2025年大學(xué)《天文學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——星際塵埃與碎片對(duì)星云的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是星際塵埃的主要成分？A.硅酸鹽B.碳顆粒（如石墨、金剛石）C.水冰D.重金屬原子核2.導(dǎo)致星云呈現(xiàn)藍(lán)色的主要物理過(guò)程是？A.塵埃對(duì)可見(jiàn)光的吸收B.塵埃對(duì)可見(jiàn)光的散射（瑞利散射）C.氣體發(fā)射線(xiàn)輻射D.塵埃自身的熱紅外發(fā)射3.“Reddening”（紅化）現(xiàn)象主要由以下哪個(gè)因素引起？A.塵埃顆粒的引力坍縮B.塵埃與氣體之間的化學(xué)反應(yīng)C.塵埃對(duì)星光中短波長(zhǎng)的散射強(qiáng)于長(zhǎng)波長(zhǎng)D.星云中氣體密度的增加4.以下哪項(xiàng)觀(guān)測(cè)現(xiàn)象最有力地支持了星際塵埃存在并存在紅化效應(yīng)？A.星云在所有波長(zhǎng)遠(yuǎn)處的亮度都相同B.星云在可見(jiàn)光波段顯得比其在紅外波段更暗C.星云在可見(jiàn)光波段顯得比其在紫外波段更亮D.星云內(nèi)部沒(méi)有任何暗區(qū)5.星際塵埃的主要熱紅外發(fā)射峰值通常出現(xiàn)在哪個(gè)波段？A.可見(jiàn)光波段B.紫外波段C.近紅外波段D.熱紅外波段（毫米/厘米波）6.下列哪種過(guò)程對(duì)星際氣體的冷卻貢獻(xiàn)最大？A.射電波段的塵埃發(fā)射B.氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)發(fā)出的21厘米線(xiàn)C.氧原子從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)發(fā)出的特定紫外線(xiàn)D.塵埃吸收恒星能量后向空間重新輻射7.星際塵埃的存在如何影響恒星形成的速率？A.通過(guò)增加氣體密度直接觸發(fā)引力坍縮B.通過(guò)完全阻擋所有恒星形成區(qū)域C.通過(guò)吸收氣體中的金屬原子，減緩化學(xué)反應(yīng)速率D.通過(guò)散射掉原恒星周?chē)臍怏w，阻止其進(jìn)一步坍縮8.金屬線(xiàn)冷卻（如[OIII]發(fā)射線(xiàn)）對(duì)星際介質(zhì)冷卻的重要性在于？A.它只在非常稀薄的氣體中起作用B.它主要發(fā)生在塵埃非常密集的區(qū)域C.它貢獻(xiàn)了星云中大部分的冷卻能量，尤其是在溫度較高的區(qū)域D.它只在年輕的、活躍的恒星形成區(qū)被觀(guān)測(cè)到9.以下哪種機(jī)制最有可能形成厘米到分米級(jí)的星際塵埃顆粒？A.恒星風(fēng)直接剝離氣體表面的物質(zhì)B.超新星爆發(fā)沖擊波與星際氣體相互作用C.原行星盤(pán)中的碰撞和聚合過(guò)程D.氣體分子在低溫下直接凝華10.如果一個(gè)星云在紅外波段比在可見(jiàn)光波段顯得更亮，這通常意味著？A.星云中的恒星數(shù)量在紅外波段更多B.星云中存在大量的冷塵埃，其熱紅外發(fā)射被增強(qiáng)C.星云正在快速膨脹，導(dǎo)致其光學(xué)厚度減小D.星云正在經(jīng)歷強(qiáng)烈的紫外輻射加熱，蒸發(fā)掉大量塵埃二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線(xiàn)上，每空2分，共20分）1.星際塵埃對(duì)可見(jiàn)光的吸收會(huì)導(dǎo)致星云在可見(jiàn)光波段顯得__________，而在紅外波段顯得__________。2.塵埃顆粒對(duì)光的散射效率與其尺寸和波長(zhǎng)的關(guān)系遵循__________定律。3.塵埃通過(guò)吸收恒星能量并重新輻射，對(duì)星際氣體起到__________的作用，有助于維持氣體的溫度。4.金屬元素（相對(duì)于氫和氦）在星際塵埃表面的__________過(guò)程，是產(chǎn)生金屬線(xiàn)冷卻的關(guān)鍵。5.星際塵埃的存在會(huì)使得星云的整體顏色指數(shù)（B-V）呈現(xiàn)出__________（填“藍(lán)”或“紅”）色特征。