天体收藏家-孙国佑

中国天文学会会员,埃格•威尔逊奖获得者,中国首颗银河系新星、亮红新星发现者,PSP公众超新星搜寻项目管理员,(546756)Sunguoyou – 孙国佑星。 严正声明:近期发现北斗云计算信息技术有限公司假冒本人网站,旗下的www. 5656.net. cn,www. astronomy. org.cn均为假冒诈骗网站,请广大爱好者注意甄别,谨防受骗!

2020年广东省中学生天文知识竞赛复赛试题(低年组 实测与理论部分)

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。
2、参赛选手请将答案填写在答题纸的有效答题区域上,在本试卷上的作答结果按无效处理。比赛结束时将回收答题纸(草稿纸)。
3、每张A4答卷的开头都有“答题纸□ 草稿纸□”标识,除了首张答卷外,选手可根据需要自由选择每张空白答卷的用途。所有用作答题纸的答卷都要在“答题纸□”的方框中打“√”,并按作答顺序标上页码。所有用作草稿纸的答卷都要在“草稿纸□”的方框中打“√”。废弃的答题纸需把“√”涂抹掉。
4、全卷总分100分,答题时间90分钟。
5、考试结束前30分钟方可交卷离场。交卷时答题纸按顺序放置在上方,草稿纸和废弃的答题纸放置在下方。
6、本场考试允许使用不具编程功能的科学计算器。

1. 红巨星支上端(共32分)
  中低质量恒星在核心的氢燃尽后,将进入红巨星阶段,此时恒星的能量主要来自包围致密氦核(未燃烧)的氢燃烧壳层。随着氦核质量不断增长,恒星将沿着赫罗图上的红巨星支(Red Giant Branch)上移,直到氦核的质量达到临界,触发“氦闪”,恒星从红巨星支跳转到赫罗图的高温端,这使得恒星在赫罗图上的演化轨迹显得不连续,红巨星支存在一个上顶点,称为红巨星支上端(Tip of the Red Giant Branch,简称TRGB)。在I波段,TRGB的绝对星等约-4等,可充当标准烛光。

1.1 图1-1是一颗1倍太阳质量恒星在赫罗图上的等龄线(可看作恒星的演化轨迹)。请在答题纸上的图片里作以下标注:在红巨星支旁边标注“RGB”;用“●”标出红巨星支上端的位置,并在旁边标注TRGB。(6分)

1倍太阳质量恒星的演化轨迹
图1-1 1倍太阳质量恒星的演化轨迹。

1.2 Hatt等人利用哈勃望远镜上的先进巡天照相机广域通道(ACS/WFC)的测光数据,通过TGRB法测量NGC 1148和NGC 1316的距离(Hatt et al.2018),相关信息总结在表1-1中。请估算NGC 1316的真距离模数和距离。(12分)

NGC-1148和NGC-1316的部分测光信息

表1-1 NGC 1148和NGC 1316的部分测光信息。其中????TRGB是两天体在I波段中TRGB观测视星等,????F814W是????TRGB所在波段的消光。(Hatt et al.2018)

用ACS/WFC数据绘制的赫罗图(Hatt et al.2018)
图1-2

1.3 图1-2是用ACS/WFC数据绘制的赫罗图(Hatt et al.2018),箭头和红线标出了计算机程序判断的TRGB所在位置。在TRGB周围和上方,还有很多零散分布的非RGB恒星样本干扰我们的判断。参考图1-1,这些干扰样本可能主要是什么恒星?(6分)

1.4 假设GAIA卫星能测出0.15毫角秒的周年视差,它能不能通过三角视差法直接测量NGC 1316或星系内的亮星的距离?(8分)

2. 月亮的颜色。(共24分)

2.1 简单说明为什么有时明明没发生月食,刚升起来的月亮却是红色的,但升高后就变成黄白色?(16分)

2.2 有时人们还会说某个月里将出现“蓝月亮”(天文术语)。简述什么是“蓝月亮”。(8分)

