2026年行星凌日科普天文竞赛试题附答案

2026年行星凌日科普天文竞赛试题附答案一、单项选择题（每题3分，共45分）1.下列天体中，地球上的观测者有可能观测到其凌日现象的是（）A.火星B.金星C.木星D.土星2.2026年发生的行星凌日现象所属的行星类型，以及发生的月份分别是（）A.地外行星，5月B.地内行星，6月C.地内行星，11月D.地外行星，12月3.行星凌日现象发生时，该行星处于以下哪个公转位置？（）A.上合B.下合C.东方照D.西方照4.水星凌日的发生时间通常集中在每年的哪两个月份？（）A.1月和7月B.3月和9月C.5月和11月D.6月和12月5.2026年行星凌日发生时，我国境内绝大部分区域无法观测到完整凌日过程，主要原因是（）A.凌日发生时我国大部分地区处于夜间，太阳已落入地平线下B.凌日发生时我国大部分地区处于阴雨天气C.水星视直径太小，我国境内观测设备分辨率不足D.水星被月球遮挡，无法观测6.凌日观测中常见的“黑滴效应”，其主要成因不包括以下哪一项？（）A.地球大气湍流扰动B.望远镜的衍射极限效应C.水星大气层的吸收作用D.观测设备的像差7.历史上首次提出利用行星凌日现象测定日地距离（天文单位）的天文学家是（）A.开普勒B.哈雷C.牛顿D.伽利略8.下列关于水星凌日和金星凌日的发生频率说法正确的是（）A.水星凌日更罕见，平均每百年仅发生1次B.金星凌日更罕见，平均每百年仅发生约1次C.两者发生频率相近，平均每十年发生1次D.两者发生频率均极低，人类有观测记录以来各仅发生过5次9.2026年水星凌日发生时，水星的视直径约为8.1角秒，太阳的视直径约为32.2角分，两者的视直径比值约为（）A.0.004B.0.04C.0.1D.0.2510.下列观测凌日的操作中，符合安全规范的是（）A.直接用肉眼对准太阳观测B.用加装了目镜端减光镜的望远镜观测C.用加装了物镜端巴德膜（密度5.0）的望远镜观测D.用普通墨镜透过望远镜观测11.2026年水星凌日发生时，从地球上观测，水星相对于太阳视圆面（上北下南左东右西的天文方位）的移动方向是（）A.从西边缘进入，东边缘离开B.从东边缘进入，西边缘离开C.从北边缘进入，南边缘离开D.从南边缘进入，北边缘离开12.如果人类在火星表面建立观测站，下列哪种天体凌日现象不可能被观测到？（）A.水星凌日B.金星凌日C.地球凌日D.木星凌日13.下列关于行星凌日和日食的区别，说法错误的是（）A.日食是月球遮挡太阳，凌日是行星遮挡太阳B.日食可能出现全食、环食、偏食，凌日只能看到“小黑点”划过太阳表面C.日食的发生频率远低于行星凌日的发生频率D.两者发生的必要条件都包括三天体近似处于同一直线14.2026年水星凌日的完整持续时间约为（）A.2小时15分B.5小时30分C.8小时45分D.12小时15.利用行星凌日现象探测系外行星的方法，其核心观测目标是（）A.恒星的位置变化B.恒星的亮度变化C.恒星的光谱变化D.恒星的质量变化二、填空题（每空2分，共30分）1.2026年发生的行星凌日是____星凌日，发生的公历日期为____月____日。2.行星凌日发生的两个必要条件分别是：①该行星为____；②行星下合时，其与太阳的黄纬差小于临界值，即三者近似位于黄道面同一直线上。3.2026年本次行星凌日发生时，我国境内仅有____地区能够观测到部分凌日过程，可见阶段为____。4.人类历史上首次被预言并成功观测到的水星凌日由天文学家____通过行星运动定律推算，于____年被法国天文学家伽桑狄成功观测。5.凌日观测中的黑滴效应会导致行星边缘与太阳边缘即将接触时出现粘连现象，其两大核心成因分别是____和望远镜衍射效应。6.金星凌日的周期具有明显的规律性，通常为连续两次间隔8年的凌日后，分别间隔____年和____年再次出现下一组连续两次凌日。7.观测行星凌日时，常用的专业减光装置包括____、____（写出两种即可）。8.哈雷法测定天文单位的核心逻辑是利用不同经度观测点测得的凌日____差异，通过三角视差原理计算日地距离。9.系外行星探测领域中，凌星法是主流探测手段之一，该方法除了可以推断系外行星的轨道参数外，还可以通过观测凌日时的透射光谱分析行星的____组成。