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天文学新概论（一）北京理工大学选修课程天文学概论课程期末考试试卷（A卷）参考答案一、填空题（20分）1. 1. 天文学的三个主要分支学科是天体测量学、天体力学、天体物理学（3分）2. 2. 现代天文学观测到的宇宙，从星系开始共分为星系、星系群或星系团、超星系团和总星系。（4分）3. 3. 三种常用的天球坐标系是地平坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系。（3分）4. 4. 20世纪60年代天文学的四大发现为脉冲星、类星体、3 K微波宇宙背景辐射和星际有机分子，都是以天体的射电观测为先导作出的。（5分）5. 不同质量恒星演化的最后结局是白矮星、中子星和黑洞。质量较小的恒星演化结局可能是白矮星，质量较大的恒星演化结局可能是黑洞。（5分）二、何谓天体、宇宙？简述天文学的研究对象、研究方法和特点。（20分）答：天体即大气层以外的物体，包括日月星辰和人造天体在内。宇宙是全部时间、空间和所有天体的总称。天文学是研究天体和宇宙的科学，它研究天体的位置、分布、运动、结构、物理状态、化学组成、相互关系、及演化规律。天文学是观测科学，同时也是综合科学，特点是研究对象都在遥不可及的宇宙空间，既不可能取样分析化验，也不可能亲临实地勘察研究。所以，研究的主要手段是观测用各种仪器观察和测量从天体辐射来的电磁波或少量的高能微观粒子，现代天文学最重要的观测仪器是各种类型的天文望远镜，现代物理学理论也是最活跃的天体物理学研究中必不可少的重要理论和方法。（天体中有物质密集的形态，如恒星、行星，有物质松散的形态，如星云、星际物质，也有广延的连续形态，如辐射带、磁层、引力场等。往往具备有地面实验室难以达到的条件：极端的冷与热，缓变与爆发，稀薄与密集，极高能量，极强磁场，极大引力和极长时标的演化，提供了人类发现与验证自然法则的无法模拟的场所。现代天文学研究还促进了现代光学、信息科学、计算机科学、精密仪器与新材料、新工艺的发展，许多尖端技术都应天文学的需要而产生，又在天文学研究中首先得到应用。）三、赫罗图（H-R）是根据什麽关系绘制出来的？在现代天文学中有什麽重要意义？（20分）答：丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素各自独立地提出了恒星的光谱型与光度之间存在着相关关系，并以图形表示，称为赫罗（H-R）图。（光谱型是温度的标记，也是颜色的标记；光度也可用绝对星等来表示，其单位是太阳的真亮度。）赫罗图以光谱型（或温度）为横坐标，以光度（或绝对星等）为纵坐标，将所有已知光谱型和光度的星点在图上，每个点代表一颗星。在H-R图上，全部星点群都集中在三个不同区域里，占90%以上的绝大多数星都落在从左上角延伸到右下角的带状区域，称为主星序。在这个序列里的星称为主序星。H-R图右上角有一个点群，这些星温度偏低、颜色偏红，但光度很大，称为红巨星或红超巨星。左下角也有一个点群，温度很高，颜色偏白，光度却很小，称为白矮星。H-R图简单明了却有着深刻的含义，因此为许多研究课题所使用，是现代天文学中非常重要的图表。四、在通用的哈勃星系分类中，按星系外形分为哪几类？说明哈勃关系的内容并写出其公式，说明其中各量的含义。哈勃关系在宇宙学研究中有什麽重要意义？（20分）答：1926年哈勃最早对星系分类，形成后来通用的哈勃星系分类：即按星系外形分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系和不规则星系四类。1929年哈勃根椐24个已知距离和谱线红移的星系资料，确定了河外星系视向速度与距离的线性关系，即哈勃关系。以公式表示为：V=HD，其中V表示视向速度。