2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際星塵成因?qū)阈切螒B(tài)的作用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在星際云中，由于溫度下降導(dǎo)致水冰等物質(zhì)凍結(jié)在塵埃顆粒表面的過程，通常發(fā)生在星際云的哪個區(qū)域？A.靠近年輕OB星的高速恒星風(fēng)影響的區(qū)域B.中心密度極高、溫度迅速上升的區(qū)域C.距離中心恒星較遠(yuǎn)、溫度低于冰的凍結(jié)點的區(qū)域D.任何塵埃顆粒周圍，只要氣體密度足夠大2.以下哪種現(xiàn)象是星際塵埃顆粒在引力場和氣體拖曳力共同作用下發(fā)生的？A.產(chǎn)生米氏散射效應(yīng)B.在氣體中發(fā)生沉降，形成塵埃層C.吸收特定波長的紅外輻射，導(dǎo)致光譜出現(xiàn)暗帶D.由于輻射壓而向中心恒星加速運動3.原恒星盤中的塵埃顆粒通過碰撞和粘附作用，可以增長形成較大的顆粒，這個過程對原行星系統(tǒng)形成的關(guān)鍵意義在于？A.直接決定了恒星的最終質(zhì)量B.增加了盤內(nèi)氣體的密度，加速了恒星自身的收縮C.為更大質(zhì)量天體的形成提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)和引力籽核D.導(dǎo)致恒星光譜呈現(xiàn)強(qiáng)烈的紫外吸收線4.與沒有塵埃的星際云相比，富含星塵的星際云在引力坍縮形成原恒星的過程中，主要區(qū)別在于？A.坍縮發(fā)生的速度更快B.形成的原恒星初始角動量通常更大C.恒星形成的效率顯著降低D.容易被外部恒星風(fēng)完全吹散5.恒星光譜中觀測到的3.1微米水冰吸收特征，主要表明？A.恒星表面溫度約為3.1KB.恒星大氣中存在大量的水分子C.恒星周圍或其形成的盤中存在冰凍的水分子附著在塵埃表面D.恒星光譜受到星際氣體的嚴(yán)重散射6.塵埃通道（DustChannels）現(xiàn)象的形成，在動力學(xué)上主要歸因于？A.恒星風(fēng)對星際云的整體壓縮B.塵埃顆粒與氣體分子碰撞產(chǎn)生的定向力，導(dǎo)致氣體在塵埃周圍形成密度波C.恒星自轉(zhuǎn)對周圍氣體的剪切作用D.星際磁場對塵埃顆粒的聚集效應(yīng)7.以下哪項不是星塵表面化學(xué)作用對恒星形成和早期行星系統(tǒng)化學(xué)演化的重要貢獻(xiàn)？A.合成復(fù)雜的有機(jī)分子（如PAHs）B.作為氣體分子（如水、氨）的穩(wěn)定“冰庫”C.直接催化氣體相的核合成反應(yīng)D.促進(jìn)星際云中氦氣的凍結(jié)8.如果一個星際云區(qū)域富含大尺寸的星塵顆粒，那么該區(qū)域的氣體密度可能表現(xiàn)出？A.相對較高，因為大顆粒的拖曳力更強(qiáng)B.相對較低，因為大顆粒傾向于沉降并耗散角動量C.與顆粒尺寸無關(guān)，主要由氣體自身的引力決定D.產(chǎn)生劇烈的密度波振蕩9.基于對原恒星盤研究的認(rèn)識，可以推斷星塵的存在對形成行星的恒星有何影響？A.明顯增加恒星被行星捕獲的概率B.可能限制行星系統(tǒng)能夠形成的最大行星質(zhì)量C.使恒星更容易經(jīng)歷脈動變星階段D.導(dǎo)致恒星光譜中必然出現(xiàn)強(qiáng)烈的CaIIK線10.比較兩個由相同質(zhì)量星際云形成的恒星系統(tǒng)，系統(tǒng)A富含星塵，系統(tǒng)B貧星塵，可以預(yù)期？A.