2026年哈勃望远镜科普竞赛试题附答案

2026年哈勃望远镜科普竞赛试题附答案一、单项选择题（每题3分，共45分）1.哈勃空间望远镜的发射时间和承载运载工具分别是A.1989年，哥伦比亚号航天飞机B.1990年，发现号航天飞机C.1991年，亚特兰蒂斯号航天飞机D.1992年，阿波罗11号飞船2.哈勃空间望远镜的主镜口径为A.1.8米B.2.4米C.6.5米D.8.4米3.哈勃空间望远镜的运行轨道位于地球表面上方大约A.280公里B.420公里C.540公里D.680公里4.截至2026年，NASA一共对哈勃空间望远镜开展过几次载人维修任务A.3次B.4次C.5次D.6次5.1993年第一次哈勃维修任务的核心解决问题是A.更换老化失效的陀螺仪B.修正主镜的球面像差问题C.升级成像观测相机D.更换太阳能电池板6.人类第一张深度曝光的哈勃深空场（HDF）拍摄完成于哪一年A.1990年B.1995年C.2003年D.2012年7.以下哪一项重大天文成果，不属于哈勃空间望远镜的贡献A.精确测量本地宇宙的哈勃常数B.证实绝大多数星系核心存在超大质量黑洞C.通过观测Ia型超新星发现宇宙加速膨胀D.直接拍摄M87星系中心黑洞的事件视界8.哈勃空间望远镜的主要工作观测波段覆盖范围是A.仅可见光波段B.紫外-可见光-近红外波段C.仅红外波段D.X射线波段9.2009年最后一次哈勃维修任务中，升级更换的哪一设备大幅提升了哈勃的观测能力和视场范围A.广域相机3号（WFC3）B.先进巡天相机（ACS）C.戈达德高分辨率摄谱仪D.高速光度计10.截至2026年，哈勃空间望远镜确认观测到的最遥远星系GN-z11的红移值约为A.2.3B.5.8C.11.0D.20.111.哈勃空间望远镜属于哪一类光学望远镜A.折射式光学望远镜B.反射式光学望远镜C.折反式光学望远镜D.射电望远镜12.哈勃空间望远镜通过标准烛光法测量得到的本地哈勃常数，最接近以下哪个数值（单位：km/s/Mpc）A.58B.67C.73D.8213.当前哈勃空间望远镜和哪一台大口径空间望远镜组成了NASA的深空观测核心搭档A.詹姆斯·韦伯空间望远镜B.斯皮策空间望远镜C.钱德拉X射线望远镜D.开普勒空间望远镜14.2009年最后一次哈勃维修任务中，航天员为哈勃更换了多少个全新的陀螺仪A.3个B.6个C.9个D.12个15.哈勃望远镜通过观测哪一类天体作为一阶标准烛光，来校准宇宙距离尺度A.脉冲星B.类星体C.造父变星D.Ia型超新星二、多项选择题（每题4分，共40分，多选、少选、错选均不得分）1.哈勃空间望远镜发射后，服役过程中遇到过的典型问题包括A.主镜磨制误差导致的球面像差B.原太阳能板受温度变化影响产生抖动，影响成像稳定C.陀螺仪随着服役时间增加出现老化失效D.主镜受空间碎片撞击发生碎裂2.以下属于哈勃空间望远镜的核心科学贡献的有A.精确测量哈勃常数，发现了哈勃张力问题B.观测证实绝大多数星系核心存在超大质量黑洞C.大量观测到引力透镜效应，验证了广义相对论的预言D.对系外行星大气层进行系统观测，发现了水、甲烷等物质的存在3.影响哈勃空间望远镜最终服役寿命的主要因素包括A.近地轨道大气阻力导致轨道逐渐衰减B.核心设备零部件老化，空间辐射导致的器件损伤C.陀螺仪、电池等关键部件陆续失效，无法维修D.