CNAO全国中学生天文知识竞赛决赛试卷及答案

CNAO全国中学生天文知识竞赛决赛试卷及答案一、单项选择题（共25题，每题2分，共50分）1.以下关于太阳系天体的描述，正确的是（）A.金星是太阳系中自转周期最长的行星B.木卫二表面覆盖厚冰，可能存在地下海洋C.冥王星的轨道倾角小于海王星D.谷神星是小行星带中体积第二大的天体2.恒星光谱中，O型星的主要特征是（）A.强氢巴尔末线，弱电离钙线B.明显的电离氦线，氢线较弱C.分子带（如TiO）显著D.中性金属线（如FeⅠ）占主导3.若某恒星的视星等为+5.0，绝对星等为+3.0，则它与地球的距离约为（）（取lg2=0.3010）A.31.6光年B.100光年C.316光年D.1000光年4.月全食时，月球呈现暗红色的主要原因是（）A.月球表面反射地球大气散射的红光B.太阳耀斑爆发的高能粒子轰击月面C.月海区域富含氧化铁D.地球阴影中残留的太阳紫外线激发月壤发光5.下列天体系统中，尺度最小的是（）A.本星系群B.室女座超星系团C.银河系D.太阳系6.关于引力波的探测，以下说法错误的是（）A.LIGO通过激光干涉法测量时空畸变B.双中子星并合会产生引力波和电磁对应体C.脉冲星计时阵列可探测低频引力波D.引力波的传播速度低于光速7.若某系外行星的轨道周期为1年，轨道半长轴为2天文单位，则其母恒星的质量约为太阳的（）（开普勒第三定律：T²=kR³，k与中心天体质量成正比）A.0.25倍B.0.5倍C.2倍D.4倍8.以下天文事件中，与太阳活动无关的是（）A.极光现象B.地球电离层扰动C.全球平均气温升高D.卫星导航信号误差增大9.梅西耶天体M1是（）A.猎户座大星云B.蟹状星云C.仙女座星系D.礁湖星云10.以下关于宇宙微波背景辐射（CMB）的描述，错误的是（）A.是大爆炸的遗迹辐射B.各向同性程度极高（约十万分之一）C.温度约为2.73KD.主要观测波段为可见光11.地球大气对天文观测的主要影响不包括（）A.大气湍流导致星象抖动（视宁度）B.大气吸收红外和紫外波段C.大气散射产生天光背景D.大气反射无线电波12.若某彗星的近日距为0.5天文单位，远日距为35.5天文单位，则其轨道偏心率为（）A.0.95B.0.90C.0.85D.0.8013.以下恒星中，属于主序星的是（）A.参宿四（猎户座α）B.天狼星AC.大角星（牧夫座α）D.老人星（船底座α）14.关于黑洞的“事件视界”，正确的定义是（）A.黑洞表面物质喷流的边界B.光线无法逃逸的临界球面C.黑洞吸积盘的内边缘D.霍金辐射产生的区域15.2023年，詹姆斯·韦伯空间望远镜在某系外行星大气中检测到二氧化碳，这一发现支持该行星可能（）A.存在板块运动B.拥有液态水海洋C.处于恒星宜居带D.存在高等生命16.以下星座中，全部位于北天极附近的是（）A.小熊座、天龙座、仙王座B.猎户座、大犬座、金牛座C.天蝎座、人马座、天秤座D.宝瓶座、双鱼座、白羊座17.太阳活动的周期约为（）A.11年B.22年C.33年D.44年18.若在地球上观测，某恒星的赤经为12h，赤纬为+30°，则当该恒星上中天时，观测地的地理纬度为（）A.+30°B.+60°C.-30°D.无法确定19.以下关于超新星的描述，错误的是（）A.Ⅰa型超新星源于白矮星吸积超过钱德拉塞卡极限B.Ⅱ型超新星与大质量恒星核心坍缩有关C.超新星爆发会抛射重元素到星际介质D.所有超新星爆发后都会形成黑洞20.以下天文仪器中，用于测量天体视向速度的是（）A.日晷B.光谱仪C.折射望远镜D.射电干涉仪21.若某行星的反照率为0.3，轨道半径为1天文单位，太阳常数为1360W/m²，则其理论平均温度约为（）（斯特藩-玻尔兹曼定律：T⁴=S(1-A)/(4σ)，σ=5.67×10⁻⁸W/(m²·K⁴)）A.255KB.273KC.290KD.310K22.以下关于月相的描述，正确的是（）A.新月时，月球位于太阳与地球之间B.上弦月出现在清晨东方天空C.满月时，月球与太阳同升同落D.下弦月的亮面朝向东方23.银河系的结构不包括（）A.银核B.银盘C.银晕D.银冕24.以下现象中，由地球公转引起的是（）A.昼夜交替B.太阳高度角的周年变化C.时差D.恒星日与太阳日的差异25.关于暗物质的证据，不包括（）A.星系旋转曲线异常（外围天体转速过高）B.星系团引力透镜效应过强C.宇宙微波背景辐射的各向异性D.超新星爆发的光度距离与红移关系二、填空题（共15题，每空2分，共30分）1.