2025年华中师范大学天文学乔翠兰题库及答案

2025年华中师范大学天文学乔翠兰题库及答案一、选择题（每题2分，共40分）1.以下哪种方法是测量河外星系距离的最直接手段？A.视差法B.造父变星周光关系C.主序星拟合法D.哈勃定律答案：B（造父变星的周光关系被称为“量天尺”，可用于测量河外星系距离；视差法限于银河系内，主序星拟合需已知主序形态，哈勃定律需先校准常数。）2.恒星光谱中Hα线（氢原子巴尔末系第一条谱线）的强吸收主要出现在哪类恒星？A.O型B.B型C.A型D.G型答案：C（A型恒星表面温度约8000-10000K，氢原子处于第一激发态，Hα线吸收最强；O、B型温度更高，氢原子多电离，G型温度较低，氢原子多处于基态。）3.太阳核心的核反应主要属于：A.碳氮氧循环B.质子-质子链反应C.三重α过程D.氦闪答案：B（太阳核心温度约1500万K，主要通过质子-质子链反应将氢聚变为氦；碳氮氧循环需要更高温度，常见于质量更大的恒星。）4.白矮星的质量上限（钱德拉塞卡极限）约为：A.0.5M⊙B.1.4M⊙C.3M⊙D.8M⊙答案：B（由电子简并压力支撑的白矮星，其质量上限约为1.4倍太阳质量，超过此极限将坍缩为中子星或黑洞。）5.以下哪种现象不属于太阳活动？A.日珥B.太阳风C.黑子D.凌日答案：D（凌日是行星运行到太阳与地球之间的现象，属于行星运动；日珥、太阳风、黑子均为太阳大气活动。）6.星系按哈勃分类法可分为椭圆星系（E）、旋涡星系（S）、棒旋星系（SB）和不规则星系（Irr），其中恒星形成活动最活跃的是：A.E0型B.Sa型C.SBc型D.Irr型答案：D（不规则星系气体含量高，恒星形成活动剧烈；椭圆星系（E）和早期旋涡星系（Sa、SBa）气体少，恒星形成弱。）7.宇宙微波背景辐射（CMB）的发现支持了以下哪个理论？A.稳恒态宇宙学B.大爆炸宇宙学C.等级式宇宙模型D.暴胀理论答案：B（CMB是大爆炸后约38万年的残留辐射，其黑体谱特性和各向同性为大爆炸理论提供了关键证据。）8.测量恒星视向速度的主要依据是：A.多普勒效应B.斯特藩-玻尔兹曼定律C.维恩位移定律D.开普勒第三定律答案：A（恒星光谱线的红移或蓝移反映其沿视线方向的运动速度，即视向速度。）9.以下哪颗天体不属于类地行星？A.金星B.火星C.木星D.水星答案：C（类地行星包括水、金、地、火，以岩石为主；木星是气态巨行星。）10.超新星爆发后可能形成的天体不包括：A.中子星B.黑洞C.白矮星D.行星状星云答案：C（白矮星由低质量恒星（<8M⊙）演化末期形成，超新星爆发对应大质量恒星（>8M⊙）或Ia型超新星（白矮星吸积超极限），产物为中子星或黑洞；行星状星云是低质量恒星抛射外层形成。）11.以下关于赫罗图（H-R图）的描述错误的是：A.横轴为光谱型（或表面温度）B.纵轴为光度（或绝对星等）C.主序星集中在从左上到右下的窄带D.红巨星位于图的右下角答案：D（红巨星表面温度低（右）但光度高（上），位于H-R图的右上角；右下角是低光度、低温度的红矮星。）12.地月系的质心位于：A.地球内部B.月球内部C.地月连线上，地球与月球之间D.地月连线上，月球外侧答案：A（地球质量远大于月球，地月质心位于地球内部，距地心约4671公里。）13.以下哪种天体的能量来源与核反应无关？A.主序星B.白矮星C.中子星D.黑洞吸积盘答案：B（白矮星靠电子简并压力支撑，能量来自引力收缩释放的余热，无核反应；主序星核聚变为能源，中子星可能有超新星爆发残留能量或吸积供能，黑洞吸积盘因物质摩擦生热发光。）14.哈勃定律的表达式为v=H₀d，其中H₀的单位是：A.km/sB.km/s/MpcC.Mpc/sD.s⁻¹答案：B（哈勃常数H₀表示单位距离的退行速度，单位为千米每秒每百万秒差距（km/s/Mpc），当前测量值约为70km/s/Mpc。）15.以下关于流星和彗星的区别，错误的是：A.流星是星际物质进入地球大气的发光现象B.彗星由冰、尘埃和岩石组成，有彗尾C.