2020年广东省中小学生天文知识竞赛高年组试题
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、选择题全部为单项选择，考生直接在试题页面中点选一个最接近正确的答案，答错不扣分。
3、总分100分，每题2分，考试时间100分钟。
4、本场考试允许使用不具编程功能的计算器。
5、考试过程中不得切出考试页面，否则平台将自动收卷。
6、比赛结果在广东天文学会网站和微信公众号公布。
姓名：__________ 年级：__________ 班级：__________ 得分：__________
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Part 1. 天文热点
1. 我国首个自主发射的火星探测器“天问一号”计划于何时入轨火星？（ ）
A. 2020年12月底左右
B. 2021年2月底左右
C. 2021年5月中左右
D. 2022年7月底左右
2. 2020年的诺贝尔物理学奖分别颁发给罗杰·彭罗斯、莱因哈特·根策尔和安德烈娅·盖兹。其中彭罗斯获奖的理由是“发现黑洞形成是广义相对论的一个预言”，那根策尔和盖兹获奖的理由是？（ ）
A. 发现银河系中心的超大质量致密天体
B. 发现第一颗环绕类太阳恒星运动的系外行星
C. 验证了引力波的存在
D. 发现了一种测量宇宙大尺度结构的探针
3. 2020年2月，欧航局和美航局合作的项目SolO探测器顺利升空。SolO的探测对象是？（ ）
A. 水星
B. 金星
C. 月球
D. 太阳
4. 2020年9月14日，《自然·天文》杂志上发表了Jane Greaves教授等人的研究成果，它们发现了金星大气中存在着生物标志物________，但后续研究表明，该结果可能不准确。（ ）
A. 硫化氢
B. 氧化氢
C. 磷化氢
D. 氟化氢
5. 2020年7月，一颗“黑马”彗星亮度达到2等以上，吸引了很多爱好者拍摄。这颗彗星是？（ ）
A. C/2019 Y4 (ATLAS)
B. C/2020 F8 (SWAN)
C. C/2020 F3 (NEOWISE)
D. C/2019 U6 (Lemmon)
6. 2020年，我国境内能观测到下列哪种天象？（不含半影月食）（ ）
A. 月全食
B. 月偏食
C. 日全食
D. 日环食
7. 2020年4月24日是我国首个人造卫星“东方红一号”成功发射________周年。（ ）
A. 40
B. 50
C. 60
D. 70
8. 北京时间2020年10月21日，OSIRIS-Rex（冥王号）探测器对小行星________进行了首次采样。（ ）
A. 龙宫
B. 贝努
C. 糸川
D. 灶神星
9. 2019年年底，一颗本来位列全天前20亮星的恒星亮度持续下降，甚至一度跌出前20亮星排名。2020年年初，它的亮度又恢复了。这颗恒星是？（ ）
A. 参宿四
B. 参宿七
C. 毕宿五
D. 北河二
10. 以下哪个天象在2020年11月出现？（ ）
A. 水星西大距
B. 木星冲
C. 金星东大距
D. 土星合木星
Part 2. 基础知识
11. 本地恒星时等于本地________
A. 秋分点的时角
B. 秋分点的赤经
C. 春分点的时角
D. 春分点的赤经
12. 农历一个月的时间长度接近一个________
A. 朔望月
B. 恒星月
C. 近点月
D. 交点月
13. 一位在珠三角的同学在他生日那天的北京时间22:00看到北落师门上中天，这位同学最可能在哪月生日？（ ）
A. 1月
B. 4月
C. 7月
D. 10月
14. 以下哪项属于激变变星？（ ）
A. 新星
B. 蒭藁型变星
C. 大陵型变星
D. 盾牌座δ型变星
15. 用一台25.4厘米口径的牛顿式反射望远和市面常见的天文CMOS/单反，在极限星等2.5等左右的城市里进行天文摄影。下列情况中最不可能的是？（ ）
