2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 宇宙物质演变与星际状态控制

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——宇宙物质演变与星际状态控制考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪项不是恒星演化的主要阶段？A.主序阶段B.红巨星阶段C.白矮星阶段D.宇宙大爆炸初期2.宇宙中金属元素（重于氢和氦的元素）的主要合成场所是？A.星云形成区B.主序星内部C.超新星爆发D.行星大气层3.下列哪种星际介质状态密度最高？A.恒星风B.HII区C.恒星际云（巨分子云）D.超高温稀薄气体4.星际磁场对星际介质的主要影响之一是？A.直接提供物质来源B.削弱恒星辐射C.压制星际云的引力坍缩D.阻止元素在星际介质中混合5.根据目前的宇宙学模型，宇宙年龄的估算值大约是多少？A.50亿年B.100亿年C.200亿年D.500亿年6.在行星形成理论中，原行星盘的扁平形状主要是由什么维持的？A.化学键合力B.恒星辐射压C.旋转的角动量D.星际云的初始压力7.射电天文学的发展主要得益于对哪种电磁波段的探测？A.可见光B.X射线C.紫外线D.射电波8.“宇宙物质演变”这一主题研究的时间尺度主要涵盖？A.小于秒B.从秒到年C.从年到亿年D.大于亿年9.人类利用空间技术探测和研究星际状态，其主要目的是什么？A.寻找地外文明并发送信号B.探索和利用太阳系外的能源资源C.理解宇宙的起源和演化规律D.确定地球在宇宙中的精确位置10.下列哪项技术或方法不属于对星际状态进行“控制”的范畴？A.精确测量星际云的化学成分B.在实验室模拟超新星爆发环境C.利用引力透镜效应观测遥远星系D.设计人造引力场影响星际云的运动二、填空题（每空1分，共15分）1.宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于约______年前的一瞬间奇点。2.恒星内部主要的能量来源是______过程，它将氢聚变成氦。3.当恒星耗尽核心燃料后，其核心会收缩，外层被加热膨胀形成______。4.星际介质主要由气体（主要是______和氦）以及尘埃组成。5.磁场可以通过______效应和______效应影响等离子体行为。6.根据恒星的光谱类型和luminosity（亮度），可以将其划分为不同的______。7.星云的颜色通常与其发射或反射的光的波长有关，例如发射星云因______原子发射而呈现红色。8.行星形成过程一般认为经历了吸积盘的形成、颗粒物质的增长到______的形成等阶段。9.空间望远镜之所以能获得高质量的观测数据，很大程度上得益于其位于______。10.通过分析遥远超新星遗迹的膨胀速度和辐射特征，可以反推______。三、名词解释（每题3分，共15分）1.宇宙膨胀2.恒星演化阶段3.星际介质4.分子云5.辐射压四、简答题（每题5分，共20分）1.简述恒星从主序阶段演变成红巨星的主要物理过程。2.解释磁场如何影响星际云的坍缩和星云的形态。3.列举并简述人类利用空间技术研究宇宙物质演变的几种主要手段。4.说明理解“星际状态控制”这一概念在空间科学与技术领域的重要性。五、论述题（10分）结合恒星生命周期的不同阶段，论述其演化和最终归宿对宇宙化学组成演化的重要贡献。试卷答案一、选择题1.D2.C3.C4.C5.B6.C7.D8.C9.C10.D二、填空题1.138亿2.核聚变3.红巨星4.氢5.洛伦兹力，磁阻尼6.恒星分类7.氢8.行星9.轨道空间10.宇宙的年龄三、名词解释1.宇宙膨胀：指宇宙空间本身的扩展，导致宇宙中遥远的星系相对于彼此相互远离的现象。2.恒星演化阶段：指恒星在其生命周期中，根据其质量、内部结构、能量输出和物理状态的不同，经历的一系列不同形态和演化过程的序列。3.星际介质：指存在于恒星之间广阔宇宙空间中的物质和辐射，主要由气体（主要是氢和氦）以及尘埃颗粒组成。4.分子云：指密度较高、温度较低的星际云，其中分子（如水分子H₂、氨分子NH₃等）的含量相对较高，是恒星形成的主要场所。5.辐射压：指光子或其他电磁辐射对物体表面施加的压强，其方向与辐射传播方向相同，是一种动量传递效应。