2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 星际尘埃成分与演化

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——星际尘埃成分与演化考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种物质不属于星际尘埃的主要成分？A.碳链分子B.水冰C.氦气D.硅酸盐2.星际尘埃颗粒反射可见光的主要原因是其具有：A.高温B.高密度C.特定的大小和化学成分D.强大的磁性3.下列哪种过程不是星际尘埃形成的主要机制？A.恒星风剥离B.超新星爆发冲击波C.行星盘中的凝聚D.宇宙微波背景辐射加热4.星际尘埃颗粒通过吸积星际气体主要发生在：A.高温、高密度区域B.密度极低、温度极低的区域C.星际云的边缘区域D.任何星际介质中5.下列哪种现象不是星际尘埃演化过程中的重要结果？A.尘埃颗粒尺寸增大B.尘埃颗粒化学成分改变C.尘埃与气体分离D.尘埃完全消失6.导致星际尘埃呈现红移现象的主要原因是：A.尘埃颗粒的散射B.尘埃颗粒的吸收C.尘埃颗粒的运动速度D.观测角度的影响7.在星际介质中，星际尘埃主要通过与哪种粒子发生碰撞而碎裂？A.自由电子B.中性原子C.尘埃自身D.宇宙射线8.星际尘埃中的冰粒主要形成于：A.非常高温的恒星风区域B.密度极低的星际空间C.密度较高且温度较低的星际云中D.超新星爆发的中心区域9.下列哪种观测手段主要用于探测星际尘埃的温度分布？A.紫外线光谱观测B.红外辐射观测C.X射线成像D.射电波谱观测10.星际尘埃对星际气体化学演化的重要作用是：A.直接提供化学反应物B.增加气体密度C.提供化学反应表面D.降低气体温度二、填空题（每空1分，共15分）1.星际尘埃的大小通常在至微米之间。2.除了碳、硅、铁等元素外，星际尘埃中也可能含有、等元素组成的冰粒。3.星际尘埃的反射光谱通常呈现出特征，即随着波长变长，反射率逐渐增加。4.恒星风是等低质量恒星形成星际尘埃的重要来源。5.超新星爆发不仅产生重元素，也通过和机制注入星际介质中。6.星际尘埃的演化过程包括、和等阶段。7.星际尘埃中的碳质尘埃在红外波段具有特征吸收，主要吸收和附近的辐射。8.尘埃颗粒的和是影响其光学性质的关键参数。9.星际尘埃可以充当的“种子”，促进气体云中巨分子星云的形成。10.通过观测星际尘埃对星光的光学厚度，可以估算星际尘埃的总量。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述碳质星际尘埃和硅质星际尘埃在成分和光谱特征上的主要区别。2.解释星际尘埃如何通过散射和吸收过程影响恒星的光谱。3.简述超新星爆发在星际尘埃形成和演化中的作用。4.说明星际尘埃在行星系统形成过程中的重要作用。四、论述题（每题10分，共30分）1.详细论述星际尘埃的成分及其在宇宙中的起源。2.结合具体实例，论述如何通过观测来研究星际尘埃的演化过程。3.从恒星形成、星系演化以及生命起源等角度，论述星际尘埃在天文学和宇宙学中的意义。试卷答案一、选择题1.C2.C3.D4.C5.D6.B7.B8.C9.B10.C二、填空题1.0.010.12.氮氢3.蓝移4.M型5.爆发冲击波恒星风6.凝聚碎裂化学演化7.3.3微米5.3微米8.大小形状9.巨分子云10.红外三、简答题1.碳质星际尘埃主要由碳元素构成，常见形式为石墨或类金刚石碳，光谱上在远红外有强吸收特征（如3.3和2.17微米）。硅质星际尘埃主要成分是各种硅酸盐（如橄榄石、辉石），富含硅和氧，在近红外和可见光区有吸收特征，且通常比碳质尘埃更“暗”（反射率更低）。