A. 拍到火星的两颗卫星
B. 拍到参宿四表面的星斑
C. 拍到国际空间站
D. 拍到哑铃星云中心的白矮星
16. 一颗表面温度11600K的恒星，光度是太阳的100倍。它的半径是？（R⊙是太阳半径）（ ）
A. 0.4R⊙
B. 1R⊙
C. 2.5R⊙
D. 5R⊙
17. 夏威夷的莫纳克亚山是天文学的“圣地”之一。以下哪个望远镜不是架设在莫纳克亚山上？（ ）
A. 凯克望远镜 I/II
B. 甚大望远镜
C. 昴星团望远镜
D. 双子望远镜（北）
18. 唐代李贺的《塞下曲》中有这样一句：“秋静见旄头，沙远席羁愁。”文中的“旄头”其实是一个深空天体，它在中国文化中常代表外敌。这个天体就是？（ ）
A. 鬼星团
B. 昴星团
C. 蟹状星云
D. 天狼星
19. 木星最主要的成分是？（ ）
A. 碳
B. 氮
C. 氦
D. 氢
20. 一台折反射望远镜物镜口径200mm，焦距2800mm，目镜焦距20mm，它现在的放大率是？（ ）
A. 140倍
B. 200倍
C. 14倍
D. 10倍
Part 3. 观测与应用
Ⅰ. 日常观测
某天文社的成员们准备组织一次流星雨观测，观测日期定在流星雨极大前后两天内。社团干部准备让社员们在上半夜观测时辨认天空中的亮星与主要星座，并印发了星图供社员们实时对照。星图对应的是北京时间11:30 AM观测地的星空，此时观测地已入夜。请结合上述信息回答21-26小题。
21. 星图中的哪颗亮星是行星？（ ）
A. A星
B. B星
C. C星
D. D星
22. 星图中虚线框框选的区域主要属于？（ ）
A. 海豚座
B. 仙后座
C. 白羊座
D. 巨蟹座
23. 社团组织观测的流星雨最可能是？（ ）
A. 双子座流星雨
B. 英仙座流星雨
C. 宝瓶座η流星雨
D. 白昼白羊座流星雨
24. 社团所选的观测点最可能是下面哪一项？（ ）
A. 伦敦（东经0.1度，北纬51.3度）
B. 吉布提（东经42.2度，北纬11.1度）
C. 阿鲁巴（西经70度，北纬12.3度）
D. 火奴鲁鲁（西经157.9度，北纬21.3度）
25. 观测点当晚下半夜，社员们不能观测到下列哪个天体？（ ）
A. M44
B. M57
C. M81
D. M45
26. 关于星图的星空，下列说法中正确的一项是？（ ）
A. 仙女座大星系出现在西北方天空
B. 北河二没出现在天空中
C. B星是组成“春季大圆弧”的恒星之一
D. 流星雨的辐射点还没升起
Ⅱ. 月掩星
月球在围绕地球运行期间，经常会掩蔽背景的恒星，有时还会遮掩太阳系内的行星和小天体。月掩星观测有助于我们精确测量月球地形，发现望远镜难以观测的密近双星。2021年4月17日将发生一次月掩火星天象，本次掩星我国南方部分省市可见。请根据预报回答27-34小题。
27. 以下哪个城市看得到此次掩星现象？（ ）
A. 漠河
B. 上海
C. 乌鲁木齐
D. 以上选项都不正确
28. 此次月掩火星事件，在海口能够观测多长时间？（ ）
A. 21小时51分29.5秒
B. 15分07秒
C. 30分14秒
D. 60分28秒
29. 掩星发生时，北京时间大约是22点。在掩星带图中，东经约70度的经线以西的掩星带南北两侧都以虚线标注，你认为这代表了什么意思？（ ）
A. 掩星带该区域将发生火星掩月球
B. 掩星带该区域火星由月球暗面掩入
C. 掩星带该区域还未月出
D. 掩星带该区域还未日落
30. 掩星带东西两端各有一个椭圆标识的区域，著名旅游胜地巴厘岛就位于此次掩星带东侧的标识区域内。这两个椭圆代表了什么意思？（ ）
A. 该区域内无法看到月掩火星
B. 该区域内无法看到月掩火星的全过程
C. 该区域内只能看到月掩火卫
D. 该区域内过往气象记录不佳，不适宜观测
31. 在掩星带的南北界线附近，可以看到一种特殊的掩星现象：掠掩。此次月掩火星，我国西藏、云南、广西和广东多地都可以观测到掠掩现象，火星将在被月面边缘掠过的过程中会多次消失和再现。请问掠掩现象的成因是什么？（ ）
