學習目標
- 用北極星仰角判斷緯度，說明太陽周年視運動與四季。
- 說明月相、日月食與潮汐的成因。
- 用黑體輻射解釋恆星顏色與溫度，用視星等與絕對星等比較距離。
- 把各種天體依距離排序，知道恆星日與太陽日的差別。
先測一下
- 北極星仰角 ，觀察者在哪個緯度？
- 為什麼一個「恆星日」是 23 小時 56 分？
- 紅色恆星與藍色恆星，誰的表面溫度高？
看詳解
- 北緯 。
- 地球自轉一圈（相對遠方恆星）的時間；太陽日多出 4 分鐘，因為地球同時在公轉。
- 藍色。
核心概念
天球與星空坐標
- 北極星仰角 = 觀察者的緯度（北半球）。天球赤道與黃道夾 。
- 太陽直射：春分、秋分在赤道、夏至在北回歸線、冬至在南回歸線。正午太陽仰角 。
- 恆星每天提早約 4 分鐘升起；一個月約提早 2 小時。
- 恆星週期（23 h 56 m）出現的訊號與地球自轉同步 → 來自太陽系外的固定方向（例如銀河系中心）。
看詳解
夏至：；冬至：。
看詳解
看不到（在地平線下）；。
太陽系與月球
- 月相週期（朔望月）約 29.5 天；月球每天晚約 50 分鐘升起（公轉與自轉同向）。
- 上弦月傍晚西方、下弦月清晨東方；滿月整夜可見。
- 月球自轉與公轉週期相同，永遠以同一面對著地球。
- 日食在朔、月食在望；白道與黃道夾約 ，所以不是每個月都有。
- 行星：類地行星（岩石）vs 類木行星（氣體）；火星一日約 24.6 小時、大氣稀薄以 為主。
- 隕石定年要挑「早期結晶、未被重置」的礦物。
恆星與宇宙
- 恆星顏色由表面溫度決定（黑體輻射）：藍 > 白 > 黃 > 橙 > 紅（低溫）。火山熔岩的紅光也是熱輻射；火星的紅色是反射太陽光、煙火與瓦斯的顏色是元素發射光譜。
- 視星等（看起來多亮）、絕對星等（放在 10 秒差距時多亮）；數字越小越亮，差 5 等 = 100 倍。
- ： 越大，距離越遠。
- 尺度：月球（光秒）< 行星（光分、光時）< 近處恆星（光年）< 銀河系中心（約 2.6 萬光年）< 仙女座星系（約 250 萬光年）< 室女座星系團。
- 宇宙膨脹：遠方星系紅位移（哈伯定律）；大霹靂的證據：宇宙微波背景輻射。
看詳解
後者：都是高溫物體的熱輻射。火星是反射光。這是 108 學測自然 單選 3（答對率 24%）。
重點整理
| 問題 | 判斷 |
|---|---|
| 緯度 | 北極星仰角 |
| 正午太陽仰角 | $90^\circ- |
| 恆星顏色 | 溫度：藍熱紅冷 |
| 距離 | 越大越遠 |
| 恆星日 vs 太陽日 | 23 h 56 m vs 24 h |
解題策略
- 畫圖：太陽、地球、月球的位置與公轉方向。
- 週期題：先問「相對於誰」轉一圈。
- 顏色題：區分「自己發光（溫度）」、「反射」、「元素發射」。
混合練習
- 春分日在赤道，正午太陽仰角？
- 今晚上弦月，約幾天後是滿月？
- 兩顆恆星視星等都是 2，甲的絕對星等 −3、乙 +2，誰較遠？
- 太陽的顏色代表它在恆星中的溫度是高還是中等？
看詳解
- 。
- 約 7 天。
- 甲（）。
- 中等（黃色，約 6000 K）。
常見錯誤
小試身手
- 109 學測自然 單選 62：天體距離排序（答對率 45%）
- 110 學測自然 單選 63：星等與距離（答對率 37%）
- 108 學測自然 多選 18：月球公轉反向（答對率 34%）
- 108 學測自然 單選 3：恆星顏色（答對率 24%）
- 挑戰題：109 學測自然 單選 68：恆星日（答對率 19%）