2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——星際空間中的行星狀星云考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。每題2分，共20分）1.下列哪一項是區(qū)分行星狀星云和行星狀星云中央星的主要依據(jù)？A.發(fā)射線的類型B.亮度C.物理尺寸D.化學成分2.行星狀星云通常呈現(xiàn)較短的壽命，其主要原因是？A.自身質(zhì)量巨大B.被附近大質(zhì)量恒星的輻射快速蒸發(fā)C.核心溫度持續(xù)快速升高D.壽命本身就是一個相對較短的宇宙時間尺度3.在行星狀星云的典型光譜中，哪一條發(fā)射線最為顯著，常被用作研究其物理性質(zhì)？A.HβB.OIIIC.HαD.HeI4.行星狀星云的環(huán)狀或球狀結(jié)構(gòu)主要是由什么物理過程主導形成的？A.星際磁場的約束B.中央星風與星云內(nèi)部氣流的相互作用C.雙星系統(tǒng)的引力擾動D.星云自身初始密度的均勻分布5.與新星的爆發(fā)相比，行星狀星云的形成通常涉及？A.更劇烈的核爆炸B.更高的初始恒星質(zhì)量C.恒星核心的最終坍縮成黑洞D.恒星外層物質(zhì)被恒星風緩慢剝離6.觀測到行星狀星云主要是由于其內(nèi)部高度電離的氣體發(fā)出光，這種現(xiàn)象在物理學上被稱為？A.散射B.反射C.發(fā)射光譜D.吸收光譜7.行星狀星云中的塵埃通常對可見光具有強烈的吸收和散射作用，這主要影響了觀測的哪個方面？A.提高了星云的整體亮度B.導致星云中心區(qū)域看起來異常明亮C.限制了觀測的有效距離D.使星云呈現(xiàn)出獨特的顏色8.下列哪個天體被認為是行星狀星云最終的演化產(chǎn)物？A.超新星遺跡B.中子星C.行星狀星云本身（會持續(xù)變化）D.白矮星9.某個行星狀星云的中央星展現(xiàn)出明顯的雙星性質(zhì)，這對星云的形態(tài)可能會產(chǎn)生什么影響？A.幾乎不產(chǎn)生影響B(tài).可能導致星云形態(tài)呈現(xiàn)非對稱性C.一定會形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)D.會顯著縮短星云的壽命10.行星狀星云的研究對于理解星際介質(zhì)中哪種元素的豐度演化具有重要意義？A.氫B.氦C.重元素（如碳、氧、氮等）D.鈾二、填空題（請將答案填寫在橫線上。每空2分，共20分）1.行星狀星云主要由被恒星風拋出的______和______組成。2.行星狀星云的典型壽命大約是______。3.觀測行星狀星云時，常用的“眼睛”波段通常指的是______波段。4.導致行星狀星云內(nèi)部氣體膨脹的主要能量來源是______。5.中央星在行星狀星云演化后期會變成______。6.行星狀星云光譜中常見的OIII線來自于______原子中的電子從n=3能級躍遷到n=2能級時發(fā)出的光子。7.除了氣體，行星狀星云中也含有少量固態(tài)的______。8.蟹狀星云（CrabNebula）實際上是______的遺骸，而非行星狀星云。9.行星狀星云的觀測通常需要使用______（望遠鏡類型）來克服大氣的影響。10.影響行星狀星云觀測的“距離階梯”問題，指的是從近到遠觀測時，星云的______和______都會發(fā)生變化。三、名詞解釋（請為下列術(shù)語提供簡潔、準確的定義。每題4分，共20分）1.