2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際空間中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與演化趨勢(shì)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不是星際介質(zhì)的主要組成部分？(A)原子氣體(B)分子氣體(C)星際塵埃(D)恒星2.用于探測星際空間中性氫原子（HI）分布的主要波長大約是？(A)5000埃(B)21厘米(C)3.6毫米(D)2.3微米3.在分子云中，哪種過程對(duì)分子形成至關(guān)重要？(A)熱輻射壓(B)星際磁場的作用(C)密度波擾動(dòng)(D)低溫和屏蔽效應(yīng)4.恒星形成發(fā)生的場所主要是？(A)溫度極高、密度極大的HII區(qū)(B)密度較低、溫度較高的稀薄氣體區(qū)(C)密度極高、溫度極低的分子云核心(D)星際塵埃主要吸收可見光的區(qū)域5.恒星風(fēng)主要由什么狀態(tài)下的物質(zhì)組成？(A)分子氣體(B)電離氣體(C)中性原子氣體(D)固態(tài)塵埃粒子6.超新星爆發(fā)對(duì)周圍星際介質(zhì)的主要影響之一是？(A)制造星際塵埃(B)壓縮周圍的氣體，使其更容易形成恒星(C)清除大量的星際氣體和塵埃，形成空洞(D)增加星際空間的分子數(shù)量7.以下哪個(gè)現(xiàn)象直接反映了磁場在星際介質(zhì)中的重要性？(A)HII區(qū)的球?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)(B)分子云中射電暗斑（Barnard星云）(C)星際云的旋轉(zhuǎn)(D)超新星遺跡的對(duì)稱膨脹8.星際介質(zhì)中的“凍結(jié)”現(xiàn)象指的是？(A)塵埃粒子與氣體一起運(yùn)動(dòng)(B)氣體分子相互凍結(jié)在一起(C)塵埃粒子上吸附了大量氣體分子(D)氣體溫度隨塵埃溫度變化而劇烈改變9.激波在通過星際介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生？(A)新的分子云(B)超新星遺跡的殼層結(jié)構(gòu)(C)穩(wěn)定的HII區(qū)(D)均勻的氣體分布10.導(dǎo)致星系中心區(qū)域星際介質(zhì)密度普遍高于旋臂區(qū)域的主要因素是？(A)恒星形成活動(dòng)更頻繁(B)循環(huán)回流的物質(zhì)匯集(C)星系旋臂的密度波效應(yīng)(D)核球區(qū)域的恒星風(fēng)壓力較小二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.星際空間中的氣體主要存在于三種狀態(tài)：________、________和電離氣體。2.星際塵埃對(duì)可見光具有強(qiáng)烈的________作用，但對(duì)紅外輻射具有相對(duì)較強(qiáng)的________作用。3.分子云通常位于星云的________區(qū)，因?yàn)槟抢镙椛鋱龅挠绊戄^弱，有利于分子的形成。4.恒星形成過程中，原恒星周圍的________是未來行星系統(tǒng)形成的重要場所。5.當(dāng)超新星爆發(fā)的沖擊波遇到未受擾動(dòng)的星際介質(zhì)時(shí)，會(huì)形成一個(gè)由外向內(nèi)密度遞增的________。6.星際磁場可以通過________和________兩種機(jī)制影響星際介質(zhì)的動(dòng)力學(xué)。7.恒星通過________和________將能量和物質(zhì)輸運(yùn)到周圍環(huán)境，改變星際介質(zhì)的性質(zhì)。8.21厘米譜線對(duì)應(yīng)的氫原子能級(jí)躍遷是由電子從n=4躍遷到n=3產(chǎn)生的，這表明該區(qū)域的氣體處于________狀態(tài)。9.星際介質(zhì)中化學(xué)成分的變化不僅取決于初始豐度，還受到________、________和恒星反饋等因素的影響。10.測量星際氣體密度的一種方法是分析其產(chǎn)生的________吸收線。三、名詞解釋（每題4分，共20分）1.HII區(qū)2.分子云3.恒星風(fēng)4.循環(huán)回流的星際介質(zhì)5.密度波理論四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述恒星形成過程中，一個(gè)分子云核心如何克服自身的引力而開始坍縮。