2025年大学《天文学》专业题库- 宇宙尘埃：星际物质的奥秘

2025年大学《天文学》专业题库——宇宙尘埃：星际物质的奥秘考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不属于通常意义上认为的星际尘埃的主要成分？A.碳粒B.硅酸盐C.氧化铁D.氦原子核2.星际尘埃对可见光的主要作用是？A.发射光B.散射光C.吸收光D.引力束缚3.在天文学中，描述星际尘埃颗粒物理尺寸的常用单位是？A.米B.千米C.微米D.纳米4.导致星际尘埃呈现红外发射谱的主要原因是什么？A.对可见光的吸收B.对紫外光的吸收C.尘埃颗粒的黑体辐射D.尘埃与气体分子的碰撞激发5.行星状星云中通常观测到更强的红化现象，其主要原因是？A.尘埃颗粒尺寸普遍变小B.尘埃颗粒尺寸普遍变大C.星核星光中蓝光比例更高D.星核星光中红光比例更高6.以下哪种天文观测波段对于探测星际尘埃最为有效？A.X射线B.可见光C.红外线D.无线电波7.星际尘埃的形成机制中，以下哪一项主要与超新星爆发有关？A.原初恒星风剥离物质B.核合成产生重元素尘埃C.低温气体中的化学沉淀D.中子星吸积物质8.“红化”现象在天文学中主要描述什么现象？A.恒星光谱向蓝端移动B.恒星光谱向红端移动C.星云图像变得模糊不清D.尘埃颗粒的化学成分发生变化9.尘埃颗粒的“引力凝聚”理论主要解释了什么过程？A.尘埃在磁场中运动B.尘埃颗粒的散射截面变化C.星云中气体尘埃混合物的收缩形成原恒星D.尘埃颗粒的温度随距离星核远近变化10.红外天文学的发展对研究宇宙尘埃的主要贡献是？A.揭示了可见光波段的尘埃吸收特征B.成功探测到尘埃的微波辐射C.使我们能够穿透星际尘埃云观测其后方天体D.精确测量了所有星际尘埃的绝对数量二、填空题（每空1分，共15分）1.星际尘埃颗粒的主要成分通常被认为是碳、硅酸盐等固体，以及被冻结的水冰、氨等分子。2.星际尘埃通过对其后的恒星辐射进行散射，使得来自后方或侧面恒星的可见光难以到达地球，这种现象称为星际消光。3.由于宇宙空间极其稀薄，星际尘埃颗粒之间的平均距离非常巨大，因此它们通常不会发生直接的物理碰撞。4.尘埃颗粒的温度通常在几到几十开尔文的范围内，远低于恒星的表面温度。5.当来自年轻、巨大、炽热恒星的强烈紫外辐射照射到星际气体时，会电离气体中的原子，而尘埃颗粒可以捕获这些被电离的电子，使其成为负离子。6.在行星状星云中，由于中心恒星强烈的紫外辐射，大颗粒的尘埃会迅速蒸发，只留下小颗粒尘埃，这导致了观测到的反红化现象。7.尘埃对恒星光谱的影响主要体现在使光谱中蓝光的强度相对红光强度减弱，即光谱红移（或称色散）。8.除了光学波段，星际尘埃还会发射微波辐射，这主要来自极低温（约2.7K）的宇宙微波背景辐射与尘埃颗粒的相互作用。9.尘埃颗粒的大小分布范围很广，从微米级的宏观尘埃到小于纳米级的纳米颗粒。10.尘埃在恒星形成过程中扮演着至关重要的角色，是气体云开始引力坍缩的必要凝结核。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述宇宙尘埃与星际气体之间的主要相互作用。2.解释什么是“星际消光”，并说明其对天文观测的主要影响。3.简要描述红外天文学在研究宇宙尘埃方面的重要优势。4.简述宇宙尘埃在恒星和行星形成过程中所起的关键作用。四、论述题（10分）讨论观测星际尘埃的不同方法（至少列举三种），并说明每种方法主要探测尘埃的哪些物理性质或提供了哪些信息。试卷答案一、选择题1.D2.B3.C4.C5.C6.C7.B8.B9.C10.C二、填空题1.固体，分子2.散射，可见光3.距离4.开尔文5.紫外辐射，负离子6.