民國115年 高考三級 天文 太陽系考古題
民國115年 高考三級 天文 太陽系收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
針對太陽系中的類地行星與類木行星，請依序完成下列問題：
分別列出所有的類地行星與類木行星。（8 分）
將「類地行星」和「類木行星」的比較項目整理成表格，比較項目包
含：與太陽距離、行星體積、行星質量、平均密度、公轉週期、行星
環。（12 分）
說明造成公轉週期差異的原因？（5 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、類地行星由內而外為水星（Mercury）、金星（Venus）、地球（Earth）、火星（Mars）；類木行星由內而外為木星（Jupiter）、土星（Saturn）、天王星（Uranus）、海王星（Neptune）。前者又稱岩石行星（terrestrial planets），後者又稱巨行星（giant planets），兩類在組成與物理性質上有明顯差異。
- 二、比較表（一）「與太陽距離、體積、質量」：距離以AU表示，體積與質量以地球為1；類地行星距離約0.39–1.52 AU、體積約0.056–1.0、質量約0.055–1.0；類木行星距離約5.2–30.1 AU、體積約58–1,321、質量約14.5–317.8。表中數值為各行星的範圍，並非單一代表值。
- 三、比較表（二）「平均密度、公轉週期、行星環」：類地行星密度約3.9–5.5 g/cm³、週期約88–687日、均無行星環；類木行星密度約0.7–1.6 g/cm³、週期約11.9–164.8年、均有環系，以土星環最顯著。密度與體積差異反映組成及內部壓縮程度。
- 四、公轉週期差異主要遵循克卜勒第三定律：P² ∝ a³，P為週期、a為半長軸；離太陽越遠，軌道周長越長且所受重力加速度越弱，平均軌道速度約v≈√(GM/r)，故週期隨距離增加而顯著變長。行星自身質量相對太陽極小，並非造成週期差異的主因。
針對太陽系中小行星與彗星，請依序完成下列問題：
分別列出三個彗星的名稱。（9 分）
將「小行星」和「彗星」的比較項目整理成表格，比較項目包含：主
要成分、平均密度、軌道離心率、軌道傾角。（8 分）
從主要成分來說明，為何彗星較容易形成彗尾，而小行星通常不會？
（8 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、三個彗星例：哈雷彗星（1P/Halley）、恩克彗星（2P/Encke）、海爾—波普彗星（C/1995 O1 Hale-Bopp）。哈雷為短週期彗星代表，恩克週期約3.3年，海爾—波普為長週期彗星且曾肉眼可見；名稱後括號為國際正式編號。
- 二、比較表（一）「主要成分、平均密度」：小行星主要為岩石、矽酸鹽與鐵鎳金屬，平均密度約2–3.5 g/cm³；彗星核主要為水冰、二氧化碳冰、有機物與塵埃，平均密度僅約0.3–0.6 g/cm³。前者是難熔固體，後者為冰塵混合的疏鬆體，密度差異反映揮發物含量與孔隙率。
- 三、比較表（二）「軌道離心率、軌道傾角」：小行星軌道離心率多約0–0.3，主帶傾角多小於20°；彗星離心率常達0.5–0.99，長週期彗星可近拋物線，傾角可從0°到180°，來源包括古柏帶與歐特雲。表格數值宜視為群體典型範圍，個別天體差異很大。
- 四、彗星接近太陽時，冰質成分昇華為氣體，形成彗髮；氣體被紫外線游離後由太陽風帶走，塵埃則受輻射壓推斥，因而形成離子尾與塵埃尾。小行星以難熔岩石金屬為主、揮發物少，且重力與內聚力較高，不易大量釋氣，故通常不形成彗尾；少數活躍小行星僅有短暫塵埃活動。
