第一題
事界望遠鏡合作組在2019年拍攝了M87星系中一個超大質量黑洞陰影的第一張照片(請參見下面的照片)。黑洞周圍的亮光的來源是什麼?
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(a) 霍金輻射
(b) 黑洞後面的星光
(c) 螺旋進入黑洞的熱等離子體
(d) 以上皆不是
第二題
以下有關黑洞的陳述中哪些是正確的?
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(a) I 和II
(b) 只有 II
(c) 只有 III
(d) II 和III
第三題
下圖是2004年金星凌日期間拍攝的。眾所周知,金星繞太陽公轉的軌道半徑大約是地球公轉軌道半徑的0.7倍,兩者均為圓形。金星半徑與太陽半徑的比例是多少?
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(a) 1%
(b) 0.1%
(c) 0.01%
(d) 10%
第四題
當我們在晴朗的夜晚仰望漆黑天空時,可以看到許多星星(請參見下面的照片)。如果我們在一百萬年後凝視同一顆恆星,那麼以下哪個陳述是正確的?
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(a) I 和II
(b) 只有II
(c) 只有III
(d) II 和III
第五題
我們一般會在水中添加清潔劑以清除骯髒衣物中的油脂和油漬,這些污漬能被清除是因為清潔劑︰
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(a) 大大降低水和油之間的表面張力
(b) 增加水和油之間的表面張力
(c) 增加水和油的粘度
(d) 降低已混合清潔劑的水的粘度
第六題
如果在一個封閉房間裡,一個運行中的雪櫃門保持打開狀態,這對房間會有什麼淨影響?
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(a) 房間會變冷
(b) 房間會變熱
(c) 房間平均溫度不會改變
(d) 房間溫度會一時上升,一時下降
答案
第一題︰ (c) 螺旋進入黑洞的熱等離子體
被捕捉並吸積到黑洞中的氣體會變得非常熱,從而被電離,形成熱等離子體,並發光。霍金輻射太微弱,不可能看得見。黑洞的強大引力會使光線彎曲,從而將某些恆星光從黑洞後面引向我們。但是,與等離子體發出的光相比,它們也太弱了。
第二題︰ (b) 只有II
I是錯的。非旋轉黑洞的事界半徑與質量M成正比,因此其體積與M3成正比。因此,非旋轉黑洞的密度與其質量平方(M-2)成反比。一個超大質量黑洞,例如Event Horizon Telescope拍攝的M87中心的黑洞(M = 65億太陽質量),其密度是太陽質量黑洞的2x10-20倍,或太陽密度的3x10-4。
II是正確的。與非旋轉黑洞的事件視界的球形的任何偏差都將通過放射重力波而迅速消散。
III是錯的。質量小於2-3太陽質量的恆星將坍塌至高密度,並且其電子或中子簡併壓力將能夠支撐恆星,形成白矮星或中子星,而不是黑洞。
第三題︰ (a) 1%
在照片中,金星的半徑約為太陽半徑的3%。因此Dθ = r = 0.03Rs,其中D是地球與太陽的距離(1 AU),θ是金星在地球上觀察到的角度大小,r是金星在太陽上的陰影半徑,Rs是太陽的半徑。金星的半徑為rV = 0.3Dθ。因此,rV = 0.3Dθ = 0.03r = 0.009 Rs。
第四題︰ (d) II 和III
I是錯的。我們用肉眼可以看到的所有恆星都在我們的銀河系中。星系中的恆星受它們相互引力的束縛,所以星系不會隨著宇宙的膨脹而膨脹。100萬年比恆星的典型壽命短得多,大多數恆星看起來大致相同。
II是正確的。組成星座圖樣的大多數明亮恆星是附近的恆星(距離數百光年)。在一百萬年間,我們與附近這些恆星的相對位置將發生重大變化。
III是正確的。平均而言,每100年,每個星系中大約會有1個超新星(一顆恆星死亡時的爆炸)。超新星爆炸後,殘餘物可以形成中子星或黑洞,遠距離用肉眼都看不到。
第五題︰ (a) 大大降低水和油之間的表面張力
表面張力是液體表面的一種特性,因為液體分子的內聚性令它可以抵抗外力。當表面張力降低時,水會更均勻地濕潤衣物,散佈在表面並滲入骯髒衣物纖維中。當油脂被分解成小塊,就可以容易地被水帶走。
第六題︰ (b) 房間會變熱
房間會變熱因為從雪櫃內部散發出來的熱量會釋放到房間中,抵消了任何冷卻。此外,用於運行壓縮機的能量最終也會變熱,因此使房間變熱。