2025年大學(xué)《天文學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——星際空間中存在哪些特殊天體？考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述星際介質(zhì)的主要物理組成及其在宇宙中的重要性。二、分子云與暗星云有何區(qū)別？簡(jiǎn)述分子云中恒星形成的初始階段及其標(biāo)志性現(xiàn)象。三、超新星爆發(fā)對(duì)周?chē)请H介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生哪些主要影響？請(qǐng)描述超新星遺跡的典型結(jié)構(gòu)特征及其形成原因。四、行星狀星云是如何形成的？簡(jiǎn)述其與超新星遺跡在形成機(jī)制和最終演化路徑上的主要不同。五、舉例說(shuō)明不同類(lèi)型的特殊天體（至少三種）在哪個(gè)波段電磁輻射最為顯著，并簡(jiǎn)述其主要的物理原因。六、解釋脈沖星風(fēng)星云的形成機(jī)制，并說(shuō)明其與脈沖星之間的關(guān)系。七、比較星流和星尾的形成原因及其所揭示的天文信息。八、致密暗星云（如Bok球狀云）為何能夠抵抗恒星紫外輻射的侵蝕？這對(duì)恒星形成有何意義？九、簡(jiǎn)述伽瑪射線暴（GRB）的潛在來(lái)源及其產(chǎn)生的遺跡可能呈現(xiàn)的主要特征。十、結(jié)合恒星演化的不同階段，論述星際空間中主要存在哪些類(lèi)型的特殊天體，并簡(jiǎn)述其與母恒星的關(guān)系。試卷答案一、星際介質(zhì)主要由氣體（約99%，主要為氫和氦）和塵埃（約1%）組成。氣體以不同密度和溫度的等離子體或中性分子形式存在；塵埃是微小的固體顆粒，主要成分是碳和硅化合物。星際介質(zhì)是恒星、行星、星系等天體形成和演化的原材料與場(chǎng)所，也是宇宙化學(xué)演化的重要舞臺(tái)。二、分子云是密度較高、溫度較低的星際云，主要由分子（特別是氫分子H?）組成，通常被塵埃遮蔽，可見(jiàn)光難以穿透。暗星云是外觀呈現(xiàn)黑暗云狀的天體，它們遮擋了背景更亮的天體（如恒星或星云），通常由致密的分子云構(gòu)成。區(qū)別在于，暗星云強(qiáng)調(diào)其視覺(jué)上的“暗”，而分子云強(qiáng)調(diào)其物質(zhì)組成和物理狀態(tài)。恒星形成的初始階段始于分子云內(nèi)部引力不穩(wěn)定性引發(fā)的局部坍縮，形成原恒星。赫比格-Haro天體（H-Hobjects）是位于分子云中、由原恒星快速噴流與周?chē)鷼怏w碰撞產(chǎn)生的明亮射流或羽狀結(jié)構(gòu)，是恒星形成的直接視覺(jué)證據(jù)。三、超新星爆發(fā)產(chǎn)生巨大的能量沖擊波，將恒星殘余物質(zhì)高速向外拋射，同時(shí)加熱周?chē)男请H介質(zhì)，使其達(dá)到高溫并發(fā)出輻射。主要影響包括：激發(fā)和電離周?chē)鷼怏w，形成超新星遺跡（如殼層狀結(jié)構(gòu)）；合成并擴(kuò)散比鐵更重的元素到星際空間，豐富宇宙化學(xué)成分；產(chǎn)生沖擊波效應(yīng)，可能觸發(fā)新的恒星形成。超新星遺跡的典型結(jié)構(gòu)通常包括致密的中心致密CORE、由內(nèi)向外膨脹的慢風(fēng)殼層（InnerShell）和快風(fēng)殼層（OuterShell），以及外部的擴(kuò)散前鋒（OuterEnvelope）。這種結(jié)構(gòu)是由爆發(fā)產(chǎn)生的快、慢相對(duì)運(yùn)動(dòng)的激波與不同密度的星際介質(zhì)相互作用形成的。四、行星狀星云是晚型恒星（光譜型K或M）生命末期，核心耗盡氫和氦后，外層物質(zhì)被強(qiáng)大的恒星風(fēng)（主要是快風(fēng)）剝離，拋射到星際空間形成的。在這個(gè)過(guò)程中，富含重元素的恒星外層被加熱并激發(fā)，發(fā)出明亮的光，形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的emissionnebula。其形成機(jī)制的核心是晚期恒星的外流過(guò)程，通常涉及一個(gè)快速膨脹的星周風(fēng)和一個(gè)較慢的、由拋射物質(zhì)形成的殼層。與超新星遺跡不同，行星狀星云的形成涉及晚期恒星的外流，通常發(fā)生在較低的能量和密度下，且母恒星質(zhì)量遠(yuǎn)小于形成超新星遺跡的恒星，最終可能留下白矮星。