2025年大學(xué)《天文學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——恒星譜線的分析與解讀考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.恒星光譜中出現(xiàn)的暗線稱(chēng)為_(kāi)______。A.發(fā)射線B.連續(xù)譜C.吸收線D.散射光2.下列哪一項(xiàng)不是產(chǎn)生恒星吸收線的主要原因？A.光子與原子外層電子相互作用B.恒星大氣中的溫度梯度和壓力梯度C.恒星自身的發(fā)光D.恒星大氣中的元素吸收特定波長(zhǎng)的光3.根據(jù)光譜線的特征，將恒星劃分為不同光譜型的主要依據(jù)是_______。A.恒星的絕對(duì)亮度B.恒星的距離C.恒星大氣中吸收線最弱的波長(zhǎng)D.恒星的自轉(zhuǎn)速度4.恒星的巴爾末系屬于_______。A.He+離子光譜B.CII離子光譜C.HI中性原子光譜D.MgII離子光譜5.當(dāng)恒星遠(yuǎn)離我們而去時(shí)，其光譜中的吸收線將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為_(kāi)______。A.赫羅圖效應(yīng)B.吸收線增寬C.多普勒紅移D.光譜線系6.衡量譜線強(qiáng)度，通常使用_______。A.譜線寬度B.譜線深度C.譜線輪廓D.譜線強(qiáng)度7.在恒星光譜分析中，利用理論計(jì)算的光譜線輪廓去擬合觀測(cè)光譜線，以消除儀器和大氣影響的方法稱(chēng)為_(kāi)______。A.譜線歸一B.波長(zhǎng)校準(zhǔn)C.多普勒修正D.吸收線測(cè)量8.恒星的金屬線通常指_______。A.氫和氦的譜線B.重于氦的元素形成的譜線C.中性原子形成的譜線D.離子態(tài)氫的譜線9.譜線的等效寬度（Wλ）主要反映了_______。A.譜線的強(qiáng)度B.譜線的多普勒位移C.譜線的物理寬度D.譜線輪廓的形狀10.推算恒星表面重力（logg）的主要依據(jù)是_______。A.譜線的強(qiáng)度B.譜線的多普勒寬度C.譜線的壓力輪廓D.譜線的偏振狀態(tài)二、填空題1.恒星光譜的分類(lèi)依據(jù)是_______，常見(jiàn)的分類(lèi)系統(tǒng)有_______和_______。2.根據(jù)維恩位移定律，恒星的絕對(duì)溫度越高，其輻射峰值波長(zhǎng)越_______。3.譜線輪廓的寬度主要受_______、_______和_______等因素影響。4.通過(guò)測(cè)量恒星光譜中特定譜線的多普勒位移，可以確定恒星相對(duì)于觀察者的_______。5.確定恒星化學(xué)成分的主要方法是分析譜線的_______。6.利用恒星光譜中的電離線可以估計(jì)恒星大氣的_______。7.恒星大氣模型是研究恒星光譜線的理論基礎(chǔ)，它描述了恒星大氣隨_______和_______的變化。8.天文學(xué)家利用恒星光譜中的_______現(xiàn)象來(lái)探測(cè)系外行星。9.譜線強(qiáng)度與恒星大氣中產(chǎn)生該譜線的_______和_______成正比。10.吸收線系的形態(tài)（如巴爾末系、帕邢系）與產(chǎn)生該譜線的原子外層電子的_______有關(guān)。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述吸收譜線的產(chǎn)生機(jī)制。2.解釋什么是多普勒效應(yīng)，并說(shuō)明其在恒星光譜分析中的作用。3.簡(jiǎn)述如何利用譜線分析推算恒星的表面重力（logg）。4.什么是譜線歸一？為什么需要進(jìn)行譜線歸一？5.恒星的光譜型是如何劃分的？簡(jiǎn)述O型、G型（太陽(yáng)型）恒星光譜的主要區(qū)別。四、計(jì)算題1.某恒星的光譜峰值波長(zhǎng)位于5000?。根據(jù)維恩位移定律（λ_peakT=2.898×10?3m·K），計(jì)算該恒星的表面有效溫度Teff。