2025年大学《天文学》专业题库- 星际话题：星际议题的探讨

2025年大学《天文学》专业题库——星际话题：星际议题的探讨考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.下列哪项不是星际介质（ISM）的主要组成部分？A.氢原子和氦原子B.星际尘埃颗粒C.宇宙微波背景辐射D.恒星风2.根据Jeans理论，当星际云的密度达到临界值时，其核心开始引力坍缩。这个临界密度与下列哪个因素有关？A.温度B.磁场强度C.重元素丰度D.以上所有3.原行星盘是恒星形成的哪个阶段的典型特征？A.分子云核心坍缩阶段B.原恒星形成阶段C.主序星阶段D.行星形成阶段4.人类目前发射的旅行者号探测器已经越过了日球层，进入了星际空间。它们携带的金属钚电池主要用于为哪个系统提供能量？A.主天线通信系统B.科学仪器C.推进系统D.导航系统5.搜寻地外文明计划（SETI）主要利用哪种波段的电磁波进行探测？A.可见光B.红外线C.射电波D.伽马射线6.下列哪项不是确定一个恒星系外行星是否位于其恒星宜居带的关键因素？A.行星的轨道半径B.恒星的类型和luminosity（光度）C.行星的半径D.行星的大气成分7.詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）相较于哈勃太空望远镜，其主要优势在于？A.能够观测更近的星系B.能够观测更远的宇宙深处C.主要观测可见光波段D.主要观测射电波段8.“费米悖论”指的是？A.星际尘埃对星光造成的reddening（红化）B.恒星内部核聚变的复杂过程C.如果宇宙中存在大量外星文明，为什么我们没有观测到他们？D.人类太空探索面临的巨大技术挑战9.星际尘埃的主要成分是？A.氢气和氦气B.类地岩石物质和冰块C.恒星风物质D.气态分子云10.人类进行星际旅行面临的主要挑战之一是？A.缺乏足够的食物和水B.如何应对极其漫长的时间延迟C.地球引力无法摆脱D.星际空间的温度太低二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填入横线上）1.星际介质的主要物理状态包括________、________和________。2.恒星形成的主要场所是________云。3.在原行星盘中，物质密度最大的区域通常位于________区域附近，是行星胚胎形成的地方。4.人类历史上首次确认的系外行星系统是由________任务发现的。5.SETI等接收到来自外星文明的潜在信号后，需要进行________和________两个主要步骤来验证。6.确定一个天体宜居性的关键条件之一是存在________。7.旅行者号探测器携带的金唱片上刻录了人类的声音、图像和________等信息，旨在向可能存在的地外文明介绍地球。8.人类探索太阳系的“漫游者”通常指________。9.寻找地外生命的迹象时，科学家通常关注被称为________的潜在生物信号。10.根据人择原理，我们观察到宇宙是这个样子的，部分原因是因为________。三、简答题（每题5分，共15分。请简洁明了地回答下列问题）1.简述恒星形成过程中，分子云核心如何通过引力不稳定开始坍缩。2.解释什么是星际尘埃对星光产生的reddening效应，并简述其成因。3.简述人类目前利用什么技术手段来探测系外行星的存在。四、论述题（每题10分，共20分。请结合所学知识，对下列问题进行较为深入的探讨和阐述）1.探讨人类进行星际旅行面临的主要科学和工程挑战，并简要说明可能的解决方案方向。2.分析搜寻地外文明（SETI）的意义和面临的困难，并谈谈你对费米悖论的看法。试卷答案一、选择题1.C2.D3.B4.B5.C6.C7.B8.C9.B10.B二、填空题1.原子云，分子云，离子云2.分子3.恒星4.开普勒5.验证，重复观测6.液态水7.音乐8.机器人探测器（或：无人探测器）9.生物标记物10.我们恰好存在于一个允许生命产生的宇宙中（或：我们观察到的宇宙必须满足生命存在的条件）三、简答题1.解析思路：分子云核心内部密度高于外部，存在引力势能。当核心受到扰动（如附近超新星爆发冲击波、磁场不稳定等）或自身引力不稳定性达到临界点（Jeans临界质量）时，引力开始占主导地位，克服内部压力，导致核心物质开始向内坍缩，形成原恒星。2.解析思路：星际尘埃颗粒对来自恒星的光线具有散射和吸收作用。短波长的蓝光更容易被小颗粒散射，而长波长的红光散射较弱更容易穿透。因此，来自星际尘埃云方向的光线会呈现出偏红的现象，即reddening。这是由于光在行进过程中与尘埃发生相互作用导致其光谱能量分布发生改变。3.解析思路：主要提及两种主流方法：一是利用行星transit（凌日）现象，当行星经过其母恒星前方时，会导致恒星亮度发生微小的周期性下降，通过精确测量这种光度变化可以探测到行星的存在；二是利用行星引起其母恒星发生的微弱径向速度变化，通过光谱多普勒效应观测到恒星谱线的周期性漂移来探测行星。四、论述题1.解析思路：*科学和工程挑战：*超越光速限制：目前物理定律认为信息不能超光速传播，实现超光速旅行需要革命性的物理学突破（如曲速引擎、虫洞等）。*极端环境生存：星际空间存在高能辐射、微流星体撞击、极端温度变化等，需要极高防护能力的飞船结构和材料。*长期生命维持：星际旅行可能需要数十年甚至数百年，需要解决宇航员或生命体的长期食物、水、空气供应（闭环生命支持系统）、辐射防护、心理健康维持等问题。*航天器推进：现有推进技术（化学火箭等）速度远不足以实现星际旅行，需要极高比冲（specificimpulse）的先进推进系统（如核聚变推进、离子推进等）。*导航与通信：星际距离遥远，信号传播延迟巨大，精确的自主导航和远距离通信是巨大挑战。*解决方案方向：*探索新物理原理：基础物理学研究可能带来颠覆性进展。*发展先进技术：研发高效能推进系统、先进生命维持技术、轻质高强防护材料、人工智能辅助的自主导航与控制。*实验室模拟与测试：在地球或空间站进行相关技术的原理验证和试验。*多国合作：星际工程规模宏大，可能需要全球范围内的合作。2.解析思路：*SETI的意义：*填补人类认知的鸿沟：了解宇宙中是否存在“他人”，将深刻改变人类对自身在宇宙中位置的看法，可能激发新的哲学、宗教和社会变革。*推动科学技术发展：SETI任务本身需要发展射电/光学望远镜技术、信号处理、大数据分析、天体物理模型等，促进了相关领域科技进步。*交流的可能性：如果成功接收到有意义的信息，可能为人类开启与外星文明交流的大门，带来无法想象的知识和技术回报。*SETI面临的困难：*宇宙的浩瀚与信号的微弱：潜在信号源可能极其遥远，信号在传播中被严重衰减，需要极其灵敏的望远镜和先进的信号识别算法来探测。*信号来源的未知性：外星文明可能使用我们无法理解的方式或频率进行通信，或者其技术生命周期可能很短。*混沌的宇宙背景噪声：来自太阳系内外的各种自然和人为干扰，使得从背景噪声中甄别出外星信号极其困难。*费米悖论（即“沉默”）：如果地外文明普遍存在且技术先进，为什么我们没有观测到任何明确的证据？原因可能是：文明