2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——恒星中元素合成與釋放的過程考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內。）1.在主序階段，低質量恒星（如太陽）內部主要的能量產生機制是？A.碳氮氧循環(huán)B.氦核聚變（三體問題）C.質子-質子鏈反應D.氫殼層燃燒2.與質子-質子鏈反應相比，碳氮氧循環(huán)主要發(fā)生在哪種類型的恒星內部？A.所有恒星B.只有質量非常小的恒星C.只有質量較大的恒星D.僅在紅巨星內部3.當恒星核心氫燃料耗盡時，其內部結構會發(fā)生顯著變化，導致外層膨脹和冷卻，形成哪種天體？A.白矮星B.中子星C.紅巨星D.超巨星4.紅巨星的外層物質主要通過哪種機制被拋射到太空中，形成行星狀星云？A.超新星爆發(fā)B.核反應產生的強烈星風C.核反應產生的輻射壓力D.恒星與伴星間的質量轉移5.對于質量大于太陽約8倍的同齡恒星，其最終命運很可能是？A.轉變?yōu)榘装荁.轉變?yōu)橹凶有荂.轉變?yōu)楹诙碊.爆發(fā)為超新星并留下中子星6.在恒星演化的晚期階段，當核心發(fā)生碳氧殼層燃燒時，恒星表面通常會出現(xiàn)？A.明亮的H-α發(fā)射線B.強烈的吸收線，表明表面溫度升高C.由于能量輸出減少而變得暗淡D.由于外層膨脹而變得更藍7.s過程（緩慢過程）主要發(fā)生在哪種天體環(huán)境中，并負責合成哪些元素？A.超新星爆發(fā)殘留物，合成中等質量的元素B.中子星合并，合成極重元素C.紅巨星內部，合成輕元素D.行星狀星云，合成輕元素8.r過程（快速過程）發(fā)生的關鍵條件是什么？A.在中子星表面，通過快中子俘獲實現(xiàn)B.在超新星爆發(fā)的劇烈沖擊波中，通過快中子俘獲實現(xiàn)C.在紅巨星內部，通過質子俘獲實現(xiàn)D.在白矮星內部，通過電子俘獲實現(xiàn)9.恒星內部能量從核心向外傳遞的主要方式是什么？A.直接輻射到空間B.通過對流和對流混合C.主要通過輻射和對流D.主要通過對流和熱傳導10.行星狀星云的發(fā)光主要來源于其中心的什么天體？A.白矮星B.中子星C.超新星殘骸D.B型主序星二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.恒星內部核聚變產生的能量主要通過___________機制向外傳輸。2.溫度足夠高（約1000萬K以上）但密度不夠大的恒星內部，主要發(fā)生___________反應。3.超新星爆發(fā)是宇宙中合成___________元素的重要場所。4.恒星外層通過___________機制可以持續(xù)不斷地將物質損失掉，特別是大質量恒星。5.白矮星是質量小于___________太陽質量的恒星核心的最終殘骸。6.核合成理論預言，宇宙中比鐵更重的元素主要是在___________過程中合成的。7.恒星演化過程中，從主序到紅巨星階段，其表面有效溫度通常___________（升高/降低）。8.在恒星核心，質子-質子鏈反應的總產物是___________。9.由于對流區(qū)的存在，紅巨星內部的對流混合可以使得核心產生的___________元素向上輸運。10.觀測到宇宙中重元素（如金銀）豐度遠低于輕元素，這支持了恒星核合成和___________過程的共同作用。三、簡答題（每題5分，共15分。請簡要回答下列問題。）1.簡述質子-質子鏈反應和碳氮氧循環(huán)的主要區(qū)別。2.解釋恒星內部的對流如何影響元素混合。3.比較大質量恒星和小質量恒星在元素合成和最終命運上的主要差異。