单位为“公里/秒”，也称为退行速度（因绝大多数星系都在退行）；D表示距离，单位是“百万秒差距”；H为常数，即哈勃常数，其数值约在5595之间，单位是“公里/秒百万秒差距”。现代大量的星系观测资料表明，哈勃关系在可观测的宇宙范围内是普遍成立的。哈勃关系在宇宙学研究中的重大意义在于，他是宇宙膨胀的观测证据。从逻辑推理的角度能够证明：哈勃关系成立与宇宙在均匀膨胀可互为因果关系，即如果宇宙在均匀膨胀，可以导出哈勃关系；反过来，承认哈勃关系，即能证明宇宙是在均匀膨胀。对哈勃关系更深刻的理解应当是：不是星系在空间做退行运动，而是空间自身在膨胀！五、你学习天文学概论有什麽收获和感想？（不得少于100字）（20分）答：（你对天文学知识感兴趣吗？对你认识和了解天体、宇宙、建立正确的世界观有何帮助？你对教学有什麽见意和要求？）北京理工大学选修课程天文学概论课程期末考试试卷（B卷）参考答案一、名词解释（20分）1. 宇宙：全部时间、空间和所有天体的总称。2. 天体：即大气层以外的物体，包括日月星辰和人造天体在内。3. 天球：以观察者为中心，以足够远的距离为半径作一个球面，观察者所看到的天体的位置就是天体投影在这个球面上的图像，人们可以借助几何学知识，用球面上的坐标来表示天体的位置。至于天体到观察者之间的距离是感觉不到的，也不能用球面坐标来表达，天文学上称这样一个球面为天球。4. 天穹及地平圈：人们仰望天空时，直观感觉到与地平线相接的半个球面称之为“天穹”，它是天球的一部分。当一个人站在地面上某一地点时，他所见到的天与地相接的大圆为地平圈，也就是天穹与地平线相接的大圆。5. 天赤道：地球赤道平面延展以后与天球相交的大圆即为天赤道。6黄道：地球绕太阳公转的轨道平面延展以后与天球相交的另一个大圆。7黄赤交角及度数：黄道与赤道的交角就是地球自转轴倾斜的角度，称为黄赤交角，约等于2326。8天文单位及数值：以一个假想的、质量为零的无摄动行星，公转周期为365.26历书日的椭圆轨道的半长径.一般可任为是地球到太阳的平均距离,或地球公转规道的半长径,长度约为1.5亿公里，以Au表示。（1976年国际天文联合会天文常数系统所取的值为：1Au=149597870km。）9光年及数值：天文上常用的一种尺度单位叫光年，即以光速走一年所通过的路程。一光年约为9.51015米。10秒差距及数值：秒差距是一个便于理论计算的距离单位，约等于3.26光年。其定义为视差值刚好等于1的恒星距离，符号为pc，1pc=206265Au3.26光年。二、何谓恒星、星座？国际天文联合会将全区划分为多少个星座？我国古代又是如何划分和命名星空的？（20分）答：恒星是指自身可以通过聚变反应发光，辐射出巨大能量的星体，而它们在天体上的相对位置基本不变的星体。星系是由一定数目的天体相互作用形成的系统。星座是为了辨认恒星而使用的一种划分天空区域的方法，每个星座占一定的天区，按该区域中恒星的排布图形，用希腊神话中的人屋、动物和器俱等命名。国际天文联合会将全天区划分为88个星座。我国古代的命名法是将星空分为若干星官，北极附近的一些星官分属三垣：紫微垣、太微垣和天市垣。延着黄道的二十八个星官称为二十八宿。三、简述太阳系和太阳系的基本结构及组成成员。（20分）答：太阳系共有九大行星，66个卫星，还有一些其它小天替，处于主导地位的是中心的恒星太阳，其质量占太阳系总质量的99.86%.从中心到边缘,太阳系中九大行星的排布为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了行星、卫星、小行星、彗星这些密集的小天体外，太阳系还存在着辐射带、磁层和太阳风这些连续形态和离散的离子形态的物质。太阳的直径约为140万公里，质量21030千克，平均密度1.4g/cm3。其分层结构从中心向外依次为：核反应区；辐射区；对流区或对流层；光球层；色球层；日冕。 四、试说明全波段天文学是指什麽含义？