2026年暗物质基础科普常识竞赛试题附答案

2026年暗物质基础科普常识竞赛试题附答案一、单项选择题（每题2分，共20题，满分40分）1.根据普朗克卫星2018年发布的宇宙观测数据，ΛCDM（宇宙学标准模型）中暗物质占宇宙总质能的比例约为A.4.9%B.26.8%C.68.3%D.95.1%2.人类历史上最早从观测证据出发提出暗物质概念的科学家是A.阿尔伯特·爱因斯坦B.弗里茨·兹威基C.埃德温·哈勃D.斯蒂芬·霍金3.当前暗物质粒子候选者中，长期占据主流地位的候选类型是A.电子中微子B.轴子C.弱相互作用大质量粒子（WIMP）D.光子4.我国第一个专门用于暗物质探测的空间科学项目是A.悟空号暗物质粒子探测卫星B.500米口径球面射电望远镜（FAST）C.嫦娥五号月球探测器D.巡天空间望远镜5.根据现有观测结论，暗物质一定不参与以下哪一种基本相互作用A.引力相互作用B.弱相互作用C.强相互作用D.电磁相互作用6.以下哪一项天文观测结果，不能作为暗物质存在的有效证据A.旋涡星系的旋转曲线异常B.宇宙微波背景辐射的功率谱分布C.星系团的引力透镜效应D.星系光谱的哈勃红移7.天文学家观测旋涡星系旋转曲线时，发现远离星系中心的恒星运动速度存在明显异常，该异常指的是A.观测到的恒星运动速度远低于仅考虑可见物质引力的理论预测值，说明星系存在质量缺失B.观测到的恒星运动速度远高于仅考虑可见物质引力的理论预测值，说明星系存在额外不可见质量C.观测到的恒星运动速度和理论预测值完全一致，没有异常D.观测到的恒星运动速度随机波动，没有明显规律8.当前暗物质探测领域公认的三类主流探测方法不包括以下哪一种A.直接探测：探测暗物质粒子与探测器靶原子核碰撞产生的反冲信号B.间接探测：探测暗物质粒子湮灭或衰变产生的普通粒子信号C.对撞机探测：在高能粒子对撞实验中寻找产生暗物质粒子留下的信号D.引力波探测：通过黑洞合并产生的引力波信号捕捉暗物质存在痕迹9.我国位于四川锦屏地下实验室开展的大型暗物质直接探测实验项目是A.PandaX（熊猫X）实验B.LUX实验C.XENON1T实验D.ATLAS实验10.以下哪一种天体不属于暗物质的候选者范畴A.原初黑洞B.晕族大质量致密天体（MACHO）C.普通中子星D.轴子星11.1998年，哪一项标志性天文观测结果，从星系团尺度进一步验证了暗物质的存在，对修正牛顿动力学理论提出了强挑战A.银河系旋转曲线观测B.子弹星系团观测C.哈勃望远镜深空观测D.宇宙微波背景辐射探测12.根据当前ΛCDM宇宙学标准模型，主流观点认为暗物质属于哪一类A.热暗物质（脱耦时运动速度接近光速）B.冷暗物质（脱耦时运动速度远低于光速）C.温暗物质（脱耦时运动速度介于冷热暗物质之间）D.超光速暗物质13.以下关于暗物质和暗能量的描述，正确的是A.暗物质就是暗能量，只是同一概念的不同叫法B.暗物质和暗能量都产生引力吸引效应，共同推动宇宙膨胀C.暗物质产生引力吸引效应，暗能量产生斥力效应，推动宇宙加速膨胀D.暗物质全部由黑洞构成，暗能量全部由真空能构成14.悟空号暗物质粒子探测卫星的核心科学目标是A.探测暗物质粒子与靶原子核碰撞产生的反冲信号B.观测暗物质湮灭或衰变产生的高能电子、伽马射线等宇宙线信号C.在对撞实验中寻找暗物质粒子产生的丢失能量信号D.通过观测引力透镜畸变直接绘制暗物质分布图15.