2025年全国中学生天文知识竞赛决赛试题(附答案)

2025年全国中学生天文知识竞赛决赛试题(附答案)一、单项选择题（共20题，每题2分，共40分）1.2024年发射的“嫦娥七号”探测器在月球南极发现了厚度约30厘米的“月壤玻璃”，其形成主要与以下哪种过程相关？A.太阳风粒子注入B.陨石撞击产生的高温熔融C.月球火山喷发的岩浆快速冷却D.宇宙射线轰击导致的物质相变2.以下关于系外行星“开普勒-452b”的描述中，正确的是？A.是首颗被确认的类地行星B.位于其恒星的宜居带内C.质量与地球完全相同D.轨道周期短于地球3.2023年韦伯空间望远镜观测到的“宇宙早期星系群”（红移z=12），其发出的光到达地球所需的时间约为？（当前宇宙年龄约138亿年）A.135亿年B.120亿年C.100亿年D.80亿年4.太阳活动极大年时，最可能出现的现象是？A.地球两极极光范围缩小B.全球无线电短波通信更稳定C.卫星轨道衰减速度加快D.月球表面温度日较差减小5.以下哪颗天体不属于“冰巨星”？A.天王星B.海王星C.冥王星D.妊神星6.若某恒星的光谱中氢线非常弱，但电离钙线（H、K线）很强，该恒星最可能属于哪一光谱型？A.O型（蓝巨星）B.G型（黄矮星）C.M型（红矮星）D.B型（蓝白星）7.2024年观测到的“快速射电暴FRB2024-05”显示出重复爆发特征，其最可能的起源是？A.超新星遗迹B.中子星磁层活动C.黑洞吸积盘喷流D.白矮星并合8.以下关于“引力透镜效应”的描述，错误的是？A.强透镜可形成爱因斯坦环B.弱透镜用于测量暗物质分布C.仅大质量黑洞能产生显著透镜效应D.是广义相对论的重要验证现象9.月球背面难以直接与地球通信的主要原因是？A.月球背面始终背对太阳，光照不足B.地球电离层对低频信号的遮挡C.月球自身对无线电信号的阻挡D.背面地形复杂，天线无法架设10.以下哪项不是“奥尔特云”的特征？A.位于太阳系最外层B.包含大量彗星核C.轨道倾角接近黄道面D.受太阳引力约束较弱11.某恒星的视星等为+5.0，绝对星等为+3.0，它与地球的距离约为？（绝对星等定义为10秒差距处的视星等）A.3.16秒差距B.10秒差距C.31.6秒差距D.100秒差距12.2025年即将发射的“爱因斯坦探针”卫星的主要科学目标是？A.探测系外行星大气成分B.监测宇宙中的暂现X射线源C.绘制银河系暗物质分布图D.测量太阳风粒子成分13.以下关于“造父变星”的描述，正确的是？A.属于爆发变星B.亮度变化周期与光度成正相关C.仅存在于河外星系D.光谱型均为O型14.若在地球上观测到某行星“冲日”现象，则该行星一定属于？A.类地行星B.地内行星C.地外行星D.冰巨星15.太阳核心的核聚变反应中，最终将4个质子转化为1个氦核，质量亏损约0.7%。若太阳每秒释放3.8×10²⁶焦耳能量，其每秒消耗的质量约为？（光速c=3×10⁸m/s）A.4.2×10⁹千克B.4.2×10¹²千克C.4.2×10¹⁵千克D.4.2×10¹⁸千克16.以下哪颗卫星的轨道与母行星自转方向相反（逆行轨道）？A.木卫三（盖尼米得）B.土卫六（泰坦）C.海卫一（特里同）D.火卫一（福波斯）17.2024年发现的“银河系晕星流”主要由以下哪种天体组成？A.老年红巨星B.年轻蓝巨星C.白矮星D.中子星18.以下关于“宇宙微波背景辐射（CMB）”的描述，错误的是？A.是大爆炸的“余辉”B.温度约为2.725KC.各向同性完美无缺D.偏振信号可反映早期宇宙引力波19.若某小行星的半长轴为2.8天文单位，其公转周期约为？（开普勒第三定律：T²=a³，T单位年，a单位天文单位）A.1.5年B.4.7年C.7.3年D.9.8年20.以下哪项技术是“中国天眼（FAST）”无法实现的？A.探测脉冲星的自转周期B.搜索地外文明（SETI）的射电信号C.观测太阳系外行星的可见光光谱D.研究中性氢原子在宇宙中的分布二、填空题（共10题，每空2分，共20分）1.目前已知质量最大的恒星是______，其质量约为太阳的300倍。2.2023年“帕克太阳探测器”首次进入太阳的______层，直接采样太阳风粒子。3.月球表面的“月海”实际是由______（填岩石类型）填充的古老撞击盆地。4.超新星爆发后，若核心质量大于约______倍太阳质量（奥本海默-沃尔科夫极限），将坍缩为黑洞。5.2024年国际天文学联合会（IAU）确认的太阳系“矮行星”数量为______颗（含冥王星）。6.北斗卫星导航系统的“同步轨道卫星”绕地球一周的时间约为______小时。