星的亮度也 可能会受到行星或伴星(若存在)掩食影响。某知名大学的开普勒项目小组里,小组成员们利用开普勒望 远镜的数据寻找恒星真正的自转周期,从而研究恒星的物理状态。假设你是小组的成员之一,请根据背景 材料完成以下几道题。? ? 41.? 开普勒望远镜搜寻太阳系外行星的方法是(? ? ? ? ? ) 。? A.? 三角视差测量法? ? B.? 凌掩法(凌日法)? C.? 测量主恒星的径向速度? ? D.? 直接获得行星表面影像? ? 42.? 现在你开始处理光变数据,下面四幅图中的曲线为恒星的亮度变化曲线,其中多多少少混进了噪声,即 观测数据是真实信号和噪声的叠加。我们知道,如果视线在双星系统轨道平面上,那么在双星系统的一个 轨道周期中,我们通常会看到双星的亮度出现两次程度不同的下降(大家熟知的食变星) 。以下哪个图像最 能说明是双星系统?(? ? ? ? ? ? )? ? (注:纵坐标为亮度,横坐标为天数)? ?

?? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? C? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D? ? 43.? 接下来的题目将涉及这个小组的主要研究课题,你通过观测数据研究恒星由星斑引起的亮度变化,从而 测算出其自转周期。项目领导人此时告诉你,越年轻的恒星自转速度越快。附录中图 4‐A 至 4‐C 为同一类恒 星在年龄为 1 亿、10 亿和 50 亿年时的亮度变化图像(顺序被打乱) ,纵坐标为恒星亮度,请你判断哪一个 图像可以描述年龄为 1 亿年的恒星的光变。 (? ? ? ? ? ? )? ? A.? 图 A? ? ? ? ? B.? 图 B? ? ? C.? 图 C? ? ? D.? 信息太少,难以判断? ? 44.? 如何根据光变曲线找出恒星自转周期?简单来说,就是找出两次相同幅度的亮度下降之间的时间间隔。 不过这个方法可能会做出误判。下面哪种情况下,用该方法获得的光变周期大约只有真正的恒星自转周期 的一半?(? ? ? ? ? ? )? ? A.? 在恒星旁有热木星? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.? 双星系统里的两颗恒星质量相同,处于不同的演化阶段? ? C.? 掩食双星系统里的两颗恒星体积相同? ? ? ? ? ? D.? 有两群相似大小的黑子分布在恒星前后两侧? ? V.? 流落翠星的少年? ? 命题成员:团长、Peter(历届广东天文奥赛命题组成员)? ? 在遥远的未来,人类已经建立起成熟的宇宙文明。在一场突袭外星生物的战斗中,人类一方作战失利 而紧急撤退。一位少年机师的座机来不及登上母船,在进入虫洞后飞行姿态意外失控,脱离了舰队,到达 了一片未知的区域,并降落在一个拥有浩瀚海洋、以氮氧为主的大气、人类亦可以正常活动的未知行星上。 从夜空中银河的形态和银核亮度,可大致推测出该行星应该位于银盘内(银盘厚度约 0.6kpc,相比 30kpc
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的直径显得很薄) 。少年利用座机中的定位仪器,将天体观测结果和银河同盟的标准星图比对,得知自己身 处无法靠一己之力返回的遥远之地。? 脉冲星定位是座机采用的一种定位方式。它的基本原理是,首先通过观测脉冲星的脉冲和周期特征, 识别出是哪些脉冲星,并从星表中获得这些脉冲星在银河系中的坐标等参数,然后根据观测到的它们之间 的相对位置,反推出观测者的位置。简单来说,就是把脉冲星当成“GPS 卫星” ,通过他们在天空中的相对 位置来帮助我们定位。? 附录中图 5‐A 为行星上建立的本地银道坐标系, 圆点为行星上观测到的一些脉冲星, 其中的 5 颗在银河 同盟所在位置也能看到。对这 5 颗,以下始终用实心圆点代表。它们的详细数据已经掌握,现用这 5 颗星 进行定位。图 5‐B、C 是以银心为原点,银盘面为 X‐Y 平面,北银极为 Z 轴正方向的直角坐标系。