行星狀星云（PlanetaryNebula）2.恒星風（StellarWind）3.電離區(qū)（IonizationRegion）4.徑向速度（RadialVelocity）5.白矮星（WhiteDwarf）四、簡答題（請簡要回答下列問題。每題5分，共20分）1.簡述行星狀星云的形成過程。2.為什么說觀測到的行星狀星云主要是其“死亡”階段的產(chǎn)物？3.簡要說明Hα發(fā)射線在行星狀星云研究中的重要性。4.列舉至少三種不同形態(tài)的行星狀星云，并簡述其形態(tài)特征。五、論述題（請結(jié)合所學知識，深入探討下列問題。共20分）討論行星狀星云在研究恒星演化和星際介質(zhì)演化中的作用。它們提供了哪些關(guān)鍵信息？存在哪些主要的觀測和研究挑戰(zhàn)？試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.B5.D6.C7.C8.D9.B10.C二、填空題1.氣體，塵埃2.十萬年3.可見光4.中央星的輻射（或恒星風）5.白矮星6.氧7.塵埃8.超新星遺跡9.干涉儀（或自適應(yīng)光學系統(tǒng)，或大型望遠鏡）10.視星等，顏色三、名詞解釋1.行星狀星云（PlanetaryNebula）：演化晚期的低至中等質(zhì)量恒星在生命末期，核心成為白矮星時，向星際空間拋射出的富含重元素的行星狀星云狀包層，由高度電離的氣體和少量塵埃組成。2.恒星風（StellarWind）：恒星（特別是中晚期和晚期恒星）從其表面持續(xù)向外吹出的由等離子體粒子組成的稀薄流。3.電離區(qū)（IonizationRegion）：由一個強光源（如恒星）產(chǎn)生的輻射足夠強，能夠使周圍中性氣體原子失去電子而形成離子化的區(qū)域。4.徑向速度（RadialVelocity）：天體相對于觀測者的視線方向，沿著視線方向（即徑向）的運動速度。5.白矮星（WhiteDwarf）：恒星核心在耗盡燃料后，發(fā)生引力坍縮，外層物質(zhì)被拋射出去后，留下的致密、高溫、但體積很小的恒星殘骸。四、簡答題1.簡述行星狀星云的形成過程。答：行星狀星云的形成發(fā)生在低至中等質(zhì)量恒星（初始質(zhì)量通常小于8-10倍太陽質(zhì)量）的演化晚期。當恒星核心的氫燃料耗盡后，核心會收縮并升溫，點燃外層的氦核燃燒。強大的能量增加導致外層物質(zhì)被強烈的風（恒星風）不斷拋射出去，形成包圍著核心的星云包層。同時，核心自身逐漸冷卻、收縮，最終成為一顆白矮星。來自白矮星的強烈紫外輻射電離了被拋出的氣體，使其發(fā)出可見光，形成了我們觀測到的行星狀星云。2.為什么說觀測到的行星狀星云主要是其“死亡”階段的產(chǎn)物？答：行星狀星云本身是恒星生命末期向外拋射的物質(zhì)形成的。它的存在依賴于來自內(nèi)部（白矮星）的紫外輻射來維持氣體的電離狀態(tài)。一旦白矮星的輻射減弱或停止，或者拋射的物質(zhì)擴散、重新復合，行星狀星云就會迅速消失。相對于恒星整體的演化歷史（如主序階段長達數(shù)十億年），行星狀星云的壽命非常短（僅十萬年量級），因此觀測到的是它們相對較短的“死亡”或“臨終”階段。3.簡要說明Hα發(fā)射線在行星狀星云研究中的重要性。答：Hα是氫原子巴爾末系的第一條譜線，波長為656.3納米。在行星狀星云中，由于中央星的強烈紫外輻射，其核心區(qū)域的氫氣被高度電離。隨著離核心距離的增加，紫外輻射強度減弱，氣體逐漸重新復合。Hα發(fā)射線主要形成在復合區(qū)的邊緣，即電子密度和溫度發(fā)生顯著變化的區(qū)域。