10.2026年水星凌日发生时，水星在太阳视面上的移动角速度约为____角秒/秒（保留两位小数，已知凌日总持续时间为19800秒，水星划过的路径长度约对应太阳视直径1932角秒）。三、简答题（每题10分，共40分）1.简述行星凌日的形成原理，并说明为什么2026年仅发生水星凌日而无金星凌日。2.请分别解释凌日过程中的五个关键阶段：入凌始、入凌终、凌甚、出凌始、出凌终，并结合2026年水星凌日的时刻参数（入凌始北京时间19:12，凌甚北京时间21:57，出凌终北京时间次日00:42）说明我国大部分地区无法观测完整过程的原因。3.观测2026年水星凌日时需要遵守哪些安全规范？请列举至少5项并说明对应的原因。4.简述凌星法探测系外行星的基本原理，并分析该方法的主要优缺点。四、观测设计题（20分）已知新疆喀什地区2026年11月11日的日落时间为北京时间20:37，本次水星凌日的入凌始为北京时间19:12，入凌终为北京时间19:15，凌甚为北京时间21:57，出凌终为北京时间次日00:42。你作为喀什某中学天文社的指导老师，需要设计一份适合20名社员参与的凌日观测活动方案，方案需包含活动准备、观测流程、记录内容、应急处置四个部分，要求符合当地观测条件，可操作性强，字数不少于400字。五、综合计算题（每题15分，共30分）1.已知2026年水星凌日发生时，太阳的视直径为32.2角分，水星的视直径为8.1角秒，完成下列计算：（1）求水星视直径与太阳视直径的比值（保留三位小数）；（2）求水星遮挡的太阳面积占太阳视圆面总面积的比例（保留两位有效数字）；（3）若使用焦距为1200mm的折射望远镜搭配焦距为20mm的目镜观测，求该观测系统的放大倍率，以及观测到的水星视直径（单位转换为角分，保留一位小数）。2.利用哈雷法测定天文单位时，观测者在位于东经10°、北纬50°的柏林（观测点A）和东经45°、南纬20°的塔那那利佛（观测点B）测得本次水星凌日的入凌始时刻差为7.5秒。已知地球平均半径为6371km，凌日时水星的地心距离为0.61天文单位，太阳的地心距离为1天文单位，1弧度对应约206265角秒，完成下列计算：（1）求两个观测点之间的球面基线长度（保留整数，单位：km）；（2）已知水星在太阳视面上的移动角速度为0.098角秒/秒，求两个观测点观测到的水星视差角（即水星相对于太阳背景的位移角，保留两位小数，单位：角秒）；（3）结合三角视差原理，计算本次测量得到的天文单位数值（保留两位有效数字，单位：km）。参考答案一、单项选择题1.B2.C3.B4.C5.A6.C7.B8.B9.A10.C11.B12.D13.C14.B15.B二、填空题1.水；11；112.地内行星（轨道位于地球轨道内侧的行星）3.新疆极西（喀什、伊宁等）；带凌日落（入凌到太阳落山前的部分阶段）4.开普勒；16315.地球大气湍流（视宁度影响）6.121.5；105.57.巴德膜（密度5.0）；赫歇尔棱镜（或日珥镜、中性密度滤光镜）8.入凌/出凌时刻（或持续时间）9.大气10.0.10三、简答题1.形成原理：当轨道位于地球内侧的地内行星运行到太阳与地球之间，且三者近似处于同一直线时，行星的视圆面会从太阳视圆面前方经过，遮挡部分太阳辐射，地球上的观测者可观测到黑色的行星视圆面作为小黑点在太阳表面划过，即为凌日现象。（4分）2026年仅发生水星凌日的原因：凌日发生需要行星下合时与黄道交点的角距离小于临界值，水星轨道倾角约7°，下合周期约116天，每年下合约3次，更容易碰到交点附近的位置；金星轨道倾角约3.4°，下合周期约584天，每1.6年才发生一次下合，2026年金星下合时与黄道交点的角距离远大于临界值，不满足凌日条件，而2026年11月水星下合时恰好位于降交点附近，满足凌日条件，因此仅发生水星凌日。（6分）2.五个阶段解释：入凌始指行星视圆面的外边缘首次与太阳视圆面外边缘接触的时刻，是凌日的正式起点；入凌终指行星视圆面的内边缘完全进入太阳视圆面内边缘的时刻，此时行星全部进入太阳表面；凌甚指行星视圆面中心与太阳视圆面中心距离最近的时刻，是凌日的中间阶段；出凌始指行星视圆面的外边缘首次接触太阳视圆面出射侧外边缘的时刻，行星开始离开太阳表面；出凌终指行星视圆面的内边缘完全离开太阳视圆面外边缘的时刻，是凌日的正式终点。