2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——恒星光譜線的多普勒頻移考試時(shí)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(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)）1.當(dāng)光源沿著視線方向遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的光波波長將（）。A.變短B.變長C.保持不變D.先變短后變長2.多普勒頻移現(xiàn)象的產(chǎn)生，其根本原因是（）。A.波源的固有頻率發(fā)生了變化B.波的傳播速度發(fā)生了變化C.波源與觀察者之間的相對運(yùn)動(dòng)D.觀察者接收到的波數(shù)發(fā)生了變化3.在天文學(xué)中，通過測量恒星光譜線的（）可以確定該恒星的視向速度。A.強(qiáng)度B.寬度C.頻率（或波長）相對于實(shí)驗(yàn)室譜線的移動(dòng)量D.匹配的元素種類4.恒星光譜線發(fā)生“藍(lán)移”意味著（）。A.恒星正在自轉(zhuǎn)B.恒星正在遠(yuǎn)離地球C.恒星正在靠近地球D.恒星內(nèi)部發(fā)生了能量躍遷5.多普勒頻移公式Δλ/λ=v/c中，v代表的是（）。A.光在介質(zhì)中的傳播速度B.光源自身運(yùn)動(dòng)的速度C.觀察者運(yùn)動(dòng)的速度D.光源相對于觀察者的視線速度（徑向速度）6.哈勃定律描述了星系紅移與（）之間的關(guān)系。A.星系年齡B.星系質(zhì)量C.星系距離D.星系亮度7.以下哪種現(xiàn)象不屬于多普勒頻移？（）A.站在馬路邊聽行駛汽車horn的聲音變化B.恒星光譜線的紅移或藍(lán)移C.氣體分子在容器中熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致發(fā)射譜線增寬D.遠(yuǎn)處爆炸聲到達(dá)耳朵時(shí)音調(diào)變化8.如果觀察到一個(gè)遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的氫原子巴爾末系Lymanα譜線（波長為121.6nm）發(fā)生紅移，其觀測到的波長為122.0nm，則該星系的視向速度大約是（光速c=3x10?m/s）？A.0km/sB.+7.8km/sC.-7.8km/sD.+15.6km/s9.對于同一個(gè)恒星光譜線系，其吸收線波長在實(shí)驗(yàn)室中測得為λ?，在來自遙遠(yuǎn)星系的光譜中測得為λ，若λ>λ?，則該星系（）。A.正在靠近地球B.正在遠(yuǎn)離地球C.可能存在切向速度分量D.其光譜儀分辨率較低10.多普勒效應(yīng)無法解釋的現(xiàn)象是（）。A.遠(yuǎn)方雷聲的延遲B.恒星視向速度的測量C.宇宙微波背景輻射的各向異性（部分解釋）D.汽車鳴笛時(shí)聲音的變化二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中橫線上）1.多普勒頻移導(dǎo)致光源朝向觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的光波頻率將_______，波長將_______。2.多普勒頻移導(dǎo)致光源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的光波頻率將_______，波長將_______。3.天文學(xué)上，將光譜線向波長更長的方向移動(dòng)稱為_______，向波長更短的方向移動(dòng)稱為_______。4.多普勒頻移公式Δλ/λ=v/c適用于計(jì)算_______速度。其中v>0表示光源遠(yuǎn)離觀察者，v<0表示光源靠近觀察者。5.解釋遙遠(yuǎn)星系光譜線的紅移現(xiàn)象是支持_______觀點(diǎn)的重要證據(jù)之一。三、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.已知可見光中鈉D雙線（波長分別為λ?=589.0nm和λ?=589.6nm）由實(shí)驗(yàn)室光源發(fā)出。若來自某恒星的鈉D線在觀測中分別測得波長為589.2nm和590.0nm，且已知光速c=3x10?m/s。請計(jì)算該恒星相對于地球的視向速度v。假設(shè)光速在真空中的值為標(biāo)準(zhǔn)值。2.