四、简答题1.简述恒星从主序阶段演变成红巨星的主要物理过程。解析思路：恒星在主序阶段通过核心的核聚变反应（主要是氢聚变成氦）产生能量，维持内部的压力与引力平衡。当核心氢燃料耗尽后，核心的核反应停止，不再产生足够的能量支撑外层，核心开始收缩并升温。核心收缩产生的引力增大会导致核心外部的温度和压力升高，当外部温度升高到足以点燃氦核聚变（对于太阳质量以上的恒星）或核心收缩加热到足够高时（对于太阳质量以下的恒星），外层物质开始急剧膨胀并冷却，恒星的外径显著增大，表面有效温度降低，颜色变红，从而演变成红巨星。2.解释磁场如何影响星际云的坍缩和星云的形态。解析思路：磁场对等离子体（电离的气体）有显著作用。磁场可以通过洛伦兹力影响带电粒子的运动轨迹。在引力坍缩的星际云中，磁场可以提供额外的支撑压力，抵抗部分引力，从而影响坍缩的速率和云的稳定性。磁场线可以被星际云中的物质束缚，形成磁力线网络，这种网络结构可以限制云的坍缩，使其破碎成更小的碎块，或者影响气流的方向和速度，进而塑造星云的形状，例如形成具有旋转结构的柱状或环状星云。3.列举并简述人类利用空间技术研究宇宙物质演变的几种主要手段。解析思路：空间技术提供了从地球大气层外观测宇宙的独特优势。主要手段包括：①空间望远镜：如哈勃空间望远镜、詹姆斯·韦伯空间望远镜等，能够观测不同波段的电磁辐射（从无线电波到X射线），不受大气干扰，获取高分辨率图像和光谱数据，揭示恒星、星云、星系等的形态、结构和组成，直接观测恒星演化证据（如不同阶段的星团）、星际介质成分和结构、元素分布等。②空间探测器：如旅行者号、帕克太阳探测器等，通过直接飞越、环绕或进入目标天体（如行星、小行星、太阳风），获取近距离的观测数据，研究行星的形成与演化、太阳活动及其对行星环境的影响、星际物质流等。③射电望远镜阵列（置于空间）：如FAST、SKA等，通过综合孔径技术观测射电波段，探测来自宇宙深处的射电信号，研究宇宙早期演化、脉冲星、分子云、超新星遗迹等。④X射线和γ射线卫星：如钱德拉X射线天文台、费米伽马射线空间望远镜，用于观测高能天体物理过程，如黑洞、中子星、超新星爆发、宇宙射线源等，这些过程是宇宙物质演化的极端现象。4.说明理解“星际状态控制”这一概念在空间科学与技术领域的重要性。解析思路：理解“星际状态控制”的重要性在于：①深化理论认知：掌握控制星际状态的各种物理机制（如引力、辐射、磁场、湍流等），有助于更深入地理解星际介质的物理性质、演化规律以及恒星和行星形成的物理过程。②指导观测设计：理解控制因素有助于优化空间观测任务的设计，选择合适的观测位置、波段和仪器，以更有效地探测和研究特定现象。③推动技术发展：对控制机制的理解是开发新型空间技术的基础，例如，为了研究行星形成，可能需要设计模拟星际环境的实验装置或开发预测行星系统演化的模型；为了利用空间资源，需要理解如何控制小行星的轨道或调节空间环境的辐射。④拓展科学前沿：探索人类是否能够以及如何影响或利用星际环境（如建立地外前哨站、利用星际介质资源），是空间科学与技术长远发展的潜在方向，而理解“控制”是这一切的前提。五、论述题结合恒星生命周期的不同阶段，论述其演化和最终归宿对宇宙化学组成演化的重要贡献。解析思路：恒星的演化过程，特别是核聚变阶段，是宇宙化学元素合成（即“造化”）的主要途径，对宇宙化学组成的演化起着决定性作用。首先，在宇宙早期，仅有大质量元素（氢和氦）以及极微量的锂。恒星在主序阶段通过核心的核聚变反应，将氢聚变成氦，这是宇宙中最普遍的恒星。当主序星燃料耗尽后，根据其质量不同，会经历不同的演化路径。对于质量较大的恒星（大于8倍太阳质量），会依次经历红巨星、超巨星阶段，在其核心可以依次点燃碳、氧、氖、镁、硅等元素直至铁的核聚变。这些过程产生了比氢和氦重得多的大量中质量元素和部分重元素。然而，铁核的聚变不释放能量反而吸收能量，当铁核积累到一定质量时，核心会发生灾难性的坍缩，引发剧烈的爆炸——超新星爆发（TypeII）。超新星爆发将核心产生的重元素以及恒星外壳物质以极高速度抛洒到星际空间，极大地丰富了星际介质的化学成分，使其富含碳、氧、硅、铁等元素。对于质量较小的恒星（小于8倍太阳质量），则会演变成红巨星，最终通过渐近巨星支（AGB）阶段，通过恒星风将内部合成的重元素（如碳、氮、氧）损失到星际空间。此外，恒星演化过