2025年大学建筑褐矮星期末试卷

2025年大学建筑褐矮星期末试卷2025年大学建筑褐矮星期末试卷

姓名：______班级：______学号：______得分：______

（考试时间：90分钟，满分：100分）

1.**选择题（单选）**5题25分

2.**填空题**3题15分

3.**名词解释**2题10分

4.**简答题**2题20分

5.**分析题**1题15分

6.**计算题**2题15分

7.**论述题**1题10分

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**1.选择题（单选）**（每题5分，共5题，计25分）

1.建筑褐矮星理论中，以下哪项不是其核心特征？

A.质量介于行星与恒星之间

B.自身不发光，依赖伴星反射光

C.具有固态表面结构

D.轨道周期通常小于地球年

2.褐矮星的形成过程与以下哪个选项最相似？

A.恒星核聚变

B.星云坍缩阶段

C.行星核心吸积

D.中子星合并

3.在建筑褐矮星观测中，以下哪种仪器最适合探测其微弱红外信号？

A.射电望远镜

B.紫外光谱仪

C.红外成像仪

D.激光干涉仪

4.褐矮星“燃烧氘”的极限质量约为？

A.13个木星质量

B.80个地球质量

C.0.08个太阳质量

D.0.001个太阳质量

5.哪种天体物理现象会导致褐矮星的自转速度随时间减慢？

A.恒星风剥离

B.同步自转

C.核聚变加热

D.潮汐锁定

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**2.填空题**（每题5分，共3题，计15分）

1.褐矮星的光谱类型从______到______，对应温度从高到低排列。

2.褐矮星的生命周期可分为吸积阶段和______阶段。

3.确认一个天体为褐矮星的关键指标是______和______的联合检测。

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**3.名词解释**（每题5分，共2题，计10分）

1.褐矮星（BrownDwarf）

2.氘燃烧（DeuteriumBurning）

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**4.简答题**（每题10分，共2题，计20分）

1.简述褐矮星与行星的主要区别。

2.解释褐矮星在建筑天体观测中的意义。

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**5.分析题**（计15分）

分析褐矮星对系外行星系统演化的潜在影响，并说明其在建筑天体物理研究中的应用价值。

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**6.计算题**（每题7.5分，共2题，计15分）

1.假设一个褐矮星质量为30个木星质量，其表面温度为1000K，计算其辐射功率（假设为黑体辐射）。

2.已知一个褐矮星轨道周期为50天，距离地球50光年，求其视星等（假设绝对星等为+10等）。

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**7.论述题**（计10分）

论述褐矮星在建筑可持续设计中的启示，结合天体物理特性提出至少三种实际应用方案。

8.**判断题**5题25分

9.**简答题**1题10分

10.**分析题**1题15分

11.**计算题**1题10分

12.**实验设计题**1题15分

13.**绘图题**1题10分

14.**综合应用题**1题10分

15.**开放性论述题**1题5分

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**8.判断题**（每题5分，共5题，计25分）

1.褐矮星可以独立形成，不需要伴星系统。

2.褐矮星的光谱中没有氢线，但有氦线和金属线。

3.褐矮星的氘燃烧可以持续整个生命周期。

4.褐矮星的自转速度比行星快。

5.褐矮星内部没有核聚变反应。

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**9.简答题**（计10分）

简述褐矮星的质量分布对其观测的影响。

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**10.分析题**（计15分）

分析褐矮星与恒星、行星在形成机制、物理性质和演化路径上的异同点。

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**11.计算题**（计10分）

已知一个褐矮星的半径为0.8倍木星半径，密度为0.5克/立方厘米，计算其质量（木星质量为1.9×10^27千克）。

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**12.实验设计题**（计15分）

设计一个观测褐矮星的实验方案，包括观测设备、选址要求、数据处理方法等。

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**13.绘图题**（计10分）

绘制一个褐矮星与系外行星的相互作用示意图，并标注关键物理过程。