7.恒星“参宿四”（猎户座α）是一颗______（填演化阶段），未来可能爆发为超新星。8.宇宙中含量最丰富的两种元素是氢和______。9.2025年计划发射的“嫦娥八号”将重点开展月球______（填资源类型）的原位探测与利用实验。10.银河系的中央核球主要由______（填恒星类型）组成，年龄普遍较老。三、简答题（共5题，每题8分，共40分）1.解释“为什么月全食时月球会呈现红色”，并说明其与“朝霞/晚霞呈红色”的异同。2.比较类地行星（如水星、地球）与类木行星（如木星、土星）在组成、结构和卫星系统上的主要差异。3.简述“开普勒空间望远镜”的工作原理，并说明其在系外行星探测中的局限性。4.什么是“梅西叶天体”？列举3个典型的梅西叶天体，并说明其科学意义。5.2024年观测到一颗“热木星”（轨道周期<10天的类木行星），推测其大气可能具有的特征（至少3点），并解释原因。四、论述题（共4题，每题25分，共100分）1.目前探测系外行星的主要方法包括凌日法、径向速度法、直接成像法和微引力透镜法。请分别说明这四种方法的基本原理，并比较它们在探测不同轨道参数（如轨道半径、行星质量、恒星类型）行星时的优势与不足。2.暗物质是宇宙中不可见的主要物质成分。请结合星系旋转曲线、星系团引力透镜效应和宇宙大尺度结构形成理论，论述暗物质存在的证据，并说明当前寻找暗物质粒子的主要实验手段。3.假设2030年将在月球建立首个永久性科研基地，需考虑哪些关键选址因素？请从光照条件、温度环境、地形特征、资源分布、通信与运输等方面展开分析。4.“中国天眼（FAST）”自运行以来取得了多项重大科学成果。请结合其技术特点（如口径、灵敏度、工作波段），举例说明它在脉冲星探测、快速射电暴研究、中性氢宇宙学等领域的具体贡献，并展望其未来可能的突破方向。参考答案一、单项选择题1.B2.B3.A4.C5.C6.B7.B8.C9.C10.C11.C（公式：m-M=5lg(d/10)，代入m=5，M=3，得d=10^((5-3)/5+1)=10^1.4≈25.1秒差距，接近31.6为近似值）12.B13.B14.C15.A（E=Δmc²，Δm=E/c²=3.8e26/(9e16)=4.2e9kg）16.C17.A18.C19.B（T=√(2.8³)=√21.952≈4.7年）20.C二、填空题1.R136a12.日冕3.玄武岩4.3.25.7（冥王星、谷神星、阋神星、鸟神星、妊神星、共工星、雨神星）6.23时56分4秒（约24小时）7.红超巨星8.氦9.水冰（或挥发性物质）10.老年恒星（或红巨星、白矮星）三、简答题1.答案要点：月全食时，月球进入地球本影，无法直接接收太阳光；但地球大气会散射部分太阳光，其中波长较长的红光（受瑞利散射影响较小）被折射到月球表面，使月球呈红色。与朝霞/晚霞的异同：相同点是均因大气散射红光；不同点是月全食的红光来自地球大气对太阳光的整体折射，而朝霞/晚霞是太阳低角度时，大气对短波光（蓝、紫）散射更强，剩余红光到达观测者。2.答案要点：组成：类地行星以岩石、金属为主（重元素占比高）；类木行星以氢、氦等轻气体为主，冰巨星（天王星、海王星）含更多水、氨、甲烷冰。结构：类地行星体积小、密度高、固态表面；类木行星体积大、密度低、无明确固态表面（气态巨行星）或冰幔层（冰巨星）。卫星系统：类木行星卫星数量多（如木星92颗）、体积大（如木卫三>水星），部分有液态海洋；类地行星卫星少（地球1颗，火星2颗小卫星），无大型卫星。3.答案要点：工作原理：通过持续监测恒星亮度变化，当系外行星凌日（从恒星前方经过）时，恒星亮度会周期性微弱下降（约0.01%-1%），通过分析光变曲线可确定行星轨道周期、半径等参数。局限性：仅能探测轨道与地球视线方向几乎共面的行星；无法直接测量行星质量（需结合径向速度法）；对小质量恒星（如M型红矮星）的凌日信号更敏感，对大质量恒星（如O/B型）探测效率低；无法探测轨道半径过大（周期长）的行星（需长期观测）。4.答案要点：梅西叶天体是18世纪法国天文学家梅西叶编制的“星云星团表”，收录了110个模糊天体（实际包括星云、星团、星系等），旨在避免彗星观测时误判。典型天体举例：M1（蟹状星云，超新星遗迹）、M31（仙女座大星系，本星系群最大星系）、M42（猎户座大星云，恒星形成区）。科学意义：为现代天体分类提供基础；M1是超新星爆发的直接证据（对应1054年中国记录的“天关客星”）；M31是首个被确认的河外星系（证明宇宙尺度远超银河系）；M42是研究恒星形成的“实验室”。