A. 火星表面不同区域反照率的差异
B. 火星被嫦娥5号的轨道器和返回器掩食
C. 月球地形起伏不平
D. 大气扰动
32. 在掩星观测中，计时是一个重要的工作。准确的计时结果，能够帮助天文学家精确测量星体的大小、位置，确定月球的轨道、地形。在计时前，需要先对时，请问以下哪种对时方式不可以应用于掩星观测中？（ ）
A. 利用中央电视台的整点报时对时
B. 使用GPS对时
C. 国家授时中心短波信号对时
D. 国家授时中心NTP服务器网络对时
33. 下列说法正确的是？（ ）
A. 在月球亮面发生的掩始/掩终现象更容易被测准发生时刻
B. 月掩星的食带宽度取决于月相
C. 月掩星现象的持续时间可超过1小时
D. 我们可以去非洲中部观看本次月掩火星
34. 2024年8月10日，将发生月掩角宿一，我国观测条件良好。假设在观测此次掩星时，角宿一恰好通过月面中心点。假如发现角宿一并非突然消失，而是在“先变暗、再消失”。角宿一首先由1.04等下降至3.04等，最后再迅速消失。请问根据观测，能够得出什么结论？（ ）
A. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为1.22等、3.04等
B. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为1.04等、1.22等
C. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为1.04等、3.04等
D. 角宿一是双星，主星和伴星亮度分别为2.00等、3.04等
Ⅲ. 火星探测器
霍曼转移轨道是一种相对节省燃料的空间飞行轨道。前往外行星的探测器在恰当的时机变轨，脱离地球的引力控制，并以近日点在地球轨道上，远日点在目标行星轨道上的椭圆轨道绕太阳运动。当飞行器到达远日点时，目标行星刚好到达同一位置，飞行器调整速度，让目标行星俘获，开展探测任务。“天问一号”的地火转移轨道也近似是一条霍曼转移轨道，现假设地球轨道和火星轨道均为圆轨道，回答35-43小题。
35. 地—火霍曼转移轨道的轨道半长轴约为？（ ）
A. 1 AU
B. 1.25 AU
C. 1.5 AU
D. 2.5 AU
36. 探测器沿上述轨道从地球轨道出发到达火星轨道约需要多长时间？（ ）
A. 1.8年
B. 1.4年
C. 0.7年
D. 0.4年
37. 探测器从地球轨道上变轨进入霍曼转移轨道（绕行方向与地球公转方向相同）前往火星时，根据你的估算，日火与日地连线的夹角约？（ ）
A. 36°
B. 43°
C. 56°
D. 84°
38. 由第37小题可知，从以霍曼转移轨道前往火星有一个严格的时间窗口。这个时间窗口大约多久出现一次？（ ）
A. 300天
B. 610天
C. 780天
D. 920天
39. 世界多个航天机构趁着本次发射窗口在2020年发射了火星探测器，这不包括以下哪个国家或机构的探测器？（ ）
A. 中国
B. 美国
C. 阿联酋
D. 欧洲航天局
40. 近年的火星探测为我们带来了很多关于火星的新认知，行星科学家们甚至还发现，火星地表下很可能还存在液态水。上述发现是基于分析哪个火星探测器的数据得到的？（ ）
A. 好奇号
B. 机遇号
C. 天问一号
D. 火星快车
41. 沿抛物线转移轨道飞行的探测器在近日点附近相对太阳的速度约为？（ ）
A. 42 km/s
B. 30 km/s
C. 20 km/s
D. 11 km/s
42. 在飞行器沿抛物线轨道飞行的过程中，下列哪项近似不变？（ ）
A. 太阳与探测器的连线在单位时间内扫过的面积
B. 探测器与太阳的引力势能
C. 探测器相对太阳的角速度
D. 探测器和太阳之间的引力
43. 探测器从地球轨道飞行到火星轨道耗时约？（ ）
A. 40天