五、不同特殊天體輻射最顯著的波段與其物理性質(zhì)和組成密切相關(guān)。*分子云：主要在無(wú)線電波段（厘米波和米波段）通過(guò)分子譜線（如H?的21厘米線）輻射顯著，這些譜線源于分子在低溫低壓環(huán)境下的躍遷。*超新星遺跡：主要在X射線波段輻射顯著，這是由遺跡內(nèi)部高溫（數(shù)百萬(wàn)開(kāi)爾文）的電子與氣體相互作用產(chǎn)生的熱輻射（Bremsstrahlung）以及可能存在的同步輻射等過(guò)程造成的。部分遺跡在可見(jiàn)光和紅外波段也有顯著發(fā)射結(jié)構(gòu)。*行星狀星云：主要在可見(jiàn)光和近紅外波段輻射顯著，這是由被中心熱星激發(fā)的氣體（主要是氫和氦）發(fā)出的發(fā)射線（如Hβ,Hα,OIII）造成的。中心星本身在紅外波段也發(fā)出較強(qiáng)的熱輻射。六、脈沖星風(fēng)星云是由高速旋轉(zhuǎn)的中子星（脈沖星）發(fā)出的強(qiáng)大脈沖星風(fēng)與周?chē)男请H介質(zhì)相互作用形成的。脈沖星風(fēng)是極其致密和高速的相對(duì)論性粒子流，當(dāng)它遇到密度較高的星際云或自身膨脹減速時(shí)，會(huì)激發(fā)周?chē)臍怏w使其發(fā)出輻射，形成可見(jiàn)的、通常圍繞脈沖星呈環(huán)狀或碗狀結(jié)構(gòu)的X射線或同步輻射源。其輻射特性與脈沖星的磁場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)速度以及與星際介質(zhì)的相互作用密切相關(guān)。七、星流是恒星與其鄰近的致密分子云或星云相互作用時(shí)，被恒星風(fēng)或恒星引力拖拽形成的、沿恒星與云體連線方向延伸的氣體流或塵埃帶。星尾則通常出現(xiàn)在星流的兩端，是由恒星流與更稠密的背景星際介質(zhì)或另一個(gè)星云碰撞、受到阻力減速并產(chǎn)生壓力波形成的。星流和星尾的存在揭示了恒星與其環(huán)境之間的動(dòng)力學(xué)相互作用，提供了關(guān)于恒星質(zhì)量、速度以及周?chē)橘|(zhì)密度分布的信息，特別是對(duì)于年輕、大質(zhì)量恒星的驅(qū)動(dòng)作用。八、致密暗星云（如Bok球狀云）之所以能抵抗恒星紫外輻射的侵蝕，主要是因?yàn)樗鼈兙哂袠O高的視覺(jué)深度（高遮蔽率）和密度。其內(nèi)部極高的氣體密度（n>1000cm?3）能夠有效吸收和散射來(lái)自外部年輕恒星的紫外輻射，阻止其穿透到足夠深的位置去破壞云中的分子（如H?）和塵埃。同時(shí)，高密度也使得云體自身引力強(qiáng)大，能夠抵抗恒星紫外輻射壓和恒星風(fēng)的作用，從而在星際空間中保持相對(duì)穩(wěn)定和致密的狀態(tài)。這種穩(wěn)定性為內(nèi)部的分子凝聚和引力坍縮、進(jìn)而觸發(fā)恒星形成提供了必要條件。九、伽瑪射線暴（GRB）被認(rèn)為是宇宙中最劇烈的天文事件之一，其潛在來(lái)源主要包括大質(zhì)量恒星（>30M☉）的引力坍縮（超新星爆發(fā)或中子星合并）以及潛在的高能磁星（Magnetar）活動(dòng)。伽瑪射線暴產(chǎn)生的遺跡通常在伽瑪射線和X射線波段輻射最劇烈，這是由爆發(fā)產(chǎn)生的極高能量粒子和輻射（如同步輻射、逆康普頓散射）以及高溫（可達(dá)千萬(wàn)開(kāi)爾文）的膨脹介質(zhì)與周?chē)请H介質(zhì)相互作用形成的。遺跡的輻射會(huì)隨著時(shí)間演化，逐漸從硬X射線轉(zhuǎn)變?yōu)檐沊射線和射電波段。此外，GRB遺跡通常顯示出高金屬豐度，因?yàn)樗鼈兤鹪从诖筚|(zhì)量恒星，這些恒星在其演化過(guò)程中合成了豐富的重元素。十、根據(jù)恒星演化理論，星際空間中存在多種類(lèi)型的特殊天體，它們對(duì)應(yīng)著恒星生命不同階段或死亡后的遺跡：*分子云和恒星形成區(qū)：這是正在形成新恒星的“搖籃”，包含了原恒星、赫比格-Haro天體、年輕星團(tuán)等。*行星狀星云：晚型恒星（低質(zhì)量）生命末期，核心耗盡燃料，外層物質(zhì)被拋射形成，中心留下白矮星。*超新星遺跡：大質(zhì)量恒星（>8M☉）生命終結(jié)時(shí)爆發(fā)形成，中心留下中子星或黑洞，并向外擴(kuò)散物質(zhì)，豐富星際介質(zhì)。*