太阳系中唯一逆向自转的大行星是________。2.恒星的光谱型由表面温度决定，从高温到低温的顺序为O、B、A、F、G、K、________。3.哈勃定律的表达式为v=H₀d，其中H₀的当前测量值约为________km/(s·Mpc)（取整数）。4.地球大气的“视宁度”越________（填“好”或“差”），望远镜的分辨率越高。5.太阳的能量来源于________反应，其核心温度约为________K（取1位有效数字）。6.月球的同步自转导致地球上只能看到月球的________（填“正面”或“背面”）。7.2021年发射的“羲和号”是我国首颗________探测卫星。8.超新星遗迹的典型代表是________（填梅西耶天体编号），它是1054年超新星爆发的遗迹。9.类地行星的主要成分是________，类木行星的主要成分是________。10.天文观测中，“大气窗口”指地球大气对________波段（如可见光、________）的透射率较高。11.若某恒星的视差为0.1角秒，则其距离为________秒差距。12.黑洞的质量越大，其事件视界的半径越________（填“大”或“小”）。三、简答题（共4题，每题5分，共20分）1.简述开普勒三大定律的内容及其对天文学的意义。2.为什么在地球上无法用光学望远镜直接观测到黑洞？请从黑洞的性质和观测手段角度说明。3.比较“朔望月”与“恒星月”的差异，并解释其成因。4.说明光谱分析在天文学中的应用（至少列举3项）。四、计算题（共3题，共20分）1.（6分）某恒星的绝对星等为-5.0，视星等为+10.0，计算其距离（以秒差距为单位，已知m-M=5lgd-5）。2.（7分）已知火星的轨道半长轴为1.52天文单位，公转周期为687天，利用开普勒第三定律计算太阳的质量（取地球轨道半长轴为1天文单位，公转周期为365天，引力常数G=6.67×10⁻¹¹N·m²/kg²）。3.（7分）某星系的红移z=0.1，假设哈勃常数H₀=70km/(s·Mpc)，计算该星系的退行速度和距离（光速c=3×10⁵km/s，红移公式z≈v/c）。答案一、单项选择题1.B2.B3.A4.A5.D6.D7.A8.C9.B10.D11.D12.A13.B14.B15.C16.A17.A18.A19.D20.B21.A22.A23.D24.B25.D二、填空题1.金星2.M3.704.好5.核聚变（或氢聚变为氦）；1×10⁷6.正面7.太阳8.M19.岩石和金属；氢和氦10.电磁；射电（或红外）11.1012.大三、简答题1.开普勒三大定律内容：（1）轨道定律：行星绕太阳的轨道为椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点；（2）面积定律：行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等面积；（3）周期定律：行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比（T²∝a³）。意义：首次用数学规律描述行星运动，为牛顿万有引力定律的提出奠定基础，标志着天文学从描述性科学向定量科学的转变。2.原因：（1）黑洞的事件视界内光线无法逃逸，因此无法直接观测到黑洞本身；（2）黑洞周围吸积盘的高温物质会辐射X射线等高能电磁波，但光学波段信号弱；（3）黑洞质量极大时，周围时空弯曲导致引力透镜效应，但直接成像需极高分辨率（如EHT项目通过VLBI技术实现）。3.差异：朔望月是月相变化的周期（约29.53天），恒星月是月球绕地球公转的恒星周期（约27.32天）。成因：朔望月以太阳为参考点，地球同时绕太阳公转，月球需多运行约2天才能回到相对于太阳的相同位置；恒星月以遥远恒星为参考点，无地球公转的影响，反映月球真实公转周期。4.应用：（1）确定恒星表面温度（光谱型与温度对应）；（2）分析天体化学组成（谱线对应元素）；（3）测量视向速度（多普勒频移）；（4）判断恒星演化阶段（如红巨星的分子谱线）；（5）探测系外行星大气成分（透射光谱分析）。四、计算题1.由m-M=5lgd-5，代入m=10.0，M=-5.0，得10.0-(-5.0)=5lgd-5→15=5lgd-5→5lgd=20→lgd=4→d=10⁴秒差距（10000秒差距）。2.开普勒第三定律：(T₁²/T₂²)=(a₁³/a₂³)，其中T₁=365天（地球），a₁=1AU；T₂=68