6.星際塵埃和氣體在引力作用下共同構(gòu)成__________，這是恒星形成的場(chǎng)所。7.除了光學(xué)厚度和紅化，星際塵埃還會(huì)影響星云的__________光譜特征。8.紅外天文衛(wèi)星（如IRAS、ISO、Spitzer）對(duì)于研究星際塵埃至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兡軌蛱綔y(cè)到星際塵埃的__________輻射。9.星際塵埃的__________特性使其能夠有效地冷卻被壓縮的星際氣體。10.塵埃和碎片通過(guò)__________（物理過(guò)程）改變了星云內(nèi)部的密度結(jié)構(gòu)和溫度分布。三、名詞解釋?zhuān)ㄕ?qǐng)給出以下名詞的清晰定義，每題4分，共20分）1.星際塵埃（InterstellarDust）2.reddening3.金屬線(xiàn)冷卻（MetalLineCooling）4.光學(xué)厚度（OpticalDepth）5.星際分子云（InterstellarMolecularCloud）四、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述星際塵埃的幾種主要來(lái)源。2.解釋星際塵埃如何導(dǎo)致星云的紅化現(xiàn)象。3.簡(jiǎn)述星際塵埃對(duì)星際氣體冷卻的主要貢獻(xiàn)機(jī)制。4.為什么說(shuō)研究星際塵埃對(duì)于理解恒星形成過(guò)程至關(guān)重要？五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，詳細(xì)闡述下列問(wèn)題，共20分）分析星際塵埃的存在如何從多個(gè)方面影響一個(gè)典型的分子云，并最終促進(jìn)其中恒星的形成過(guò)程。請(qǐng)涵蓋塵埃對(duì)輻射、冷卻、密度結(jié)構(gòu)以及引力不穩(wěn)定等方面的具體影響。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.B5.D6.B7.A8.C9.C10.B二、填空題1.暗亮2.瑞利（或逆平方）3.加熱4.凝華（或沉積）5.紅6.分子云7.紅外8.熱紅外（或紅外）9.輻射10.散射和吸收三、名詞解釋1.星際塵埃（InterstellarDust）:指存在于星際空間中的微小固體顆粒，主要由碳、硅酸鹽等構(gòu)成，尺度通常在微米到厘米級(jí)別。2.reddening（紅化）:指由于星際塵埃顆粒對(duì)可見(jiàn)光中短波長(zhǎng)的散射強(qiáng)于長(zhǎng)波長(zhǎng)，導(dǎo)致星光整體顏色變紅的效應(yīng)。3.金屬線(xiàn)冷卻（MetalLineCooling）:指星際氣體中處于激發(fā)態(tài)的金屬原子（而非氫、氦）通過(guò)發(fā)射特定譜線(xiàn)（如[OIII]、[SII]等）返回基態(tài)時(shí)，將能量傳遞給氣體的過(guò)程，是高溫氣體（如HII區(qū)）的重要冷卻機(jī)制。4.光學(xué)厚度（OpticalDepth）:描述光束穿過(guò)介質(zhì)時(shí)被吸收或散射的程度的量，用于量化介質(zhì)的不透明性。當(dāng)光學(xué)厚度大于1時(shí)，介質(zhì)對(duì)該波長(zhǎng)的光基本不透明。5.星際分子云（InterstellarMolecularCloud）:指密度較高、溫度較低的星際云，其中分子（特別是氨、水等復(fù)雜分子）的含量顯著高于其他區(qū)域，是恒星形成的原始場(chǎng)所。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述星際塵埃的幾種主要來(lái)源。*恒星風(fēng):主序星和晚型星的恒星風(fēng)剝離表層物質(zhì)，形成塵埃。*超新星爆發(fā):超新星爆發(fā)的沖擊波將內(nèi)部重元素拋灑出來(lái)，并與周?chē)臍怏w塵?；旌?，形成新的塵埃顆粒。*行星形成殘余:原行星盤(pán)中的碰撞和聚合過(guò)程產(chǎn)生并拋射出塵埃顆粒，這些顆?？梢员痪砣敫鼜V闊的星際介質(zhì)中。*恒星大氣中的元素蒸發(fā):類(lèi)星體或年輕的、活動(dòng)劇烈的恒星大氣中，高溫會(huì)蒸發(fā)較重的元素，形成塵埃核。