（20分）答：全波段天文学是指从波长最长的无线电波到波长最短的射线，天体发出的所有电磁波都落在天文学家的视野之内，基于这种层次上的天文学研究，就是全波段天文学。最初，人类只能利用光学望远镜接收光学波段的天体辐射；二战后，无线电技术用于天文观测，开辟了射电天文学，加大了观察宇宙的范围，红外材料的运用又扩大了观测范围，使红外波段的观测成为可能；星载天文仪器、各种专用天文卫星、宇宙飞船、轨道天文台、轨道空间站和空间望远镜都加入到了天文观测的行列，人类探索宇宙的历程发展到全波段天文学的新阶段，天文学家的视野更开阔了,人类认识宇宙的能力达到了前所未有的高度。五、简述现代“标准宇宙模型”的内容及大爆炸的宇宙进程？（20分）答：“标准宇宙模型”也就是“大爆炸宇宙模型”，其基本内容是：宇宙是由高温高压状太下的原始基本粒子突发膨胀而开始创生的，这些基本粒子开始时几乎全部都是中子，由膨胀导致的温度下降，使中子按照放射性衰变过程自由的转化为质子、电子等，逐渐产生由轻到重的各种化学元素。随着整个宇宙的膨胀和降温，各种粒子进一步形成星系、恒星等宇宙中的天体，然后沿着天体演化的阶梯一直延续到现在。大爆炸的宇宙基本进程：第一个画面，时标104秒，温度10万亿开，宇宙温度大于强子的阈温；第二个画面，时标0.01秒，温度1000亿开，宇宙温度小于强子阈温；第三个画面，时标13.82秒，温度30亿开，此时宇宙温度小于轻子的阈温，轻子不再由光子碰撞产生出来；第四个画面，时标3分40秒，温度9亿开，此时宇宙温度远小于轻子的阈温，所有能量转化为物质的反应都已停止，物质已全部产生出来；第五个画面，时标70万年，温度3000开，在此之前，宇宙温度低到原子核和电子可以组成原子，自由电子突然消失光子可以自由穿行，宇宙变得对辐射透明。宇宙的尺度虽已膨胀到相当的规模，但各种物质粒子大体均匀分布在空间中，在此之后的漫长时间里，宇宙膨胀降温，辐射压力越来越小，直至阻止不了星系级乃至恒星级质量的成团屋质在万有引力作用下凝聚压缩。这时，星系和恒星就逐渐形成；第六个画面，在150200亿年，温度2.7开，宇宙依然在膨胀。天文学概论课程期末考试试题（A卷）答案一、选择题（每题2分，共30分）01、离地球最近的行星是（A ）A、金星 B、水星 C、火星02、太阳系中质量最大的行星是（ C ）A、火星 B、土星 C、木星 D、天王星03、太阳系中自转最快的行星是（A ）A、木星 B、土星 C、天王星 D、海王星04、太阳黑子位于太阳大气的（A ）A、光球层 B、色球层 C、日冕 D、对流层05、太阳耀斑位于太阳大气的（ B ）A、光球层 B、色球层 C、日冕 D、对流层06、太阳的能量来自于（ C ）A、化合反应 B、分解反应 C、核聚变 D、核裂07、太阳系行星中在地球上看起来最明亮的是（B ）A、水星 B、金星 C、火星 D、木星08、下列卫星中，哪一个的自转周期与公转周期相同（ D ）A、冥卫一 B、木卫一 C、土卫一 D、月球9、下列行星中，会发生凌日现象的是 ( A )A、金星 B、火星 C木星 D、土星10、下列行星中，会发生冲日现象的是 ( D )A、水星 B、金星 C、地球 D、木星11、长庚是中国古代对哪一颗行星的称呼? ( B )A 水星 B. 金星 C. 火星12、第一个进入太空的宇航员是 ( B )A 阿姆斯特朗 B 加加林 C 查理.杜克13通常说某个天体的视差是多少，视差表示所观测天体的( B )A 角度 B 距离 C 天体大小14、太阳的周年视运动是_ _的反映。 (A )A 地球公转 B 地球自转 C 太阳公转15、中子星的密度高达10亿吨/立方厘米，它主要是由组成。( B )A 质子，B 中子，C 电子二、填空（每空2分，共40分）01、地球球绕太阳公转的轨道称为黄道02、日食只能发生在朔日，即农历的初一。