四、論述題（每題10分，共20分。請結合所學知識，詳細回答下列問題。）1.詳細描述大質量恒星從主序星階段到最終形成黑洞（或中子星并伴隨超新星爆發(fā)）的過程中，元素合成與釋放的主要階段和機制。2.論述恒星核合成理論（從P-P鏈到r過程）在天文學研究中的重要性，并提及至少兩種關鍵的觀測證據來支持這些理論。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.C6.B7.A8.B9.C10.A二、填空題1.輻射和對流2.質子-質子鏈反應3.比鐵重4.星風5.1.46.r（快速中子俘獲）7.降低8.氦9.氦10.超新星爆發(fā)三、簡答題1.解析思路：質子-質子鏈反應主要發(fā)生在溫度較低（約1500萬K以下）的恒星（如太陽），利用質子作為反應物，最終合成氦。碳氮氧循環(huán)發(fā)生在溫度更高（約2000萬K以上）的恒星內部，需要消耗碳氮氧作為催化劑，最終也合成氦，但效率更高。這是兩者最根本的區(qū)別。2.解析思路：恒星內部存在輻射區(qū)和對流區(qū)。在對流區(qū)，熱量通過對流氣泡的形式傳遞。這種對流運動會將核心深處產生的元素（如氦、碳、氧等）以及由核反應產生的能量向上混合，改變恒星內部的化學成分分布，稱為對流混合。這會影響恒星的結構和演化。3.解析思路：小質量恒星（<1.4M☉）最終會演化成白矮星，主要合成元素是氫和氦，通過P-P鏈或CNO循環(huán)。其元素合成過程相對簡單，結局相對“平靜”。大質量恒星（>8M☉）經歷復雜的演化，核心會燃燒到鐵元素，合成過程包括氦、碳、氧、硅、更重元素（s過程），最終可能爆發(fā)為超新星，留下中子星或黑洞，并合成了宇宙中大部分比鐵重的元素。其元素合成過程極其復雜，結局劇烈。四、論述題1.解析思路：描述大質量恒星演化需按階段展開：*主序階段：核心主要進行P-P鏈或CNO循環(huán)，合成氦，釋放能量。*氦核心與氦閃：氦核心耗盡，外層氦包層燃燒，核心在引力作用下收縮升溫，最終觸發(fā)氦核心的快速聚變（氦閃）。*碳氧核心階段：氦閃后，核心繼續(xù)收縮升溫，點燃碳氧燃燒，合成碳、氧等。外層可能進入紅巨星階段。*更重元素合成（晚期）：如果質量足夠大，核心會繼續(xù)收縮升溫，依次點燃碳氧、硅、鎂等殼層燃燒。核心最終會達到鐵元素，此時核聚變停止（因為合成鐵不釋放能量）。*超新星爆發(fā)（核心坍縮型）：鐵核心質量超過錢德拉塞卡極限（約1.4M☉），引力坍縮，觸發(fā)中微子暴發(fā)，推動外層物質猛烈向外爆發(fā)，形成超新星。這個過程是合成并拋射大量重元素（通過r過程）的主要機制。*最終殘?。罕l(fā)后，核心可能形成中子星（如果剩余質量<3M☉）或黑洞（如果剩余質量>3M☉）。同時，爆發(fā)拋出的物質融入星際介質，豐富了宇宙的化學成分。整個過程伴隨著強烈的能量釋放和元素合成與釋放。2.解析思路：核合成理論是解釋宇宙化學組成的基石。*重要性：它預言了不同類型的恒星（主序星、紅巨星、超新星）在不同演化階段會合成和釋放哪些元素，解釋了觀測到的恒星光譜中元素豐度的變化，并預言了宇宙中元素的演化歷史和最終豐度分布。它將微觀的核物理過程與宏觀的天文現(xiàn)象聯(lián)系起來。*觀測證據1（恒星光譜）：不同類型的恒星（如主序氫星、紅巨星的碳星）光譜顯示其表面元素豐度有顯著差異，符合核合成理論對不同階段恒星核反應的預言。例如，紅巨星內部元素混合導致表面碳氧豐度異常高。*觀測證據2（宇宙微波背景輻射）：大爆炸核合成理論精確預言了宇宙早期合成了哪些輕元素（氘、氦-3、氦-4、鋰-7）及其豐度。這些豐度與觀測到的宇宙微波背景輻射的冷卻譜高度吻合，是核合成理