2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——星系中星團的形成與演化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項不是形成疏散星團的主要條件？A.足夠大的分子云核心引力B.分子云內(nèi)密度不均勻性C.星團內(nèi)部成員星間的引力束縛足夠強D.星系旋臂掃過引發(fā)局部密度增高2.與疏散星團相比，球狀星團最顯著的特征是：A.成員星年齡普遍較輕B.成員星化學組成重元素含量顯著偏低C.在星系旋臂中呈帶狀分布D.成員星年齡普遍較老，分布呈球狀3.根據(jù)星團成員星的主序壽命與質(zhì)量的關系，可以推斷：A.質(zhì)量越大的恒星，其主序階段停留的時間越長B.質(zhì)量越大的恒星，其主序階段停留的時間越短C.所有恒星在主序階段停留的時間都大致相同D.恒星主序壽命主要取決于其初始光度4.星團中最早演化的成員星通常是：A.最小質(zhì)量的恒星B.中等質(zhì)量的恒星C.最大質(zhì)量的恒星D.星團中心區(qū)域的恒星5.導致疏散星團逐漸疏散的主要原因是：A.星團內(nèi)部成員星之間的引力不穩(wěn)定B.星團與星系旋臂的碰撞和摩擦C.星團內(nèi)成員星失去引力束縛，逐漸逃離D.球狀星團內(nèi)部的密集相互作用6.球狀星團內(nèi)部成員星的密度分布通常呈現(xiàn)：A.自中心向外部迅速遞減B.自中心向外部緩慢遞減C.在整個星團內(nèi)部均勻分布D.僅在星團中心區(qū)域高度集中7.關于原恒星盤在星團形成中的作用，下列說法錯誤的是：A.可能有助于雙星的形成B.是恒星形成后的主要結(jié)構(gòu)C.為早期恒星提供物質(zhì)和角動量D.直接決定了星團的整體空間分布8.觀測到球狀星團普遍存在重元素豐度高于疏散星團的現(xiàn)象，這支持了哪種觀點？A.球狀星團形成于密度更高的分子云中B.球狀星團比疏散星團年齡更小C.星系中心區(qū)域比盤面區(qū)域重元素豐度更高D.球狀星團經(jīng)歷了更復雜的化學演化過程9.恒星風和超新星爆發(fā)對星際介質(zhì)的主要影響包括：A.增加星際介質(zhì)的重元素豐度B.擴散星團成員星，改變其空間分布C.加速恒星形成速率D.使星際介質(zhì)密度均勻化10.星團動力學研究表明，星團成員星之間的引力相互作用：A.主要導致星團快速解散B.使星團成員星軌道穩(wěn)定且規(guī)則C.可能導致雙星系統(tǒng)形成D.對星團整體密度分布影響不大二、填空題（每空1分，共15分）1.星團的形成主要是由分子云內(nèi)部________的不穩(wěn)定性驅(qū)動的，通常發(fā)生在星系的________盤中。2.疏散星團和球狀星團最根本的區(qū)別在于它們的________、________和化學組成。3.星團成員星按質(zhì)量排序，從內(nèi)到外依次經(jīng)歷________、________和________階段。4.星團的整體疏散過程是一個________過程，主要受到成員星間引力相互作用和星系環(huán)境的________的影響。5.觀測球狀星團成員星的光譜可以確定星團的________，而測量星團的整體光度分布可以估計其________。三、判斷題（每題1分，共10分）1.所有的恒星都在星團中形成。（）2.球狀星團是目前觀測到的最古老的星團，年齡可達宇宙年齡的90%以上。（）3.疏散星團成員星的化學組成與形成它們的分子云基本相同。（）4.星團內(nèi)部成員星的運動是隨機無序的。（）5.引力是維持球狀星團致密結(jié)構(gòu)的主要因素。（）6.恒星風和超新星爆發(fā)主要影響星團外部區(qū)域的星際介質(zhì)。