2025年大学《天文学》专业题库- 星际空间中的星际尘埃和陨石

2025年大学《天文学》专业题库——星际空间中的星际尘埃和陨石考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的首字母填涂在答题卡上。）1.在可见光波段，星际尘埃主要表现为？A.强烈发射源B.主要吸收体C.弱散射体D.完全不相互作用2.导致恒星光谱呈现“红移”现象（reddening）的主要原因是？A.恒星自身膨胀B.多普勒效应C.宇宙膨胀D.星际尘埃对星光的选择性散射3.下列哪种类型的陨石主要由铁镍金属构成？A.球粒陨石B.无球粒陨石C.铁陨石D.石铁陨石4.星际尘埃的主要化学成分中，哪一项被认为是宇宙中最丰富的元素氧在星际介质中的主要存在形式之一？A.氧化硅(SiO)B.一氧化碳(CO)C.水分子(H₂O)D.氧离子(O⁺)5.下列哪个天文现象的观测主要依赖于探测星际尘埃在红外波段的辐射？A.21厘米氢线吸收B.宇宙微波背景辐射C.恒星红外点源D.宇宙射电背景辐射6.小行星的主要成分与太阳原始星云的成分相比，哪一项有明显不同？A.氢和氦B.氧、碳、氢等轻元素C.高丰度稀有气体D.高熔点硅酸盐和金属（铁、镍）7.“星尘”（Stardust）探测器的主要科学目标之一是？A.探测土星环的物质成分B.收集来自太阳风的粒子C.分析小行星“Toutatis”的表面结构D.收集返回来自彗星“Wild2”的星际尘埃样品8.陨石撞击地球时，除了产生巨大的冲击波和热量外，还可能释放出哪些物质到大气层？A.氦气和氖气B.氧气和二氧化碳C.氮气和甲烷D.氢气和氨气9.星际尘埃颗粒的尺度通常在多少范围内？A.微米到毫米B.厘米到米C.纳米到微米D.千米到万米10.下列哪项观测证据最有力地支持了星际尘埃是由年轻恒星风或超新星爆发产生的观点？A.尘埃在暗星云中的高效散射作用B.尘埃颗粒的复杂有机分子成分C.尘埃发射谱线的红移现象D.发现了具有高金属丰度的小行星二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在横线上。）1.星际尘埃对可见光的吸收会导致其后方天体看起来__________，而对蓝光的散射更强，使其呈现__________色。2.陨石根据其成分可分为三大类：__________陨石、铁陨石和石铁陨石。其中，球粒陨石含有大量由星际气体凝结形成的__________。3.星际尘埃的主要发射光谱位于__________波段，这主要是由于尘埃颗粒对星际气体中__________分子的散射所致。4.陨石中的稀有同位素（如铱）含量异常可以指示其可能起源于太阳系形成的早期事件，例如__________。5.星际尘埃的__________特性使其能够有效地吸收来自恒星的光能，并将能量转移到星际气体中，促进气体冷却。三、简答题（每题5分，共20分。）1.简述星际尘埃的“遮蔽效应”（Extinction）和“reddening”现象，并说明它们各自产生的物理原因。2.比较球粒陨石和无球粒陨石在成分和形成历史上的主要区别。3.解释什么是“红外光变”（InfraredVariability），并说明它与星际尘埃的存在和演化有何关联。4.简述小行星作为星际尘埃的来源之一，其成分为何能为我们提供关于太阳系早期环境的线索。四、计算题（共10分。）假设一个星际尘埃云的等效厚度（opticaldepth）τ_v=0.5，位于我们与一颗距离为d=500光年的背景恒星之间。已知该恒星的光谱类型为B0V（其视觉星等m_v=+8.0），请估算该尘埃云使得该恒星在视觉波段看起来暗了多少magnitudes？（提示：使用公式m'=m+τ_v）五、论述题（共20分。）论述星际尘埃在恒星和行星形成过程中所扮演的多重角色。请从尘埃的形成、如何凝结成更大颗粒、如何帮助形成原行星盘以及最终如何演变成行星或成为陨石等角度进行阐述。试卷答案一、选择题1.B2.D3.C4.B5.C6.D7.D8.B9.C10.D二、填空题1.更暗；红2.球粒；星子(orcondensationdroplets)3.红外；一氧化碳4.超新星爆发5.热辐射(orthermalemission)三、简答题1.解析思路：遮蔽效应指尘埃颗粒吸收或散射恒星光，导致其后方或侧面天空亮度下降。物理原因是尘埃对光的选择性吸收和散射。Reddening指星光通过尘埃云后颜色变红。物理原因是尘埃对短波长的蓝光散射/吸收比长波长的红光更强烈，导致出射光中蓝光比例减少，光谱向长波方向偏移。2.解析思路：球粒陨石含有大量玻璃质球粒，成分接近太阳原始星云，形成于早期、相对低温的星际云中，经历了快速凝固和聚集。无球粒陨石没有球粒，成分多样且复杂，常含有金属相和硅酸盐相，形成于晚期、较热的区域（如小行星母体内部），经历了长时间的热演化和重熔过程。3.解析思路：红外光变指天体在红外波段的亮度随时间发生变化。关联在于，星际尘埃是主要的红外发射体，其温度、分布、密度等性质的变化（如受伴星风、碰撞、或自身吸积气体影响）会导致红外发射强度变化，因此红外光变常被用来研究尘埃云的动态和物理状态。4.解析思路：小行星保留了太阳系形成初期（早期太阳星云）的原始物质成分，包括丰富的硅酸盐和金属（铁、镍），以及可能捕获的星际尘埃或气体凝结物。通过分析不同类型小行星的成分（尤其是同位素比值），可以反推早期太阳星云的化学组成、温度结构以及行星形成过程的物理机制（如碰撞、分选）。四、计算题解析思路：本题考查光在介质中传播的衰减规律（光学位移）。已知等效厚度τ_v和恒星初始星等m_v，通过公式m'=m+τ_v直接计算最终星等m'，两者之差即为暗化程度。τ_v=0.5，m_v=+8.0，则m'=8.0+0.5=+8.5。暗化量Δm=m'-m_v=+8.5-8.0=+0.5magnitudes。尘埃云使得该恒星在视觉波段看起来暗了0.5个星等。五、论述题解析思路：论述题需全面覆盖尘埃在形成、聚集、成盘、演化的各个环节中的作用。*形成来源：首先说明尘埃颗粒是宇宙中最早形成的物质之一，源于恒星（特别是A型和B型恒星风、超新星爆发）的抛射物以及早期宇宙的核合成产物。*凝结与增长：尘埃颗粒作为凝结核，是星际气体（主要是氢和氦）中水、氨、二氧化碳等简单分子凝结成较大冰粒的关键。冰粒吸收了更多气体，质量迅速增长，形成厘米到米尺度的冰幔颗粒。*形成原行星盘：这些增长后的尘埃颗粒在引力作用下，开始在恒星周围形成吸积盘（原行星盘）。盘中的尘埃颗粒通过碰撞、粘附，逐渐聚集成larger岩石块（星子），进而发展成行星胚胎。*行星形成与陨石：在行星形成过程中被驱逐到外太阳系的尘埃和岩石碎片，或者未能参与行星形成的星际尘埃，最终可能成为流星体，在地球大气层中燃烧形成流星，部分未完全燃烧的残骸坠落