2026年极昼极夜形成原理天文竞赛试题附答案

2026年极昼极夜形成原理天文竞赛试题附答案一、单项选择题（每题只有一个正确选项，每题4分，共40分）1.地球上出现极昼极夜现象的根本成因是A.地球表面存在大气层B.黄赤交角的存在C.地球公转轨道为椭圆D.月球对地球的引力潮汐作用2.如果当前黄赤交角从23°26′减小为22°，则全球极昼极夜的范围会发生的变化是A.北极极昼范围扩大，南极极夜范围缩小B.全球极昼极夜范围整体扩大C.全球极昼极夜范围整体缩小D.北极极夜范围扩大，南极极昼范围缩小3.下列关于不同北半球高纬度地区极昼总天数的排序，正确的是A.北极点＜斯瓦尔巴群岛新奥尔松＜冰岛雷克雅未克B.阿拉斯加巴罗＜加拿大埃尔斯米尔岛＜西伯利亚雅库茨克C.芬兰罗瓦涅米＜挪威特罗姆瑟＜瑞典基律纳D.北极点＞斯瓦尔巴群岛新奥尔松＞挪威奥斯陆4.我国黑龙江漠河市（约北纬53°）夏季会出现“白夜”现象，天空整夜不会完全变黑，其成因与以下哪一因素直接相关A.大气对太阳光的散射作用B.大气对太阳光的折射作用C.极光对天空的照亮作用D.极地气团对太阳光的反射作用5.北极点在极昼期间，全天太阳高度的最大差值约为A.0°B.23°26′C.46°52′D.与太阳直射点纬度数值相等6.对于北极圈（北纬66°34′）上的任意观测点，一年中理论上出现极昼现象的天数最接近A.1天B.15天C.30天D.90天7.受地轴进动和黄赤交角的长期变化影响，当前黄赤交角每世纪大约减小47角秒，据此推算一万年后北极圈的纬度与当前相比，会发生的变化是A.升高约1.3°B.降低约1.3°C.升高约13°D.基本不变8.实际天文观测中，同一纬度的极昼观测天数总是多于纯几何理论计算的天数，造成这一现象的核心原因是A.太阳活动的扰动B.大气折射效应C.地球自转速度的长期减慢D.太阳风的散射作用9.南极圈内出现极昼现象时，地球在公转轨道上的位置最接近A.远日点B.近日点C.春分点D.秋分点10.北极点全年极昼总天数与南极点极昼总天数的差值大约为A.1天B.3天C.7天D.30天二、多项选择题（每题有多个正确选项，多选、少选、错选均不得分，每题6分，共30分）1.下列关于极昼极夜现象形成与分布的说法，正确的有A.极昼极夜现象的核心驱动是黄赤交角存在导致太阳直射点的周年南北移动B.当太阳直射点位于北半球时，北极圈以内全部区域出现极昼，南极圈以内全部区域出现极夜C.不考虑地形和大气影响的前提下，纬度越高，极昼极夜的年总天数越长D.所有纬度高于极圈纬度的区域，每年至少会出现1天极昼和1天极夜E.极昼极夜现象仅出现在北极点和南极点2.下列考察站和城市中，全年不会出现极昼极夜现象的有A.中国南极长城站（南纬62°12′）B.中国北极黄河站（北纬78°55′）C.俄罗斯摩尔曼斯克（北纬68°58′）D.中国黑龙江省漠河市（北纬52°58′）E.冰岛雷克雅未克（北纬64°08′）3.下列因素中，会造成实际观测得到的极昼极夜范围，与纯几何理论计算结果产生差异的有A.大气折射效应B.太阳的视直径影响C.黄赤交角的长期缓慢变化D.地轴进动引发的极点位移动变化E.地壳运动引发的观测点海拔变化4.下列关于南北极点极昼极夜现象的描述，正确的有A.北极点的极昼持续总天数多于南极点B.北极点极昼期间，任意时刻的太阳高度数值等于当日太阳直射点的纬度数值C.极点极夜期间，太阳直射点始终位于与该极点相反的半球D.极点全年只有一次日出和一次日落，一整个回归年刚好对应一个完整的昼夜周期E.极点极夜期间不会有任何光亮，全天始终是黑夜5.假如黄赤交角从当前的约23.5°增大为25°，不考虑其他因素变化，下列说法正确的有A.北极圈的纬度将变为北纬65°B.全球极昼极夜的分布范围将比当前扩大C.赤道地区全年昼夜平分的规律将被打破D.中纬度地区夏季极昼天数将明显增加E.南北极点极昼极夜的总天数不会发生变化三、简答题（每题15分，共45分）1.简述极昼极夜现象的根本形成原理，并说明为什么纬度越高，极昼极夜的年总天数越长。2.实际天文观测中，极昼极夜的观测天数总是与纯几何理论计算结果存在偏差，极昼观测天数普遍多于理论值，请结合相关原理分析造成这一偏差的原因。3.为什么北极点全年极昼总天数比南极点多大约一周，请解释这一差异的成因。