2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際塵埃對星體形成的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題號后括號內(nèi)）1.在星際介質(zhì)中，構(gòu)成星際塵埃的主要成分通常不包括以下哪一項？A.硅酸鹽B.碳顆粒（如金剛石、石墨）C.氦氣分子D.冰塊（如水冰、氨冰）2.下列哪種天文觀測波段對于探測冷、暗的星際塵埃最為有效？A.可見光B.紅外光C.X射線D.無線電波3.根據(jù)目前的理解，星際塵埃在星體形成過程中最關(guān)鍵的初始作用是？A.直接構(gòu)成行星的大部質(zhì)量B.作為引力核心，觸發(fā)分子云的引力坍縮C.提供恒星的初始角動量D.主要通過輻射壓阻止氣體坍縮4.在原恒星盤內(nèi)，星際塵埃顆粒通過什么主要機制逐漸增長到星子（厘米級）尺度？A.氣體碰撞聚合B.光壓驅(qū)動的引力捕獲C.與氣體粘性相互作用D.自由落體運動5.以下哪種現(xiàn)象是原恒星盤中存在大量星際塵埃的有力證據(jù)？A.年輕恒星周圍的光學(xué)亮度集中B.對年輕恒星紅外輻射的探測C.星際分子的譜線紅移D.星際磁場的高強度測量6.塵埃顆粒在分子云中充當引力核心的過程中，起決定性作用的關(guān)鍵物理參數(shù)是？A.塵埃顆粒的絕對溫度B.分子云的氣體密度C.塵埃顆粒與氣體的相對速度D.星際磁場的大小和方向7.以下哪項不是星際塵埃對行星系統(tǒng)形成可能產(chǎn)生的影響？A.限制行星能夠達到的最大質(zhì)量B.控制行星系統(tǒng)的整體組成（巖石/氣體比例）C.直接決定行星表面的顏色D.為行星提供形成所需的水分物質(zhì)8.與主要由氣體引力坍縮形成的早期恒星相比，塵埃主導(dǎo)形成的原恒星通常表現(xiàn)出什么特征？A.更高的初始溫度B.更快的自轉(zhuǎn)速度C.更強的紫外輻射輸出D.更大的初始半徑9.塵埃在原恒星盤中通過散射恒星紫外輻射和X射線，其主要物理后果是？A.增加了盤內(nèi)氣體的溫度B.導(dǎo)致盤內(nèi)密度分布的不均勻C.為盤內(nèi)物質(zhì)提供了額外的能量來源D.抑制了內(nèi)盤區(qū)域的氣體坍縮10.探測到宇宙中最早形成的恒星系統(tǒng)（如伽瑪射線暴源）通常伴隨著大量的星際塵埃，這支持了哪種觀點？A.塵埃是在星體形成之后才被注入星系的B.早期恒星形成過程比現(xiàn)代恒星形成更依賴塵埃C.這些早期恒星沒有行星系統(tǒng)D.塵埃的觀測與早期恒星的存在無關(guān)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.星際塵埃的主要成分，特別是碳基塵埃，通常在_________環(huán)境下形成。2.星際塵埃通過吸收可見光并發(fā)出_________輻射，使得許多紅外星云呈現(xiàn)出紅色外觀。3.塵埃顆粒在分子云中能夠充當引力核心，主要是因為它們對_________的吸收率遠高于對氣體，導(dǎo)致塵埃與氣體之間的引力不穩(wěn)定性。4.原恒星盤中的塵埃顆粒通過吸積周圍氣體和與其他顆粒的_________，逐漸增大并可能最終形成星子。5.紅外天文臺的建立極大地推動了我們對_________形成和演化的研究。6.星際塵埃的毫米波輻射主要來自其表面的_________過程。7.塵埃的輻射壓對_________尺度的物質(zhì)（如氣體）運動起著主導(dǎo)作用。8.星際塵埃的化學(xué)成分可以提供關(guān)于其_________和形成環(huán)境的線索。9.在行星形成的早期階段，塵埃顆粒的_________（增長速率和效率）至關(guān)重要。10.除了形成固體行星，星際塵埃也可能在_________的形成中扮演一定角色。三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.星際微米/毫米級顆粒2.紅外星云3.塵埃的引力襯墊（DustCushion）4.星際塵埃的散射效應(yīng)5.星子四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述利用紅外輻射探測星際塵埃的基本原理。2.解釋星際塵埃如何在分子云的引力坍縮中起到“引力種子”的作用。3.描述原恒星盤中塵埃顆粒通過碰撞增長形成星子的基本過程。4.比較星際塵埃和星際氣體在影響原恒星盤結(jié)構(gòu)方面的主要作用差異。五、論述題（10分）論述星際塵埃在從原恒星盤演化到形成類地行星和氣態(tài)巨行星的過程中所扮演的多個關(guān)鍵角色及其相互關(guān)系。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.A5.B6.B7.C8.D9.D10.B二、填空題1.恒星風(fēng)或超新星爆發(fā)2.紅外3.恒星紫外輻射/X射線4.碰撞5.原恒星盤/年輕恒星6.碰撞/再輻射7.內(nèi)8.起源9.增長10.原行星盤/行星胚胎三、名詞解釋1.