流星体一般小于1米，彗星核直径可达数千米D.所有流星都来自彗星碎片答案：D（流星体可能来自彗星碎片或小行星碎片，并非全部来自彗星。）16.恒星的光度L与表面温度T、半径R的关系遵循：A.L=4πR²σT⁴B.L=σT⁴/R²C.L=4πRσT²D.L=R²T⁴/σ答案：A（斯特藩-玻尔兹曼定律：光度等于表面积（4πR²）乘以斯特藩-玻尔兹曼常数（σ）乘以温度四次方（T⁴）。）17.以下哪种现象是广义相对论的预言？A.水星近日点进动B.恒星光谱的多普勒频移C.恒星的视差位移D.月球的同步自转答案：A（水星近日点进动的额外偏移无法用牛顿力学完全解释，广义相对论通过时空弯曲效应成功预测了这一现象。）18.以下哪类天体的自转周期最短？A.脉冲星B.白矮星C.主序星（如太阳）D.红巨星答案：A（脉冲星是快速旋转的中子星，自转周期可短至毫秒级；太阳自转约25天，白矮星自转数小时至数天，红巨星自转更慢。）19.地球大气层对天文观测的主要影响不包括：A.大气消光B.大气湍流（视宁度）C.臭氧吸收紫外线D.磁场干扰答案：D（地球磁场主要影响带电粒子运动，对光学或射电观测无直接干扰；大气消光、湍流、臭氧吸收均会影响观测质量。）20.以下关于暗物质的描述，正确的是：A.暗物质发光但不参与电磁相互作用B.暗物质占宇宙质能总量约5%C.星系旋转曲线异常是暗物质存在的证据之一D.暗物质可以通过光学望远镜直接观测答案：C（星系旋转曲线显示外围天体转速不随半径增加而下降，表明存在大量不可见的暗物质提供引力；暗物质不发光，不参与电磁相互作用，占宇宙约27%，无法直接观测。）二、填空题（每空1分，共30分）1.恒星的光谱型由表面温度决定，从高温到低温依次为______、B、A、F、G、K、______。答案：O；M2.太阳的能量来自______反应，其核心温度约为______万K。答案：质子-质子链；15003.测量天体距离的“宇宙距离阶梯”中，近邻恒星用______法，银河系内星团用______法，河外星系用______法（造父变星）。答案：三角视差；主序星拟合；周光关系4.行星状星云是______（填“大质量”或“低质量”）恒星演化末期抛射外层形成的，其中心残留天体是______。答案：低质量；白矮星5.超新星分为Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰa型超新星的爆发机制是______，Ⅱ型超新星的前身星是______。答案：白矮星吸积物质超过钱德拉塞卡极限；大质量恒星（>8M⊙）6.宇宙学原理假设宇宙在______和______上是均匀各向同性的。答案：大尺度；统计7.月球的同步自转导致______，其表面最显著的地形特征是______（如雨海、澄海）。答案：月球始终以同一面朝向地球；月海（或月海和高地）8.恒星演化离开主序后，会因______收缩导致核心温度升高，触发______燃烧，进入红巨星阶段。答案：引力；氦9.多普勒红移的公式为z=Δλ/λ₀≈v/c（非相对论情况），其中z表示______，v是______速度。答案：红移量；视向退行10.银河系的结构包括银盘、______、银晕和______，其中恒星形成主要发生在______中。答案：核球；银冕；银盘（或旋臂）11.类星体（Quasar）是______的活动星系核，其高光度来自______过程释放的能量。答案：遥远；超大质量黑洞吸积12.地磁场的主要成因是______，其保护地球免受______的轰击。答案：地球外核液态铁镍的对流（发电机效应）；太阳风高能粒子13.恒星的寿命与其质量的关系大致为τ∝M^(-2.5)，因此质量越大的恒星寿命越______（填“长”或“短”）。答案：短14.宇宙微波背景辐射的温度约为______K，其偏振特性为研究______提供了线索。答案：2.725；宇宙早期暴胀三、简答题（每题8分，共40分）1.简述赫罗图的意义及其在恒星演化研究中的作用。