B. 70天
C. 110天
D. 137天
IV. 观测突破
在过往的比赛中我们提到，到达了未知星球的某天文社社长已经和该星球上的文明开展了交流。最近，社长了解到这个星球上存在一种神奇的植物，当地人称为“星河草”。这种植物可以富集铝元素，并在阳光过于猛烈时大量生成一种高反射率物质，让叶片反射过多的阳光。当地文明从星河草中提取这种物质做成高反射率涂料，制作镜子等物品。
社长在一块岩石上磨制出半径为1.92m，横截面直径为10cm的凹球面，并均匀涂上反光液体，再把一片平面镜和一片凸透镜放在支架上做成一台反射望远镜。凸透镜的焦距16mm。当社长用望远镜观测一颗2等的行星时，发现能看清它圆形的轮廓，此时这颗天体的圆面刚好一半明亮一半黯淡无光。假设行星的公转轨道与社长所在的星球的公转轨道共面，且都以圆轨道绕恒星S公转，请结合已知信息回答44-50小题。
44. 该行星此时的相位角为（相位角的定义见图）？（ ）
A. 0°
B. 30°
C. 90°
D. 135°
45. 此时行星P与恒星S的角距离为30°，行星P与星球O的轨道半径之比为？
A. 1/2
B. 1/√3
C. √3/2
D. 1/3
46. 关于该行星P的亮度，以下哪项说法有误？（ ）
A. 该行星亮度与恒星S的光度有关
B. 该行星的亮度与行星表面物质成分有关
C. 该行星的亮度与d²成正比
D. 该行星的亮度正比于1/d²
47. 设行星的横截面积为S。根据上面的分析对选项进行排除，可知行星的亮度与在星球O处测得的恒星S亮度之比？
A. 见选项A
B. 见选项B
C. 见选项C
D. 见选项D
48. 设社长所在星球上测得的恒星S的视星等为m_s0，行星的视星等m_p可表示成？
A. 见选项A
B. 见选项B
C. 见选项C
D. 见选项D
49. 当相位角α=45°，行星的视星等将变成？（ ）
A. 0等
B. 1.0等
C. 1.4等
D. 2.3等
50. 该行星与社长所在的星球均自西向东绕恒星S运动，下列说法正确的是（注意观测点在星球O上）？（ ）
A. 该行星的亮度峰值将出现在西大距之后，上合之前的某个时刻
B. 该行星冲日当天亮度上升至最高值
C. 该行星上合当天亮度最大
D. 该行星的亮度峰值将出现在东大距之后，下合之前的某个时刻
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答案速查
1-12. B A D C C / D B B A A / C A
1. B 天问一号 2020 年 7 月 23 日发射，2021 年 2 月 10 日实施近火制动、被火星引力捕获，故“入轨火星”发生在 2021 年 2 月底左右。2020 年 7 月是它的发射窗口，不是入轨时刻。故选B。
2. A 根策尔与盖兹各自领导团队，用近红外干涉测量长期追踪银河系中心人马座 A* 附近恒星的运动，测出那里存在约 400 万倍太阳质量的超大质量致密天体，故选A。
3. D SolO 即 Solar Orbiter（太阳轨道器），2020 年 2 月由欧航局与美国合作发射，将借金星借力逐步抬升轨道倾角、首次俯视太阳极区，探测对象是太阳，故选D。
4. C Jane Greaves 团队 2020 年 9 月在《自然·天文》报道在金星大气约 55 km 高度探测到磷化氢（PH₃），一度被视为潜在生物标志物；后续更高灵敏度的观测未能证实，结果存疑。故选C。
5. C C/2020 F3（NEOWISE）2020 年 7 月 3 日过近日点，亮度增至 1～2 等并拖出长长的尘埃尾和离子尾，是当年最壮观的彗星；ATLAS（C/2019 Y4）4 月即解体，SWAN 与 Lemmon 都没亮到这个程度。故选C。
6. D 2020 年 6 月 21 日发生日环食，环食带经过西藏、四川、贵州、湖南、江西、福建、台湾等地，我国境内可以看到；而 2020 年的 4 次月食（1 月 11 日、6 月 6 日、7 月 5 日、11 月 30 日）在我国均只是半影月食，日全食也与我国无关。故选D。
