2025年大學(xué)《天文學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——星際空間中的星云與行星云考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一種天體通常形成于分子云中？A.超新星殘骸B.行星狀星云C.白矮星D.中子星2.HII區(qū)的主要物理機(jī)制是：A.恒星的引力塌縮B.超新星爆發(fā)的沖擊波C.恒星紫外輻射的電離作用D.星際介質(zhì)的碰撞加熱3.下列哪種分子線常被用來(lái)探測(cè)分子云？A.Hα線B.Hβ線C.21厘米線D.557.7埃線4.反射星云呈現(xiàn)亮度的原因是：A.自身輻射B.反射附近恒星的可見(jiàn)光C.散射星際塵埃的光D.反射宇宙微波背景輻射5.行星狀星云的壽命大約是：A.幾年B.幾十年C.幾百年D.幾千到幾萬(wàn)年6.星云的塵埃顆粒主要由什么物質(zhì)構(gòu)成？A.重金屬元素B.碳和氧C.氫和氦D.冰和塵埃7.射電望遠(yuǎn)鏡主要用于觀測(cè)哪種天體現(xiàn)象？A.星際塵埃B.恒星表面活動(dòng)C.分子云和原子云D.X射線源8.紅外望遠(yuǎn)鏡主要用于觀測(cè)哪種天體現(xiàn)象？A.高溫氣體B.冷分子云C.藍(lán)色恒星D.超新星爆發(fā)9.光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星云的主要限制因素是：A.分辨率B.光譜分辨率C.紅外干擾D.星云自身輻射的強(qiáng)度10.下列哪種現(xiàn)象可以觸發(fā)分子云的引力塌縮？A.星際磁場(chǎng)的作用B.附近恒星的紫外輻射C.超新星爆發(fā)的沖擊波D.星云自身的密度波動(dòng)二、填空題（每空1分，共10分）1.星云按成分可以分為_(kāi)_____、______和______。2.分子云的主要成分是______分子。3.HII區(qū)的邊界可以分為_(kāi)_____和______。4.原恒星周?chē)奈e盤(pán)可以通過(guò)______和______來(lái)觀測(cè)。5.行星云的中心通常是______。三、判斷題（每題2分，共10分）1.所有星云都可以看到。（）2.分子云的密度比星際氣體高得多。（）3.HII區(qū)內(nèi)部是電離的氫氣，外部是中性氫氣。（）4.反射星云和行星云都含有塵埃顆粒。（）5.紅外觀測(cè)可以穿透星際塵埃，觀測(cè)到被遮擋的年輕恒星。（）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.簡(jiǎn)述分子云如何形成恒星。2.解釋什么是HII區(qū)的電離邊界和復(fù)合邊界。3.描述行星云的典型結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程。4.比較射電望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)星云方面的優(yōu)缺點(diǎn)。5.解釋為什么紅外觀測(cè)對(duì)于研究年輕恒星和行星云非常重要。6.列舉三種不同的星云觀測(cè)方法，并簡(jiǎn)述其原理。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一個(gè)分子云的半徑為1光年，密度為100厘米^-3，計(jì)算其總質(zhì)量。（分子氫的質(zhì)子數(shù)為1.67×10^-27千克，1光年約等于9.46×10^12千米）2.一個(gè)HII區(qū)的直徑為10弧秒，距離地球500光年，如果該HII區(qū)的等效寬度為1角秒，計(jì)算其線度。（1光年約等于9.46×10^12千米，4π弧度=360°=2×10^5弧秒）試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.D6.D7.C8.B9.C10.C二、填空題1.氣體星云、塵埃星云、等離子體星云2.氫3.電離邊界、復(fù)合邊界4.紅外輻射、反射光5.白矮星三、判斷題1.×2.√3.√4.√5.√四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述分子云如何形成恒星。解析思路：首先說(shuō)明分子云是恒星形成的原材料，主要由氫氣和少量氦氣以及塵埃組成。然后解釋在引力或其他擾動(dòng)（如附近恒星風(fēng)、超新星沖擊波）作用下，分子云部分區(qū)域密度增大，引力開(kāi)始主導(dǎo)，發(fā)生引力塌縮。隨著塌縮，云塊中心形成原核，溫度和密度急劇升高，原核周?chē)臍怏w開(kāi)始繞其旋轉(zhuǎn)，形成吸積盤(pán)。最終，中心原核引力克服氣體壓力，核反應(yīng)點(diǎn)燃，形成新的恒星。2.解釋什么是HII區(qū)的電離邊界和復(fù)合邊界。解析思路：HII區(qū)是被年輕恒星紫外輻射電離的氫氣區(qū)域。電離邊界（ionizationfront）是指HII區(qū)內(nèi)部電離氫氣與外部中性氫氣（冷的HI）的過(guò)渡區(qū)域，即恒星的紫外輻射剛好能電離該處氫氣的等密度面。復(fù)合邊界（recombinationfront）是指HII區(qū)內(nèi)部電離氫氣與外部較冷的電離氣體（或中性氣體）的過(guò)渡區(qū)域，即電子與離子重新結(jié)合形成中性原子的等密度面。