2025年大学《天文学》专业题库- 现代昼夜星轨运动

2025年大学《天文学》专业题库——现代昼夜星轨运动考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在题后的括号内。每小题2分，共20分）1.下列哪一项不是地球自转的直接后果？A.昼夜现象B.星空周日视运动C.地球公转轨道面D.太阳东升西落2.天轴是地球自转轴的无限延伸线，它延伸穿过天球的两点称为天极。其中，指向北极星附近的点称为：A.北天极B.南天极C.天顶D.天底3.星空在天球上绕天轴做周日视运动，其运动方向是：A.自西向东B.自东向西C.自南向北D.自北向南4.一个恒星日的时间长度是指：A.太阳从同一地方上中天到下一次上中天的时间间隔B.太阳从东点升起到西点落下的时间间隔C.星空中的某颗星连续两次经过同一子午圈的时间间隔D.地球自转一周的时间间隔5.地球自转的角速度：A.在赤道处最大，在两极处为零B.在两极处最大，在赤道处为零C.在赤道处和两极处一样大D.随着地球公转而周期性变化6.在北半球，夏至日日出方位最偏北，日落方位最偏南；冬至日则相反。这一现象主要是由地球的什么运动造成的？A.自转B.公转C.自转和公转D.赤道面与黄道面的交角7.恒星日比太阳日短的原因是：A.地球自转速度比地球公转速度慢B.地球自转速度比地球公转速度快C.地球公转轨道是椭圆形的D.观测者位于地球公转轨道的不同位置8.当太阳直射赤道时，全球昼夜时长相等。此时为：A.春分日B.秋分日C.夏至日D.冬至日9.在北纬30°地方，北极星的地平高度约为：A.30°B.60°C.90°-30°=60°D.90°10.下列哪颗亮星几乎不随季节变化出现在夜空中的同一位置？A.太阳B.金星C.火星D.北极星（假设观测地点能见到）二、填空题（请将答案填写在横线上。每空2分，共20分）1.星空绕着__________做周日视运动。2.地球自转轴与__________的交点称为天极。3.星体在天空中的位置通常用__________和__________来表示。4.由于地球自转，不同经度的地方有不同的__________。5.一天中，太阳（或任何天体）两次经过__________的时间间隔称为一个太阳日。6.在北半球，星空自__________向西移动。7.地球自转一周的时间称为一个__________。8.由于地球公转和黄赤交角的存在，不同季节，同一纬度地区的人们看到的__________不同。9.天体上中天是指天体经过__________的时刻。10.观测者纬度越高，其能看到的__________范围越大。三、简答题（请简洁明了地回答下列问题。每题5分，共20分）1.简述昼夜现象产生的原因。2.解释什么是星空的周日视运动，并说明其产生的原因。3.什么是恒星日和太阳日？它们的主要区别是什么？4.为什么不同纬度的地方，一年中太阳的升起和落下的方位角会有规律性的变化？四、计算题（请写出详细的计算步骤。每题10分，共20分）1.假设地球是一个正球体，自转周期为23时56分4秒（一个恒星日）。在北京（纬度约39.9°N），某天晚上8点（地方时），一颗亮星正好在头顶（天顶）正上方。请问：(1)这颗星大约在什么时候会再次出现在头顶正上方？(2)这颗星的视运动速度（角速度）大约是多少（以度/小时为单位）？假设它距离地球非常遥远，可以视为位于天球上。2.在南半球某地（纬度约30°S），太阳直射点在北回归线上。此时该地地方时中午12点，太阳正南上中天。请估算：(1)此时当地的地方时是多少？(2)大约在什么时候，太阳会落到正西方向？五、分析题（请结合所学知识，分析和解释下列问题。每题10分，共20分）1.为什么我们早上看到日出时，太阳是在东方地平线上升起，而不是在正东点升起？随着太阳在天空中的高度增加，其相对于东、西地平线的角距离是如何变化的？2.为什么在北半球的夏夜，我们看到的星座与冬夜看到的星座完全不同？这种现象与地球的哪种运动有关？这种星座的更替周期大约是多少？试卷答案一、选择题1.C2.A3.B4.C5.A6.D7.B8.A9.A10.D二、填空题1.天轴2.天球3.高度角，方位角4.地方时5.子午圈6.北7.恒星日8.昼夜长短（或可见星座）9.天子午圈10.可见星座（或星空范围）三、简答题1.解析思路：解释地球是一个不透明球体，太阳光只能照亮球体的一半。面向太阳的一半是白天，背向太阳的一半是黑夜。由于地球自转，各部分轮流转到面向太阳和背向太阳的一侧，从而产生昼夜更替。2.解析思路：解释星空看起来像在一个巨大的天球上绕着天轴旋转。这种周期性的视运动称为周日视运动。其原因是地球自转，使得观测者所在地点相对于固定在星空背景上的天体发生位置变化。3.解析思路：解释恒星日是以不动的恒星为参照物，地球自转一周的时间（23时56分4秒），是地球真正自转的周期。太阳日是以太阳为参照物，地球自转一周再多转一点才能再次看到太阳在同一位置（24小时），是由于地球公转引起的。区别在于参照物不同和周期时长不同。4.解析思路：解释地球公转轨道面（黄道面）与地球自转轴（天轴）之间存在黄赤交角。当地球公转时，太阳直射点在南北回归线之间移动。导致不同纬度的地方，太阳直射点与该地的距离（在天球上的张角）随季节变化，从而使得太阳的视运动轨迹（方位角）发生变化。四、计算题1.解析思路与答案：(1)恒星日周期为23时56分4秒。晚上8点看到星在头顶，再次头顶正上方需要经过一个恒星日。8小时=8*60分钟=480分钟。23小时56分4秒=23*60+56+4/60分钟=1396+56/60+1/150分钟。总时间≈480+1396.93≈1876.93分钟。1876.93分钟≈31小时16分钟。所以大约在第二天晚上19时16分再次头顶正上方。(2)视运动角速度ω=360°/T。T=23小时56分4秒=23.9344小时。ω≈360°/23.9344小时≈15.04°/小时。角速度可视为常数（近似为15°/小时）。2.解析思路与答案：(1)已知南半球某地太阳正南上中天时为地方时12点。该地纬度为30°S。地方时与真太阳时（当地太阳时）的关系：Δt=4λ。由于该地在南半球，太阳上中天时真太阳时早于地方时。Δt=4*30=120分钟（即2小时）。真太阳时≈12:00-2:00=10:00。所以当地地方时约为10点。(2)太阳直射北回归线时为北半球夏至日，全球（除极夜区）日出东北，日落西北。南半球情况相反，日出东南，日落西北。太阳正南上中天时为地方时12点。日落时间大约在下午6点左右（地方时）。具体时间受大气折射等因素影响，会略早于6点。估算答案为下午5点至6点之间。五、分析题1.解析思路：解释由于地球自转，太阳相对天球背景自东向西运动。日出时，太阳从东方地平线附近开始上升，而不是正东点，这是因为地球自转在那一瞬间使得观测者刚好位于面向太阳升起的方向。随着太阳升高，其相对于地平圈（包含地平线）的圆心角增大，导致其在天空中运行的轨迹（视圆弧）与东西向地平线的夹角（方位角）从接近0度逐渐增大，直至中午上中天时达到最大（正南或正北，取决于半球）。2.解析思路：解释地球公转和黄赤交角共同作用导致的现象