7. B 东方红一号 1970 年 4 月 24 日发射成功，2020 年恰为 50 周年（这也是“中国航天日”定在 4 月 24 日的由来）。故选B。
8. B OSIRIS-REx 于 2020 年 10 月 20 日（北京时间 21 日）用机械臂在贝努（Bennu）的“夜莺”采样点完成“一触即走”采样，故“冥王号”取的是贝努的样；龙宫是隼鸟2号的目标，糸川是隼鸟号的目标。故选B。
9. A 参宿四 2019 年 10 月至 2020 年 2 月出现罕见的“大变暗”，亮度从约 0.5 等降到 1.6 等上下、一度跌出全天前 20，原因是它抛出的尘埃云遮挡了星光，2020 年 4 月起逐渐恢复。故选A。
10. A 2020 年 11 月 10 日水星西大距，作为晨星在黎明东方低空可见；木星冲在 7 月 14 日、金星东大距在 3 月 24 日、土星合木星在 12 月 21 日，都不在 11 月。故选A。
11. C 恒星时以春分点为基准，本地恒星时等于春分点的时角（春分点上中天时恒星时为 0 时）。故选C。
12. A 农历以“朔”为月首，一个月的平均长度为 29.53 天，即一个朔望月；恒星月 27.32 天、近点月 27.55 天、交点月 27.21 天都不符。故选A。
13. D 北落师门是秋季的亮星，可判断最佳答案是D。
14. A 激变变星是由于恒星自身物理原因出现爆发，导致亮度骤增的一类天体。绝大多数的新星是因双星系统中的白矮星吸收来自伴星红巨星的物质，触发剧烈的热核反应而出现的。所以新星是一类激变变星。
15. B 参宿四的星斑大小远小于望远镜的分辨率，哑铃星云中心的白矮星在14等左右，拍摄星云的过程中用10英寸（25.4厘米）口径的望远镜拍摄星云的时候完全有可能拍到白矮星。
16. C 我们可近似把恒星看成黑体。恒星光度L∝R²T⁴，这里R是恒星半径，T是恒星表面（光球）温度。太阳表面温度约5800K，题中恒星的表面温度约为太阳表面温度的2倍。根据比例关系可得答案为C。
17. B 甚大望远镜（VLT）位于智利，不在莫纳克亚山上。
18. B 天狼和昴在传统文化中都有指代外敌的意思，题目提到了深空天体，D可排除，答案为B。此外，蟹状星云在公元1054年北宋时期的超新星爆发中形成，在唐代还不存在，且肉眼还不可见，亦可排除。
19. D 木星最主要的成分是氢。
20. A 放大率=物镜焦距/目镜焦距=2800/20=140倍。
21. D 由冬季六边形可推知D位于秋季星座的片区，这里应该没有亮星，且D刚好在黄道星座内，可推知D是行星。
22. C 虚线框框选的区域主要属于白羊座。
23. A 冬季极大的流星雨选项里只有双子座流星雨。
24. C 双子座流星雨极大在12月13-14日前后，由经验可知在冬至日前后地方时子夜时分，作为季节特征的冬季六边形接近上中天，13-14号出现类似的星空比冬至日晚40分钟左右。由六边形到子午线的距离大致判断出星图观测时间应该在当地子夜前1-2小时左右（10点-11点左右），对应北京时间11:30 AM，观测点经度应与东经120°相差180°再往西一点，即西经60°再稍偏西。结合北极星的高度，可排除AD，得出答案C。
25. B M57位于天琴座（夏季星座），当天很难看到，只在日落后一小段时间出现在天空。
26. A 仙女座大星系出现在西北方天空。
27. D 由掩星带可知我国只有海南、广西和广东等部分低纬地区可见。
28. B 根据表格数据，由掩终时刻减掩始时刻即可得。
29. D 掩星带该区域还未日落。
30. B 东边的是带食月落区，西边的是带食月出区。
31. C 在月轮边缘，由于月球山峰峡谷的影响，我们就会看到不同的山峰轮番掩盖后面的天体，使天体多次消失和再现的现象。