星際微米/毫米級顆粒：指直徑在微米到毫米量級的固體塵埃顆粒，主要由星際塵埃碰撞增長形成，是構(gòu)成星子的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。2.紅外星云：指因內(nèi)部含有大量吸收可見光并發(fā)出紅外輻射的星際塵埃而呈現(xiàn)紅色的星云狀天體。3.塵埃的引力襯墊（DustCushion）：指原恒星盤中的塵埃顆粒受到的輻射壓和氣體壓力，部分抵消了恒星對內(nèi)盤氣體的引力，從而限制了恒星物質(zhì)向內(nèi)盤的流入速率。4.星際塵埃的散射效應(yīng)：指星際塵埃顆粒能夠散射來自恒星的光線，這在紅外波段尤其顯著，是探測塵埃的重要手段，也可導(dǎo)致星光彎曲或產(chǎn)生極化。5.星子：指在原恒星盤中通過塵埃顆粒吸積和碰撞增長形成的、直徑從厘米級到公里級的固體天體，是行星形成的主要建造塊。四、簡答題1.簡述利用紅外輻射探測星際塵埃的基本原理。解析思路：星際塵埃主要吸收可見光和紫外光，使其溫度升高，然后以紅外輻射的形式向外發(fā)射能量。由于塵埃吸收了恒星紫外輻射和可見光，導(dǎo)致其溫度高于周圍冷氣體，因此會發(fā)出比環(huán)境氣體更強的紅外輻射（主要是熱紅外輻射）。通過探測這種紅外輻射，可以定位塵埃分布，并推斷其物理性質(zhì)（如溫度、密度）。2.解釋星際塵埃如何在分子云的引力坍縮中起到“引力種子”的作用。解析思路：在分子云中，塵埃顆粒雖然質(zhì)量占比很小，但因其對恒星紫外輻射和X射線的吸收遠強于氣體分子（吸收截面大），會吸收大量能量導(dǎo)致自身溫度升高。根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，溫度升高會導(dǎo)致塵埃的引力質(zhì)量增加（通過德西特公式或等效粒子質(zhì)量模型），即使其物理質(zhì)量不變，也使得塵埃顆粒的引力效應(yīng)增強。當塵埃的引力效應(yīng)足以克服周圍氣體的壓力和磁場阻力時，它就能吸引更多的氣體和塵埃自身坍縮，從而成為引力坍縮的初始核心或“種子”。3.描述原恒星盤中塵埃顆粒通過碰撞增長形成星子的基本過程。解析思路：在原恒星盤內(nèi)，塵埃顆粒首先通過吸積盤內(nèi)氣體增加質(zhì)量。同時，由于塵埃和氣體都受到恒星引力以及盤內(nèi)氣體壓力和剪切力的作用，兩者之間會存在相對速度，導(dǎo)致塵埃顆粒之間發(fā)生相互碰撞。通過這些碰撞，塵埃顆?？梢院喜?，逐漸增長到更大的尺寸。這個過程被稱為“碰撞增長”或“碎屑增長”，是形成從毫米級到厘米級，最終可能發(fā)展成星子（planetesimal）的關(guān)鍵步驟。4.比較星際塵埃和星際氣體在影響原恒星盤結(jié)構(gòu)方面的主要作用差異。解析思路：氣體主要受引力和氣體壓力支配，容易發(fā)生流體動力學(xué)運動，如徑向流動（向內(nèi)螺旋落入恒星或向外流散）、切向流動（形成盤狀）以及受到磁場和角動量的影響，形成旋轉(zhuǎn)的盤。塵埃除了受引力和氣體壓力外，還顯著受到輻射壓（來自恒星紫外和X射線）的作用，這種輻射壓會阻止塵埃向內(nèi)落入恒星，并在內(nèi)外盤產(chǎn)生壓差，導(dǎo)致內(nèi)外盤物質(zhì)流速差異，形成所謂的“塵埃avalanche”效應(yīng)，限制氣體向內(nèi)流，穩(wěn)定盤結(jié)構(gòu)。此外，塵埃的碰撞增長過程也改變了局部的物質(zhì)密度和動力學(xué)。五、論述題論述星際塵埃在從原恒星盤演化到形成類地行星和氣態(tài)巨行星的過程中所扮演的多個關(guān)鍵角色及其相互關(guān)系。解析思路：星際塵埃在星體形成過程中扮演了不可或缺的多重關(guān)鍵角色，這些角色相互關(guān)聯(lián)，共同驅(qū)動了行星系統(tǒng)的形成。首先，塵埃是引力坍縮的“種子”。如前所述，塵埃對紫外和X射線的強吸收導(dǎo)致其等效引力質(zhì)量增加，使其能夠克服氣體壓力和磁場阻力，成為分子云引力坍縮的初始核心，觸發(fā)原恒星的形成。其次，塵埃在原恒星盤中充當“引力襯墊”。塵埃顆粒受到的輻射壓部分抵消了恒星對內(nèi)盤氣體的引力，限制了氣體向內(nèi)螺旋落入恒星的速度。這導(dǎo)致氣體在原恒星周圍形成一個旋轉(zhuǎn)的盤狀結(jié)構(gòu)，并使得內(nèi)外盤之間出現(xiàn)物質(zhì)流速率的差異，這種差異對于后續(xù)行星的形成至關(guān)重要。第三，塵埃是行星固體成分的主要來源和行星形成的“建筑材料”。塵埃顆粒通過吸積周圍氣體和與其他塵埃顆粒的碰撞增長，逐漸增大形成星際微米/毫米級顆粒，并進一步碰撞聚集成厘米級到公里級的星子（行星胚胎）。這些星子通過引力不斷吸積周圍更小的顆粒和氣體，最終成長為我們今天看到的行星。類地行星主要由在靠近原恒星的區(qū)域快速增長的固體星子構(gòu)成，而氣態(tài)巨行星的固體核心也是在特定半徑處形成的星子，之后才迅速吸積了大量的圍繞其運行的氣體。第四，塵埃影響原恒星盤的結(jié)構(gòu)和演化。塵埃的散射效應(yīng)不僅使紅外星云可見，也改變了盤內(nèi)的輻射傳輸，影響溫度