2026年广州市天文竞赛宇宙起源理论练习与总结含答案

2026年广州市天文竞赛宇宙起源理论练习与总结含答案一、选择题（共10题，每题2分，合计20分）说明：下列每题只有一个正确答案。1.根据大爆炸理论，宇宙最初的状态最接近于：A.现今的星系团B.高温、高密度的奇点C.均匀分布的暗物质D.冷静的虚空空间2.宇宙微波背景辐射（CMB）的主要发现者是：A.爱因斯坦B.哈勃C.乔治·伽莫夫、阿尔菲·瓦尔德、罗伯特·赫尔曼D.卡尔·萨根3.标准宇宙模型中，暗能量的主要作用是：A.引导星系旋转B.抑制大爆炸膨胀C.推动宇宙加速膨胀D.维持恒星稳定燃烧4.以下哪项不是宇宙起源的竞争性理论？A.大爆炸理论B.情景宇宙论（SteeringScenario）C.永恒暴胀理论D.霍金无边界假设5.根据勒梅特定律，宇宙的年龄约为：A.46亿年B.138亿年C.1000亿年D.200亿年6.宇宙早期“光子脱耦”发生在什么时期？A.宇宙大爆炸最初几分钟B.宇宙形成第一个恒星时C.宇宙冷却至千开尔文时D.暗物质形成星系前7.以下哪项观测证据支持了大爆炸理论？A.宇宙曲率接近平坦B.恒星光谱红移C.宇宙尘埃分布均匀D.行星轨道共振8.宇宙的“视界问题”是指：A.观测到的宇宙部分无法解释B.星系距离超出理论预测C.宇宙膨胀速率无法确定D.不同区域宇宙微波背景辐射存在微小差异9.暴胀理论的主要目的是解释：A.宇宙的平坦性B.宇宙的暗物质分布C.宇宙的磁场起源D.宇宙的星系团形成10.宇宙最终命运最可能的结局是：A.大撕裂（BigRip）B.大冻结（BigFreeze）C.大挤压（BigCrunch）D.宇宙持续膨胀但减速二、填空题（共5题，每题3分，合计15分）说明：请根据题目要求填写正确答案。1.宇宙微波背景辐射的温度约为______开尔文。2.标准宇宙模型中，普通物质、暗物质和暗能量的比例大致为______、______、______。3.宇宙暴胀理论由物理学家______和______在1980年提出。4.宇宙的“哈勃常数”目前主流值为______±______km/s/Mpc。5.宇宙起源的“奇点”是指______状态，违反了广义相对论的哪个公理？______三、简答题（共5题，每题5分，合计25分）说明：请简要回答下列问题。1.简述大爆炸理论与“宇宙膨胀”的关系。2.解释宇宙微波背景辐射的“黑体谱”及其意义。3.描述暗能量的主要特征及其对宇宙的影响。4.比较大爆炸理论与稳态理论的区别。5.列举至少三种支持宇宙加速膨胀的观测证据。四、计算题（共2题，每题10分，合计20分）说明：请根据题目要求进行计算并解释结果。1.已知哈勃常数值为67.4km/s/Mpc，计算宇宙的视界距离（以光年为单位）。2.假设宇宙的密度参数Ω=1，根据勒梅特定律估算宇宙的年龄。五、论述题（共1题，15分）说明：请结合实际观测和理论进展，论述暗物质在宇宙结构形成中的作用。参考答案及解析一、选择题1.B解析：大爆炸理论认为宇宙起源于一个极度高温、高密度的奇点，随后迅速膨胀冷却。2.C解析：1948年，乔治·伽莫夫等预言了宇宙微波背景辐射，并在1964年被阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊意外发现。3.C解析：暗能量被认为是导致宇宙加速膨胀的神秘力量，占宇宙总质能的约68%。4.B解析：情景宇宙论是稳态理论的变种，但未被主流科学界接受。5.B解析：基于哈勃常数和宇宙几何，勒梅特估算出宇宙年龄约为138亿年。6.C解析：当宇宙温度降至3000K时，光子与物质分离，形成微波背景辐射。7.B解析：恒星光谱红移（多普勒效应）表明宇宙在膨胀，支持大爆炸理论。8.D解析：视界问题指宇宙不同区域如何同时感受到相同的早期背景辐射，暴胀可解释此现象。9.A解析：暴胀理论解决了宇宙平坦性问题，即宇宙曲率为何接近零。10.B解析：暗能量主导下，宇宙将持续膨胀，最终进入大冻结状态。二、填空题1.2.7解析：CMB温度经过红移校正后约为2.7K。2.0.5%、25%、68%解析：标准模型中普通物质占比最低，暗能量占比最高。3.阿兰·古斯、莫里斯·莱尔解析：两人因暴胀理论获得2013年沃尔夫物理学奖。4.70.4±1.2解析：根据2021年斯隆数字巡天数据。5.无限密度与无限温度；奇性公理（或“时空曲率”公理）解析：奇点违反广义相对论允许时空无限密集的假设。三、简答题1.大爆炸理论与宇宙膨胀的关系大爆炸理论并非指“爆炸发生在空间中”，而是指宇宙起源于一个初始状态，随后空间本身开始膨胀，物质被拉伸到当前分布。哈勃观测到的红移正是膨胀的间接证据。2.宇宙微波背景辐射的黑体谱及其意义CMB辐射符合黑体辐射定律，温度为2.7K，表明早期宇宙处于热平衡状态。这支持了大爆炸理论的冷却过程。3.暗能量的特征及其影响特征：与引力排斥性相关，不与普通物质相互作用。影响：导致宇宙加速膨胀，并影响星系团形成速率。4.大爆炸与稳态理论的区别大爆炸：宇宙有限年龄且不断膨胀；稳态：宇宙无限大、年龄无限，物质持续创生以维持均匀性。大爆炸有观测证据支持，稳态已被否定。5.宇宙加速膨胀的证据-沙普利-威尔逊超新星巡天数据-宇宙微波背景辐射偏振测量-大尺度结构形成速率限制四、计算题1.视界距离计算视界距离公式：d=c×H⁻¹=(3×10⁸m/s)×(1/67.4km/s/Mpc)×(10⁹Mpc/km)=4.46×10²⁶m≈1.47万亿光年2.宇宙年龄估算年龄公式：t=1/H₀=1/(67.4km/s/Mpc)×(3.24×10¹⁷s/Mpc·km)=1.38×10¹⁰s≈138亿年五、论述题暗物质在宇宙结构形成中的作用暗物质占宇宙总质能的约27%，虽不发光，但通过引力影响可见物质分布。其主要作用体现在：1.早期结构形成：暗物质比普通物质更早形成，其引力“种子”促使第一个星系团凝聚。2.星系旋转曲线：