2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 星际尘埃的质量与形态

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——星际尘埃的质量与形态考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项前的字母填在题后的括号内。）1.下列哪一项不属于通常所说的星际尘埃的主要化学成分？A.硅酸盐B.碳粒（如石墨、无定形碳）C.水冰D.氦气2.与行星表面岩石相比，星际尘埃颗粒的主要特征之一是具有较低的密度，这主要是因为它通常由什么构成？A.高密度的金属原子核B.等离子体状态物质C.相对稀疏的原子和分子D.高度压缩的固体物质3.星际尘埃对可见光的主要作用是？A.强烈吸收B.平行反射C.向所有方向散射D.主要透射4.在红外天文学中，探测星际尘埃主要依赖于其发射哪种电磁辐射？A.X射线B.可见光C.红外辐射D.无线电波5.下列哪种天文现象是星际尘埃对恒星辐射产生显著吸收和遮蔽的结果？A.宇宙微波背景辐射B.恒星视星等的变化C.宇宙大尺度结构的形成D.行星系统的反射光6.星际尘埃的温度通常较低（如几K到几十K），其主要能量来源是？A.来自附近恒星的辐射加热B.星际磁场做功C.尘埃自身核反应D.宇宙膨胀做功7.尘埃颗粒的形状对其散射光的颜色有重要影响。通常认为，较平滑的球形颗粒倾向于散射哪种颜色的光？A.红色B.绿色C.蓝色D.白色8.以下哪种仪器或观测波段最不适合用于直接探测微米级的星际尘埃颗粒？A.红外空间望远镜B.紫外望远镜C.射电望远镜（观测特定频率）D.X射线望远镜9.星际尘埃在星际介质中扮演着重要角色，下列描述错误的是？A.它可以作为化学反应的催化剂，促进分子形成。B.它可以束缚星际气体，影响星云的动力学性质。C.它是形成行星的主要原材料之一。D.它主要通过对可见光的吸收导致星系发白。10.恒星风是形成星际尘埃的一种来源，其过程主要是？A.恒星大气中的元素发生核聚变B.恒星大气抛射出等离子体和尘埃颗粒C.行星际气体碰撞凝结D.超新星爆炸的残留物质二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上。）1.星际尘埃颗粒的尺寸范围大致从______微米到毫米级。2.尘埃的温度与其发射红外辐射的峰值波长遵循______定律。3.除了固体颗粒，星际尘埃也可能包含由水、氨、甲烷等组成的______。4.尘埃的“颜色指数”（B-V）是衡量其______的一个指标，数值越大通常表示尘埃越“红”。5.由于星际尘埃对可见光的吸收，远离我们的遥远星系看起来往往是______的。6.探测到来自宇宙深处的______辐射，为研究早期宇宙中的星际尘埃提供了重要线索。7.尘埃颗粒可以吸附气体分子，使其免受恒星紫外辐射的破坏，这一过程称为______。8.估算星际尘埃的总质量对于理解星际介质的总能量平衡和______过程至关重要。9.除了热辐射，星际尘埃也可以通过______辐射损失能量。10.由年轻恒星风或超新星爆发形成的尘埃，通常被称为______。三、名词解释（每小题3分，共15分。请给出简洁、准确的定义。）1.尘埃的“遮蔽效应”2.红外发射谱3.“星际分子云”4.尘埃的“颜色”5.行星形成余骸四、简答题（每小题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述星际尘埃的两种主要形成机制。2.解释为什么星际尘埃对红外辐射的吸收和发射能力远强于可见光？3.尘埃的散射特性与其尺寸和形状有何关系？4.简述星际尘埃在恒星和行星形成过程中所起的作用。五、计算题（共15分。）假设一颗星际尘埃颗粒的直径为2微米，主要由密度为2.3g/cm³的硅酸盐构成。请计算该颗粒的质量（结果用kg表示，可近似认为球体）。（π取3.14）试卷答案一、选择题1.D2.C3.C4.C5.B6.A7.C8.B9.D10.B二、填空题1.0.12.维恩3.冰块或雪粒4.红外特性5.暗淡或偏红6.宇宙微波背景7.凝聚壳层或冰壳8.恒星和行星的形成9.辐射压或散射光压10.原始尘埃或年轻尘埃三、名词解释1.指星际尘埃吸收可见光等短波辐射，使其难以穿透尘埃区域，导致背景光源（如恒星）亮度下降或星系呈现红移外观的现象。2.指星际尘埃因温度较低而主要发射波长较长的红外辐射形成的光谱特征，可用于探测尘埃分布和性质。3.指主要成分包含大量星际尘埃冰块或雪粒的浓密、冷暗的星际云，是分子形成的重要场所。4.指描述星际尘埃对不同波长光散射程度差异的物理量，通常用颜色指数（如B-V）量化，反映其光学性质和成分。5.指在行星系统形成早期阶段，残留下来的由岩石和冰物质构成的较大天体，常表现为主带小行星或柯伊伯带天体。四、简答题1.主要有两种机制：一是在恒星大气（星风）中，较重的元素被抛射出来并冷却凝结成微小颗粒；二是超新星爆发等剧烈事件将预形成的尘埃或其前身物质（如分子云）散布到星际空间。2.星际尘埃主要由较重的原子和分子构成，其热容量和发射截面在红外波段远大于可见光波段。同时，可见光波长与尘埃颗粒尺寸相当或更小，散射效率遵循瑞利散射规律（与波长四次方成反比），导致可见光被强烈散射；而红外波长远大于尘埃尺寸，散射较弱，主要以热辐射形式吸收能量后重新发射。3.尘埃颗粒的散射特性与其尺寸密切相关。当颗粒尺寸远小于入射光波长时，主要发生瑞利散射，散射光强度与波长的四次方成反比，导致蓝光散射更强（天空呈蓝色）；当颗粒尺寸与光波长相当或更大时，主要发生米氏散射，散射强度对波长的依赖性减弱，所有颜色的光散射强度趋于接近；形状也会影响散射的方向和强度分布，例如球形颗粒倾向于各向同性散射，而链状或片状颗粒则可能产生各向异性的散射。4.星际尘埃在恒星和行星形成中作用关键：首先，它作为引力凝聚的种子，为气体云中原行星的形成提供了必要的质量核心；其次，尘埃表面可以吸附气体，降低气体饱和蒸汽压，促进分子（如水、氨、甲烷）的冻结和积累；再次，尘埃颗粒间的碰撞和摩擦生热，有助于驱动星云的旋转和坍缩；最后，不同成分和性质的尘埃也影响着原行星的化学成分和物理特性。五、计算题解：1.计算颗粒体积：V=(4/3)πr³=(4/3)π(1×10⁻⁶m/2)³=(4/3)π(0.5×10⁻⁶m)³≈5.24