以银心指 向同盟所在地——即两幅图中的“*”点——为 Y 轴的正方向,对应着 X=?0。不同银道坐标系的定义见附录。 ? ? 45.? 现在的脉冲星导航技术理论大多研究用 X 射线脉冲星进行空间导航,最可能的原因是(? ? ? ? ? ? ) 。? ? ? A.? 与 X 射线波段观测设备拥有同样分辨率的射电望远镜体积太大,很难送到宇宙中? B.? 每颗脉冲星在 X 射线波段的脉冲周期、周期变化率、脉冲轮廓等参数具有特殊性,而在射电波段不具备? C.? 射电波段上的测量精度比 X 射线波段低很多,不足区分每颗脉冲星? D.?X 射线脉冲星的相对运动速度较慢,定位较精准? ? 46.? 假设在少年座机的计算机中有一个十分庞大的脉冲星数据库, 但是有一些理论上应该能被座机上的 X 射 线探测器看到的脉冲星却没看到,同时也有些数据库中没有的脉冲星出现了。导致这种结果的最主要因素 是(? ? ? ? ? ? ? ) 。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? A.? 星际介质的消光效应消除了大量脉冲星信号? ? ? ? ? ? ? B.? 脉冲星的辐射光束比较窄,不是四面八方都发光? C.? 星球大气的透明度太差? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D.? 受宇宙学红移的影响? ? 47.? 星际航行中利用脉冲星进行较精确的定位,至少需要多少颗脉冲星的信号?(? ? ? ? ? ? )? A.?2? ? ? ? B.?3? ? ? ? C.?4? ? ? ? D.?5? ? 48.? 在银盘上任意一个观测点处可以建立本地银道坐标系,银经从银心方向开始计量(见附录说明) 。按银 经分成 0‐90°、90‐180°、180‐270°和 270‐360°四块,分别称为第 1、2、3、4 象限。在离*点比较远的地 方进行观测,定位脉冲星在天空中的分布会与在*点看到的明显不同。题图中 A、B、C、D 四个点为少年所 在行星可能的位置。下列数据处理结论不正确或分析方法明显不可行的是(? ? ? ? ? ? ) 。? (提示:如果定位脉冲星和 4 个候选观测点的距离足够远,且观测点与 XY 平面的距离远小于他们到银心的 距离,则可以近似认为观测点在 XY 平面上)? ? A.? 在图 5‐B 中,用直线连接 B 点和坐标为(0,0)的点,再通过 B 点作该直线的垂线,两线划分的四个区域 刚好分别对应本地银经的 4 个象限? B.? ? A 点看到的星空和实际观测不符? C.? 第 5 颗星在 B 点所在的本地银道坐标系的第 3 象限内? D.? 如果观测者在 C 点,第 1 颗星的银纬为正? ? 49.? 要精确定位,首先需要粗略估计行星所在的位置。在 A、B、C、D? 四个十字点中,哪一个点的最接近行 星的真实位置?(? ? ? ? ? ? )? A.?A 点? ? ? ? B.?B 点? ? ? C.?C 点? ? ? ? D.?D 点? ? 50.? 若该行星就在你上题所选的位置,则银河同盟与该行星的距离约为(? ? ? ? ? ? ) 。? A.?6582 光年? ? ? ? B.?11270 光年? ? ? ? C.?31107 光年? ? ? D.?38624 光年?
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附录
N ? m 2 ? kg ?1 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 斯蒂潘-波尔兹常数 σ =5.67 × 10?8 W ? m ?2 ? K ?4 真空光速 c=3.00 × 108 m/s 元电荷 e=1.60 ×10?19C 辐射常量 a=7.57 × 10?16 J ? m ?3 ? K ?4 mp =1.67 ×10?27 kg 质子质量 me =9.11×10?31kg 电子质量 mn =1.67 ×10?27 kg 中子质量 太阳质量 1.99 × 1030 kg
万有引力常数 G=6.67 × 10
?11

