天文漫談考試題目和答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于太陽系行星的描述中，錯(cuò)誤的是：A.金星自轉(zhuǎn)方向與公轉(zhuǎn)方向相反（逆向自轉(zhuǎn)）B.火星極冠主要成分為水冰與二氧化碳冰C.木星大紅斑是持續(xù)數(shù)百年的低壓氣旋風(fēng)暴D.土星環(huán)主要由水冰顆粒和少量巖石碎片構(gòu)成答案：C（木星大紅斑是高壓反氣旋風(fēng)暴）2.恒星光譜型“OBAFGKM”的排序依據(jù)是：A.質(zhì)量由大到小B.表面溫度由高到低C.光度由強(qiáng)到弱D.年齡由老到新答案：B（O型星表面溫度最高，約3萬K以上；M型星最低，約20003500K）3.以下哪項(xiàng)不是宇宙微波背景輻射（CMB）的特征？A.各向同性（微小漲落約10??）B.譜型接近絕對(duì)黑體輻射C.溫度約為2.725KD.主要由恒星演化晚期的拋射物質(zhì)產(chǎn)生答案：D（CMB是大爆炸后約38萬年的殘留輻射）4.關(guān)于超新星的分類，正確的是：A.Ia型超新星由大質(zhì)量恒星核心坍縮引發(fā)B.II型超新星的光譜中含氫線，前身星多為紅超巨星C.超新星爆發(fā)后必然形成黑洞D.超新星遺跡中不可能觀測到脈沖星答案：B（Ia型源于白矮星吸積超過錢德拉塞卡極限，II型因核心坍縮且保留外層氫）5.以下關(guān)于月球的描述，正確的是：A.月球的質(zhì)量約為地球的1/81B.月球表面的環(huán)形山主要由火山活動(dòng)形成C.月球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期不同步D.月球沒有大氣層是因?yàn)槠浔砻鏈囟冗^高答案：A（月球質(zhì)量約7.35×1022kg，地球約5.97×102?kg，比值約1/81；環(huán)形山主要由撞擊形成；自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)同步；無大氣因引力弱無法束縛氣體）6.太陽活動(dòng)極大年時(shí)，最可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是：A.日冕物質(zhì)拋射（CME）頻率降低B.地球電離層擾動(dòng)減弱C.極光現(xiàn)象在中低緯度更易觀測D.太陽黑子數(shù)量減少答案：C（太陽活動(dòng)極大年黑子、耀斑、CME頻發(fā)，電離層受擾動(dòng)增強(qiáng)，極光范圍擴(kuò)大）7.以下哪項(xiàng)是暗物質(zhì)存在的關(guān)鍵證據(jù)？A.星系旋轉(zhuǎn)曲線顯示外圍恒星公轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)高于可見物質(zhì)引力所能維持的速度B.宇宙微波背景輻射的溫度漲落C.超新星爆發(fā)的光度距離與紅移關(guān)系D.太陽系行星軌道的精確測量答案：A（星系旋轉(zhuǎn)曲線異常表明存在未觀測到的質(zhì)量，即暗物質(zhì)）8.關(guān)于類星體（Quasar），正確的描述是：A.類星體是年老的紅巨星B.類星體的能量主要來自核裂變C.類星體的紅移通常較?。▃<0.1）D.類星體是活動(dòng)星系核（AGN）的一種，中心為超大質(zhì)量黑洞答案：D（類星體是遙遠(yuǎn)的活動(dòng)星系核，中心黑洞吸積物質(zhì)釋放巨大能量，紅移可達(dá)z>6）9.以下關(guān)于脈沖星的說法，錯(cuò)誤的是：A.脈沖星是快速自轉(zhuǎn)的中子星B.脈沖周期穩(wěn)定，可用于計(jì)時(shí)C.脈沖信號(hào)由磁極區(qū)的高能粒子輻射產(chǎn)生D.所有中子星都會(huì)表現(xiàn)為脈沖星答案：D（僅當(dāng)磁軸與自轉(zhuǎn)軸不共線時(shí)，輻射束掃過地球才成為脈沖星）10.可觀測宇宙的邊界由以下哪種因素決定？A.宇宙膨脹速度超過光速的區(qū)域B.恒星形成的最早時(shí)間（約1億年）C.地球望遠(yuǎn)鏡的觀測極限D(zhuǎn).大爆炸以來光傳播的最遠(yuǎn)距離答案：D（可觀測宇宙半徑約465億光年，由光在138億年宇宙年齡中可傳播的距離及宇宙膨脹效應(yīng)共同決定）二、填空題（每空1分，共20分）1.太陽的主要成分是________（約73%）和________（約25%），其余為重元素。答案：氫；氦2.