#110學測 地科試題 第66題最完整解析 #透過紅色玻璃片~

66. 透過紅色玻璃片，觀看所有景象呈現深淺不一的紅色色調。
用來拍攝星空，則所有恆星都呈明亮不同的紅色。
現透過望遠鏡用相機拍攝星空，針對同一天區，分別以紅色
及藍色玻璃片各拍一幅影像。依此可獲得恆星的何種訊息？

A 比對兩幅影像，能判斷出恆星的年齡
B 比對兩幅影像，能判斷出恆星的距離
C 比對兩幅影像，能辨別出藍色高溫恆星
D 從藍色玻璃片影像中，能辨別哪些是低溫恆星
E 在紅色玻璃片影像中，紅色恆星非常明亮

透過紅色和藍色玻璃片（即濾鏡）分別拍攝同一天區的星空影像，比對這兩幅影像可以獲得恆星的顏色資訊，從而推斷其表面溫度。

以下是詳細解析：

• 恆星顏色與溫度的關係：在天文學中，恆星的顏色與其表面溫度密切相關。
  高溫恆星輻射較多藍光，呈現藍色；
  低溫恆星輻射較多紅光，呈現紅色。
  使用紅色和藍色濾鏡拍攝時，透過測量恆星在兩幅影像中的亮度差異，可以計算出恆星的「顏色指數」（color index），這是一種常用來估計恆星溫度的方法。
  
• 選項分析：
• • A. 比對兩幅影像，能判斷出恆星的年齡：錯誤。恆星的年齡無法直接從顏色指數推斷，年齡需透過其他方法（如恆星演化模型或光譜分析）才能估算。
    B. 比對兩幅影像，能判斷出恆星的距離：錯誤。距離的測量需要視差法或標準燭光等方法，顏色指數無法直接提供距離資訊。
    
  • C. 比對兩幅影像，能辨別出藍色高溫恆星：正確。透過藍色濾鏡時，藍色高溫恆星會呈現較亮影像；透過紅色濾鏡時，同一顆恆星會較暗。
    比對兩幅影像的亮度，可以識別出這些高溫恆星。
    
  • D. 從藍色玻璃片影像中，能辨別哪些是低溫恆星：錯誤。僅從藍色濾鏡影像無法可靠辨別低溫恆星，因為低溫恆星在藍光下較暗，但其他因素（如 距離 或塵埃遮擋）也可能導致亮度低，需要比對紅色影像才能確認。
  • E. 這只是單一影像的現象，無法提供比對後的額外訊息，且問題重點在於「比對兩幅影像」所能獲得的訊息。

因此，正確答案是 C. 比對兩幅影像，能辨別出藍色高溫恆星。這種方法在天文學中常用於恆星分類和溫度估計。

正確選項：C

• C. 比對兩幅影像，能辨別出藍色高溫恆星：這是正確的，因為透過顏色對比（藍色與紅色濾鏡的亮度差異），可以直接識別表面溫度較高的恆星。

避開盲點的判斷方法：

1. 記住顏色與溫度的關係：
   藍色 → 高溫恆星
   紅色 → 低溫恆星
   比對兩色濾鏡的亮度差異，就能判斷恆星的溫度類型。
   
2. 避免常見錯誤：
   年齡（A）：恆星年齡無法從顏色推斷，需依靠光譜或演化模型。
   距離（B）：距離測量需要其他方法（如視差），顏色指數無關。
   單一濾鏡（D和E）：僅從藍色或紅色影像無法可靠判斷溫度，必須比對兩幅影像才能區
   分高低溫恆星。

總之，專注於「顏色對比」與「溫度」的關聯，就能正確解答。

解析「只使用單一顏色的玻璃片（濾鏡）」進行判斷時，可能會發生什麼錯誤。

核心概念：亮度 vs. 顏色

首先要建立一個關鍵觀念：

• 單一影像的「亮度」：一顆恆星在單一濾鏡影像中看起來很亮，可能的原因有：
• 1. 恆星本身很靠近地球（ 距離近 ）。
  2. 恆星本身非常巨大（ 光度高 ）。
  3. 恆星在該濾鏡的波段上確實輻射較強（例如高溫星在藍色濾鏡下，或低溫星在紅色濾鏡下）。

無法從單一亮度區分：你無法區分一顆星看起來亮，究竟是因為上述哪一個原因。

錯誤解析：只使用「紅色玻璃片」

可能發生的錯誤判斷：

你會看到所有恆星都呈現深淺不一的紅色，其中有些紅色星點特別明亮。

• 盲點： 你會直覺地認為「特別明亮的紅色星點」就是「低溫的紅色恆星」。
• 真相： 一顆在紅色影像中非常明亮的星，有可能是：
• 1. 一顆距離很近的低溫紅星。（ 正確判斷 ）
  2. 一顆距離很近、溫度極高的藍星。雖然它輻射的藍光更強，但它總能量非常高，以致於它在紅色波段的絕對亮度仍然勝過一顆遙遠或微弱的紅星。
  3. 一顆距離很近、非常巨大的高溫藍色巨星。它的巨大尺寸使其在所有波段（包含紅色）都非常明亮。
  4. 一顆距離很遠、但極度明亮的紅色超巨星。

結論： 你無法僅憑紅色影像，就斷定一顆明亮的紅色星點是「低溫」恆星。它的明亮可
能源自其「近距離」或「高光度」，而非其「低溫」特性。

錯誤解析：只使用「藍色玻璃片」

可能發生的錯誤判斷：

你會看到所有恆星都呈現深淺不一的藍色，其中有些藍色星點特別明亮。

• 盲點： 你會直覺地認為「特別明亮的藍色星點」就是「高溫的藍色恆星」，或者認為
  「暗淡的星點」就是「低溫恆星」。
• 真相：
• • 對於明亮的藍色星點：它可能是一顆高溫藍星，但也可能是一顆距離很近、溫度普
    通的星（例如像太陽這樣的黃星），在藍色波段看起來也不錯。
  • 對於暗淡的星點：一顆星在藍色影像中暗淡，可能的原因是：
    1.它確實是一顆低溫紅星。（正確判斷，因為低溫星在藍光下本來就弱）
    2.它是一顆非常遙遠的高溫藍星。由於距離太遠，亮度衰減，所以在藍色影像中也
    顯得暗淡。
    3.它被星際塵埃遮蔽了。星際塵埃會優先散射和吸收藍光，導致背後的恆星（無論
    溫度高低）在藍色影像中變得異常暗淡。

結論： 你無法僅憑藍色影像，就可靠地辨別出哪些是低溫恆星。一顆星在藍色影像中暗
淡，不代表它一定是低溫星，它的暗淡可能源自「遙遠的距離」或「星際塵埃的
遮擋」。

總結與正確方法

唯一正確的判斷方法：比對兩幅影像

透過紅色影像亮度與藍色影像亮度的相對差異（即顏色指數），才能排除「距離」和「大小」的干擾，直接測量出恆星的「顏色」，從而可靠地推斷其表面溫度。

在藍色影像中相對更亮 → 高溫星

在紅色影像中相對更亮 → 低溫星

這就是為什麼原題的正確答案是 C（比對兩幅影像，能辨別出藍色高溫恆星），而 D（從藍色玻璃片影像中，能辨別哪些是低溫恆星） 是錯誤的原因。