2.比較熱星際氣體和冷星際氣體的主要區(qū)別。3.解釋什么是星系風(fēng)，并說明其與普通恒星風(fēng)的主要區(qū)別。4.描述一下超新星遺跡的典型結(jié)構(gòu)及其形成原因。5.簡述磁場在維持分子云穩(wěn)定性和觸發(fā)坍縮中可能扮演的雙重角色。五、論述題（每題10分，共20分）1.詳細(xì)闡述恒星反饋（包括恒星風(fēng)和超新星爆發(fā)）如何影響星系中星際介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，并最終對(duì)星系的總體演化產(chǎn)生作用。2.結(jié)合觀測事實(shí)，論述如何通過研究星際介質(zhì)的物理參數(shù)（如密度、溫度、運(yùn)動(dòng)速度等）來推斷其形成歷史和當(dāng)前所處的演化階段。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(B)3.(D)4.(C)5.(B)6.(C)7.(B)8.(A)9.(B)10.(B)二、填空題1.熱氣體，冷氣體2.吸收，散射3.輻射陰影4.星周盤5.塵埃殼層6.洛倫茲力，磁場壓力7.恒星風(fēng)，星系風(fēng)8.電離9.恒星形成，恒星反饋10.吸收線三、名詞解釋1.HII區(qū)：由年輕、熾熱的O、B型恒星發(fā)出的強(qiáng)烈紫外輻射電離了周圍的中性氫原子云形成的區(qū)域，其邊界由Lyman系列限輻射決定，內(nèi)部充滿電離氫（HII）。2.分子云：星際空間中溫度較低（約10-50K）、密度較高（幾個(gè)到幾百個(gè)粒子/立方厘米）的區(qū)域，主要由分子（如H?）構(gòu)成，是恒星形成的搖籃。3.恒星風(fēng)：恒星（尤其是晚型星和早期星）從其大氣層持續(xù)向外拋射出的高速等離子流，包含各種粒子，對(duì)周圍星際介質(zhì)有壓力效應(yīng)。4.循環(huán)回流的星際介質(zhì)：恒星風(fēng)和超新星爆發(fā)等過程從星系盤輸運(yùn)到銀暈（halo）的物質(zhì)，在引力作用下最終又會(huì)回落到星系盤，補(bǔ)充和維持星際介質(zhì)。5.密度波理論：解釋星系旋臂結(jié)構(gòu)和物質(zhì)分布的理論，認(rèn)為旋臂是密度高于平均值的波包，氣體粒子在通過旋臂時(shí)受到壓縮，密度增加，而恒星則相對(duì)“滑過”旋臂。四、簡答題1.簡述恒星形成過程中，一個(gè)分子云核心如何克服自身的引力而開始坍縮。答：分子云核心開始坍縮需要克服其自身的引力。當(dāng)核心的密度足夠高（達(dá)到引力不穩(wěn)定性條件），或者受到外部擾動(dòng)（如鄰近恒星風(fēng)、超新星沖擊波、磁場擾動(dòng)或自身引力不穩(wěn)定性）時(shí)，坍縮啟動(dòng)。引力勢(shì)能的釋放轉(zhuǎn)化為氣體和塵埃的動(dòng)能與內(nèi)能。隨著坍縮，氣體壓縮，溫度升高，塵埃蒸發(fā)，同時(shí)引力加速坍縮。當(dāng)達(dá)到足夠高的密度和溫度時(shí)，核反應(yīng)可能啟動(dòng)，形成原恒星。2.比較熱星際氣體和冷星際氣體的主要區(qū)別。答：主要區(qū)別在于溫度、密度、存在區(qū)域和主要成分。熱星際氣體溫度（數(shù)千K）高，密度低（~1粒子/立方厘米），主要由電離氫（HII）和電離氦組成，主要存在于星云的邊緣和年輕恒星附近。冷星際氣體溫度低（~10-50K），密度高（~1-100粒子/立方厘米），主要由中性氫（HI）和分子（H?、分子）組成，主要存在于星系的密集區(qū)域和分子云中。3.解釋什么是星系風(fēng)，并說明其與普通恒星風(fēng)的主要區(qū)別。答：星系風(fēng)是指從星系（特別是銀暈）中持續(xù)向外流出并最終擴(kuò)散到宇宙空間的總稱，它由來自恒星（主要是恒星級(jí)風(fēng)和超新星爆發(fā)）以及活動(dòng)星系核等過程的能量驅(qū)動(dòng)。普通恒星風(fēng)是單個(gè)恒星從其大氣層向外持續(xù)吹出的等離子流。主要區(qū)別在于：尺度（星系風(fēng)是星系尺度，恒星風(fēng)是恒星尺度）、驅(qū)動(dòng)機(jī)制（星系風(fēng)是多種恒星過程和AGN貢獻(xiàn)的總和，恒星風(fēng)主要是恒星自身的能量）、成分（星系風(fēng)成分更復(fù)雜，包含恒星風(fēng)物質(zhì)、超新星重元素、以及可能的外部物質(zhì)）。4.描述一下超新星遺跡的典型結(jié)構(gòu)及其形成原因。