地球磁層的“磁層頂”是太陽風(fēng)與地球磁場平衡的界面，距離地心約________個(gè)地球半徑。答案：103.脈沖星的本質(zhì)是________，其密度約為________g/cm3（數(shù)量級(jí)）。答案：快速自轉(zhuǎn)的中子星；101?4.奧爾特云（OortCloud）是太陽系外圍的彗星庫，主要分布在距離太陽________天文單位（AU）的球狀區(qū)域。答案：5萬10萬5.類星體的高能輻射主要來自中心超大質(zhì)量黑洞周圍的________，其中物質(zhì)因________釋放引力能。答案：吸積盤；摩擦生熱6.恒星演化到末期，若質(zhì)量小于________（約1.4倍太陽質(zhì)量），會(huì)形成白矮星；若質(zhì)量介于該值與________（約3倍太陽質(zhì)量）之間，會(huì)形成中子星；更大質(zhì)量則坍縮為黑洞。答案：錢德拉塞卡極限；奧本海默沃爾科夫極限7.赫羅圖（HR圖）的橫坐標(biāo)是________，縱坐標(biāo)是________。主序星在圖中沿對(duì)角線分布，反映其核心________的狀態(tài)。答案：光譜型（或表面溫度）；光度（或絕對(duì)星等）；氫聚變8.Ia型超新星的前身星通常是________（類型）與________（伴星類型）組成的雙星系統(tǒng)，當(dāng)白矮星吸積物質(zhì)超過錢德拉塞卡極限時(shí)爆發(fā)。答案：白矮星；主序星（或紅巨星）9.引力透鏡效應(yīng)的理論基礎(chǔ)是________，其觀測證實(shí)了大質(zhì)量天體對(duì)時(shí)空的彎曲作用。答案：廣義相對(duì)論10.目前可觀測宇宙的半徑約為________億光年，其邊界隨宇宙膨脹________（擴(kuò)大/縮?。?。答案：465；擴(kuò)大三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述類地行星（如水星、地球）與類木行星（如木星、土星）的主要差異。答案：類地行星體積?。ǖ厍蛑睆郊s1.27萬km，木星約14萬km）、質(zhì)量?。ǖ厍蚣s6×102?kg，木星約1.9×102?kg）、密度高（地球5.5g/cm3，木星1.3g/cm3），主要由巖石和金屬構(gòu)成；類木行星體積大、質(zhì)量大、密度低，主要由氫、氦等輕元素組成，無固態(tài)表面，擁有眾多衛(wèi)星和行星環(huán)（如土星環(huán)）。軌道位置上，類地行星靠近太陽（<5AU），類木行星遠(yuǎn)離太陽（>5AU），這與太陽星云盤溫度梯度導(dǎo)致的物質(zhì)分餾有關(guān)（內(nèi)側(cè)高溫區(qū)僅巖質(zhì)物質(zhì)凝聚，外側(cè)低溫區(qū)可凝聚冰和氣體）。2.解釋為何月球始終以同一面朝向地球（潮汐鎖定現(xiàn)象）。答案：月球與地球間存在引力梯度（潮汐力），地球?qū)υ虑蚪貍?cè)的引力大于遠(yuǎn)地側(cè)，導(dǎo)致月球內(nèi)部產(chǎn)生潮汐形變（長軸指向地球）。月球早期自轉(zhuǎn)速度快于公轉(zhuǎn)速度時(shí)，地球引力對(duì)形變的拖曳作用會(huì)產(chǎn)生力矩，逐漸減緩月球自轉(zhuǎn)。最終，月球自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期同步（約27.3天），使得同一面始終朝向地球。這一過程稱為潮汐鎖定，在天體系統(tǒng)中普遍存在（如冥王星與卡戎相互鎖定）。3.描述太陽活動(dòng)周期及其主要表現(xiàn)。答案：太陽活動(dòng)周期約11年（磁周期約22年），以太陽黑子數(shù)量的周期性變化為標(biāo)志?；顒?dòng)極大年時(shí)，黑子數(shù)量多、面積大，且分布緯度向赤道移動(dòng)（“斯玻勒定律”）；同時(shí)伴隨耀斑（色球?qū)油蝗辉隽粒尫鸥吣芰Ｗ樱?、日珥（色球?qū)拥牡入x子體噴發(fā)）、日冕物質(zhì)拋射（CME，大量帶電粒子被拋入行星際空間）等現(xiàn)象?；顒?dòng)極小年時(shí)，黑子稀少，太陽表面相對(duì)平靜。太陽活動(dòng)周期與太陽內(nèi)部的磁場發(fā)電機(jī)效應(yīng)相關(guān)，其磁極性每11年反轉(zhuǎn)一次，形成22年的磁周期。4.分析恒星光譜分類的依據(jù)及其科學(xué)意義。