（）7.星系盤面區(qū)域的星際介質(zhì)密度通常高于核球區(qū)域。（）8.原恒星盤的存在是疏散星團形成的關鍵證據(jù)之一。（）9.星團演化過程中，較重的成員星總是比較輕的成員星先離開主序。（）10.觀測不同類型的星團可以為研究星系的化學演化和結(jié)構(gòu)歷史提供重要線索。（）四、名詞解釋（每題3分，共12分）1.星團疏散2.原恒星3.主序星4.星團動力學五、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述引力坍縮理論如何解釋星團的形成過程。2.比較疏散星團和球狀星團在形成年齡、空間分布和成員星性質(zhì)上的主要差異。3.解釋星團成員星按質(zhì)量演化的順序，并說明這與星團的整體演化有何關系。4.簡述觀測星團的主要方法及其能夠提供哪些關于星團形成與演化的信息。六、論述題（10分）討論星團與星系環(huán)境的相互作用如何影響星團的形成和演化過程。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.C5.C6.B7.D8.D9.A10.C二、填空題1.引力/不穩(wěn)定/星系/疏散2.年齡/形狀/化學組成3.主序/紅巨星/紅矮星4.自發(fā)/外力/驅(qū)動/環(huán)境壓力5.年齡/大小/包含成員星的數(shù)量/包含成員星的總質(zhì)量三、判斷題1.×2.√3.√4.×5.√6.×7.×8.√9.√10.√四、名詞解釋1.星團疏散：指星團中的成員星由于初始速度分布、星團內(nèi)部的引力相互作用以及與星系環(huán)境的相互作用（如潮汐力、恒星風、超新星爆發(fā)等），逐漸失去成員星之間的引力束縛，導致星團的整體密度降低，范圍擴大，最終解散成彌散分布在更大空間內(nèi)的恒星群的過程。2.原恒星：恒星形成的早期階段，分子云核心在引力作用下坍縮，物質(zhì)高度密集，溫度和壓力急劇升高，但尚未開始核心的核聚變反應。原恒星通常被吸積盤和致密包層包裹。3.主序星：恒星在其生命循環(huán)中，核心主要依靠氫核聚變產(chǎn)生能量的穩(wěn)定階段。在這個階段，恒星內(nèi)部的壓力和溫度達到平衡。主序星的壽命與其初始質(zhì)量成反比，質(zhì)量越大，壽命越短。4.星團動力學：研究星團中恒星（或其他天體）在自身引力以及彼此間引力作用下的運動規(guī)律和演化過程的學科。它關注星團的整體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、成員星的軌道動力學以及外部因素對星團運動的影響。五、簡答題1.引力坍縮理論解釋星團形成過程：該理論認為，當分子云內(nèi)部出現(xiàn)局部密度不穩(wěn)定性時（例如由密度波、沖擊波或磁場不穩(wěn)定等觸發(fā)），局部區(qū)域的引力超過氣體壓力的支撐，導致該區(qū)域開始引力坍縮。隨著坍縮的進行，物質(zhì)變得更加致密，引力進一步增強，吸引更多周圍的物質(zhì)。坍縮過程通常不均勻，形成密度更高的核心區(qū)域。當核心區(qū)域的密度和溫度足夠高時，中心的物質(zhì)開始進行核聚變，形成原恒星。原恒星產(chǎn)生的輻射和恒星風會吹走周圍的剩余氣體和塵埃，形成原恒星盤。在坍縮過程中，物質(zhì)獲得角動量，導致星團形成旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。如果初始云足夠大且密度足夠高，引力束縛能夠克服成員星逃逸速度，就形成了包含多個原恒星的星團。2.疏散星團與球狀星團的差異：*形成年齡：疏散星團普遍較年輕（幾億到幾千萬年），而球狀星團非常古老（幾十億年甚至接近宇宙年齡）。球狀星團的形成可能與早期宇宙的星系形成密切相關。