云南大学物理与天文学院2014年春季学期实测天体物理期末试卷参考答案

PAGE第1页，共5页云南大学2014至2015学年下学期物理科学技术学院2013级《实测天体物理》期末考试试卷A（闭卷）参考答案得分一、概念题（共5题，每题5分，共25分）1、星族及其分类：是指年龄和金属丰度相似的一类恒星集合。星族I恒星：年轻的、富金属恒星(Z~0.1-2.5Z_sun)，星族II恒星：年老的、贫金属恒星(Z~0.001-0.03Z_sun)2、色散、角色散和线色散色散：复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。角色散（弧度/埃）：单位波长间隔的光在像空间被分开的角度。线色散度（毫米/埃）：单位波长间隔的光在像平面上的线距离3、光栅及其种类光栅:大量等宽等间距平行狭缝(或反射面)构成的光学元件,作为色散元件用于光谱分析。衍射光栅、反射光栅。4、色指数：色指数：在不同波段测量得到的星等之差，如U-B,B-V等。天体的颜色和辐射谱的形状取决于表面温度的高低，温度越高（低），颜色越蓝（红）。色指数的大小反映了天体的表面温度。5、巴耳末跳跃：恒星连续光谱的强度在氢的巴耳末系极限处不连续，存在一个跃变。通常用巴耳末跳跃D来定量地表示这种跃变D=log(F+/F-)，F+,F-分别表示365nm附近，刚刚长于和短于巴耳末系限不连续处的强度。得分二、表征天文望远镜的物理量有哪些？写出参量或公式并简要说明。（共1题，每题10分，共10分）答：表征天文光学望远镜的物理量有六个，即口径、相对口径、放大率、视场、贯穿本领和分辨角。1、口径:口径指物镜的有效口径，即未被镜框挡住的那部分物镜的直径，用D表示。口径确定了望远镜所收集的光量:光通量∝D2，口径愈大，就能看到愈暗弱的天体；所能看到的天体愈多；所需爆光时间愈短。2、相对口径:相对口径是物镜的口径D和其焦距f的比值，常用A表示：A=D3、放大率和底片比例尺:目视望远镜（以人眼作为辐射探测器的天文望远镜，由物镜系统和目镜系统组成）的放大率指的是角放大率，而照相机望远镜（照相机作为探测器）中指的是底片比例尺。4、视场：能被望远镜良好成像的天空区域的角直径称为视场。目视望远镜的视场取决于物镜和目镜两者。目视望远镜的视场依赖放大率，整个望远镜的视场显然近似地和放大率成反比5、分辨角：天体（或一天体的两部分）的像刚刚能被分辨开时，它们所对应的天球上两点的角距离称为分辨角。分辨角的倒数称为分辨本领。δ=1.22λ6、贯穿本领：在晴朗无月的夜间，用望远镜观看或拍摄天顶附近的A0型恒星，所能达到的最暗星的星等称为望远镜的贯穿本领或极限星等。因此，目视望远镜的极限星等决定于它的口径大小,口径越大，极限星等越大，越能看到暗弱的恒星。得分三、天体光谱中连续谱、发射线和吸收线是如何产生的?简述天体光谱观测的意义。（共1题，每题10分，共10分）答：热的、致密的固体、液体和气体产生连续谱；热的、稀薄的气体产生发射线；被连续谱光源照射的低温稀薄气体会在某些波长处选择性地吸收连续谱光子,生成吸收线。不仅能定性和定量地确定天体的化学组成、温度，还能确定天体的距离(视向速度)、大小、质量、密度和运动温度，研究它们不同层次和位置的物理过程和结构模型等。得分四、类星体的光谱包括连续谱、发射线和吸收线，对类星体红移确定通常测量哪种谱线，给出红移计算公式，并说明为什么类星体发射线红移和吸收线红移不相等。（共1题，每题10分，共10分）答：宽而强的发射线是类星体光谱最显著的特征。类星体的红移便是根据发射线的位移得出的。红移量定义为：类星体的吸收线可能由于光在传播过程中，由于吸积盘、星系际云（原始星系，星系际介质）或者埋藏星系的距离不同，因而形成不同的吸收线红移。