系統(tǒng)A形成的恒星質(zhì)量普遍大于系統(tǒng)BB.系統(tǒng)B形成的行星系統(tǒng)可能更加復(fù)雜多樣C.系統(tǒng)A的恒星光譜中紅外吸收線更強(qiáng)D.兩個系統(tǒng)形成的恒星光譜特征基本相同二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題號后的橫線上）11.星際塵埃顆粒對可見光具有強(qiáng)烈的________效應(yīng)，而對紅外輻射則表現(xiàn)出較強(qiáng)的________特性。12.引力坍縮過程中，塵埃顆粒由于受到氣體分子的拖曳力，會相對于氣體發(fā)生________運動，導(dǎo)致塵埃在垂直于引力方向上沉降。13.原恒星盤中，靠近中心恒星的區(qū)域塵埃顆粒容易蒸發(fā)，而在較外層區(qū)域則傾向于形成冰凍的________。14.星塵的存在改變了星際云的________分布，特別是通過________降低了上重氣體的密度，從而可能促進(jìn)引力坍縮的發(fā)生。15.探測星際塵埃的常用方法包括觀測其在紅外波段的________吸收特征和微波波段的________輻射。三、簡答題（每題5分，共20分）16.簡述恒星風(fēng)如何作為星際塵埃的一種重要成因。17.解釋星塵沉降對原恒星盤結(jié)構(gòu)的影響。18.描述米氏散射現(xiàn)象及其對星際介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的意義。19.簡要說明觀測到的星際塵埃紅外吸收譜線（如3.1μm水冰線）是如何為我們理解星際星塵提供信息的。四、計算題（共10分）20.假設(shè)在一個星際云中，塵埃顆粒的半徑為0.1微米，密度為2g/cm3，氣體溫度為10K，氣體數(shù)密度為100cm?3，氣體粘滯系數(shù)η=10??Pa·s。計算該塵埃顆粒在氣體中的沉降速度。（假設(shè)斯托克斯定律適用，重力加速度g=10m/s2，空氣粘滯系數(shù)可忽略）五、論述題（共30分）21.綜合論述星際星塵的成因、物理性質(zhì)及其在原恒星形成過程中對恒星最終形態(tài)（質(zhì)量、演化路徑等）產(chǎn)生的多方面影響。請結(jié)合具體的物理機(jī)制進(jìn)行闡述。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.C6.B7.C8.B9.B10.C二、填空題11.反射，吸收/發(fā)射12.沉降13.水冰14.密度，沉降15.吸收，發(fā)射三、簡答題16.解析思路：恒星（尤其是年輕的OB星）會吹出強(qiáng)大的高速恒星風(fēng)，恒星風(fēng)與星際氣體相互作用，將恒星大氣中的元素（如硅、氧、碳等）以及少量重元素帶到星際空間。這些物質(zhì)在星際氣體云中冷卻、凝聚，通過物理過程（如碰撞粘附）形成塵埃顆粒。因此，恒星風(fēng)是構(gòu)成星際塵埃的重要物質(zhì)來源之一。17.解析思路：塵埃顆粒比周圍的氣體分子運動慢，在引力場和氣體粘滯力的共同作用下，塵埃顆粒會相對于氣體發(fā)生沉降。這種沉降過程會消耗原恒星盤的角動量，使得塵埃顆粒向內(nèi)沉降，并在中心區(qū)域形成塵埃層或盤。同時，塵埃的沉降會降低其所在區(qū)域上方的氣體密度，可能形成密度較高的“塵埃通道”，并可能促進(jìn)氣體在垂直方向上的分層。18.解析思路：米氏散射是指當(dāng)光束通過尺寸與光波波長相當(dāng)?shù)牧Ｗ樱ㄈ缧请H塵埃顆粒）稀疏懸浮的介質(zhì)時，散射光強(qiáng)度在垂直于入射光方向上遠(yuǎn)大于平行于入射光方向的現(xiàn)象。