（6分）我国大部分地区位于东八区附近，本次凌甚时刻为北京时间21:57，我国中东部地区日落时间普遍早于19:00，凌日开始时太阳已经落入地平线下，因此仅新疆极西地区日落时间较晚，可观测到部分阶段，其余地区无法观测。（4分）3.安全规范及原因：（1）禁止用肉眼或普通墨镜、熏黑玻璃、曝光胶片等非专业减光设备直接观测太阳，此类设备无法阻挡紫外线、红外线等不可见辐射，会造成视网膜永久性灼伤，甚至失明。（2分）（2）使用望远镜观测时，必须在物镜端加装合格的密度5.0巴德膜或赫歇尔棱镜，禁止在目镜端加装减光设备，望远镜汇聚的强光会直接炸裂目镜端减光镜，造成眼睛受伤。（2分）（3）每观测1-2分钟需休息30秒以上，避免长时间观测造成眼睛疲劳，同时避免减光设备长时间受热损坏。（2分）（4）禁止未成年社员在无成年人监护下操作观测设备，防止误操作移除减光装置导致视力损伤。（2分）（5）使用相机拍摄时，必须在镜头前加装专业减光装置，否则太阳汇聚的强光会烧毁相机CMOS传感器，造成设备报废。（2分）（答出任意5项即可，其他合理答案也可得分）4.基本原理：当系外行星运行到宿主恒星与观测者之间，三者处于同一直线时，行星会遮挡部分恒星的辐射，导致观测到的恒星视亮度出现小幅周期性下降，亮度下降幅度与行星和恒星的半径平方比成正比，通过长期监测恒星的光变曲线捕捉该特征下降信号，即可推断系外行星的存在，还可推算行星的轨道周期、半径、轨道倾角等参数。（4分）优点：（1）探测灵敏度高，可探测到质量较小的类地行星，是目前少数能实现类地行星普查的探测手段；（2）可通过凌日时的透射光谱分析行星的大气成分、温度等物理性质；（3）适合大规模巡天，观测效率高，开普勒、TESS等巡天望远镜已通过该方法发现了数千颗系外行星。（3分）缺点：（1）几何条件苛刻，仅约1%的系外行星轨道平面与观测者视线方向平行，可观测到凌星现象，遗漏率极高；（2）假阳性率高，恒星黑子、食双星等天体的光变信号容易被误认为是凌星信号，需要径向速度法等手段验证；（3）无法直接测量行星质量，需结合径向速度法才能推算行星密度和物质组成。（3分）四、观测设计题（评分标准：四个部分各5分，符合当地观测条件、可操作性强得满分，缺项酌情扣分）参考方案：活动准备：（1）设备准备：提前1周调试2台口径80mm的折射望远镜，每台配备物镜端密度5.0巴德膜，搭配赤道仪提前校准极轴；准备3台搭载200-600mm长焦镜头的数码单反相机，配备镜头端巴德膜，准备5张备用巴德膜、便携计时设备、观测记录表、防寒冲锋衣、急救包、护眼照明灯；（2）人员准备：提前1个月开展凌日原理、观测安全、设备操作培训，将20名社员分为3组：观测记录组6人负责记录时刻和位置，拍摄组8人负责凌日影像拍摄，宣传组6人负责活动记录和科普讲解，每组配备1名指导老师；（3）场地准备：提前3天踩点，选择学校西侧无高层建筑遮挡的操场作为观测点，提前标记观测点位，测试设备视野。观测流程：11月11日北京时间18:00所有人员到场，完成设备组装和巴德膜完好性检查，调试赤道仪对准太阳；19:00开始等待入凌始，19:12观测到入凌始时立即记录准确时刻，拍摄首张凌日影像；19:15记录入凌终时刻，之后每10分钟拍摄一次凌日照片，同步记录水星在太阳视面上的相对坐标；20:20开始调整拍摄角度，拍摄带地景的带凌日落影像，直到20:37太阳完全落入地平线下，观测结束后组织社员整理设备和数据。记录内容：（1）入凌始、入凌终的实测时刻，与理论时刻的误差；（2）每10分钟一次的水星相对太阳中心的位置坐标，计算水星的视运动角速度；（3）拍摄的所有凌日影像的参数（曝光时间、ISO、焦距），记录黑滴效应出现的时刻和表现；（4）带凌日落的景观影像，活动现场的记录素材。应急处置：（1）若当天为阴雨天气，无法目视观测，立即转为线上观测，连接欧洲南方天文台的公开直播信号，组织社员观看并同步讲解凌日原理和观测要点；（2）若观测过程中巴德膜出现破损、褶皱，立即停止该设备观测，更换备用巴德膜，检查无问题后再恢复观测；（3）若社员出现眼睛不适、冻伤等情况，立即转移到附近温暖的室内休息，严重的联系校医送诊；（4）若设备出现故障，立即调配备用设备，优先保证观测记录的完整性。五、综合计算题1.参考解答：（1）太阳视直径转换为角秒：32.2角分