如果暗物质粒子是轴子，那么当前最有可能探测到轴子信号的实验装置类型是A.地下大型液氙探测器B.强磁场环境下的微波谐振腔探测器C.空间高能伽马射线望远镜D.大型强子对撞机16.修正牛顿动力学（MOND）理论的核心观点是A.不存在暗物质，仅需要修改牛顿引力定律就可以解释所有观测到的引力异常现象B.暗物质全部由冷的弱相互作用大质量粒子构成C.暗物质就是轴子，不存在其他候选者D.暗物质不参与除引力外的任何相互作用17.宇宙原初核合成理论结合观测结果，对哪一类暗物质给出了严格的上限限制，证明大部分暗物质不是这类暗物质A.重子暗物质B.非重子暗物质C.冷暗物质D.温暗物质18.暗物质直接探测实验需要在地下深处开展的核心原因是A.地下温度更低，探测器更容易降温B.地下岩石可以屏蔽宇宙线本底，避免本底信号掩盖暗物质碰撞的微弱信号C.地下暗物质密度更高，更容易碰撞D.地下实验室建设成本更低19.截至2025年，全球所有暗物质探测实验得到的主流结论是A.已经明确发现了暗物质粒子的确定性信号，完全弄清了暗物质的本质B.尚未发现暗物质粒子的确定性信号，但已经排除了一大批候选粒子的参数空间，缩小了探测范围C.已经明确证明暗物质不存在，修正牛顿动力学理论完全正确D.已经确认暗物质就是中微子，所有观测都符合中微子暗物质预测20.暗物质概念最初是在哪个尺度的天文观测中被提出的A.太阳系尺度B.星系团尺度C.银河系尺度D.整个可观测宇宙尺度二、多项选择题（每题3分，共10题，满分30分，多选、少选、错选均不得分）1.根据现有观测结论，暗物质的核心基本性质包括以下哪几项A.不参与电磁相互作用，无法通过电磁波直接观测，因此是“暗”的B.参与引力相互作用，能够通过引力效应被观测到C.具有静止质量，能够产生引力吸引效应D.运动速度超过光速，因此人类探测器无法捕捉2.当前主流的暗物质粒子候选者包括以下哪几种A.弱相互作用大质量粒子（WIMP）B.轴子C.原初黑洞D.惰性中微子3.能够证明暗物质存在的观测证据包括以下哪几项A.旋涡星系的旋转曲线异常B.星系团的质量测量结果：动力学质量远大于光度质量C.子弹星系团的引力透镜观测结果D.宇宙微波背景辐射的功率谱分布4.我国已开展和计划开展的暗物质相关探测项目包括以下哪几项A.悟空号暗物质粒子探测卫星B.四川锦屏地下实验室PandaX暗物质直接探测实验C.四川锦屏地下实验室CDEX暗物质直接探测实验D.中国空间站巡天空间望远镜暗物质观测项目5.当前暗物质探测的三类主流核心方法包括以下哪几项A.直接探测B.间接探测C.对撞机探测D.引力波探测6.以下关于冷暗物质模型的描述，正确的有A.冷暗物质是当前宇宙学标准模型ΛCDM的核心组成部分B.冷暗物质模型完美解释了宇宙大尺度结构的形成过程和观测结果C.冷暗物质模型在星系小尺度上仍存在未解决的问题，如尖点问题、卫星星系缺失问题D.冷暗物质模型已经被观测证伪，被温暗物质模型完全取代7.子弹星系团的观测结果为什么被认为是暗物质存在的强证据，以下说法正确的有A.子弹星系团由两个高速碰撞的星系团合并形成，普通重子物质因为参与电磁相互作用，碰撞后会发生摩擦减速，集中在碰撞中心区域B.引力透镜观测结果显示，星系团的大部分质量并不集中在碰撞中心的普通物质区域，而是分布在碰撞前后两个分离的区域C.观测结果符合暗物质不参与电磁相互作用，碰撞过程中不会减速，能够和普通物质分离的预测D.