四、综合分析论述题（共35分）2024年中国国家天文台北极科考团队在斯瓦尔巴群岛新奥尔松观测站（北纬78°55′，东经11°56′）完成了为期一整个回归年的连续昼夜观测，观测结果显示：该站点观测到的极昼总天数约为125天，极夜总天数约为103天，二者总和为228天，远高于同纬度纯几何理论计算得到的极昼极夜总天数（理论值约为211天）。结合极昼极夜形成的相关原理，请回答以下问题：（1）分析本次观测结果中极昼极夜总天数大于理论值的核心原因；（2）如果未来100年内黄赤交角总共减小1角分，不考虑其他因素变化，预测该站点极昼极夜的总天数会发生什么变化，并说明原因。一、单项选择题答案1.B2.C3.D4.A5.A6.A7.A8.B9.B10.C答案解析：1.极昼极夜现象出现的根本原因是地球自转的轨道面赤道面与公转轨道面黄道面之间存在23°26′的黄赤交角，导致太阳直射点在南北回归线之间周年移动，使得极圈以内的区域在不同季节会出现全天24小时太阳都在地平线以上（极昼）或以下（极夜）的现象。其他选项中，大气层仅会影响实际观测结果，不是根本成因；地球公转椭圆轨道仅影响南北极极昼天数的差异，不是极昼极夜本身的成因；月球潮汐引力与极昼极夜成因无关，因此B正确。2.黄赤交角的度数与回归线的度数相等，极圈的纬度度数等于90°减去黄赤交角的度数。当黄赤交角减小，极圈的纬度度数升高，极圈到极点的范围缩小，因此全球极昼极夜的整体范围缩小，南北极的变化趋势一致，都是范围缩小，因此C正确。3.纬度越高，极昼总天数越长，北极点纬度最高，极昼总天数约186天，斯瓦尔巴群岛新奥尔松约北纬79度，极昼总天数约120多天，奥斯陆约北纬59度，在极圈以外，没有极昼，因此排序为北极点＞新奥尔松＞奥斯陆，D正确。A选项雷克雅未克在极圈外，极昼天数为0，排序错误；B选项加拿大埃尔斯米尔岛纬度超过80度，比阿拉斯加巴罗和雅库茨克纬度都高，排序错误；C选项特罗姆瑟纬度高于基律纳，排序错误。4.白夜现象出现在极圈以外的高纬度地区，夏季时太阳落到地平线下18度以内，大气散射的太阳光足以让天空保持明亮，不会完全变黑，因此核心成因是大气散射，A正确。大气折射是影响极昼天数偏差的原因，不是白夜的核心成因；极光亮度不足以照亮整个天空，不是白夜成因，因此BCD错误。5.北极点的所有方向都是南方，太阳在天空中沿着平行于地平线的圆圈做周日运动，全天太阳高度几乎不变，因此最大差值约为0度，A正确。只有春分和夏至的时候太阳高度会从0升到23度26分，极昼期间整个过程里单日的太阳高度差是0，因此A正确。6.北极圈是太阳直射北回归线时，刚好能够出现极昼的最低纬度，也就是说只有夏至日当天，北极圈上太阳才会刚好整个都在地平线以上，一年只有一天理论极昼，因此A正确。7.黄赤交角每百年减小47角秒，一万年就是4700角秒，1度等于3600角秒，因此一万年黄赤交角大约减小1.3度，极圈纬度等于90度减黄赤交角，黄赤交角减小1.3度，极圈纬度就升高1.3度，因此A正确。8.大气折射会使得太阳光发生偏折，当太阳的实际位置还在地平线以下大约0.5度的时候，我们就能够看到太阳已经出现在地平线上，因此极昼开始的时间比理论早，结束的时间比理论晚，观测到的极昼天数就比理论多，因此B正确。其他因素对天数的影响可以忽略，不是核心原因。9.南极极昼出现在北半球的冬季，也就是12月到次年2月，地球公转近日点在1月初，因此最接近近日点，B正确，远日点在7月初，对应北极极昼，因此A错误。10.北极点极昼对应北半球夏半年，也就是从春分到秋分，此时地球公转经过远日点，公转速度慢，整个夏半年长度约186天，因此北极点极昼就是186天；南极点极昼对应北半球冬半年，从秋分到次年春分，地球公转经过近日点，速度快，整个冬半年长度约179天，差值约7天，因此C正确。二、多项选择题答案1.ABCD2.ADE3.ABCDE4.ABCD5.ABE答案解析：1.选项E错误，极圈以内所有区域都会出现极昼极夜，不止极点，其余四个选项都正确：黄赤交角导致太阳直射点南北移动，直射北半球时北极圈内极昼南极圈内极夜，纬度越高天数越多，极圈以内每年至少一天极昼极夜，因此ABCD正确。2.当前北极圈纬度约为北纬66°34′，南极圈约为南纬66°34′，所有纬度低于极圈纬度的区域不会出现极昼极夜，长城站南纬62°12′、漠河北纬52°58′、雷克雅未克北纬64°08′都低于极圈纬度，因此不会出现极昼极夜，ADE正确；黄河站和摩尔曼斯克纬度都高于北极圈，会出现极昼极夜，因此BC不选。