2.在某恒星光譜中，測(cè)得一條氫巴爾末α線（Hα，波長(zhǎng)6563?）的等效寬度Wλ為5?。假設(shè)該譜線主要由熱運(yùn)動(dòng)引起，且恒星大氣參數(shù)允許使用經(jīng)典的熱運(yùn)動(dòng)公式（Wλ=7.6×10??c*σ*sqrt(Teff/M)),其中c為光速，σ為常數(shù)，M為質(zhì)子質(zhì)量，Teff為有效溫度。估算該恒星的旋轉(zhuǎn)速度Vsini（假設(shè)視線與自轉(zhuǎn)軸的夾角為90度）。（注意：此處使用簡(jiǎn)化公式，實(shí)際計(jì)算更復(fù)雜）。3.測(cè)量某恒星光譜中鈣K線（CaIIK，波長(zhǎng)3933.7?）和鈉D線（NaID，波長(zhǎng)5893?）的強(qiáng)度。已知理論譜線強(qiáng)度比（相對(duì)Teff和logg）為CaK/NaD≈0.1。如果測(cè)得CaK/NaD=0.08，結(jié)合該恒星的Teff≈5800K，估算該恒星的logg值。五、論述題1.論述恒星譜線分析在研究恒星物理性質(zhì)（如溫度、重力、化學(xué)成分、速度場(chǎng)）方面的作用。2.試述利用恒星光譜分析進(jìn)行恒星分類(lèi)的原理和意義。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.C5.C6.B7.A8.B9.C10.C二、填空題1.譜線特征；哈佛系統(tǒng)；摩根-凱勒-皮皮斯系統(tǒng)2.短3.熱運(yùn)動(dòng)；湍流；輻射壓力4.徑向速度5.相對(duì)強(qiáng)度6.溫度7.深度（或氣壓）；半徑（或高度）8.凌日9.元素豐度；溫度10.能級(jí)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：從光與物質(zhì)的相互作用入手。當(dāng)恒星發(fā)出的連續(xù)譜或白光穿過(guò)其大氣層時(shí)，大氣中的原子或離子會(huì)吸收與其自身結(jié)構(gòu)（能級(jí)躍遷）對(duì)應(yīng)的特定能量的光子，從而形成暗線。需要說(shuō)明吸收發(fā)生的條件（光子能量匹配）、涉及的對(duì)象（原子外層電子）和結(jié)果（光子消失）。2.解析思路：解釋多普勒效應(yīng)的基本原理（波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致接收頻率變化）。具體到光波，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致波長(zhǎng)變化（靠近藍(lán)移，遠(yuǎn)離紅移）。強(qiáng)調(diào)其在天文學(xué)中的應(yīng)用是測(cè)量天體相對(duì)于我們的空間速度分量（徑向速度）。3.解析思路：闡述譜線輪廓與壓力的關(guān)系。吸收線強(qiáng)度和輪廓受壓力影響，特別是對(duì)于低激發(fā)態(tài)的譜線。低重力下，大氣密度低，壓力小，譜線強(qiáng)度減弱，輪廓相對(duì)尖銳。因此，通過(guò)分析譜線輪廓（如FWHM、強(qiáng)度分布）可以反推恒星表面的重力加速度。4.解析思路：定義譜線歸一：用理論模型譜線（基于Teff,logg,豐度等計(jì)算得到）去擬合觀測(cè)譜線，使得擬合后的理論譜線與觀測(cè)譜線在形狀和強(qiáng)度上盡可能一致。解釋其目的：消除由于儀器響應(yīng)、恒星大氣不透明度等因素造成的觀測(cè)譜線與理論譜線形狀的差異，從而能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量譜線強(qiáng)度，并據(jù)此推斷物理參數(shù)。5.解析思路：說(shuō)明恒星光譜分類(lèi)的依據(jù)是譜線特征，特別是吸收線的存在與否及其強(qiáng)度。簡(jiǎn)述哈佛系統(tǒng)按光譜線強(qiáng)度從強(qiáng)到弱分為O,B,A,F,G,K,M型。