2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際空間的黑洞和引力透鏡效應(yīng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是黑洞的主要特征？A.具有極強(qiáng)的引力B.體積非常小C.發(fā)射強(qiáng)烈的可見光D.事件視界2.史瓦西黑洞是由哪種類型的恒星演化而來的？A.超巨星B.中等質(zhì)量恒星C.小質(zhì)量恒星D.白矮星3.吸積盤是圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的什么？A.恒星B.行星C.星際氣體和塵埃D.中子星4.霍金輻射是指黑洞會發(fā)射什么？A.X射線B.伽馬射線C.熱輻射D.宇宙微波背景輻射5.下列哪一種現(xiàn)象是由引力透鏡效應(yīng)引起的？A.宇宙膨脹B.星系形成C.光線彎曲D.恒星閃爍6.強(qiáng)引力透鏡通常發(fā)生在哪里？A.空間中B.星際空間C.星系團(tuán)中D.行星際空間7.引力透鏡效應(yīng)可以用來做什么？A.探測黑洞B.測量宇宙距離C.研究暗物質(zhì)D.以上都是8.下列哪一種不是引力透鏡的類型？A.強(qiáng)引力透鏡B.弱引力透鏡C.微引力透鏡D.宇宙膨脹透鏡9.引力透鏡的放大因子取決于什么？A.鏡像天體的亮度B.鏡像天體與透鏡的距離C.宇宙的年齡D.以上都是10.引力透鏡效應(yīng)的證據(jù)主要來自哪里？A.理論計(jì)算B.實(shí)驗(yàn)室觀測C.天文觀測D.電腦模擬二、填空題（每空1分，共15分）1.黑洞的邊界，即光無法逃脫的臨界半徑，被稱為________。2.黑洞通過________機(jī)制可以緩慢地輻射能量。3.當(dāng)一個(gè)遙遠(yuǎn)的類星體被一個(gè)星系團(tuán)擋在觀測者與黑洞之間時(shí)，就會形成________。4.引力透鏡效應(yīng)是________理論的一個(gè)重要的預(yù)言。5.潮汐力是指黑洞對其周圍物質(zhì)的________作用。6.蟲洞是一種理論上的________。7.弱引力透鏡效應(yīng)通常發(fā)生在________的區(qū)域。8.引力透鏡的時(shí)間延遲現(xiàn)象是指________。9.X射線雙星是指一個(gè)黑洞和一個(gè)________組成的雙星系統(tǒng)。10.通過觀測引力透鏡效應(yīng)，科學(xué)家可以推斷出宇宙中________的分布。三、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述黑洞的形成過程。2.簡述引力透鏡效應(yīng)的原理。3.黑洞有哪些主要的探測方法？4.簡述吸積盤的作用。5.引力透鏡效應(yīng)有哪些主要的類型？6.簡述引力透鏡在宇宙學(xué)研究中的作用。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.一個(gè)質(zhì)量為2×10^30千克的黑洞，其史瓦西半徑是多少？（G=6.67430×10^-11N·m^2/kg^2，c=3×10^8m/s）2.假設(shè)一個(gè)星系團(tuán)充當(dāng)引力透鏡，使得一個(gè)遙遠(yuǎn)的類星體看起來被放大了10倍。如果類星體與透鏡的距離為2億光年，類星體與觀測者之間的距離為50億光年，請估算透鏡星系團(tuán)的質(zhì)量。（引力常數(shù)G=6.67430×10^-11N·m^2/kg^2，光速c=3×10^8m/s，假設(shè)透鏡效應(yīng)主要來自星系團(tuán)中的暗物質(zhì)）五、論述題（10分）討論黑洞與宇宙學(xué)的關(guān)系。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.C5.C6.C7.D8.D9.D10.C二、填空題1.事件視界2.虛空蒸發(fā)（或霍金輻射）3.彎曲圖像（或引力透鏡）4.廣義相對論5.潮汐（或吸引）6.空間隧道（或蟲洞）7.大尺度（或遙遠(yuǎn)）8.遙遠(yuǎn)光源發(fā)出的光到達(dá)觀測者所需時(shí)間的差異9.恒星（或中子星）10.暗物質(zhì)（或暗能量）三、簡答題1.恒星在生命末期，如果質(zhì)量足夠大，核心會坍縮，最終形成黑洞。超巨星會經(jīng)歷劇烈的爆發(fā)（如超新星爆發(fā)），剩余的核心質(zhì)量在引力作用下坍縮，形成黑洞。2.根據(jù)廣義相對論，大質(zhì)量的物體會使時(shí)空彎曲。當(dāng)光線經(jīng)過這個(gè)彎曲的時(shí)空時(shí)，其傳播路徑也會隨之彎曲，就像光線經(jīng)過透鏡一樣發(fā)生折射，從而形成引力透鏡效應(yīng)。3.黑洞的探測方法主要包括：觀測黑洞吸積盤發(fā)出的X射線、探測黑洞對周圍恒星或氣體云的引力作用、觀測引力波等。4.吸積盤是圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的星際氣體和塵埃。這些物質(zhì)在向黑洞墜落的過程中，會因?yàn)槟Σ梁团鲎捕訜幔l(fā)出強(qiáng)烈的輻射，如X射線，從而為探測黑洞提供線索。5.引力透鏡效應(yīng)主要有強(qiáng)引力透鏡、弱引力透鏡和微引力透鏡三種類型。強(qiáng)引力透鏡發(fā)生在星系團(tuán)等大質(zhì)量天體附近，可以形成多個(gè)鏡像；弱引力透鏡發(fā)生在星系或星系團(tuán)等大尺度結(jié)構(gòu)中，使背景光源的圖像發(fā)生微弱的扭曲和放大；微引力透鏡發(fā)生在恒星或行星等小質(zhì)量天體附近，使背景光源短暫地變亮。6.引力透鏡可以用來測量宇宙距離、研究暗物質(zhì)分布、探測早期宇宙等。通過觀測引力透鏡效應(yīng)，科學(xué)家可以推斷出宇宙中暗物質(zhì)的分布情況，還可以利用引力透鏡作為“天然放大鏡”來觀測遙遠(yuǎn)的類星體和星系，從而研究早期宇宙的結(jié)構(gòu)和演化。四、計(jì)算題1.解：根據(jù)史瓦西半徑公式Rs=2GM/c^2Rs=2*6.67430×10^-11N·m^2/kg^2*2×10^30kg/(3×10^8m/s)^2Rs≈2.95×10^3m2.解：根據(jù)弱引力透鏡的放大因子公式β=α*θ/(D_L/D_S)，其中α是源星的角大小，θ是透鏡的角大小，D_L是透鏡到源星的距離，D_S是透鏡到觀測者的距離。由于β=10，θ≈1/D_L，α≈1/D_S，所以10≈(1/D_L)*(1/D_S)/(D_L/D_S)=1/D_S^2，D_S≈5×10^9光年。又因?yàn)镈_L=2×10^9光年，所以M=D_L*D_S/(4πG)*β≈2×10^9光年*5×10^9光年/(4π*6.67430×10^-11N·m^2/kg^2)*10≈3.1×10^42kg五、論述題黑洞與宇宙學(xué)的關(guān)系體現(xiàn)在多個(gè)方面。首先，黑洞是廣義相對論的重要預(yù)言，廣義相對論是描述大尺度宇宙結(jié)構(gòu)演化的基礎(chǔ)理論之一。其次，通過觀測黑洞，可以研究宇宙中物