請回答下列問題：（每小題5 分，共25 分）
隕石的成因。
流星的成因。
木衛一上火山噴發的成因。
木星大紅斑為何？
形成彗尾的機制。
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、隕石成因：太空中的流星體（meteoroid）受地球重力吸引進入大氣，因高速壓縮前方空氣而加熱、燒蝕；未完全燒盡的殘餘固體墜落地面，即為隕石（meteorite）。來源多為小行星碰撞碎屑，少數來自彗星塵、月球或火星撞擊噴出物。
- 二、流星成因：流星體以每秒十餘至七十公里進入大氣，強烈壓縮與摩擦使空氣電離、升溫，沿途產生發光游離柱，即流星（meteor）。一般發生於約70–120公里高空；流星並非恆星墜落，而是大氣發光現象，極亮者稱火流星（bolide）。
- 三、木衛一火山成因：木衛一（Io）軌道受木星、歐羅巴（Europa）與甘尼米德（Ganymede）共振鎖定而保有離心率，木星強大潮汐力使其反覆形變，潮汐能轉為熱能，造成強烈潮汐加熱。內部部分熔融，岩漿與二氧化硫、硫化物噴發，形成火山與巨大羽狀噴流；放射性加熱並非主因。
- 四、木星大紅斑（Great Red Spot）：它是木星南半球的高壓反氣旋風暴，呈橢圓形，直徑約為地球的1.3倍，風速可達每秒數百公尺。紅褐色可能來自太陽紫外線與大氣分子作用後的有機物或磷化物氣膠；其能量由周圍噴流與渦流合併維持，並非固體地貌。
- 五、彗尾形成機制：彗核接近太陽時，水冰等揮發物昇華成氣體並帶出塵埃，形成彗髮；太陽紫外線將氣體游離，太陽風磁場把離子掃向背陽方向，形成筆直的離子尾；塵埃受太陽輻射壓推斥，形成較彎曲的塵埃尾。彗尾指向背離太陽，而非落後於運動方向。
針對系外行星，請依序完成下列問題：
介紹發現系外行星的凌日法與都卜勒徑向速度法之觀測方法。（16 分）
適居帶理論的定義為何？（6 分）
適居帶理論是以何種生命型態為假設基礎？（3 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、凌日法（transit method）：以高精度測光連續監測恆星亮度，當行星從恆星盤面前方通過，會造成週期性、淺而對稱的亮度下降；由週期得公轉週期，由下降深度ΔF/F≈(Rp/R*)²估行星半徑，由持續時間與軌道速度推軌道傾角。此法需軌道近乎側向，適合大行星、短週期行星，克卜勒（Kepler）與TESS為代表。
- 二、都卜勒徑向速度法（Doppler radial velocity method）：利用高解析光譜測量恆星譜線的都卜勒位移，隨行星繞行造成恆星微小擺動，得到徑向速度曲線；由週期得軌道週期，由速度半振幅K推行星質量下限m sin i，i為軌道傾角。適合大質量、短週期行星，HARPS與ESPRESSO為代表；恆星活動會造成假訊號。
- 三、兩法互補與限制：凌日法可求行星半徑與軌道傾角，但訊號淺、易受恆星變光干擾；徑向速度法可求質量下限，但只對質量大、週期短者靈敏，且m sin i在未知傾角時非真實質量。若同一行星同時被兩法觀測，可由半徑與質量求得平均密度，判斷岩質或氣態。
- 四、適居帶（habitable zone, HZ）定義：恆星周圍能使行星表面維持液態水的距離範圍；通常以恆星光度、行星反照率與溫室效應估算，內邊界避免失控溫室，外邊界避免二氧化碳凝結，並因大氣模型不同分為保守與樂觀適居帶。HZ只是必要條件之一，大氣、磁場與地質活動仍影響適居性。
- 五、理論假設基礎：適居帶以地球型生命為預設，即碳基生命、以液態水為溶劑、需要適宜溫度與能量來源，並假設生命棲息於行星表面。它不涵蓋地下海洋、冰衛星或非水溶劑生命，因此行星位於HZ不等於已發現生命。