*空間分布：疏散星團主要分布在星系的旋臂和盤面區(qū)域，分布相對彌散；球狀星團則主要分布在星系核球區(qū)域，呈球狀對稱地圍繞星系中心分布。*成員星性質(zhì)：疏散星團成員星年齡相近，化學組成與形成它們的母云相似（金屬豐度低）；球狀星團成員星年齡差異大（但整體古老），且普遍比疏散星團具有更高的金屬豐度，表明它們可能形成于金屬豐度更高的環(huán)境。3.星團成員星按質(zhì)量演化順序與星團整體演化的關系：在星團形成后，成員星根據(jù)其初始質(zhì)量，按照恒星演化理論開始各自的生命周期。通常，初始質(zhì)量最大的恒星首先消耗其核心的氫燃料，進入紅巨星階段，并較早地結(jié)束生命（變成中子星或黑洞）。隨后，中等質(zhì)量的恒星開始演化。最小質(zhì)量的恒星則緩慢地消耗氫，長時間停留在主序階段。由于較重的成員星較早演化并離開主序，它們會首先被“清空”星團內(nèi)部的特定質(zhì)量范圍。這種按質(zhì)量順序的演化過程，以及成員星間的引力相互作用，會影響星團的整體密度分布和成員星的運動狀態(tài)，是星團逐漸疏散和演化的一個重要驅(qū)動力。星團的整體演化反映了其內(nèi)部所有成員星的集體演化歷史。4.觀測星團的方法及其信息：*方法：主要包括利用望遠鏡的光學、射電、紅外、紫外等波段進行觀測。通過成像獲取星團的空間分布、成團結(jié)構(gòu)；通過光譜分析獲取成員星的光度、顏色、光譜類型、運動速度（視向速度和自行）、化學組成、年齡等信息；通過測量星團的整體光度分布可以估計星團的大小和包含的恒星總數(shù)或總質(zhì)量。*信息：觀測可以確定星團的年齡（通過成員星的主序turn-off點或次級星族）；測量星團成員的化學豐度，反推形成星團的星際介質(zhì)環(huán)境；分析星團成員的運動，研究星團動力學和星團與環(huán)境的相互作用；通過觀測不同類型和環(huán)境的星團，可以建立星團形成和演化的理論模型，并為研究整個星系的化學演化和結(jié)構(gòu)歷史提供重要依據(jù)。5.星團與星系環(huán)境的相互作用：*星團對環(huán)境的影響：星團成員恒星（特別是大質(zhì)量星）產(chǎn)生的恒星風和超新星爆發(fā)將物質(zhì)和能量注入周圍星際介質(zhì)，可以改變局部星際介質(zhì)的密度、壓力和化學成分，可能影響附近區(qū)域的恒星形成速率和星團自身的形成。*環(huán)境對星團的影響：星系環(huán)境的密度梯度（例如，從星系中心到盤面、核球到暈）會影響星團成員星的逃逸速度和軌道動力學。星系旋臂的密度波或潮汐力會拉伸、擾亂星團，特別是疏散星團，可能導致其成員星被甩出星團，或形成新的恒星流。星系中心強大的引力場和密集環(huán)境（如球狀星團集中的區(qū)域）可能影響球狀星團的密度分布和穩(wěn)定性。因此，星團的位置、形態(tài)和演化與其所處的星系環(huán)境密切相關，研究這種相互作用有助于理解星團和星系的共同演化歷史。六、論述題星團與星系環(huán)境的相互作用深刻地影響著星團的形成和演化過程。在形成階段，星系環(huán)境的密度分布和穩(wěn)定性可能影響分子云的聚集和坍縮。例如，星系旋臂掃過可能觸發(fā)分子云的坍縮，形成新的星團；而在星系核球或密集區(qū)域，高密度的環(huán)境可能阻礙星團的形成，或?qū)е滦纬傻男菆F具有不同的性質(zhì)。環(huán)境中的磁場、密度波等也可能參與調(diào)節(jié)恒星形成的過程。在演化階段，星團與環(huán)境的相互作用是導致疏散星團疏散的主要原因。星團成員星之間的引力相互作用以及與星系環(huán)境的引力相互作用（潮汐力）共同作用，使星團逐漸失去束縛，范圍擴大，成員星被拋散。