因此，觀測Hα譜線的強度、分布和形態(tài)，可以反推行星狀星云的電子密度、溫度結(jié)構(gòu)、膨脹速度以及物質(zhì)密度分布等關(guān)鍵物理參數(shù)。4.列舉至少三種不同形態(tài)的行星狀星云，并簡述其形態(tài)特征。答：*環(huán)狀（Ring）或殼層狀（Shell-like）：最常見的形態(tài)，通常呈現(xiàn)對稱的環(huán)狀或近似球殼狀。氣體分布相對均勻，膨脹速度和密度也可能比較均勻。*發(fā)射線星云（Emission-lineNebula）：主要呈現(xiàn)為明亮的發(fā)射線區(qū)域，形態(tài)多樣，有時邊界模糊，常顯示出復雜的精細結(jié)構(gòu)，如絲狀、泡沫狀等。通常對稱性較差。*菊花狀（Doughnut）或扁盤狀（Disk）：呈現(xiàn)出類似扁平圓環(huán)或“菊花”展開的形態(tài)。通常認為這是由于中央雙星系統(tǒng)引起的不對稱物質(zhì)拋射或磁場作用導致的。五、論述題討論行星狀星云在研究恒星演化和星際介質(zhì)演化中的作用。它們提供了哪些關(guān)鍵信息？存在哪些主要的觀測和研究挑戰(zhàn)？答：行星狀星云在研究恒星演化和星際介質(zhì)演化中扮演著至關(guān)重要的角色。提供的關(guān)鍵信息：1.晚期恒星演化階段的樣本：行星狀星云是低至中等質(zhì)量恒星生命末期的一個直接產(chǎn)物。觀測行星狀星云的結(jié)構(gòu)、化學成分、膨脹速度等，可以提供關(guān)于恒星在紅巨星階段和白矮星階段之前的行為、核心演化和外部物質(zhì)拋射過程的直接證據(jù)。例如，通過分析星云的化學元素豐度，可以反推拋射物質(zhì)時恒星大氣和內(nèi)部的條件。2.星際介質(zhì)的化學豐度演化：行星狀星云是合成和返回星際介質(zhì)中重元素（比氫和氦重的元素）的重要場所。恒星在生命末期通過風和星云的形成，將其內(nèi)部合成的重元素（在主序階段及之前通過核聚變產(chǎn)生）釋放到星際空間。通過研究不同年齡、不同初始質(zhì)量的行星狀星云的化學組成，可以了解重元素在宇宙中的分布歷史和豐度演化規(guī)律，這對于理解早期宇宙化學演化和星系形成過程至關(guān)重要。3.恒星初始質(zhì)量函數(shù)的標定：行星狀星云的觀測數(shù)量遠多于其他晚型恒星階段的天體，這使得天文學家能夠更精確地估計特定區(qū)域內(nèi)恒星形成的總速率，并據(jù)此推斷形成恒星的初始質(zhì)量函數(shù)（IMF），即不同質(zhì)量恒星的初始形成比例。主要的觀測和研究挑戰(zhàn)：1.有限的生命周期：行星狀星云壽命短（十萬年量級），相對于宇宙年齡來說非常短暫。這意味著它們僅在局部星團或星系內(nèi)形成，觀測距離通常較遠，導致分辨率降低，且觀測窗口期有限。2.觀測的“距離階梯”問題：隨著觀測距離的增加，來自遙遠星云的光線會被星際塵埃散射和吸收，導致星云的視星等變暗、顏色變紅、分辨率降低，并且難以區(qū)分星云本身與背景星光或塵埃。同時，星云的內(nèi)部物理參數(shù)（如溫度、密度）隨距離的變化也會影響觀測結(jié)果。3.星際塵埃的影響：許多行星狀星云位于富含塵埃的區(qū)域，星際塵埃會嚴重遮擋來自星云內(nèi)部的光，特別是可見光，使得觀測中央星和星云內(nèi)部細節(jié)變得困難。需要利用紫外、紅外或射電波段進行觀測，或者使用大型望遠鏡配合特殊技