太阳半径 太阳亮度

6.96 × 108 m 3.9 × 1026 W

太阳视星等 4.79 太阳热星等 4.72 地球质量 地球半径 月球质量 月球半径 火星质量 火星半径

5.96 ×1024 kg
6378 km

7.35 ×1022 kg
1738 km

6.42 ×1023 kg
3397 km

万有引力定律 F=

GMm r2

望远镜极限角分辨率 θ=1.22λ/D 哈勃定律 v=hd (v:星系退行速度,h:哈勃常数,d:距离) ,? 多普勒公式 v=cz (v:视向速度,c:真空光速,z:红移)

普森公式 m= ? 2.5lgE +常数 距离模数 m ? M=5lg r ? 5

其中 r 为天体距离,以秒差距为单位 活力公式 v =G(M+m) ?
2

?2 1? ? ? ?r a?

波长 ? γ射线? X 射线? 紫外? 可见光? 红外? 微波? 无线电波? 太阳辐射 ? 地球大气透明度 ? 大气造成的辐射转移? 被臭氧吸收? 被氧和氮吸收? 被水汽吸收? 被电离层散射?

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Part3? 参考资料? I.?South?Park? 以下照片均由 Ghaunom 同学摄于堪培拉南部郊野。 拍摄时间: 2014 年 10 月 22 日晚至 23 日凌晨 (UTC+11, 比北京时间早 3 小时) 。?

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图 1‐A?

???? ? 图 1‐B? 有着和图 A 相同的视场和地景,但拍摄时间晚于图 A

? 图 1‐?C? 摄于 10 月 23 日 0 时 0 分?
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火星?

? ? ? ? ? 图 1‐D? ? 用 Stellarium 模拟的 10 月 22 日晚北半球观测者看到的银河中心附近的星图。图中使用赤道坐 标,水平方向平行于赤经圈。注意当晚银心所在的天区有一颗明亮的行星。? ? II.? 黎明前的流星雨? ? 材料一? ? 观测录音记录文本? 03:35 阿泽:喏,就在这观测吧。这里视野开拓,灯光污染也少,把躺椅准备好,准备让眼睛适应黑暗环境。 ? 03:36 小天:哇,好多星星,没有云!但是有很强的月光欸,要观测吗?? 03:37 阿泽:没事,我们让眼睛适应黑暗,观测离月亮比较远的天区,一样能观测到流星。记住,从现在开 始照明要用红光手电,好啦,准备开启录音……? 04:00 阿泽:流星标准观测开始!我们现在记下观测时间、天空云遮比、目视极限星等和视野中央的坐标。 待会儿上报数据要用。? 04:02 小天:哇!英仙座的流星!1.5 等,白色!? 04:05 小天:3 等,白色的!? 04:09 小天:黄色,1 等的流星!哇你看那里又有一颗,4 等的流星。? 04:11 小天:1 等,黄色的天鹅座κ流星群的流星!? 04:15 阿泽:你不要总是低头喝奶茶,这是会漏掉流星!观测时要专心。? 04:17 小天:你看你看,4 等的群内流星!? 04:19 小天:2 等,红色!偶发的流星。? 04:27 小天:1.5 等,白色!你看,这里又有一颗 4 等的!? 04:30 小天:你看那颗红色的流星。负 3 等的火流星!尾迹还在!? 04:31 小天:一颗 4 等的群内流星。? 04:36 小天:你看低空又有一颗 2 等的红色偶发流星。? 04:39 小天:这颗是南宝瓶座δ流星群的流星!负 1 等,白色。? 04:45 小天:这颗飞的好远。2 等。? 04:49 小天:又是一颗!3 等,哇黄色的好漂亮。? 04:55 小天:这里有一颗。3 等,白色。? 04:58? 小天:又是一颗耶!0 等的,白色。? 05:00 阿泽:好啦天快要亮了,标准观测结束,我们回去休息一下,早上起来再整理数据咯。? ?
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材料二? 每小时天顶流星数 ZHR 定义为?