答案：恒星光譜分類的主要依據(jù)是表面溫度（決定譜線的激發(fā)和電離狀態(tài)），次要依據(jù)是光度（影響譜線寬度）。標(biāo)準(zhǔn)分類為O（藍(lán)，3萬K以上）、B（藍(lán)白，1萬3萬K）、A（白，75001萬K）、F（黃白，60007500K）、G（黃，50006000K，如太陽）、K（橙，35005000K）、M（紅，20003500K）型，每型細(xì)分09級(jí)（如太陽為G2V）。光譜分類的科學(xué)意義在于：①推斷恒星表面溫度、光度、質(zhì)量（主序星質(zhì)量與光譜型相關(guān)）；②反映恒星大氣成分（如某些譜線缺失可能指示元素豐度異常）；③結(jié)合赫羅圖，可判斷恒星演化階段（如紅巨星光譜中分子譜線強(qiáng)，主序星則電離譜線強(qiáng)）。5.說明為何水星和金星沒有天然衛(wèi)星（或衛(wèi)星極少）。答案：水星和金星無天然衛(wèi)星的主要原因包括：①質(zhì)量小（水星質(zhì)量約地球5.5%，金星約81.5%），引力場弱，難以捕獲或維持衛(wèi)星；②距離太陽近，太陽的潮汐力強(qiáng)（潮汐力與距離立方成反比），會(huì)破壞行星周圍的“希爾球”（衛(wèi)星穩(wěn)定軌道的最大范圍），使可能的衛(wèi)星被太陽引力奪走或墜入行星；③太陽系早期的撞擊事件可能清除了原始衛(wèi)星（如水星可能經(jīng)歷大撞擊損失外層物質(zhì)，金星可能因高速自轉(zhuǎn)或大氣效應(yīng)影響衛(wèi)星形成）。相比之下，類木行星質(zhì)量大、希爾球范圍廣，更易捕獲小天體或通過吸積盤形成衛(wèi)星。四、論述題（每題15分，共30分）1.試述恒星演化的主要階段及其對(duì)應(yīng)的物理過程（以太陽質(zhì)量恒星為例）。答案：恒星演化始于巨分子云中的星云坍縮。①原恒星階段：星云因引力不穩(wěn)定坍縮，中心溫度升高（達(dá)10?K時(shí)啟動(dòng)氘聚變），形成旋轉(zhuǎn)的吸積盤，外部物質(zhì)持續(xù)落入，中心密度增大。②主序星階段：核心溫度達(dá)1500萬K時(shí)，啟動(dòng)氫聚變?yōu)楹さ馁|(zhì)子質(zhì)子鏈反應(yīng)（太陽），輻射壓與引力平衡，恒星穩(wěn)定存在（太陽主序階段約100億年，目前約45億年）。③紅巨星階段：核心氫耗盡，氫聚變轉(zhuǎn)移至殼層，核心因引力坍縮升溫（達(dá)1億K），啟動(dòng)氦聚變?yōu)樘嫉娜卅吝^程；外層膨脹冷卻，恒星體積增大（太陽紅巨星階段半徑將擴(kuò)展至地球軌道附近），表面溫度降低（呈紅色）。④行星狀星云與白矮星階段：氦聚變結(jié)束后，核心坍縮（碳氧核），外層物質(zhì)被拋射形成行星狀星云（如環(huán)狀星云M57）；剩余核心為白矮星（質(zhì)量≤1.4M☉），靠電子簡并壓抵抗引力，逐漸冷卻（最終成為黑矮星，但宇宙年齡不足使其未普遍存在）。對(duì)于大質(zhì)量恒星（>8M☉），演化路徑不同：主序階段通過碳氮氧循環(huán)聚變氫；紅超巨星階段依次聚變氦、碳、氧、氖、鎂、硅等，直至核心形成鐵核（鐵聚變吸能，無法支撐引力）；核心坍縮引發(fā)II型超新星爆發(fā)，外層物質(zhì)被拋射，核心若質(zhì)量1.43M☉則形成中子星（靠中子簡并壓支撐），若>3M☉則坍縮為黑洞。2.結(jié)合觀測證據(jù)，論述大爆炸宇宙學(xué)的主要理論框架及其支持依據(jù)。答案：大爆炸理論的核心是宇宙始于約138億年前的高溫高密度狀態(tài)，隨后不斷膨脹冷卻。其理論框架基于廣義相對(duì)論（描述時(shí)空演化）和粒子物理（描述早期基本粒子相互作用），主要預(yù)言包括：①宇宙膨脹：哈勃1929年觀測到星系紅移與距離成正比（哈勃定律v=H?d），表明宇宙在膨脹，反推過去存在一個(gè)致密的起點(diǎn)（奇點(diǎn)）。②輕元素豐度：大爆炸后3分鐘內(nèi)（原初核合成階段），溫度降至10?K，質(zhì)子與中子結(jié)合形成氘、氦4（占約25%質(zhì)量）、鋰7等輕元素，觀測到的宇宙氦豐度（約2425%）與理論預(yù)言一致，支持原初核合成的存在。③宇宙微波背景輻射（CMB）：大爆炸后約38萬年，溫度降至3000K，電子與原子核復(fù)合，光子脫耦成為自由傳播的背景輻射。1965年彭齊亞斯和威爾遜意外發(fā)現(xiàn)2.725K的微波輻射，其黑體譜（符合普朗克公式）和各向同性（微小漲落約10??）與大爆炸預(yù)言完全吻合，是最直接的證據(jù)。④大尺度結(jié)構(gòu)演化：CMB的溫度漲落