得分五、光电测光的基本原理是什么？光电测光星等归算有哪些过程？（共1题，每题10分，共10分）答：用来进行光电测光的仪器称为光电光度计，用光电倍增管作辐射探测器，用于测量天体辐射流的仪器，确定天体的视星等和色指数。将观测量转变为用星等表示的值（扣除天光背景）；将大气内的星等值归算到大气外的星等值（大气消光改正）；将本系统的值转换为在标准系统里的值。得分六、如图为某仪器的响应函数曲线，请定义通带半宽？按通带半宽分类测光系统有哪几种？并说明其应用范围。（共1题，每题10分，共10分）通带半宽：响应函数φ(λ)最大值一半处所对应的波长宽度，即Δλ=λb-λa，波段(λ1,λ2)为仪器的通带。λ0是φ(λ)通带内的峰值波长。宽带测光：Δλ>30nm，UBV三色星等系统和多色测光系统均属于宽带测光。宽带测光由于通带半宽大，可获得较多的天体能量，因而可测定暗天体连续光谱能量的粗略分布，进而求得它们的色温度和进行光谱分类。窄带测光：Δλ<10nm，uvby四色和β测光系统属于窄带测光，窄带测光常用于测量谱线，测量吸收线或宽发射线Hα，Hβ和[OIII]滤光片，测量相邻很近的两光谱区的强度比，由于它得到的能量比光谱测量多，可代替和补充分光测量的某些工作，如较暗的恒星和星系的分类。得分七、简要表述辐射探测器的工作原理？表征辐射探测器性能参量有哪些？（共1题，每题10分，共10分）辐射探测器是将辐射能转换为可测信号的器件。其原理是，利用辐射和探测介质中的微粒结构的相互作用，将辐射的能量全部或部分地转移给介质中的粒子，在一定的外界条件下，引起宏观尺度上可测量的信号。辐射探测器性能的评价：1、量子效率（QE）和可测量子效率(DQE):量子效率（QE）定义为探测器所能记录的光子数除以同样条件下一个理想探测器所能记录的光子数。量子效率反映了探测器接收并记录信息的能力。实际应用中，通常采用可测量子效率（DQE）来表征探测器的效率。可测量子效率定义为探测器的输出信躁比的平方与输入信躁比的平方之比，即DQE=（2、响应度和光谱响应:响应度又称为灵敏度，它定义为入射单位功率的辐射流或辐射能所引起的探测器输出信号的反应，即是输出信号与输入信号之比。光谱响应又称为分光灵敏度或分光响应。表征探测器对不同波长辐射的响应特性。目前探测器的光谱响应常用量子效率来表征，量子效率随波长的变化即为光谱响应曲线。3、分辨率：（1）空间分辨率是描述探测器鉴别空间密集像点的能力，通常以每毫米所能分辨的线对的数目来表示。显然，空间分辨率越高，探测分辨精细结构的能力越强。（2）时间分辨率指探测器记录或反应辐射快速变化的能力。从辐射进入探测器，到探测器发生反应，这段时间通常叫做响应时间。显然，响应时间越短，时间分辨率越高。4、探测率：探测器能探测到的最小辐射功率的倒数为探测率。探测器的最小可探测功率用噪声等效功率来表示，因为任何探测器都有噪声，产生如噪声那样大的信号所需要的辐射功率即为噪声等效功率。噪声等效功率越小，探测率越高。得分八、影响红外观测的因素主要有哪些？为减小这些因素对观测的影响，红外望远镜设计和使用要注意哪些要素？（共1题，每题10分，共10分）地球大气对红外辐射的吸收，包括大气中CO2/H2O/O3/CH和NO2等对红外强烈吸收，只能有部分窗口可以观测，JHKLMN；天空背景和地球存在热辐射；望远镜本身的热辐射。地面红外观测站大气中的水气含量要少；空间观测；天体的红外观测要尽可能的减少这些影响：尽量减少红外背景辐射对观测的影响－空间红外卫星；选择干燥、寒冷的高山作为红外台址，减少地球大气影响；设计、制造适用于红外观测的望远镜，减少自身辐射：不要封