子弹星系团观测直接拍到了暗物质的光学图像，证明暗物质存在8.以下关于晕族大质量致密天体（MACHO）的描述，正确的有A.MACHO属于重子暗物质的候选者，由普通重子物质构成B.MACHO包括棕矮星、红矮星、不发光的致密气体云、原初黑洞等天体C.微引力透镜观测结果已经证明，MACHO只占银河系暗物质总量的很小一部分，不可能是暗物质的主要成分D.MACHO是银河系暗物质的主要组成部分，已经被观测证实9.以下关于暗物质和反物质的描述，错误的有A.暗物质就是反物质，只是名称不同B.反物质参与电磁相互作用，能够被直接观测，暗物质不参与电磁相互作用C.反物质和普通物质相遇会发生湮灭释放能量，暗物质不会和普通物质发生大规模湮灭D.暗物质的质量都是负质量，反物质的质量是正质量10.当前暗物质研究领域尚未解决的核心科学问题包括以下哪几项A.暗物质的本质是什么，由什么粒子或天体构成B.暗物质除了引力相互作用外，是否存在其他相互作用C.暗物质在宇宙中的分布规律是什么，是否存在自相互作用D.暗物质是否能够解释星系旋转曲线的异常现象三、判断题（每题1分，共10题，满分10分）1.暗物质就是黑洞，所有暗物质都是由不同质量的黑洞构成的。（）2.暗物质不参与任何相互作用，因此人类永远不可能探测到暗物质。（）3.子弹星系团观测是目前支持暗物质存在、排除修正引力理论解释的最直观观测证据之一。（）4.我国四川锦屏地下实验室是目前世界上最深的地下实验室之一，2400米的岩石覆盖可以有效屏蔽宇宙线本底，是开展暗物质直接探测实验的理想场所。（）5.暗物质和暗能量都是不可观测的，因此本质上是同一种物质的不同表述。（）6.弗里茨·兹威基1933年研究后发星系团时提出了暗物质的概念，当时他就已经探测到了暗物质粒子的直接信号。（）7.冷暗物质模型符合所有已有的天文观测结果，不存在任何未解决的问题。（）8.悟空号暗物质粒子探测卫星在1.4TeV附近发现了高能电子流量的异常超出，该异常可能与暗物质湮灭有关，但目前尚未得到确认。（）9.暗物质只分布在星系的外围区域，星系中心不存在暗物质。（）10.截至目前人类还没有发现暗物质粒子的确定性直接信号，因此暗物质不存在。（）四、简答题（每题10分，共2题，满分20分）1.简述暗物质概念的提出过程，并列举至少三项暗物质存在的核心观测证据。2.简述当前暗物质探测的三类主流方法，并分别说明其基本原理。参考答案及解析一、单项选择题参考答案1.B2.B3.C4.A5.D6.D7.B8.D9.A10.C11.B12.B13.C14.B15.B16.A17.A18.B19.B20.B解析：1.普朗克卫星2018年最终观测数据显示，普通重子物质占宇宙总质能的4.9%，暗物质占26.8%（约27%），暗能量占68.3%（约68%），因此正确答案为B。2.1933年瑞士天文学家弗里茨·兹威基研究后发星系团的质量时，发现动力学质量是光度质量的100倍以上，因此首次提出了星系团中存在大量不可见物质的猜想，即暗物质概念，因此正确答案为B。3.弱相互作用大质量粒子（WIMP）因为符合“弱相互作用、大质量、热遗迹”的天然预测，长期是暗物质粒子的头号主流候选，近年来轴子虽然热度上升，但基础科普中仍将WIMP作为核心主流候选，因此正确答案为C。4.我国2015年发射的悟空号暗物质粒子探测卫星是我国第一个专门的暗物质探测空间项目，因此正确答案为A。