天文觀測發(fā)現(xiàn)，位于室女座的旋渦星系M51，其光譜中某吸收線在實(shí)驗(yàn)室中的波長為λ?=500.0nm。在M51發(fā)出的光中，該吸收線被觀測到波長為λ=501.0nm。請計(jì)算M51相對于地球的視向速度，并說明是靠近還是遠(yuǎn)離地球。（光速c=3x10?m/s）3.假設(shè)一遙遠(yuǎn)星系正以5000km/s的速度遠(yuǎn)離地球。該星系光譜中一條波長為500nm的譜線，在地球上被觀測到的波長是多少？如果地球上對應(yīng)這條譜線的波長為500.1nm，則在星系上該譜線的波長是多少？請分別計(jì)算。（光速c=3x10?m/s）四、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述多普勒效應(yīng)的基本原理，并說明它在天文學(xué)中是如何被用來測量天體視向速度的。2.區(qū)分以下概念：徑向速度與切向速度；多普勒紅移與引力紅移。簡述宇宙學(xué)紅移產(chǎn)生的原因及其與多普勒紅移的主要區(qū)別。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.D6.C7.C8.B9.B10.A二、填空題1.增大；變長2.減??；變長3.紅移；藍(lán)移4.徑向（或視線）5.宇宙膨脹三、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用多普勒頻移公式Δλ/λ=v/c。首先計(jì)算兩條線的波長變化量Δλ?=589.2-589.0=0.2nm，Δλ?=590.0-589.6=0.4nm。然后分別計(jì)算兩條線的視向速度v?=(Δλ?/λ?)*c=(0.2/589.0)*(3x10?)m/s，v?=(Δλ?/λ?)*c=(0.4/589.6)*(3x10?)m/s。由于兩條線的紅移方向一致（波長都變長），說明恒星遠(yuǎn)離地球，其視向速度為v=max(|v?|,|v?|)=max((0.2/589.0)*3x10?,(0.4/589.6)*3x10?)m/s。計(jì)算結(jié)果為v≈+4.1x10?m/s=+4100km/s。答案：+4100km/s2.解析思路：應(yīng)用多普勒頻移公式Δλ/λ=v/c。計(jì)算紅移量Δλ=501.0-500.0=1.0nm。將數(shù)值代入公式，v=(Δλ/λ)*c=(1.0/500.0)*(3x10?)m/s。由于Δλ>0，說明波長變長，光源遠(yuǎn)離觀察者。答案：+600km/s（遠(yuǎn)離地球）3.解析思路：應(yīng)用多普勒頻移公式Δλ/λ=-v/c。首先計(jì)算地球上觀測到的波長λ_obs=λ_syst*(1+v/c)=500nm*(1+5000/(3x10?))。然后計(jì)算星系上該譜線的波長λ_syst=λ_obs/(1+v/c)=500nm/(1+5000/(3x10?))?；蛘咧苯佑忙薩obs=λ?*(1+v/c)，λ_syst=λ?/(1+v/c)。答案：501.0nm；498.9nm四、簡答題1.解析思路：多普勒效應(yīng)原理是波源與觀察者相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波頻率會發(fā)生變化。當(dāng)相對靠近時(shí)頻率升高，相對遠(yuǎn)離時(shí)頻率降低。在天文學(xué)中，光源（恒星）發(fā)出的光波帶有其固有頻率。如果恒星相對于地球沿視線方向（即徑向）靠近，光波會被“壓縮”，觀察者接收到的波長變短，頻率升高（藍(lán)移）；如果恒星沿視線方向遠(yuǎn)離，光波會被“拉伸”，觀察者接收到的波長變長，頻率降低（紅移）。通過測量光譜線的實(shí)際波長相對于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)波長的移動(dòng)量（Δλ），并已知光速c，就可以根據(jù)公式Δλ/λ=v/c計(jì)算出恒星相對于地球的視線速度v。2.解析思路：徑向速度（視向速度）是指天體相對于觀察者的視線方向的運(yùn)動(dòng)速度分量，可以用多普勒頻移測量。切向速度是天體相對于觀察者的切線方向（垂直于視線方向）的運(yùn)動(dòng)速度分量，通常通過測角變化和距離估算，不能直接用多普勒效應(yīng)測量。多普勒紅移是源于光源與觀察者相對運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致光波波長發(fā)生變化的現(xiàn)象。引力紅移是光在強(qiáng)引力場中退出引