32. A 利用中央电视台的整点报时对时精度不够，不可以应用于掩星观测中。
33. C 月球亮面的亮度远大于行星或恒星，当它们接近月球亮面时不容易测准；月掩星的食带宽度取决于月球视直径和它投影的方向，与月相无关；在非洲中部位于掩星带的虚线范围内，由第29小题可知掩星发生时当地是白天，无法观测。月球每天东移13.2°左右，平均每小时33角分，月球视直径约30角分，所以月球相对恒星背景移动一个月球视直径大约1小时。加上地球自转（视差）和月球椭圆轨道等因素影响，地球上固定观测者看到月球移动一个月球视直径的时间可大于1小时，即月掩星持续时间可以超过1小时。
34. A 角宿一是颗双星，两次亮度下降的原因是先掩了其中一颗子星1，后两颗都被掩。设两子星亮度分别为m1和m2，由普森公式可知未被掩时角宿一视星等m=-2.5lg(F1+F2)+C，子星1被掩后，只余子星2的光，所以角宿一的视星等即子星2的视星等m2=-2.5lg(F2)+C。角宿一首先由1.04等下降至3.04等，最后再迅速消失。计算可得主星约1.22等、伴星3.04等。
35. B 霍曼轨道远点在火星轨道上，近点在地球轨道上，太阳位于焦点上。根据椭圆几何性质可知轨道半长轴a=(1.5AU+1AU)/2=1.25AU。
36. C 由开普勒第三定律可得上述轨道的周期T²=a³=1.25³，T≈0.7年。从地球轨道到火星轨道要飞行半个轨道周期，所以飞行时间t=T/2≈0.7年。
37. B 当飞行器到达火星时，火星必须同时到达霍曼转移轨道的远点。火星公转周期用1.5 AU轨道半长轴和开三估算结果为671天，飞行时间约255天，这段时间内日火连线相对日地转过的角度为360°×255/671≈137°，由几何关系知发射时日地连线和日火连线的夹角为180°−137°=43°。
38. C 火星和地球的会合周期T会=T火×T地/(T火−T地)，T火用1.5 AU轨道半长轴和开三估算结果为671天，准确值约687天，对应会合周期分别为800天和780天。均可得出答案C。
39. D 2020 年 7 月的火星发射窗口，中国发射了天问一号、美国发射了毅力号（Mars 2020）、阿联酋发射了希望号；欧洲航天局与俄罗斯合作的 ExoMars 2020（罗莎琳德·富兰克林号火星车）因降落伞与电子设备问题推迟到 2022 年，故本次窗口没有欧航局的探测器。故选D。
40. D 火星快车探测器发现了火星地表下可能存在液态水的证据。
41. A 抛物线轨道和地球轨道的交点刚好是近日点，速度方向与平行于该点的切线，速度大小即地球轨道上的逃逸速度42km/s。
42. A 开普勒第二定律的本质是系统角动量守恒，无论轨道是抛物线、双曲线还是椭圆，均遵从这一规律。
43. B 在近地点，探测器速度42km/s≈8.8AU/yr，探测器与太阳连线在单位时间内扫过的面积由开普勒第二定律可求。根据提示中的抛物线方程和火星轨道方程联立求解，可得飞行时间约70天。
44. C 3个天体的几何关系中，只有相位角为90°时，视平面才刚好同时平分亮区和暗区。
45. A θ=30°时，sinθ=d_p/d_s=1/2。
46. C 行星亮度正比于行星P所在位置恒星S的辐射流F₀=L/(4πd²)，正比于它的反照率，反比于d²，正比于行星的接收面积S（横截面积）。其中反照率和地表物质化学成分、地形、大气等因素有关。选项C说法有误。
47. A 由第46小题提到的比例关系可排除，得出答案为A。
48. B 根据普森公式可推导得出。
49. C 两行星的运行轨道都是圆轨道，由正弦定理可得α=45°时的相关参数，计算得视星等约为1.4等。
50. A 上合当天的亮度约1.95等，比1.93等稍暗，排除C。内行星不存在冲，可以排除B。α=45°到α=90°亮度在下降；α=0°到α=45°亮度缓慢增加，又从几何分析可知α=90°时恰好大距，所以上合和大距之间存在一个亮度极大点。答案A最符合分析结果。