2025年大学《天文学》专业题库- 银河系的形成与演化历程

2025年大学《天文学》专业题库——银河系的形成与演化历程考试时间：______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在题干后的括号内）1.根据目前主流的宇宙学模型，银河系等星系形成的主要机制是？A.碰撞不稳定性B.核聚变反应C.引力不稳定性D.电磁辐射压2.下列哪一项不是银河系核球的主要特征？A.恒星密度高B.主要由古老星族组成C.具有复杂的非对称结构D.旋转速度相对较慢3.恒星形成通常发生在哪种星际介质中？A.密度极低的稀薄热气体B.温度高、密度大的电离氢区C.温度低、密度高的分子云D.主要由重元素组成的尘埃云4.旋臂结构在银河系中普遍存在，其形成的主要理论模型是？A.星际气体流动模型B.恒星集群碰撞模型C.密度波理论D.暗物质波动模型5.银河系中存在的“暗物质”的主要证据来源于？A.对年轻星团年龄分布的测量B.对银晕中老年星团运动速度的观测C.对星际尘埃红外观测D.对银晕气体发射线的分析6.与疏散星团相比，球状星团的主要特征之一是？A.年龄普遍较轻B.恒星密度较低C.主要分布在银盘平面附近D.主要由年轻星族组成7.银河系薄盘的主要组成部分是？A.球状星团和暗物质B.恒星、气体和尘埃C.老年星和星际介质D.弥散的暗物质和磁场8.“人马座矮椭球星系”（SagittariusDwarfSpheroidalGalaxy）的残留物质目前主要分布在银河系的哪个区域？A.银河核球内部B.银河盘的旋臂之间C.银晕的内侧区域D.银河盘的中央平面9.导致银河系存在显著自转曲线（即在较远半径处速度不下降反而在某个半径达到最大）的主要原因是？A.银河系中心存在一个超大质量黑洞B.银河系内恒星的初始速度分布不均C.银河系中存在大量看不见的暗物质提供额外的引力D.恒星间的相互引力扰动10.根据当前的演化理论，预计未来数十亿年内，银河系最可能发生的重大事件是？A.与大麦哲伦星云发生正面碰撞B.与仙女座星系（M31）发生碰撞并合并C.核球中的恒星开始大量爆发超新星D.银晕的暗物质逐渐散逸到星际空间二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.形成原初星云的宇宙物质主要来源于______的核合成产物。2.恒星形成过程中，原恒星周围的吸积盘对于形成行星系统起着关键作用。3.银河系核球的物质分布大致遵循______分布。4.恒星的颜色-星等图是识别恒星______和______的重要工具。5.除了可见物质和已知的暗物质外，银河系的总质量分布还可能包含一种称为______的物质。6.银河系的旋臂是密度波，其特点是______。7.球状星团主要分布在银河系的______和______。8.通过观测遥远星系的光谱红移，可以推断宇宙正在______。9.恒星的演化阶段主要取决于其初始的______。10.银河系盘面存在一个明显的______，即年轻、热、蓝色恒星主要分布在盘的较薄部分。三、名词解释（每小题3分，共15分）1.分子云2.密度波理论3.暗物质4.疏散星团5.自转曲线四、简答题（每小题5分，共20分）1.简述恒星形成的主要阶段及其发生的物理过程。2.简要说明银河系存在暗物质的主要观测证据。3.简述银河系旋臂的形成机制及其与恒星流的关系。4.简述银河系结构模型中，薄盘与厚盘的主要区别。五、论述题（10分）试结合观测事实和主要理论，论述暗物质在银河系形成与演化过程中所起的作用及其重要性。试卷答案一、选择题1.C解析：目前主流观点认为，宇宙大尺度结构的形成源于引力不稳定性，物质在引力作用下逐渐聚集形成星系和星系团。2.C解析：银河系核球通常具有对称性或近对称性，主要由古老星族组成，恒星密度高，旋转速度相对较慢。非对称结构不是其主要特征。3.C解析：恒星形成需要发生在温度低、密度高的分子云中，这样的环境有利于引力克服气体压力，使物质收缩。4.C解析：密度波理论是目前解释银河系旋臂形成和稳定性的主流模型，认为旋臂是密度波通过盘面时物质受到扰动形成的波峰。5.B解析：对银晕中老年恒星的观测表明，它们的运动速度远超仅由可见物质产生的引力所能束缚的速度，这暗示存在额外的暗物质提供引力。