13、20世纪60年代发现的射电脉冲星被证明是高速自转的_中子星_。04、星系是由几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等构成、占据几千光年至几十万光年空间的天体系统。按形状，星系可分为_椭圆_、_旋涡_、棒旋和_不规则_四大类。05、宇宙地心说是公元140年前后由古希腊天文学家托勒密_在发展前人学说的基础上建立起来的。06、1990年升空的空间望远镜又叫_哈勃_望远镜，它的口径为2.4米。07、历法的种类有阴历、阳历、阴阳历等三种。08、天文学的三个主要分支学科是天体测量学、天体力学、天体物理学09、世纪60年代天文学的四大发现为脉冲星、类星体、3 K微波宇宙背景辐射和星际有机分子，都是以天体的射电观测为先导作出的。三、名词解释（30分）1. 1. 宇宙：全部时间、空间和所有天体的总称。2. 天体：即大气层以外的物体，包括日月星辰和人造天体在内。3. 天球：以观察者为中心，以足够远的距离为半径作一个球面，观察者所看到的天体的位置就是天体投影在这个球面上的图像，人们可以借助几何学知识，用球面上的坐标来表示天体的位置。至于天体到观察者之间的距离是感觉不到的，也不能用球面坐标来表达，天文学上称这样一个球面为天球。4. 天赤道：地球赤道平面延展以后与天球相交的大圆即为天赤道。天文学概论课程期末考试试题（B卷）答案一、填空题（20分）5. 5. 天体测量学 、 天体力学 、天体物理学（3分）6. 6. 星 系 、 星系群或星系团 、 超 星 系 团 和 总 星 系 。（4分）7. 7. 地平坐标系 、 赤道坐标系 和 黄道坐标系 。（3分）8. 8. 脉 冲 星、 类 星 体、 3 K微波宇宙背景辐射 和 星际有机分子， 射 电（5分）5. 白 矮 星 、 中子星 和 黑 洞 。 白矮星 ， 黑 洞 。（5分）二、名词解释（20分）1秒差距及数值：秒差距是一个便于理论计算的距离单位，约等于3.26光年。其定义为视差值刚好等于1的恒星距离，符号为pc，1pc=206265Au3.26光年。2黄道：地球绕太阳公转的轨道平面延展以后与天球相交的另一个大圆。3黄赤交角及度数：黄道与赤道的交角就是地球自转轴倾斜的角度，称为黄赤交角，约等于2326。4天文单位及数值：以一个假想的、质量为零的无摄动行星，公转周期为365.26历书日的椭圆轨道的半长径.一般可任为是地球到太阳的平均距离,或地球公转规道的半长径,长度约为1.5亿公里，以Au表示。（1976年国际天文联合会天文常数系统所取的值为：1Au =149597870km。）5光年及数值：天文上常用的一种尺度单位叫光年，即以光速走一年所通过的路程。一光年约为9.51015米。三、何谓恒星、星座？国际天文联合会将全区划分为多少个星座？我国古代又是如何划分和命名星空的？（20分）答：恒星是指自身可以通过聚变反应发光，辐射出巨大能量的星体，而它们在天体上的相对位置基本不变的星体。星系是由一定数目的天体相互作用形成的系统。星座是为了辨认恒星而使用的一种划分天空区域的方法，每个星座占一定的天区，按该区域中恒星的排布图形，用希腊神话中的人屋、动物和器俱等命名。 国际天文联合会将全天区划分为88个星座。我国古代的命名法是将星空分为若干星官，北极附近的一些星官分属三垣：紫微垣、太微垣和天市垣。延着黄道的二十八个星官称为二十八宿。四、简述太阳系和太阳系的基本结构及组成成员。（20分）答：太阳系共有九大行星，66个卫星，还有一些其它小天替，处于主导地位的是中心的恒星太阳，其质量占太阳系总质量的99.86%.从中心到边缘,太阳系中九大行星的排布为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了行星、卫星、小行星、彗星这些密集的小天体外，太阳系还存在着辐射带、磁层和太阳风这些连续形态和离散的离子形态的物