,? 其中 N 为标准观测时间段内共观测到的流星总数,Teff 为标准观测持续时间,γ为流星雨的族群指数,Lm 为极限星等,K 是云和地面遮挡物占观测天区面积的比例,h 为观测者视野中心的高度角(sin52o=0.79, cos52o=0.62)? ? 表 2‐A? 各统计天区内肉眼可见的恒星数量 N 和极限星等 Lm 之间的对应关系?

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表 2‐B? 小天的 IMO 观测报表的一部分,英仙座流星雨的代号为 PER?

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? 图 2‐A? 小天与阿泽的观测天区示意图。椭圆形区域为有效观测区,注意树木遮挡了一部分观测天区。 虚线标出了仙王和英仙中用于计算极限星等的统计区域(表 2‐A 中的 2 号和 7 号天区) ,作为顶点的 恒星和虚线边框内的恒星都计入统计范围。? ? ? III.? 行星探测? 材料一? ? “卡西尼”土星探测十大成就? 6 月 30 日,美国航空航天局(NASA)的“卡西尼”(Cassini)探测器迎来了进入土星系统 10 周年的纪 念日。? 10 年前,也就是 2004 年的 6 月 30 日,卡西尼抵达了这颗带有美丽光环的行星,开始环绕它运转,就 此展开了原定为期 4 年的土星探测任务。2008 年以来,NASA 已经 3 次批准任务延期,使得科学家获得了一 个前所未有的良机——在长达 10 年,也就是土星环绕太阳大约 1/3 圈的时间里,细致地观察土星及其扈从 正在缓慢经历着的季节变化。? 这艘无畏的无人探测器,已向地球发回了 514?GB 的科学数据。利用这些数据,科学家已经发表了 3000 多 篇研究论文。为了庆祝环绕土星 10 周年,NASA 在官网上选出了“卡西尼”探测器的 10 大科学成就和发现。 ? 摘自果壳网? http://www.guokr.com/article/438704/? ? 材料二? ? ? 天文学家发现“巨型地球”? 这颗行星名为开普勒-10c,距离地球大约 550 光年,实际上是在 2011 年被首次发现的。? ……?
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人们发现,开普勒-10c 的直径大约是地球的 2.35 倍。他们原先认为,这颗星球足够巨大,应该拥有 浓厚的大气层,看上去更像是一颗迷你版的海王星才对。果真如此的话,它的密度就不会太高,毕竟气态 巨行星主要是由气体构成的。? ……? 正是这个结果,让他们大吃了一惊。这颗行星的质量是地球的 17.2 倍, 这个数字太大了,远远超出 2.35 倍地球直径的一颗迷你版海王星所应有的质量。这意味着,该行星的密度大约为 7.5 克/立方厘米,高得让 人咂舌——要知道,地球的密度才只有 5.5 克/立方厘米,而典型的气态巨行星密度仅有 1 克/立方厘米左右。 如此高的密度意味着,这颗行星必定是岩石星球,就像地球这样。? 摘自果壳网? ? http://www.guokr.com/article/438541/? ? 材料三? ? 行星适居性是天文学里对星体上生命的出现与繁衍潜力的评估指标,它可以适用于行星及行星的天然 卫星。? 生命的必要条件是能量来源(通常是太阳能但并不全然) 。通常当其他条件,如该行星的物理和化学条 件成熟后,才能称该行星为适合生命居住的。外星生命的存在仍是未知之数,行星适居性是以太阳系及地 球的环境推测其他星体是否会适合生命居住。行星适居性较高的星体通常是那些拥有持续与复杂的多细胞 生物与单细胞生命系统的星体。对行星适居性的研究和理论是天体科学的组成部分,正在成为一门新兴学 科——太空生物学。? 对地球以外的星体进行生命探索是极古老的话题,最初是属于哲学及物理学的研究领域。20 世纪后期 有两个重大突破,一是使用探测器对太阳系里其他行星与卫星进行观察,获得了这些星体的资料,并将其 与地球的相关资料作比较; 二是太阳系外行星的发现,它们是在 1995 年被首度发现的,其后进度不断加快。 这些发现证明了太阳并不是唯一的拥有行星的星体,扩阔了探索适合生命居住的行星的范围,使太阳系外 星体亦被纳入研究。? 摘自维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A1%8C%E6%98%9F%E9%81%A9%E5%B1%85%E6%80%A7? ? IV.? 开普勒望远镜?