主镜镜面被宇宙尘埃覆盖，完全失去观测能力4.以下著名天文影像，均由哈勃空间望远镜拍摄得到的包括A.1995年经典哈勃深空场B.哈勃超深空场（HUDF）C.鹰星云创生之柱高清影像D.哈勃遗产场（HLF）5.以下关于哈勃空间望远镜和詹姆斯·韦伯空间望远镜的对比，说法正确的有A.哈勃主镜口径2.4米，韦伯主镜口径6.5米，韦伯聚光能力是哈勃的近7倍B.哈勃运行在近地轨道，韦伯运行在日地拉格朗日L2点晕轨道C.哈勃观测波段覆盖紫外、可见光到近红外，韦伯观测侧重中红外和远红外D.哈勃的空间分辨率显著高于韦伯6.哈勃空间望远镜的科学研究领域覆盖以下哪些方向A.太阳系内天体观测，包括行星、卫星、彗星、小行星的成像和光谱研究B.河外天体距离测量，宇宙膨胀速率的精确测量C.星系形成与演化研究，早期宇宙星系的观测D.暗能量、暗物质的性质研究，通过引力透镜观测限制暗物质模型7.以下关于哈勃维修任务的说法，正确的有A.1993年第一次维修任务成功修正了球面像差，让哈勃成像质量达到设计标准B.1997年第二次维修任务新增了红外观测设备，拓展了哈勃的观测波段C.2009年第五次维修任务更换了新电池、陀螺仪和广域相机3号，将哈勃的寿命延长了10年以上D.2015年NASA再次安排载人航天任务维修哈勃，解决了陀螺仪故障问题8.哈勃空间望远镜的观测成果验证了以下哪些天文学和物理学理论A.广义相对论预言的引力透镜效应B.宇宙膨胀理论C.大爆炸宇宙学的星系演化预言D.黑洞无毛定理9.以下关于哈勃空间望远镜的说法，错误的有A.哈勃是人类历史上第一台空间光学望远镜B.哈勃只能观测遥远的河外天体，无法观测太阳系内天体C.哈勃已经在2022年完全停止观测，被詹姆斯·韦伯望远镜替代D.哈勃因为没有大气扰动影响，可见光分辨率远高于地面传统光学望远镜10.关于哈勃观测数据的开放情况，说法正确的有A.哈勃所有观测数据在一定保密期后对全球所有研究者公开B.哈勃已经积累了超过30年的连续观测数据，总存储量超过100TBC.哈勃的校准后数据可以供全球天文爱好者和研究者免费获取使用D.哈勃的观测数据仅对NASA内部科学家开放，外部无法获取三、判断题（每题2分，共20分，正确打√，错误打×）1.哈勃空间望远镜是以20世纪美国著名天文学家埃德温·哈勃的名字命名的。2.哈勃空间望远镜位于地球大气层之外，完全不受大气扰动和消光的影响，因此成像分辨率远高于地面传统光学望远镜。3.哈勃主镜的球面像差问题在发射前就已经被检测出来，NASA为了按时发射故意隐瞒未做修正。4.2009年最后一次维修任务完成后，哈勃再也没有出现过任何设备故障或观测中断。5.哈勃张力指的是本地测量得到的哈勃常数和通过宇宙微波背景推演得到的哈勃常数存在显著的统计差异，是当前宇宙学的核心未解问题。6.截至2026年，哈勃空间望远镜已经完全退役，停止所有科学观测活动。7.哈勃望远镜对Ia型超新星的长期观测，证实了Ia型超新星可以作为标准烛光测量宇宙距离，为发现宇宙加速膨胀奠定了数据基础。8.受近地轨道大气阻力影响，哈勃的轨道高度会逐年缓慢下降，最终哈勃会再入地球大气层烧毁。9.哈勃空间望远镜只能观测可见光波段，无法观测紫外线和红外线波段。10.著名的鹰星云创生之柱影像最早由哈勃望远镜在1995年拍摄，2014年和2022年哈勃又拍摄了分辨率更高的高清版本。