2.星际尘埃颗粒对入射恒星光具有散射和吸收作用。散射使星光向四面八方传播，导致来自弥漫区域的天体看起来更暗，且由于瑞利散射，短波长的蓝光比长波长的红光散射更强烈，造成星光呈现“红化”现象。吸收则会导致恒星光谱中出现特定的吸收线，这些线主要反映了尘埃中碳、硅等元素的含量和状态。3.超新星爆发产生极高能量和速度的冲击波，将星核合成的重元素以及由前身星抛出的物质（包括星际气体和早期形成的尘埃）高速注入星际介质。冲击波与星际气体碰撞，压缩并加热尘埃颗粒，促进其进一步凝聚和生长；同时，也混合了不同来源和不同演化阶段的尘埃，对星际尘埃的总体成分和分布产生深远影响。4.星际尘埃是形成行星的原材料。在原恒星周围形成的原行星盘中，尘埃颗粒通过吸积和碰撞不断增长，最终形成行星状星云，并最终凝聚成行星、卫星、小行星、彗星等天体。没有星际尘埃，行星系统就无法形成。此外，尘埃颗粒还充当了化学反应的表面，促进了有机分子（可能包括生命所需的前体分子）的形成。四、论述题1.星际尘埃的成分极其复杂，主要包括元素构成和化合物形式。其主要元素有碳、氧、硅、铁、氢、氮等。根据光谱特征和化学组成，大致可分为碳质尘埃和硅质尘埃两大类。碳质尘埃富含碳，形式多样，如石墨、类金刚石碳、碳链分子等，吸收光谱在远红外区有特征吸收线。硅质尘埃主要由硅酸盐构成，如橄榄石（Mg,Fe）₂SiO₄、辉石（Ca,Mg,Fe）(SiO₃)₂等，吸收光谱主要在近红外和可见光区。此外，还含有少量冰粒（水冰、氨冰、甲烷冰等）、硫化物、金属颗粒（如铁、镍）等。星际尘埃的起源与多种天体物理过程有关：低质量恒星（M型星）通过恒星风持续剥离外层物质，形成碳质尘埃；超新星爆发产生的冲击波和辐射压力可以加速星际气体和尘埃的混合与演化，并可能合成重元素尘埃；行星形成过程中的碎裂和抛射也可能向星际空间注入尘埃。星际介质中的气体和尘埃并非均匀混合，而是通过引力、辐射压力、磁场等多种因素相互作用，形成密度、温度、成分各异的星际云、星云等结构。2.研究星际尘埃演化主要通过多种观测手段：红外天文学是研究星际尘埃成分和温度分布的关键工具。尘埃在红外波段强烈发射，通过观测不同波段的红外辐射强度，可以推断尘埃的温度、大小分布和丰度。例如，3.3微米和2.17微米处的吸收特征是碳质尘埃存在的明证，而红外发射峰值的位置则反映了尘埃的温度。毫米波和亚毫米波观测可以探测到巨分子云中的稠密尘埃核心，研究其形成和演化。通过测量来自背景恒星的红外或可见光辐射被尘埃遮挡的量（即光学厚度），可以估算尘埃的质量和空间分布。光谱分析可以揭示尘埃的化学成分，通过观测恒星光谱中的吸收线或发射线，可以推断尘埃中包含的元素和化合物种类。射电波观测可以探测到宇宙尘埃发出的同步辐射或自由电子逆康普顿散射产生的射电辐射，这些观测有助于研究尘埃的运动和分布。通过综合不同波段的观测数据，并结合数值模拟和理论模型，天文学家可以构建星际尘埃的演化图景，从尘埃的形成、生长、碎裂、化学演化到其在恒星和行星形成、星系演化等过程中的作用。3.星际尘埃在宇宙学和天文学中具有多重重要意义。首先，它是形成恒星和行星系统的基本物质原料。没有星际尘埃，气体云无法凝聚成原恒星和行星，整个恒星系统和行星系统的形成过程都无法发生。因此，研究星际尘埃的成分、分布和演化，对于理解恒星和行星的起源、演化和多样性至关重要。其次，星际尘埃是星际介质的重要组成部分，它通过与气体相互作用，显著影响星际介质的物理和化学性质。例如，尘埃吸收星光导致气体冷却，进而影响气体云的稳定性、恒星形成速率和星云的结构；尘埃表面是许多星际化学反应发生的场所