5.暗物质的核心性质就是不参与电磁相互作用，因此无法发出或吸收电磁波，不能被直接观测，但是参与引力相互作用，可能参与弱相互作用，因此正确答案为D。6.哈勃红移是宇宙膨胀的观测证据，和暗物质存在没有直接关系，不能作为暗物质的证据，因此正确答案为D。7.根据牛顿引力，远离星系中心的恒星轨道上的引力随距离增大而减小，恒星运动速度应该随距离增大而降低，但实际观测发现速度几乎保持不变，远高于理论预测，说明存在额外的不可见质量，因此正确答案为B。8.当前暗物质探测的三类主流方法是直接探测、间接探测、对撞机探测，引力波探测目前只是新兴研究方向，不属于公认的三类主流方法，因此正确答案为D。9.PandaX（熊猫X）实验是我国牵头在锦屏地下实验室开展的大型暗物质直接探测实验，LUX、XENON1T是欧美实验，ATLAS是大型强子对撞机的实验，因此正确答案为A。10.普通中子星是由普通重子物质构成的，质量已经算在可见物质的总量中，不属于暗物质候选者，因此正确答案为C。11.1998年，后续2004年更高精度观测公布的子弹星系团观测结果显示，星系团总质量分布和普通物质分布分离，完美符合暗物质的预测，对修正牛顿动力学提出了强挑战，是暗物质存在的标志性证据，因此正确答案为B。12.ΛCDM中的CDM就是冷暗物质（ColdDarkMatter）的缩写，主流观点认为暗物质是冷暗物质，因此正确答案为B。13.暗物质和暗能量是两种完全不同的成分，暗物质产生引力吸引，暗能量产生斥力推动宇宙加速膨胀，因此正确答案为C。14.悟空号是空间间接探测实验，核心科学目标就是观测宇宙线中的高能电子、伽马射线，寻找暗物质湮灭衰变的信号，因此正确答案为B。15.轴子在强磁场环境下会发生相干转化，变成可观测的光子信号，因此强磁场微波谐振腔是探测轴子的核心装置，代表性实验如美国的ADMX实验，因此正确答案为B。16.修正牛顿动力学（MOND）是修正引力理论的代表，核心观点就是不存在暗物质，只需要修改低加速度下的引力定律就可以解释观测到的引力异常，因此正确答案为A。17.原初核合成理论预测，宇宙中重子物质的总量只有不到5%，远低于暗物质的27%，因此证明大部分暗物质不是重子暗物质，对重子暗物质给出了严格限制，因此正确答案为A。18.地面上的宇宙线本底很强，会掩盖暗物质粒子碰撞靶核产生的微弱反冲信号，地下深处的岩石可以屏蔽99%以上的宇宙线本底，因此直接探测实验都建在地下，正确答案为B。19.截至2025年，全球所有实验都没有发现暗物质粒子的确定性信号，但是已经排除了WIMP等候选者的很大一部分参数空间，不断缩小探测范围，并没有证明暗物质不存在，因此正确答案为B。20.1933年兹威基是研究后发星系团（星系团尺度）提出的暗物质概念，因此正确答案为B。二、多项选择题参考答案1.ABC2.ABCD3.ABCD4.ABCD5.ABC6.ABC7.ABC8.ABD9.AD10.ABC解析：1.暗物质的运动速度远低于光速，因此D错误，ABC都是暗物质经过观测验证的核心性质，正确。2.四种都是当前学术界公认的主流暗物质候选者，只是质量范围和性质不同，因此全选。3.四项都是暗物质存在经过验证的核心观测证据，覆盖了从星系到宇宙不同尺度，因此全选。4.四项都是我国已开展或计划开展的暗物质探测项目，悟空号已经运行多年产出多个重要成果，PandaX和CDEX已经在锦屏运行多年，是我国直接探测的核心项目，巡天空间望远镜也会通过引力透镜观测研究暗物质分布，因此全选。