四、简答题（每题15分，共60分）1.简述哈勃望远镜主镜球面像差问题的成因，以及最终的解决方式。2.什么是哈勃深空场？简述哈勃深空场的核心科学意义。3.哈勃望远镜已经服役超过36年，为什么截至2026年仍然具有不可替代的科学价值？4.简述哈勃张力的内容，以及这一问题的科学意义。参考答案：一、单项选择题1.B解析：哈勃空间望远镜于1990年4月24日由美国发现号航天飞机送入近地轨道，是NASA大型空间天文台项目的核心设备之一。2.B解析：哈勃主镜设计口径为2.4米，选项中6.5米是詹姆斯·韦伯空间望远镜的主镜口径。3.C解析：哈勃的轨道高度稳定在约540公里的近地轨道，轨道倾角约28.5度。4.C解析：NASA分别在1993年、1997年、1999年、2002年、2009年开展了5次哈勃载人维修任务，2009年是最后一次，此后航天飞机退役，不再安排载人维修。5.B解析：第一次维修任务的核心目标就是修正主镜磨制误差带来的球面像差问题，通过安装带校正功能的光学设备解决了成像模糊问题。6.B解析：经典哈勃深空场拍摄于1995年，累计曝光超过10天，是人类第一张深度曝光的遥远天区影像；2003年拍摄的是哈勃超深空场，曝光深度更高。7.D解析：M87星系中心黑洞的事件影像是由事件视界望远镜（EHT）组网观测得到的，不属于哈勃的成果。8.B解析：哈勃的观测波段覆盖约100纳米的紫外到1.7微米的近红外，覆盖紫外、可见光、近红外三个主要波段。9.A解析：广域相机3号（WFC3）是2009年维修更换的核心设备，视场更大、灵敏度更高，大幅提升了哈勃的观测效率和能力。10.C解析：GN-z11是哈勃确认的最遥远星系，红移值约为10.957，接近11，距离地球约134亿光年。11.B解析：哈勃属于卡塞格林式反射光学望远镜，主镜为凹面反射镜。12.C解析：哈勃最新测量的本地哈勃常数为73.02±1.79km/s/Mpc，67km/s/Mpc是普朗克卫星通过宇宙微波背景推演得到的结果。13.A解析：詹姆斯·韦伯望远镜2021年发射升空后，哈勃和韦伯形成了波段互补的观测搭档，共同开展深空观测。14.B解析：2009年维修一共更换了6个全新的陀螺仪，满足哈勃长期稳定运行的需求。15.C解析：造父变星的周光关系是宇宙距离阶梯的关键一阶，哈勃通过观测造父变星校准周光关系，再校准Ia型超新星的距离尺度，最终测量哈勃常数。二、多项选择题1.ABC解析：主镜从未发生碎裂，哈勃服役过程中仅出现过微小的微流星撞击划痕，不影响观测，因此D错误。2.ABCD解析：四个选项均属于哈勃的核心科学贡献，哈勃在系外行星大气层研究领域做出了大量开创性成果，早于韦伯望远镜。3.ABC解析：主镜镜面尘埃积累非常缓慢，不会在可预见的未来让哈勃失去观测能力，因此D错误。4.ABCD解析：四个选项的著名影像均由哈勃拍摄得到。5.ABC解析：韦伯主镜口径更大，工作波段的衍射极限分辨率高于哈勃，因此D错误。6.ABCD解析：哈勃的研究领域覆盖从太阳系到早期宇宙的所有天文学方向，四个选项均正确。7.ABC解析：2009年之后再也没有安排过载人维修哈勃的任务，因此D错误。8.ABC解析：黑洞无毛定理目前还没有得到直接的观测验证，也不是哈勃的观测成果，因此D错误。