6.B解析：球状星团恒星密度远高于疏散星团，年龄普遍更老，主要分布在银晕和银杠区域，而疏散星团则主要分布在银盘平面。7.B解析：银河系薄盘主要由恒星、星际气体和尘埃组成，是银河系主要的可见部分，具有明确的旋转结构。8.C解析：人马座矮椭球星系被银河系的引力撕裂，其物质现在弥散分布在银晕的内侧区域，形成了所谓的“人马座矮椭球星系流”。9.C解析：银河系自转曲线在较远半径达到峰值后下降，这无法用仅包含可见物质的引力模型解释，暗物质晕的存在提供了必要的额外引力。10.B解析：根据宇宙学预测，仙女座星系与银河系将在未来大约45亿年内发生碰撞，并最终合并形成一个更大的椭圆星系。二、填空题1.大爆炸2.行星3.指数4.质量，年龄5.暗能量6.恒星可以在其中穿行而不被永久捕获7.银晕，银杠8.膨胀9.质量或质量密度10.年龄梯度三、名词解释1.分子云：指温度低、密度高的星际云，主要由分子（如H₂）组成，是恒星形成的摇篮。2.密度波理论：一种解释星系旋臂现象的理论，认为旋臂是密度波通过星系盘时物质受到压缩和扰动形成的波峰，恒星可以穿过旋臂。3.暗物质：一种不与电磁力相互作用或相互作用极弱的物质，不发光，不反射光，但通过引力效应被探测到。4.疏散星团：由几十到几万颗年龄相近、空间分布相对松散的恒星组成的星团，通常位于银盘平面，受引力束缚较弱，寿命相对较短。5.自转曲线：描述星系中不同半径处恒星或气体旋转速度随半径变化的曲线，是研究星系质量和暗物质分布的重要工具。四、简答题1.恒星形成的主要阶段及其发生的物理过程：1.分子云阶段：宇宙气体在引力作用下聚集形成密度较高的分子云。2.原恒星阶段：分子云核心区域继续坍缩，中心形成密度极高、温度上升的原恒星，周围形成吸积盘。3.主序星阶段：当核心温度和压力足够高时，开始进行核聚变（主要是氢聚变），释放巨大能量，恒星进入稳定的主序阶段，开始发光发热。2.银河系存在暗物质的主要观测证据：1.自转曲线异常：观测表明，银晕中恒星的旋转速度远超仅由可见物质产生的引力所能束缚的速度，暗示存在暗物质提供额外引力。2.恒星流和球状星团运动：对银晕中恒星流（如人马座矮椭球星系流）和球状星团的运动轨迹进行分析，发现它们的速度和轨迹无法仅用可见物质解释，需要暗物质的存在。3.谱线宽化：对银晕中弥散气体的观测发现，其发射线的宽度异常宽，这通常被解释为气体受到暗物质晕中非热分布暗物质的引力扰动所致。3.银河系旋臂的形成机制及其与恒星流的关系：旋臂的形成机制主要是指密度波理论，该理论认为旋臂是密度波（一种不物质的扰动）在星系盘内传播时，由于引力相互作用使气体密度局部增高的区域。恒星在通过旋臂时，会受到密度波引起的局部引力加速，导致年轻、热、蓝色恒星在旋臂区域富集，形成我们观测到的旋臂形态。恒星流是当星系（特别是较小的卫星星系）被更大星系的引力撕裂时，其部分恒星被剥离并形成的长条状恒星分布。恒星流可以看作是星系间引力相互作用的历史记录，它可能穿过或影响旋臂结构，或者旋臂结构也可能对恒星流中的恒星运动产生影响。4.银河系结构模型中，薄盘与厚盘的主要区别：薄盘：位于银盘平面附近，厚度相对较小（几百光年），主要由年轻、热、蓝色恒星组成，旋转速度较快，恒星密度较高，金属丰度相对较高（因为年轻星形成于较近的过去）。厚盘：位于银盘平面之外，厚度较大（几千光年），主要由年老、冷、红色恒星组成，旋转速度较慢，恒星密度较低，金属丰度相对较低（因为年老星形成于更早的时期，且金属丰度随时间增加）。五、论述题试结合观测事实和主要理论，论述暗物质在银河系形成与演化过程中所起的作用及其重要性。暗物质在银河系的形成与演化中扮演着至关重要的角色。首先，在银河系形成的早期阶段，暗物质晕的引力作用是吸引和束缚原始气体云的关键，使得足够质量的物质能够聚集起来，为后续形成恒星和星系盘奠定了基础。没有暗物质提供的额外引力，银河系可能无法形成如今的质量和结构。其次，暗物质晕的存在显著影响了银河系的整体动力学。观测到的银河系自转曲线在银晕区域呈现“平坦”或上翘的特征，即恒星的旋转速度不随半径增大而减小，甚至达到峰值后缓慢下降。这种异常的自转曲线无法用仅包含可见物质的引力模型解释，而引入一个质量巨大、分布延