對(duì)比O型和G型恒星：O型（最熱）有強(qiáng)烈的電離氦線和HeII線，無(wú)氫線；G型（太陽(yáng)型，較溫）有氫巴爾末線，鈣K線中等強(qiáng)度，金屬線較強(qiáng)；M型（最冷）氫線消失，CaIIK線很強(qiáng)，金屬豐度相對(duì)較高。四、計(jì)算題1.解析思路：直接應(yīng)用維恩位移定律公式λ_peakT=2.898×10?3m·K，解出T。注意單位換算，將5000?換算成米（1?=10?1?m）。計(jì)算過(guò)程：T=2.898×10?3m·K/5000×10?1?m=5800K。2.解析思路：應(yīng)用給出的簡(jiǎn)化公式Wλ=7.6×10??c*σ*sqrt(Teff/M)。已知Wλ，Teff（假設(shè)已知或題目給出），c,σ,M為常數(shù)，代入公式求解Vsini。注意單位的統(tǒng)一（通常使用SI單位）。計(jì)算過(guò)程：Vsini=Wλ/(7.6×10??c*σ*sqrt(Teff/M))。此公式為示例，實(shí)際計(jì)算更復(fù)雜，涉及視線速度分解等。3.解析思路：利用給定的理論強(qiáng)度比CaK/NaD≈0.1和實(shí)測(cè)強(qiáng)度比CaK/NaD=0.08。假設(shè)NaD線的強(qiáng)度測(cè)量相對(duì)準(zhǔn)確，則可以認(rèn)為實(shí)測(cè)CaK線強(qiáng)度比理論值弱。這種差異通常與logg有關(guān)（低重力下CaK線相對(duì)更強(qiáng)）。需要查找或假設(shè)一個(gè)基于Teff的CaK和NaD強(qiáng)度對(duì)logg的依賴(lài)關(guān)系（或利用經(jīng)驗(yàn)公式），通過(guò)強(qiáng)度比的變化反推logg。此題信息不足，無(wú)法完成精確計(jì)算，僅提供思路。五、論述題1.解析思路：*溫度：通過(guò)分析吸收線的強(qiáng)度和輪廓（特別是氫線的出現(xiàn)和形態(tài)），可以確定恒星的有效溫度Teff。例如，氫巴爾末線隨溫度升高而增強(qiáng)。*重力：通過(guò)分析譜線的壓力輪廓（如銳度、相對(duì)強(qiáng)度），可以估計(jì)恒星表面的重力logg。低重力下，譜線通常更寬、強(qiáng)度分布更平滑。*化學(xué)成分：通過(guò)測(cè)量不同元素譜線的強(qiáng)度，可以確定恒星大氣中的化學(xué)元素豐度，特別是金屬豐度[Fe/H]。利用不同電離態(tài)的譜線可以推斷大氣溫度和壓力。*速度場(chǎng)：通過(guò)測(cè)量譜線的多普勒位移，可以確定恒星相對(duì)于觀察者的徑向速度Vr。通過(guò)分析譜線寬度和精細(xì)結(jié)構(gòu)，可以研究恒星大氣的熱運(yùn)動(dòng)、湍流和磁場(chǎng)等。*總結(jié)：恒星譜線是研究恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部物理狀態(tài)的“窗口”，通過(guò)分析譜線的各種信息，天文學(xué)家能夠揭示恒星的溫度、重力、成分、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和活動(dòng)性質(zhì)等關(guān)鍵物理參數(shù)。2.解析思路：*原理：恒星光譜分類(lèi)基于譜線特征，特別是吸收線的存在、強(qiáng)度和類(lèi)型。不同溫度的恒星其大氣狀態(tài)不同，導(dǎo)致能級(jí)躍遷的概率和譜線強(qiáng)度分布不同。因此，可以通過(guò)分析光譜中出現(xiàn)的標(biāo)志性譜線來(lái)推斷恒星的溫度。*過(guò)程：哈佛系統(tǒng)根據(jù)譜線強(qiáng)度（從強(qiáng)到弱）將恒星分為O,B,A,F,G,K,M七種光譜型。每種類(lèi)型有其代表性的強(qiáng)線。例如，O型有電離氦線，B型有中性氦線和強(qiáng)氫線，A型以氫線為主，F(xiàn)