民國115年 高考三級 天文 天文觀測
第1題
請對不同口徑的可見光望遠鏡與不同解析度的可見光光譜儀加以評論： 請評論大口徑望遠鏡（如口徑8 米以上）與小口徑遠鏡（如口徑3 米 以下）之優缺點與適用的科學研究…
題目
請對不同口徑的可見光望遠鏡與不同解析度的可見光光譜儀加以評論： 請評論大口徑望遠鏡（如口徑8 米以上）與小口徑遠鏡（如口徑3 米 以下）之優缺點與適用的科學研究。（16 分） 對於可見光光譜儀，原則上高解析度光譜儀（解析度：λ⁄Δλ>10,000） 能看到光譜的細節，應是光譜觀測的首選，但事實上仍有許多低解析 度（λ⁄Δλ=100-1,000）的光譜儀在使用，請評論高低解析度光譜儀之 優缺點及適用的科學研究。（14 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、集光力與角解析力：望遠鏡的集光面積與口徑的平方成正比，8米鏡的集光面積約為3米鏡的7倍，觀測暗弱天體時可縮短曝光時間，或提高訊噪比（S/N）；繞射極限 θ≈1.22λ/D，8米鏡在500 nm約0.013角秒，3米鏡約0.035角秒。大口徑適合高色散光譜、高空間解析與快速光度變化觀測，但造價、鏡面重力與熱變形、觀測時間競爭都是代價。
- 二、小口徑的優勢與限制：3米以下望遠鏡建置與維護成本低、可複製多台、視場較大、指向與追蹤容易，適合巡天、長期監測與學生訓練；限制在於集光力與解析力不足，難以達到高訊噪比的高解析光譜，也不易觀測高紅移或極暗天體。
- 三、大口徑適用科學：高紅移星系與重力透鏡、系外行星大氣透射光譜、恆星形成區細部結構、活動星系核短時變，以及需要高色散之恆星豐度與磁場（Zeeman分裂）測量；配合自適應光學（adaptive optics）與光纖多天體光譜儀，可充分發揮其優勢。
- 四、小口徑適用科學：變星與食雙星測光、超新星與近地天體搜尋、系外行星凌星巡天、測光標準星與儀器校正，以及需要大視場或高時間取樣之監測；小望遠鏡視場均勻、系統誤差容易控制，也常作為大型計畫的先期觀測與後續追蹤。
- 五、高解析度光譜儀（R=λ/Δλ>10,000）：優點是可分辨都卜勒位移與譜線輪廓，測定精細徑向速度、元素豐度、同位素比、磁場與大氣動力學；缺點是狹縫與高色散造成嚴重通量損失，須搭配大口徑望遠鏡，且對導星、儀器穩定度與資料處理要求高。
- 六、低解析度光譜儀（R=100–1,000）：優點是通量大、可觀測暗弱天體、一次涵蓋寬波段，適合天體分類、紅移測定、光度定標、大樣本巡天與快速篩選；缺點是譜線混合（blending）、難以測量微小速度位移與弱窄線。實務上先以低解析度篩選、再以高解析度精測，兩者互補而非取代。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。