5.三类主流方法是直接探测、间接探测、对撞机探测，引力波探测目前只是交叉研究方向，不属于公认的核心主流方法，因此ABC正确。6.冷暗物质模型并没有被证伪，小尺度存在的问题可以通过引入暗物质自相互作用等方式修正，并未被温暗物质完全取代，因此D错误，ABC正确。7.暗物质不参与电磁相互作用，不会发出可见光，因此不可能拍到光学图像，D错误，ABC正确。8.微引力透镜观测证明MACHO只占银河系暗物质总量的不到20%，不可能是暗物质的主要成分，因此C错误，ABD正确。9.暗物质和反物质是完全不同的概念，反物质也是普通物质的一种，而暗物质质量也是正质量，因此AD描述错误，符合题意，正确答案为AD。10.星系旋转曲线的异常已经是公认的观测事实，学术界没有争议，争议在于异常的原因是暗物质还是修正引力，不是异常本身是否存在，因此D错误，ABC都是当前暗物质领域尚未解决的核心科学问题，正确。三、判断题参考答案1.×2.×3.√4.√5.×6.×7.×8.√9.×10.×解析：1.恒星级黑洞和超大质量黑洞都是普通重子物质构成，原初黑洞只是暗物质的候选者之一，观测证明即使所有原初黑洞加起来也只占暗物质总量的极小一部分，不是暗物质的全部，因此错误。2.暗物质参与引力相互作用，多数模型认为暗物质还参与弱相互作用，因此可以通过多种方法探测，不是不参与任何相互作用，因此错误。3.子弹星系团观测中质量和普通物质的分离无法用修正引力理论解释，是目前支持暗物质存在的最直观观测证据之一，因此正确。4.锦屏地下实验室垂直岩石覆盖深度2400米，是目前世界上最深的地下实验室之一，宇宙线本底仅为地面的亿分之一，非常适合开展低本底的暗物质直接探测实验，因此正确。5.暗物质是有质量的物质成分，产生引力吸引，暗能量是均匀分布的能量成分，产生斥力推动宇宙加速膨胀，二者性质完全不同，不是同一概念，因此错误。6.兹威基只是通过星系运动的动力学效应推断出暗物质存在，并没有探测到暗物质粒子的任何直接信号，因此错误。7.冷暗物质模型在星系等小尺度上存在尖点问题、卫星星系缺失问题等多个未解决的观测矛盾，因此错误。8.悟空号2017年首次发布成果就在1.4TeV附近发现了高能电子流量的异常超出，该异常目前没有明确的天体物理解释，可能和暗物质湮灭有关，尚未得到确认，因此正确。9.暗物质以暗物质晕的形式整体包裹星系，从星系中心到外围都分布有暗物质，只是暗物质的占比随半径增大而升高，中心区域可见物质占比更高，但并非没有暗物质，因此错误。10.没有找到暗物质粒子的直接信号不代表暗物质不存在，目前从星系到宇宙尺度的大量引力观测都已经证实了暗物质的存在，只是还没有找到它的粒子本质，因此错误。四、简答题参考答案1.暗物质概念提出过程：1933年瑞士天文学家弗里茨·兹威基研究后发星系团的动力学质量时，发现通过星系运动速度计算出的总质量，远大于通过可见物质光度计算出的质量，质量差达到100倍以上，因此首次提出星系团中存在大量不可见的物质，将其命名为暗物质。1970年代，女天文学家薇拉·鲁宾系统观测了近百个旋涡星系的旋转曲线，发现几乎所有旋涡星系远离中心的恒星运动速度都远高于仅考虑可见物质的理论预测，进一步确认了暗物质存在的证据，暗物质概念逐渐被学术界广泛接受。核心观测证据（任意答对三项