其物理原因是散射粒子對不同波長的光具有不同的散射效率。米氏散射導(dǎo)致星光在穿過富含塵埃的區(qū)域時，藍(lán)光比紅光散射更強(qiáng)，使得星云呈現(xiàn)紅光或褐色。它也是解釋星際介質(zhì)為何對可見光吸收強(qiáng)、散射也強(qiáng)的關(guān)鍵機(jī)制。19.解析思路：星際介質(zhì)中的水冰等凍結(jié)物質(zhì)主要附著在塵埃顆粒表面。當(dāng)恒星（或其形成的早期行星盤）穿越含有這些塵埃的星際云時，星光會被這些塵埃顆粒散射和吸收。特定波長的紅外輻射會被附著在塵埃表面的水冰等物質(zhì)強(qiáng)烈吸收（形成吸收譜線），而其他波長的輻射則大部分透過或較弱地散射。通過觀測恒星光譜中是否存在這些特征吸收線（如3.1μm的水冰線），以及線的強(qiáng)度和形狀，我們可以推斷星際塵埃的存在、其空間分布、相對恒星的位置，以及周圍環(huán)境的溫度和密度等信息。20.解析思路：計算塵埃顆粒在氣體中的沉降速度v，可以使用斯托克斯定律的基本形式：v≈(2/9)*(ρ_p*R2*g)/(η*ρ_g)。其中，ρ_p是顆粒密度，R是顆粒半徑，g是重力加速度，η是氣體粘滯系數(shù)，ρ_g是氣體密度。代入題目給出的數(shù)值：ρ_p=2g/cm3=2000kg/m3，R=0.1μm=1×10??m，g=10m/s2，η=10??Pa·s，ρ_g=100cm?3=100kg/m3。計算得：v≈(2/9)*(2000kg/m3*(1×10??m)2*10m/s2)/(10??Pa·s*100kg/m3)≈(2/9)*(2000*10?1?*10)/(10??*100)m/s≈(2/9)*(2*10?11)/(10?2)m/s≈(4/9)*10??m/s≈0.44×10??m/s或4.4nm/s。這是一個非常小的速度，符合塵埃在氣體中緩慢沉降的特點。五、論述題21.解析思路：該題要求全面論述星塵在恒星形成中的作用，需包含成因、性質(zhì)和多方面影響。*成因與性質(zhì)：星際塵埃由恒星風(fēng)、行星狀星云、超新星爆發(fā)等多種過程形成，成分多樣（碳質(zhì)、硅酸鹽等），尺寸分布廣泛。其物理性質(zhì)，特別是光學(xué)性質(zhì)（紅外吸收、米氏散射）和熱力學(xué)性質(zhì)（溫度、發(fā)射光譜），是理解其行為的關(guān)鍵。*對恒星形成過程的影響：*引力坍縮：塵埃通過沉降降低上重氣體密度，改變初始條件，促進(jìn)引力坍縮。塵埃顆粒間的碰撞和粘附提供引力籽核，影響坍縮效率和形成的原恒星質(zhì)量上限。*原恒星盤形成與演化：角動量守恒導(dǎo)致盤形成，星塵是盤的主要成分。塵埃的沉降進(jìn)一步形成塵埃層/盤，影響氣體動力學(xué)（拖曳力改變氣體速度場，形成塵埃通道），消耗角動量，影響盤的密度、溫度結(jié)構(gòu)和壽命。*化學(xué)演化：塵埃表面是化學(xué)反應(yīng)的理想場所，促進(jìn)復(fù)雜有機(jī)分子（PAHs）合成，是氣體分子（如水冰）凍結(jié)的場所，影響早期化學(xué)成分。*對恒星形態(tài)和演化的最終作用：*恒星質(zhì)量：通過影響坍縮效率和盤的反饋（如恒星風(fēng)剝離），星塵顯著影響形成的恒星質(zhì)量。高塵埃環(huán)境可能傾向于形成低質(zhì)量恒星或褐矮星，限制質(zhì)量上限。*行星系統(tǒng)：星塵是行星形成的原材料。盤的性質(zhì)（密度、結(jié)構(gòu)、壽命）決定了行星形成的可能性和系統(tǒng)性質(zhì)。星塵的存在影響早期恒星與行星的相互作用。*