3. 星历表(共44分)
  下表是太阳系某行星的星历表。请根据表中的信息回答下列问题。

3.1 绘制该行星的地平高度ℎ 随北京时间 ???? 变化的曲线图。(14分)
3.2 该天体在当天什么时刻上中天?(6分)
3.3 已知观测者在北半球,估算观测点的地理纬度,要求误差在2角分以内。(8分)
3.4 估算观测点的地理经度,要求误差在10角分以内。(10分)
3.5 判断该天体是太阳系内还是太阳系外的天体,需简述判断依据。(6分)

太阳系某行星的星历表

复赛答案(低年组)

1.1 (每个标注项各2分,共6分)

1倍太阳质量恒星的演化轨迹标注

1. 由表1-1可知NGC 1316的TRGB观测视星等为????TRGB = 27.4 mag,对应的消光值为???? = 0.03 mag。所以真距离模数为:
(没考虑消光不得分)

真距离模数

NGC 1316的距离为:
(用视距离模数扣1分)

NGC 1316的距离
(没考虑消光但计算正确扣1分)

1.3 由图1-1可发现渐近巨星支与TRGB非常靠近,且延伸到TRGB之上。这些渐进巨星支上的恒星会对判断造成干扰。

1.4 GAIA能测出????=1.5×10-4“的周年视差,即它测距的上限为:

测距的上限

因为 ???? ≫ ????max,所以GAIA无法通过三角视差法直接测量该天体的距离。

2.1 地球大气会散射月表反射过来的光。月光穿过的大气越厚,光线到达地表时所受的散射作用就越强。大气的散射作用对不同波长的光效果是不一样的,光的波长越短(颜色越蓝),所受的散射作用越强(即红化),这使得观测者看到偏红的月亮。月球刚升起时,到达观测者的光穿过的地球大气相对较厚,随着月球逐渐升高,光线穿过的地球大气厚度减少,大气散射导致的红化效应随月球地平高度的增加而减弱。综上,月球在地平线附近看起来会偏红,升高后会更接近原来的颜色。但是,在大气较为澄清的状态下,一般只会看到低空中的月亮呈黄色。红色的月亮多出现在有云雾、有灰霾、地表有明显的空气污染源或有大面积沙尘出现等场合。这些场景中,空气中的颗粒物,大大增强了大气的散射作用,使月亮呈现明显的红色。

要点:
地球大气的散射起主导作用。
散射强度与波长的关系。
天体地平高度与散射强度的关系。
低空小颗粒物的贡献。

2.2 蓝月亮是指拥有4次满月的季节里,出现的第3次满月。
  到了现代,由于著名天文科普杂志《天空与望远镜》在一篇1946年刊登的科普文章里内容出现失误,很多人误以为蓝月亮是指公历中一个月里出现的第2次满月。回答该答案亦可得分。

3.1

该行星的地平高度ℎ随北京时间????变化的曲线图

3.2 由上图或星历表可知该天体在当天北京时间16:30上中天。
  提示:上中天时,天体地平高度达到最大值,出现在正南或正北方。由“时分秒”和“度分秒”计量系统的关系可知直接读取表中数据即可满足精度要求。

3.3 天体上中天时的地平高度ℎmax、当地地理纬度????和天体赤纬????之间具有如下关系:

max = 90° − |???? − ????|

由星历表得ℎmax = 34°41′,???? = -25°8′。代入数据计算得:

???? = −80°27′ 或 30°11′

即因为观测点在北半球,所以观测点在北纬30°11′。

3.4 天体上中天时,天体赤经等于本地恒星时????,即:

???? = ???? = 16ℎ33????

已由星历表查知天体上中天时东经120°地区的恒星时为????0 = 18ℎ14????
观测点的经度 ???? = 120° + (???? − ????0)
代入数据得 ???? = 94°45′,即东经94°45′

3.5 该天体的赤经赤纬在一天内有明显变化,正常只有太阳系内的天体才会相对恒星背景出现那么快的移动。该天体应在太阳系内。

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