答：超新星遺跡的典型結(jié)構(gòu)通常包括：中心致密的neutronstar（中子星）或blackhole（黑洞）；外部的膨脹殼層（ejectashell），其密度隨半徑增加而降低，形成大致球?qū)ΨQ的外殼；殼層外部包裹著未受擾動(dòng)的星際介質(zhì)。結(jié)構(gòu)中常可見到輻射對(duì)稱的環(huán)狀或泡狀結(jié)構(gòu)。形成原因是超新星爆發(fā)產(chǎn)生巨大的能量和沖擊波，將恒星核心殘留物向外高速拋射，沖擊波與周圍星際介質(zhì)相互作用，加熱和壓縮物質(zhì)，形成可見的遺跡。5.簡述磁場在維持分子云穩(wěn)定性和觸發(fā)坍縮中可能扮演的雙重角色。答：磁場可以維持分子云穩(wěn)定性的作用：磁場壓力提供額外的支持力，抵抗引力坍縮，尤其對(duì)于由離子和自由電子組成的電離氣體部分。同時(shí)，磁場可以將氣體與塵埃束縛在一起，避免塵埃因重力沉降而導(dǎo)致的局部密度增加和引力不穩(wěn)定。磁場觸發(fā)坍縮的作用：當(dāng)分子云內(nèi)部存在湍流時(shí)，磁場線會(huì)被拉伸，形成阿爾芬磁流管（Alfventubes）。這些磁流管具有特定的臨界密度，當(dāng)局部氣體密度超過該臨界密度時(shí)，磁流管會(huì)“凍結(jié)”在氣體中，阻止進(jìn)一步的膨脹，并可能導(dǎo)致局部的密度擾動(dòng)增長，最終觸發(fā)引力坍縮。五、論述題1.詳細(xì)闡述恒星反饋（包括恒星風(fēng)和超新星爆發(fā)）如何影響星系中星際介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，并最終對(duì)星系的總體演化產(chǎn)生作用。答：恒星反饋通過恒星風(fēng)和超新星爆發(fā)等過程將能量、動(dòng)量和物質(zhì)從恒星拋射到星際介質(zhì)中，深刻影響星系演化。恒星風(fēng)持續(xù)不斷地將恒星大氣物質(zhì)（主要是H、He及重元素）以一定的速度輸運(yùn)到周圍空間，產(chǎn)生壓力，稀釋星際介質(zhì)，并將重元素注入星際介質(zhì)。超新星爆發(fā)是更劇烈的反饋機(jī)制。強(qiáng)烈的沖擊波將恒星核心殘留物（中子星或黑洞）向外高速拋射，形成膨脹的超新星遺跡，清除其所在區(qū)域的大量星際氣體和塵埃。沖擊波與星際介質(zhì)相互作用，加熱氣體，提高溫度，壓縮氣體，提高密度，甚至可以激發(fā)星云中的化學(xué)反應(yīng)。超新星爆發(fā)還富含重元素，其拋射物質(zhì)顯著提高了周圍星際介質(zhì)的金屬豐度。這些物理（加熱、壓縮、驅(qū)動(dòng)膨脹）和化學(xué)（增加金屬豐度）的改變，不僅影響恒星形成的速率和地點(diǎn)，還通過改變介質(zhì)成分和狀態(tài)，影響新恒星的形成，并最終塑造星系的化學(xué)演化歷史和結(jié)構(gòu)形態(tài)，例如通過持續(xù)反饋，可以限制星系中心恒星的進(jìn)一步形成，維持星系的大小和形態(tài)。2.結(jié)合觀測事實(shí)，論述如何通過研究星際介質(zhì)的物理參數(shù)（如密度、溫度、運(yùn)動(dòng)速度等）來推斷其形成歷史和當(dāng)前所處的演化階段。答：研究星際介質(zhì)的物理參數(shù)是理解其形成歷史和演化階段的關(guān)鍵途徑。首先，不同類型的星際介質(zhì)（如HI云、HII區(qū)、分子云、超新星遺跡）具有典型的物理參數(shù)范圍。例如，冷的、致密的分子云通常密度較高（>100cm?3），溫度較低（<50K），是尚未開始或剛開始恒星形成的區(qū)域。HII區(qū)則由年輕O、B星電離形成，溫度高（~10?K），密度低（~100cm?3），存在明顯的紫外邊界。超新星遺跡的膨脹速度和溫度隨半徑增加而變化，反映了沖擊波的減速和能量耗散過程。其次，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度場）也提供重要信息。例如，分子云中常觀測到致密的“核”和相對(duì)稀疏的“暈”，暗示物質(zhì)可能經(jīng)歷了引力不穩(wěn)定性導(dǎo)致的碎裂和坍縮過程。通過分析氣體速度彌散、線動(dòng)量，可以估算氣體質(zhì)量、密度和運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，進(jìn)而推斷其動(dòng)力學(xué)狀態(tài)（如引力束縛、壓力支撐或湍流）。再者，不同階段的天體過程對(duì)應(yīng)特定的物理參數(shù)組合。例如，恒星形成區(qū)附近通常存在高