紫外辐射，反红化7.蓝光，光谱红移（或色散）8.微波辐射，宇宙微波背景辐射9.宏观，纳米颗粒10.恒星形成，凝结核三、简答题1.简述宇宙尘埃与星际气体之间的主要相互作用。解析思路：需从物理和化学两个层面回答。物理上，尘埃与气体一起运动，相互碰撞导致动量交换，影响气体密度和温度分布，尤其对磁场传播有重要影响。化学上，尘埃表面是许多星际分子（如有机分子）形成和保存的场所，称为“冰冻化学室”；同时，尘埃表面的化学反应（如辐射升华）可以改变气体成分；电离平衡中，尘埃是重要的电子来源。（答案要点：物理上相互碰撞影响运动状态；化学上，表面是分子形成/保存场所，参与化学反应，影响电离平衡。）2.解释什么是“星际消光”，并说明其对天文观测的主要影响。解析思路：首先定义消光，即星际尘埃使通过星际介质的星光强度减弱。解释原因，即尘埃颗粒对光线（主要是可见光）的吸收和散射。主要影响是：降低远处或背景天体的亮度；使天体图像变得模糊；导致天体位置发生偏移；改变天体的颜色（蓝光比红光消光更强，导致蓝移）；限制观测距离。（答案要点：定义：星光强度减弱；原因：吸收和散射；影响：亮度降低，图像模糊，位置偏移，颜色改变（蓝移），限制观测距离。）3.简要描述红外天文学在研究宇宙尘埃方面的重要优势。解析思路：核心优势在于红外辐射可以有效穿透被可见光散射或吸收的尘埃云。因此，红外天文学可以观测到被遮挡的恒星形成区、行星系统以及遥远星系。此外，尘埃自身在红外波段有强烈的发射谱，直接反映了其温度、成分和尺寸分布信息。（答案要点：穿透性：可观测被尘埃遮挡的天体（如恒星形成区）；发射性：尘埃自身在红外有强发射，可研究其物理性质。）4.简述宇宙尘埃在恒星和行星形成过程中所起的关键作用。解析思路：强调尘埃是“引力的种子”。由于气体非常稀薄，仅靠气体自身的引力难以克服压力形成恒星，而尘埃颗粒具有引力，可以作为引力凝聚的核心。当气体云开始坍缩时，尘埃颗粒通过引力相互吸引，形成更大的颗粒，并最终通过引力不稳定性使气体云分裂成原恒星和原行星盘。在原行星盘中，尘埃颗粒不断增长，最终形成行星。（答案要点：引力凝聚核心：克服气体压力；形成原恒星和原行星盘；参与行星形成。）四、论述题讨论观测星际尘埃的不同方法（至少列举三种），并说明每种方法主要探测尘埃的哪些物理性质或提供了哪些信息。解析思路：选择至少三种有效的方法进行阐述。对每种方法，首先说明其基本原理，然后明确指出它主要探测或利用了尘埃的哪些物理属性（如温度、辐射特性、光学厚度、成分、大小、运动状态等）。*方法一：红外观测*原理：探测尘埃自身发射的红外辐射（热辐射），或利用红外波段对可见光的穿透性观测被遮挡的天体。*物理性质/信息：主要探测尘埃的温度（通过热辐射谱峰）、大致的成分（不同成分红外发射特征不同）、尺寸分布（影响发射谱形状），以及通过穿透性获取尘埃分布信息。*方法二：微波观测*原理：探测宇宙尘埃与宇宙微波背景辐射相互作用的产生的微波发射谱。*物理性质/信息：主要探测极低温（约2.7K）尘埃的温度、发射谱的细节（与成分、尺寸有关），以及尘埃对微波背景辐射的影响。*方法三：光学/紫外散射观测*原理：观测星光被尘埃颗粒散射的光强和偏振度。*物理性质/信息：主要探测尘埃的光学厚度（决定消光程度）、散射特性（如相位函数，与尺寸分布有关）、红化程度（偏振测量尤其重要），以及尘埃的空间分布。*方法四：（可选）X射线观测*原理：探测来自高温气体（如AGN、星周吸积盘）与尘埃相互作用产生的X射线（如散射的Kα线）或尘埃自身热发射的X射线（非常微弱）。*物理性质/信息：主要探测高温气体环境中的尘埃存在及其与气体的相互作用，或极高温度尘埃的直接证据。*方法五：（可选）盖亚卫星测光