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**14.综合应用题**（计10分）

结合褐矮星的特性，设计一个建筑照明系统，利用其红外辐射进行节能照明。

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**15.开放性论述题**（计5分）

探讨褐矮星研究对人类未来太空探索的启示。

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**1.选择题（单选）**

1.C

2.B

3.C

4.A

5.D

**2.填空题**

1.M7到L2

2.核聚变结束

3.质量与光谱型

**3.名词解释**

1.褐矮星：质量介于行星（超过木星质量）和恒星（低于0.08倍太阳质量）之间的天体，自身不发光或仅微弱发光，通过引力收缩产生热量。

2.氘燃烧：褐矮星核心在高温高压下发生的氘核聚变反应，产生氦和能量，是判断褐矮星的关键指标，但只能持续数百万年。

**4.简答题**

1.褐矮星与行星的主要区别：

-形成机制：褐矮星在星云中直接形成，行星围绕恒星形成；

-核聚变能力：褐矮星能短暂燃烧氘，行星不能；

-大小和质量：褐矮星介于恒星和行星之间，行星更小。

2.褐矮星在建筑天体观测中的意义：

-提供系外行星系统演化参考；

-帮助理解行星形成环境；

-红外探测技术可应用于建筑节能设计。

**5.分析题**

褐矮星对系外行星系统演化的影响：

-作为“准恒星”可影响行星轨道稳定性；

-离子化环境改变行星大气成分；

-短期加热作用加速行星表面演化。

应用价值：天体物理数据可优化建筑天窗设计，利用红外反射技术节能。

**6.计算题**

1.辐射功率计算：

P=(σT⁴)A=(5.67×10⁻⁸W/m²K⁴×1000⁴K⁴)×(4π(0.7×6.9971×10⁸m)²)

≈1.42×10²¹W

2.视星等计算：

m-M=5log(d/10)+5=5log(50/10)+5=10

m=M+10=10+10=20

**7.论述题**

褐矮星对建筑可持续设计的启示：

-红外辐射利用：设计建筑外墙材料吸收并缓慢释放红外热能；

-自转能量收集：利用褐矮星自转磁场发电；

-系外行星观测站设计：参考褐矮星观测技术优化天文望远镜结构。

**8.判断题**

1.错误（需要伴星引力触发氘燃烧）

2.正确

3.错误（氘燃料耗尽后停止）

4.错误（褐矮星因引力收缩自转慢）

5.正确

**9.简答题**

褐矮星质量分布影响观测：

-高质量褐矮星红外信号强，易探测；

-低质量褐矮星与行星相似，需光谱区分；

-质量分布不均导致观测样本偏差。

**10.分析题**

褐矮星与恒星、行星的异同：

-形成机制：恒星核心聚变，行星吸积，褐矮星两者结合；

-物理性质：恒星持续聚变，褐矮星短暂聚变，行星无聚变；

-演化路径：恒星坍缩为白矮星，褐矮星冷却为黑矮星，行星冻结。

**11.计算题**

质量计算：

M=ρV=0.5g/cm³×(4/3π(0.8×6.9971×10⁸m)³)

≈1.1×10²⁷kg≈0.58木星质量

**12.实验设计题**

观测方案：

-设备：红外望远镜（8-12μm波段）；

-选址：干燥高原（减少大气干扰）；

-数据处理：光谱分析对比氘燃烧线。

**13.绘图题**

示意图需标注：褐矮星引力场、行星大气离子化带、带电粒子流。

**14.综合应用题**

建筑照明设计：

-利用褐矮星红外辐射加热建筑外壳，降低供暖能耗；

-设计红外透光材料收集能量。

**15.开放性论述题**

启示：褐矮星研究推动了对暗物质分布、行星早期演化的理解，为太空基地选址提供参考。

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**知识点分类总结**

1.**褐矮星基础理论**

-定义：质量边界（0.08-13木星质量）；

-形成机制：星云直接坍缩；

-核物理：氘燃烧条件（>0.08Mj,<10Mj持续<数百万年）。

2.**观测与探测技术**

-红外成像：探测M7-L2型天体；

-光谱分析：氘线与金属线识别；

-高精度测光：轨道周期推断质量。

3.**物理性质与演化**

-温度-质量关系：T∝M^(1/4)；

-自转动力学：潮汐锁定现象；

-氦壳形成：晚期褐矮星演化特征。

4.**系外系统影响**

-轨道扰动：伴星引力摄动；

-大气演化：离子化效应；

-能量输入：早期行星系统加热。

5.**交叉应用技术**

-建筑红外设计：隔热材料开发；

-能源系统：被动式加热方案；

-天文观测站布局：环境适应性优化。

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**各题型知识点详解及示例**

**选择题**

考察核心概念记忆，如“氘燃烧极限质量”需结合核物理数据。

示例：30Mj褐矮星能燃烧氘，但80Mj需聚变更复杂。

**填空题**

要求术语准确，如光谱型从M7到L2对应温度递减（3000K→2000K）。

**名词解释**

需精炼定义，如“氘燃烧”需说明反应方程（D+D→³He+n+4.0MeV）。

**简答题**

考察对比分析能力，如褐矮星与行星形成对比需区分星云vs吸积盘。

**分析题**

要求逻辑推理，如分析演化路径需说明恒星→