9.ABC解析：早在哈勃之前，人类就已经发射了多台小型空间光学望远镜，哈勃是第一台大型空间光学望远镜；哈勃多次拍摄太阳系行星、彗星等天体，成果丰富；截至2026年哈勃仍然正常开展观测，因此ABC错误，D选项描述正确。10.ABC解析：哈勃的数据在保密期结束后对全球公开，因此D错误。三、判断题1.√2.√3.×解析：球面像差是磨制过程中校正仪器偏移导致的误差，发射前并没有检测出这个微米级的误差，发射后成像模糊才排查出问题。4.×解析：2009年之后哈勃多次出现陀螺仪故障，也曾多次进入安全模式中断观测，只是通过系统优化恢复了观测能力。5.√6.×解析：NASA预计哈勃可以维持观测能力到2030年左右，截至2026年哈勃仍然正常开展科学观测，并未完全退役。7.√8.√解析：NASA计划在哈勃失去能力后，引导其再入地球大气层烧毁，避免碎片撞击地面。9.×解析：哈勃可以观测紫外和近红外波段，仅有远红外观测能力不足。10.√四、简答题1.（1）成因：哈勃主镜在磨制加工过程中，用于检测镜面形状的零位校正器发生了1.3毫米的偏移，导致主镜边缘被磨制得比设计值薄了约2微米，这一微小误差使得所有进入望远镜的光线无法聚焦在同一个焦点上，产生了严重的球面像差，导致发射初期哈勃成像模糊，远低于设计预期。（2）解决方式：1993年NASA安排了第一次哈勃载人维修任务，航天员为哈勃更换了两台带校正光学系统的新设备，其中包括第二代广角行星相机（WFPC2），校正光学系统抵消了主镜的球面像差误差，相当于为哈勃佩戴了一副矫正眼镜，维修后哈勃的成像质量达到了设计要求，具备了开展科学观测的能力。2.哈勃深空场是哈勃望远镜开展的深度观测项目：哈勃望远镜对准天球上一块看起来没有明亮恒星、极为暗弱的小天区，扣除探测器噪声和前景干扰，进行累计数百小时的长时间曝光，得到包含大量遥远暗弱星系的天区影像，最著名的是1995年拍摄的经典哈勃深空场，后续又拍摄了哈勃超深空场、哈勃遗产场等深度更深的天区影像。核心科学意义：（1）首次让人类清晰观测到了宇宙不同演化阶段的星系，证明了宇宙是演化的，早期宇宙的星系和现代宇宙星系形态存在显著差异，验证了星系形成演化理论；（2）经典哈勃深空场累计曝光仅10天就拍到了3000多个最远130亿光年外的星系，让人类直观认识到可观测宇宙中星系的数量远超之前的估算，改变了人类对宇宙大小和结构的认知；（3）哈勃深空场的深度曝光数据为后续研究早期宇宙星系、测量哈勃常数提供了宝贵的数据基础，推动了整个观测宇宙学的发展。3.截至2026年哈勃仍然具备不可替代的科学价值，核心原因包括：（1）观测波段互补：哈勃具备完整的紫外和可见光观测能力，而詹姆斯·韦伯望远镜的观测波段主要集中在中红外和远红外，对紫外和短波可见光几乎没有观测能力，哈勃填补了这一观测空白，目前没有其他空间望远镜可以替代哈勃在紫外波段的观测能力；（2）观测调度灵活：哈勃运行在近地轨道，轨道周期约96分钟，可以快速响应突发天文事件，比如伽马射线暴、引力波电磁对应体、彗星撞击等瞬变天体事件，能够在几小时内调整观测指向开展观测，而韦伯的观测调度周期长，对瞬变事件的响应能力远不如哈勃；（3）长期连续观测数据独一无二：哈勃已经积累了36年的连续观测数据，对研究天体的长期变化，比如造父变星光变周期、超大质量黑洞吸积变化、超新星遗迹演化、小行星轨道变化等领域，这份长达三十多年的均匀观测数据集是任何新望远镜都无