??????????? 图 4‐A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图 4‐B?

?

???????????? 图 4‐C? ?
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图片取自: http://physicsworld.com/cws/article/news/ 2011/may/25/astronomers-put-a-new-spinon-the-age-of-stars

V.? 流落翠星的少年?

? 图 5‐A? ? ? 为少年所在行星建立的本地银道坐标系。建立原则与我们以太阳为中心的银道 坐标系一样。○? 是行星上观测到,而同盟所在地观测不到的脉冲星;●为两地都观测到的 脉冲星(已用数字标号) 。?

? 图 5‐B? ? ? 标准坐标系 X‐Y 平面投影图,*是银河同盟所在位置,? X、Y、Z 坐标为(0,6.6,‐0.25) ;+是行星所在位置的 4 个候选地点。?

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? 图 5‐C? ? ? 标准坐标系 X‐Z 平面投影图? 标准坐标系:? 这里定义的标准坐标系是一套以银心为原点的空间直角坐标 系。X‐Y 平面与银盘平行,Z 轴过银心并垂直 X‐Y 平面。通过银心与 *点在银道面上的投影的连线定义 Y 轴的正方向, 即*点的 X 坐标值 定为 0。显然,这套坐标下,投影图中的 Z=0 直线与银道面重合。? ? 银道坐标系:? 现实中使用的银道坐标系是以太阳为球心,银道为基本大圆, 银经计量原点在银心方向的球面坐标系, 以右手定则确定银经的正 方向,即盘面上方为银纬正方向,银经沿逆时针方向增加,如右图。? 其中 l 是银经,b 是银纬。? ? 本地银道坐标系:? 在银盘上任何一个星球上都可以建立本地的银道坐标系,? 以该星球为球心,银道为基本大圆,从星球指向银心方向开始,? 沿逆时针方向计量银经。右图显示了同一个天体在以太阳为球心的银道坐标系中和另一个星球的本地银道 坐标系中银经的差别(空心圆代表天体在银盘上的投影) ,银纬通常也会有差别。? ? ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐? 辅助材料——希望以下信息能为不熟悉脉冲星的参赛者提供一定帮助, 如果你觉得已经足够熟悉, 可尝试直 接回答问题。? 脉冲星信号的一些特点? 现在对脉冲星的观测已经能把脉冲星的周期,以及周期的变化率测得十分精准(周期误差可以到 10‐18s 的量级) 。射电脉冲星周期在 1ms‐10s 范围内,周期变化率在 10‐20‐10‐15s/s 之间。一些脉冲星的周期极其稳 定,用它们的脉冲信号定出的时间要比原子钟还要准确。不同的脉冲星还有着不同的周期和周期变化率, 因此脉冲星的周期和周期变化率能作为一颗脉冲星的“身份证” 。? 另外,脉冲信号虽然时强时弱,但是把这些信号迭加起来得到的轮廓(所谓的积分轮廓)却非常稳定, 而且每颗脉冲星的积分轮廓也不一样。有人认为这和每颗脉冲星的脉冲轮廓是由辐射区的物理状况,以及 辐射束跟观测者的角度关系等因素有关。一定情况下,例如太阳系内的天文导航,积分轮廓也可以作为脉 冲星的“指纹” 。?
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