通常復(fù)合邊界位于電離邊界之外。3.描述行星云的典型結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程。解析思路：行星云是由晚期紅巨星拋射出的物質(zhì)形成的云狀天體，中心是漸近巨星支（AGB）恒星。其典型結(jié)構(gòu)包括中心恒星、內(nèi)層致密的包層、中間的發(fā)射星云（由紫外輻射電離的氣體）和外層的反射星云（反射中心恒星光芒的塵埃）。演化過(guò)程大致為：紅巨星演化末期，強(qiáng)stellarwind將外層包層物質(zhì)吹散，形成行星狀星云的初步結(jié)構(gòu)。中心恒星繼續(xù)演化，紫外輻射增強(qiáng)，激發(fā)發(fā)射星云發(fā)光。隨著物質(zhì)不斷拋射和輻射壓力作用，行星云逐漸膨脹、變薄，最終演變成一個(gè)大致呈環(huán)狀的電離氣體殼層，中心恒星最終成為白矮星。4.比較射電望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)星云方面的優(yōu)缺點(diǎn)。解析思路：射電望遠(yuǎn)鏡優(yōu)點(diǎn)是能觀測(cè)到被塵埃遮擋的分子云和HII區(qū)等冷、暗天體，且射電輻射不易受大氣干擾。缺點(diǎn)是分辨率通常較低，且射電波段的天文現(xiàn)象種類(lèi)相對(duì)較少。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡優(yōu)點(diǎn)是能直接觀測(cè)到星云的可見(jiàn)光部分（如HII區(qū)、反射星云），圖像信息豐富，分辨率高。缺點(diǎn)是易受星際塵埃和大氣影響，且無(wú)法觀測(cè)到被塵埃完全遮擋的物質(zhì)（如大部分分子云）。5.解釋為什么紅外觀測(cè)對(duì)于研究年輕恒星和行星云非常重要。解析思路：年輕恒星和行星云通常被星際塵埃包裹，可見(jiàn)光難以穿透。紅外輻射的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，更容易被塵埃散射和吸收較少，因此可以穿透塵埃屏障，觀測(cè)到被遮擋的年輕恒星和行星云內(nèi)部結(jié)構(gòu)。紅外輻射也對(duì)應(yīng)于分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷，對(duì)于研究分子云的成分、溫度和密度等物理性質(zhì)至關(guān)重要。6.列舉三種不同的星云觀測(cè)方法，并簡(jiǎn)述其原理。解析思路：列舉方法時(shí)需涵蓋不同波段的觀測(cè)。例如：射電觀測(cè)，利用分子線或自由電子與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的射電波來(lái)探測(cè)星云；光學(xué)觀測(cè)，利用星云自身的輻射（如HII區(qū)的發(fā)射線、反射星云的反射光）或通過(guò)星光散射成像來(lái)觀測(cè)星云；紅外觀測(cè)，利用星云的塵埃熱輻射或分子振動(dòng)/轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷輻射來(lái)探測(cè)星云。對(duì)每種方法簡(jiǎn)述其探測(cè)目標(biāo)及其與星云相互作用產(chǎn)生的物理現(xiàn)象（如發(fā)射、散射、吸收等）。五、計(jì)算題1.假設(shè)一個(gè)分子云的半徑為1光年，密度為100厘米^-3，計(jì)算其總質(zhì)量。（分子氫的質(zhì)子數(shù)為1.67×10^-27千克，1光年約等于9.46×10^12千米）解析思路：首先計(jì)算分子云的體積V=(4/3)πR3，其中R=1光年=9.46×10^12m。然后，計(jì)算單位體積內(nèi)的分子數(shù)n=100cm^-3=100×10^6m^-3。分子云的總分子數(shù)N=nV。每個(gè)分子氫的質(zhì)量m_H≈1.67×10^-27kg?？傎|(zhì)量M=N×m_H。將數(shù)值代入公式計(jì)算即可。M≈1.67×10^-27kg×(4/3)π×(9.46×10^12m)3×(100×10^6m^-3)M≈1.67×10^-27kg×(4/3)π×(8.51×10^36m3)×(10^8m^-3)M≈1.67×10^-27kg×(4/3)π×8.51×10^44M≈1.67×10^-27kg×3.54×10^45M≈5.91×10^18kg2.一個(gè)HII區(qū)的直徑為10弧秒，距離地球500光年，如果該HII區(qū)的等效寬度為1角秒，計(jì)算其線度。（1光年約等于9.46×10^12千米，4π弧度=360°=2×10^5弧秒）解析思路：首先將角度轉(zhuǎn)換為弧度：1角秒=1/3600度，1度=π/180弧度，所以1角秒≈4.85×10^-9弧度。等效寬度指視寧度上的直徑，視寧度直徑D_ang=10弧秒。實(shí)際線度直徑D_line=D_ang×distance/(2×π)。注意距離單位需與光年一致。將數(shù)值代入公式計(jì)算即可。D_line=(10弧秒)×(500光年)/(2×π)D_line=(10×4.85×10^-9弧度)×500光年/(2×π)D_line=(4.85×10^-8弧度)×500光年/(2×π)D_line=2.425×1