2026年广州市天文竞赛双星系统知识专项训练与解答

2026年广州市天文竞赛双星系统知识专项训练与解答一、选择题（每题2分，共20题）说明：请选择最符合题意的选项。1.在双星系统中，两颗恒星围绕共同质心运动的主要决定因素是（）。A.恒星的亮度B.恒星的半径C.恒星的质心位置D.恒星之间的距离2.以下哪种现象是食双星系统的主要特征？（）A.光度曲线的长期变化B.周期性的光变C.伴星的径向速度曲线D.双星的轨道倾角接近90°3.在半détaché双星系统中，两颗恒星的洛希瓣状态通常是（）。A.完全重叠B.部分重叠C.完全分离D.仅伴星存在洛希瓣4.轨道周期为1天的双星系统，其两颗恒星的质心距离大约为（）。A.0.1天文单位B.1天文单位C.10天文单位D.100天文单位5.以下哪种方法可以用来测量双星系统的轨道半长径？（）A.光谱分析B.视差测量C.周期性光变D.质量函数计算6.双星系统的总质量可以通过以下哪个参数确定？（）A.轨道周期B.光度曲线形状C.伴星的视向速度D.恒星的色指数7.在密近双星系统中，质心位于主星内部的情况称为（）。A.W型双星B.S型双星C.D型双星D.G型双星8.双星系统中，质量转移的主要驱动力是（）。A.引力势能B.脉冲星辐射C.恒星的膨胀D.风力作用9.以下哪种类型的双星系统可能产生X射线？（）A.轻量级疏散星团B.白矮星-中子星系统C.红巨星-白矮星系统D.褐矮星-红矮星系统10.双星系统的轨道倾角对观测结果的影响主要体现在（）。A.轨道周期测量B.质量计算精度C.光度曲线形状D.伴星光谱分析二、填空题（每空1分，共10题）说明：请根据题意填写正确答案。1.双星系统的轨道运动遵循______定律，其动力学特征由两颗恒星的______和______决定。2.食双星的光变曲线形状取决于______的相对大小和______的轨道倾角。3.在半détaché双星系统中，主星的外层物质可以延伸到______，但伴星的外层物质主要受______的影响。4.双星系统的质量函数M可以表示为______，其中m是伴星质量，M是主星质量，a是轨道半长径。5.X射线双星系统中，高能辐射主要来自______的吸积过程，其温度可达______K。6.双星系统的轨道周期与轨道半长径的关系由______公式描述，该公式与______有关。7.恒星演化过程中，密近双星系统可能导致______或______的形成，从而改变系统的演化路径。8.双星系统的视向速度曲线可以用来测量______，其变化反映了______的轨道运动。9.在密近双星系统中，如果伴星位于主星的洛希瓣内，会发生______现象，导致物质持续转移。10.双星系统的分类主要依据______、______和______三个参数。三、简答题（每题5分，共6题）说明：请简要回答下列问题。1.简述食双星系统的光变曲线类型及其形成条件。2.解释什么是双星系统的洛希瓣，并说明其在密近双星系统中的作用。3.比较半détaché双星和完全détaché双星在结构和演化上的主要区别。4.简述双星系统中质量转移的机制及其对伴星演化的影响。5.说明如何通过观测双星系统的视向速度曲线来确定其轨道倾角。6.描述白矮星-中子星双星系统可能产生的天体物理现象。四、计算题（每题10分，共2题）说明：请根据题意进行计算并说明步骤。1.已知某双星系统的轨道周期为5天，轨道半长径为2天文单位，主星质量为1.5倍太阳质量，求伴星的质量。2.某密近双星系统中，主星半径为1.0R☉，伴星半径为0.5R☉，轨道半长径为0.1天文单位，如果伴星位于主星的洛希瓣内，计算物质转移的速率（假设转移效率为10%）。五、论述题（每题15分，共2题）说明：请结合实例或理论，深入探讨下列问题。1.分析双星系统在恒星演化中的重要性，并举例说明其对星族形成的影响。2.探讨双星系统中质量转移的长期演化后果，并说明其对观测天文学的意义。答案与解析一、选择题答案1.C2.B3.B4.A5.D6.A7.A8.A9.B10.B解析：1.双星系统的运动由质心决定，质心位置由两颗恒星的质心距离和相对质量决定。3.半détaché双星中，主星外层物质部分延伸到洛希瓣，但伴星物质受主星引力影响较小。4.轨道周期与轨道半长径的关系由开普勒第三定律描述，短周期对应小质心距离。6.双星系统的总质量由轨道周期和轨道半长径通过开普勒第三定律计算。二、填空题答案1.开普勒；质量；距离2.伴星；轨道倾角3.洛希瓣；主星引力4.M=m(1+m/M)³/(a³/π²G)5.中子星；1,000,0006.开普勒第三；引力常数7.白矮星；中子星8.伴星质量；轨道运动9.共生演化10.质量比；轨道周期；轨道倾角解析：4.质量函数M反映了伴星质量对轨道运动的影响，公式中G为引力常数。5.中子星吸积物质时产生高能X射线，温度可达百万开尔文。三、简答题答案1.光变曲线类型：-浅食（椭圆食）：伴星部分进入主星盘面，光变幅度较小。-深食（环食）：伴星完全遮掩主星，光变幅度较大。形成条件：轨道倾角接近90°，伴星半径小于或等于主星。2.洛希瓣：恒星物质逃逸的临界球面，若伴星物质超出洛希瓣，会发生质量转移。作用：限制物质交换范围，影响双星演化。3.半détachévs完全détaché：-半détaché：主星外层物质延伸至洛希瓣，伴星受影响较小。-完全détaché：两颗恒星完全分离，物质交换仅通过引力波。4.质量转移机制：恒星膨胀或密度不均导致物质从主星流向伴星，形成吸积盘，可能触发X射线发射。5.轨道倾角测量：通过视向速度曲线的振幅和相位关系，结合光变曲线，可反演出轨道倾角。6.白矮星-中子星系统现象：-X射线脉冲：中子星快速自转产生周期性辐射。-超新星遗迹：伴星坍缩形成中子星，主星残留为白矮星。四、计算题答案1.计算伴星质量：开普勒第三定律：P²∝a³/MM=a³/P²G=(2³)/(5²×6.674×10⁻¹¹)≈0.5M☉2.物质转移速率：质量转移率Q=(4π/3)GMμ̇/R²μ̇=10%Q=0.1(4πG(1.5+0.5)M☉/0.1AU)≈6×10⁻⁸M☉/年五、论述题答案1.双星系统对恒星演化的影响：-触发恒星形成：疏