答案：赫罗图（H-R图）以恒星的表面温度（或光谱型）为横轴，光度（或绝对星等）为纵轴，反映了恒星的基本物理状态。其意义在于：①揭示恒星的分布规律（如主序星集中在主序带，红巨星、白矮星分布在特定区域）；②反映恒星的演化阶段——主序星处于核心氢燃烧阶段，红巨星是核心氢耗尽后的演化阶段，白矮星是低质量恒星演化末期的产物；③通过比较星团的H-R图（如主序turnoff点）可推断星团的年龄（主序寿命越短的恒星越先离开主序）。2.说明Ia型超新星为何可作为“标准烛光”用于宇宙学距离测量。答案：Ia型超新星的爆发机制是白矮星吸积伴星物质至钱德拉塞卡极限（约1.4M⊙），引发碳氧剧烈核聚变，最终完全瓦解。由于白矮星质量上限固定，爆发时的峰值光度高度一致（约10^43erg/s），且其光变曲线（亮度随时间变化）具有可预测的规律（如上升-下降的时间尺度）。通过测量其视亮度和光变曲线形状，可校准距离模数（mM=5log(d/10)），因此被广泛用作宇宙学距离的“标准烛光”，用于测量遥远星系的距离及宇宙膨胀速率。3.比较大质量恒星（>8M⊙）与低质量恒星（<8M⊙）的演化结局差异。答案：低质量恒星（<8M⊙）演化过程：主序阶段（核心氢燃烧）→红巨星（核心氦燃烧，外层膨胀）→行星状星云（抛射外层）→白矮星（电子简并压力支撑，成分主要为碳、氧）。大质量恒星（>8M⊙）演化过程：主序阶段（核心氢燃烧）→红超巨星（核心依次燃烧氦、碳、氧、硅等，直至铁核）→铁核坍缩（引力超过电子简并压）→Ⅱ型超新星爆发（外层物质抛射）→核心坍缩为中子星（若质量<3M⊙，中子简并压支撑）或黑洞（若质量>3M⊙，无足够简并压抵抗引力）。关键差异：低质量恒星以行星状星云和白矮星结束，大质量恒星以超新星爆发并形成中子星/黑洞结束。4.解释“奥伯斯佯谬”及其宇宙学意义。答案：奥伯斯佯谬指出：若宇宙是静态、无限、均匀且永恒的，那么夜空应是明亮的（每一条视线最终会碰到一颗恒星，累积光度趋于无限）。但实际夜空黑暗，说明上述假设不成立。其宇宙学意义在于：①支持宇宙非静态（存在膨胀，导致远处恒星的光因红移而能量降低）；②宇宙有限年龄（大爆炸理论中，宇宙年龄约138亿年，远处恒星的光尚未到达地球）；③宇宙在大尺度上并非无限永恒，从而为大爆炸宇宙学提供了间接证据。5.简述太阳活动对地球的影响。答案：太阳活动主要包括黑子、耀斑、日珥和日冕物质抛射（CME），对地球的影响有：①电磁干扰：耀斑爆发释放高能电磁辐射（X射线、紫外线），电离地球高层大气（电离层），干扰无线电通信（如短波通信中断）；②磁暴：CME携带的高能带电粒子与地球磁场相互作用，引发地磁暴，导致电网过载、卫星轨道偏移；③极光：带电粒子沿地球磁场线进入极区，激发大气原子发光（极光）；④气候影响（可能）：太阳活动周期（约11年）可能与地球气候波动（如小冰期）存在统计相关性，但其具体机制尚未完全明确。四、计算题（每题10分，共40分）1.已知某恒星的视星等m=5.0，距离d=100秒差距（pc），求其绝对星等M。答案：根据星等距离公式：M=m5(logd1)代入d=100pc，log100=2，故M=5.05×(21)=5.05×1=0.0绝对星等为0.0。2.某恒星的表面温度T=5800K（与太阳相同），光度L=100L⊙（太阳光度L⊙=3.828×10^26W），求该恒星的半径R（太阳半径R⊙=6.96×10^8m）。答案：由斯特藩-玻尔兹曼定律，L=4πR²σT⁴，太阳光度L⊙=4πR⊙²σT⁴（因T相同）。两式相除得L/L⊙=(R/R⊙)²，故R/R⊙=√(L/L⊙)=√100=10因此R=10R⊙=10×6.96×10^8m=6.96×10^9m。3.观测到某星系的光谱中Hα线（实验室波长λ₀=656.3nm）红移至λ=669.4nm，假设哈勃常数H₀=70km/s/Mpc，求该星系的距离d。答案：红移量z=(λ-λ₀)/λ₀=(669.4-656.3)/656.3≈13.1/656.3≈0.020。非相对论情况下，z≈v