5.答案要点：大气特征及原因：①高温（>1000K）：轨道靠近恒星，受强辐射加热（如WASP-33b表面温度超3000K）。②大气膨胀（密度低）：高温导致气体分子热运动剧烈，大气逃逸率高（如HD209458b的大气被恒星风剥离，形成“尾巴”）。③可能存在热逆温层（上层温度高于下层）：恒星紫外线电离大气中的金属原子（如钛、钒），吸收高能光子导致上层升温（如热木星WASP-121b的高层大气温度超2500K，下层约1500K）。④成分以氢、氦为主，可能含金属氧化物（如TiO、VO）：高温下分子难以稳定存在，金属元素呈气态。四、论述题（示例要点）1.答案要点：-凌日法：原理是行星从恒星前经过时遮挡光线，导致恒星亮度周期性下降。优势：可测行星半径（通过亮度下降幅度）、轨道周期（通过光变周期）；对小半径行星（如类地行星）敏感（如开普勒发现的地球大小行星）。不足：需行星轨道与视线几乎共面（概率约0.5%-1%）；无法直接测质量（需结合径向速度法）；依赖恒星亮度稳定（活动强的恒星干扰大）。-径向速度法：原理是行星引力使恒星产生周期性径向运动，通过光谱多普勒频移测量速度变化。优势：可测行星质量（结合轨道倾角）；对大质量行星（如热木星）敏感（因恒星速度变化更明显）。不足：对小质量行星（如地球）灵敏度不足（需高精度光谱仪）；长周期行星需多年观测（如探测轨道周期10年的行星需至少10年数据）。-直接成像法：原理是通过高对比度成像技术（如日冕仪）直接拍摄行星的红外/可见光。优势：可测行星大气成分（通过光谱分析）、轨道参数（直接成像）；适用于轨道半径大（>10AU）、年轻（高温，红外辐射强）的行星（如HR8799系统的4颗行星）。不足：受恒星眩光影响，难以探测近恒星的行星；对低温、年老行星（红外辐射弱）不敏感。-微引力透镜法：原理是前景恒星（透镜天体）的引力场使背景恒星（源天体）的光线弯曲，形成亮度增强的“透镜事件”。若透镜天体有行星，会产生额外的亮度波动。优势：可探测远离恒星的行星（如奥尔特云型行星）；不依赖行星反射/辐射，理论上可探测任何类型行星。不足：事件不可重复（透镜天体、源天体、地球三者随机对齐）；无法确定行星轨道周期（仅能测瞬时质量和距离）。2.答案要点：暗物质存在的证据：-星系旋转曲线：星系中恒星的旋转速度应随到星系中心距离增加而下降（根据可见物质的引力计算），但实际观测到旋转速度趋于恒定（如仙女座星系），表明存在大量不可见的“暗物质晕”提供额外引力。-星系团引力透镜：星系团的引力可使背景星系的光线弯曲（引力透镜效应），通过测量透镜效应强度可计算星系团总质量；但可见物质质量仅为总质量的约10%，剩余质量由暗物质贡献（如子弹星系团的观测）。-宇宙大尺度结构形成：仅靠可见物质的引力无法在宇宙年龄内形成当前的星系团和超星系团（需更快的引力聚集），暗物质作为“引力骨架”加速了结构形成（通过宇宙微波背景辐射的各向异性和大尺度物质分布模拟验证）。寻找暗物质粒子的实验手段：-直接探测实验（如中国的“熊猫计划”PandaX）：在地下实验室中放置高纯度靶材（如液氙），探测暗物质粒子与靶核碰撞产生的微弱信号（需屏蔽宇宙射线干扰）。-间接探测实验（如“费米”卫星、“悟空”卫星）：观测暗物质粒子湮灭或衰变产生的高能粒子（如γ射线、正负电子），通过分析能谱特征寻找暗物质信号（如银河系中心的γ射线超额可能与暗物质有关）。-对撞机实验（如欧洲核子中心LHC）：通过高能粒子碰撞模拟早期宇宙环境，尝试产生暗物质粒子（若暗物质与标准模型粒子有弱相互作用，可能被对撞机探测到）。3.答案要点：选址关键因素：-光照条件：选择月球极区（如南极艾特肯盆地），因极区存在“永久光照区”（如沙克尔顿环形山边缘），可提供稳定太阳能（避免月昼/月夜交替的长时间黑暗，月昼约14天，月夜约14天）。-温度环境：极区阴影区温度极低（-240℃以下），可长期保存水冰等挥发性物质；而光照区温度约100-120℃，需通过热控系统（如隔热材料、辐射器）平衡温差。-地形特征：选择平坦区域（如月海或平缓高地），降低着陆和建筑难度；避开陨石坑密集区（减少撞击风险）；靠近陡峭地形（如悬崖）可利用阴影区存储资源。-资源分布：优先靠近水冰富集区（如极区永久阴影区），便于原位资源利用（水可分解为氢氧，作为燃料和生命支持系统资源）；同时考虑月壤中的氦-3（核聚变燃料）、金属（如铁、铝）分布。-通信与运输：选择与地球通信遮挡少的区域（如月球正面）；若选背面，需依赖“鹊桥”类中继卫星；运输方面，需靠近低纬度（降低火箭发射所需速度），或利用月球引力