2.解釋星際塵埃如何導(dǎo)致星云的紅化現(xiàn)象。塵埃顆粒對(duì)可見(jiàn)光具有強(qiáng)烈的吸收作用，特別是對(duì)短波長(zhǎng)（藍(lán)光）的光吸收更顯著。當(dāng)星光穿過(guò)含有塵埃的星云時(shí)，短波長(zhǎng)的光更容易被吸收或散射掉，而長(zhǎng)波長(zhǎng)的光（紅光和紅外光）則更容易穿透。因此，從星云外部觀(guān)測(cè)，其發(fā)出的或反射的光線(xiàn)將偏向紅色，這種現(xiàn)象稱(chēng)為紅化。3.簡(jiǎn)述星際塵埃對(duì)星際氣體冷卻的主要貢獻(xiàn)機(jī)制。被壓縮或加熱的星際氣體需要通過(guò)發(fā)射輻射來(lái)冷卻。塵埃顆粒可以被氣體加熱，當(dāng)它們達(dá)到一定溫度時(shí)，會(huì)主要在紅外波段（特別是毫米和厘米波）發(fā)出熱輻射，將能量傳遞給周?chē)臍怏w，從而幫助氣體冷卻。這種冷卻機(jī)制對(duì)維持分子云內(nèi)部低溫至關(guān)重要。4.為什么說(shuō)研究星際塵埃對(duì)于理解恒星形成過(guò)程至關(guān)重要？*能量調(diào)節(jié):塵埃的紅外輻射對(duì)冷卻分子云至關(guān)重要，決定了云的冷卻時(shí)間和最終密度，是引力坍縮能否發(fā)生的關(guān)鍵因素。*密度結(jié)構(gòu):塵埃對(duì)輻射的吸收和散射會(huì)改變?cè)苾?nèi)部的輻射場(chǎng)和溫度分布，影響云的密度結(jié)構(gòu)，甚至形成不透明的包層（如HII區(qū)）將云內(nèi)部與外部隔離。*種子粒子:塵埃顆粒是水冰等更復(fù)雜分子凝結(jié)的“種子”，是分子形成的基礎(chǔ)。*原恒星盤(pán):新形成的恒星會(huì)拋射出原行星盤(pán)，盤(pán)中的塵埃顆粒聚集形成行星。因此，研究塵埃有助于理解行星系統(tǒng)的起源。*觀(guān)測(cè)手段:塵埃的紅外和微波輻射是探測(cè)暗弱、冷的星際介質(zhì)（如分子云核心、原行星盤(pán)）的主要手段。五、論述題分析星際塵埃如何從多個(gè)方面影響一個(gè)典型的分子云，并最終促進(jìn)其中恒星的形成過(guò)程。星際塵埃是分子云中不可或缺的組成部分，它通過(guò)多種方式深刻影響著分子云的性質(zhì)并最終觸發(fā)恒星形成：1.冷卻作用與維持密度:分子云通過(guò)分子（如H?）發(fā)射線(xiàn)（如21厘米氫線(xiàn)）和金屬線(xiàn)（如[OIII]）冷卻自身。其中，金屬線(xiàn)冷卻對(duì)于高溫氣體（如被壓縮的區(qū)域）至關(guān)重要。塵埃通過(guò)吸收氣體中的金屬原子并在紅外波段重新輻射，顯著增強(qiáng)了氣體的冷卻效率（尤其是在幾K到幾十K的溫度范圍）。有效的冷卻減緩了氣體膨脹，使得分子云能夠維持足夠高的密度，這是引力坍縮的前提條件。沒(méi)有塵埃的強(qiáng)大冷卻作用，分子云很難達(dá)到恒星形成的密度閾值。2.輻射屏蔽與不透明性:塵埃顆粒對(duì)可見(jiàn)光和紫外光具有強(qiáng)烈的吸收作用，使得外部恒星的光線(xiàn)難以深入分子云內(nèi)部。這形成了一個(gè)輻射屏蔽層，保護(hù)了內(nèi)部的分子和氣體免受紫外輻射的破壞性分解（如Lyman-Werner輻射）。同時(shí)，塵埃的存在導(dǎo)致分子云的光學(xué)厚度很大，特別是在可見(jiàn)光波段，使得云體呈現(xiàn)為暗區(qū)。這種不透明性有助于在云內(nèi)部形成密度梯度，并為引力不穩(wěn)定提供有利條件。3.改變內(nèi)部溫度結(jié)構(gòu):塵埃吸收外部恒星能量并向內(nèi)輻射，使得分子云內(nèi)部的溫度分布不同于沒(méi)有塵埃的情況。通常，靠近塵埃的氣體會(huì)被加熱，而塵埃自身在紅外波段發(fā)出輻射，這可能導(dǎo)致云內(nèi)出現(xiàn)更復(fù)雜的溫度結(jié)構(gòu)，影響氣體的運(yùn)動(dòng)和密度分布。4.提供引力坍縮的種子:當(dāng)分子云的局部區(qū)域密度超過(guò)臨界值（Jeans極限）時(shí)，在自身引力作用下開(kāi)始坍縮。塵埃顆粒本身具有質(zhì)量，其分布可以影響局部引力勢(shì)能。更重要的是，塵埃顆粒是水冰等更易揮發(fā)物質(zhì)