3.所有选项都会造成观测结果和理论结果的差异：大气折射让我们提前看到太阳，扩大了极昼范围；太阳本身有大约0.5度的视直径，只要太阳边缘出现在地平线上就算日出，中心还在地平线以下，也会扩大极昼范围；黄赤交角长期变化，理论计算如果用多年平均黄赤交角，和当前实际黄赤交角有差异，会造成范围偏差；地轴进动让极点位置不断移动，也会改变极昼极夜的边界；观测点海拔越高，视线越远，能更早看到太阳，也会影响极昼极夜范围，因此ABCDE全正确。三、简答题答案1.极昼极夜的根本形成原理：地球是一个不发光不透明的球体，同一时间太阳只能照亮地球表面的一半，形成昼夜半球；由于地球自转赤道面与公转黄道面之间存在23°26′的黄赤交角，地球公转过程中太阳直射点会在南北回归线之间做周年往返运动，使得当太阳直射某一半球时，该半球的极地附近区域会全天都处于昼夜半球的昼半球一侧，也就是太阳全天都在地平线以上，形成极昼；另一半球的极地附近区域会全天处于夜半球一侧，太阳全天都在地平线以下，形成极夜。为什么纬度越高极昼极夜天数越长：太阳直射点的纬度不断变化，极昼极夜的边界也就是极昼圈的纬度等于90°减去当日太阳直射点的纬度，太阳直射点每个节气移动到不同纬度，极昼圈也会随之南北移动，纬度越高的区域，越靠近极点，越容易被极昼圈覆盖，一年中被极昼圈或者极夜圈覆盖的天数就越多，因此纬度越高极昼极夜的总天数越长。2.造成极昼观测天数多于纯几何理论值的原因主要有两点：第一是大气折射效应，地球大气层密度从近地面到高层不断降低，太阳光从真空进入大气层会发生连续折射，传播路径向下弯曲，使得当太阳的实际中心位置还在地平线以下大约0.5°的时候，观测者就已经能够看到太阳出现在地平线上，因此极昼开始的时间比理论计算更早，结束的时间比理论计算更晚，增加了极昼的观测天数。第二是太阳的视直径影响，纯几何理论计算通常默认太阳是一个点，以太阳中心是否在地平线以上作为判断极昼的标准，而实际观测中，只要太阳的边缘出现在地平线以上，就已经可以认为是白天，太阳的视直径大约为0.5°，因此当太阳中心在地平线以下0.5°以内的时候，太阳的边缘已经出现在地平线上，已经符合极昼的观测标准，进一步增加了观测到的极昼天数。这两个因素共同作用，使得实际观测到的极昼天数普遍比理论计算多3到5天左右。3.北极点和南极点极昼天数差异的核心成因是地球公转轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，公转速度遵循开普勒第二定律，近日点公转速度快，远日点公转速度慢。北极点的极昼出现在北半球的夏半年，时间是从每年的春分（3月21日前后）到秋分（9月23日前后），这个时间段地球公转经过远日点（7月初），距离太阳更远，公转速度更慢，整个夏半年的长度约为186天，因此北极点的极昼持续时间就是186天左右。而南极点的极昼出现在北半球的冬半年，时间是从秋分（9月23日前后）到次年春分（3月21日前后），这个时间段地球公转经过近日点（1月初），距离太阳更近，公转速度更快，整个冬半年的长度约为179天，因此南极点的极昼持续时间就是179天左右，二者差值大约为7天，因此北极点极昼总天数比南极点多大约一周。四、综合分析论述题答案（1）本次观测中极昼极夜总天数大于纯几何理论计算值，核心原因有三个方面：第一，大气折射效应的影响，纯几何理论计算不考虑大气层对太阳光的折射作用，而实际观测中，大气折射使得太阳实际位置在地平线以下约0.5°时，观测者就可以看到太阳，使得极昼开始时间提前，结束时间推迟，极夜开始时间推迟，结束时间提前，相当于极昼和极夜的天数都增加了，总天数也就增加了。第二，太阳视直径的影响，纯理论计算通常以太阳中心是否在地平线以上作为判断昼夜的标准，而太阳本身有约0.5°的视直径，当太阳中心在地平线以下0.5°以内时，太阳的上边缘已经高出地平线，已经符合极昼的观测标准，同理，极夜的时候太阳中心在地平线以上0.5°以内时，整个太阳都在地平线以下，符合极夜的观测标准，因此极昼和极夜的观测范围都向外扩展了约0.5个纬度，使得同纬度站点的极昼极夜总天数增加。第三，新奥尔松观测站的海拔高于海平面，海拔越高，观测者的视线越远，能够看到更低位置的太阳，相当于地平线向下倾斜，同样会使得太阳实际位置更低的时候就能被观测到，进一步增加了极昼极