2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——星際塵埃對(duì)宇宙的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一種成分不是星際塵埃的主要構(gòu)成物質(zhì)？A.硅酸鹽B.碳顆粒C.氫分子D.石墨2.星際塵埃對(duì)恒星光譜的主要影響是？A.增強(qiáng)光譜中的發(fā)射線B.導(dǎo)致光譜中出現(xiàn)吸收線C.使恒星光譜類型發(fā)生改變D.使所有光譜線都變得非常寬3.以下哪種天文觀測(cè)波段最適合用于探測(cè)星際塵埃的紅外發(fā)射？A.可見光B.紫外線C.紅外線D.微波4.星際塵埃的“消光”現(xiàn)象主要指的是？A.塵埃吸收光線，使天體看起來(lái)更暗B.塵埃散射光線，改變天空顏色C.塵埃導(dǎo)致星光偏振D.塵埃使星光頻移5.在恒星和行星系統(tǒng)的形成過(guò)程中，星際塵埃主要扮演了什么角色？A.直接形成恒星B.主要形成行星C.提供形成行星的初始物質(zhì)和引力凝聚核心D.吸收恒星能量，使其冷卻6.導(dǎo)致宇宙微波背景輻射（CMB）在可見方向上出現(xiàn)微小各向異性（偏振）的主要原因是？A.宇宙膨脹B.恒星形成C.大尺度結(jié)構(gòu)形成D.星際塵埃的散射和吸收7.蛇夫座星云（OrionNebula）在可見光波段看起來(lái)比較黑暗，這主要是因?yàn)?？A.星云內(nèi)部沒(méi)有恒星B.星云內(nèi)部塵埃密度很高，產(chǎn)生了消光C.星云氣體吸收了可見光D.觀測(cè)角度問(wèn)題8.紅巨星階段產(chǎn)生的星際塵埃主要來(lái)源于？A.恒星內(nèi)部的核聚變產(chǎn)物B.紅巨星外層物質(zhì)的大量拋射C.小行星的碰撞碎裂D.超新星爆發(fā)的沖擊波9.以下哪個(gè)現(xiàn)象不是由星際塵埃與電磁波相互作用引起的？A.星際紅移B.塵埃紅外發(fā)射C.恒星光譜中的吸收線D.星際消光10.塵埃顆粒在星際介質(zhì)中通過(guò)相互碰撞和吸積增長(zhǎng)變大，這個(gè)過(guò)程稱為？A.蒸發(fā)B.沉降C.凝聚D.散射二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.星際塵埃顆粒的主要成分是________和________。2.塵埃顆粒通過(guò)吸收可見光并重新輻射________光而發(fā)出紅外光。3.由于星際塵埃的存在，來(lái)自遠(yuǎn)處的星光會(huì)經(jīng)歷________和________效應(yīng)。4.塵埃的散射會(huì)導(dǎo)致其呈現(xiàn)出________特性。5.形成類地行星的主要物質(zhì)來(lái)源被認(rèn)為是星際塵埃和________。6.星際塵埃的存在使得我們觀測(cè)到的河外星系總星等比實(shí)際值要________（高/低）。7.在紅外天文學(xué)的發(fā)展中，探測(cè)來(lái)自________的輻射是關(guān)鍵。8.________是一種由星際塵埃顆粒組成的密集云，是原行星盤的殘留或形成地。9.塵埃的溫度通常比其周圍的氣體________（高/低）。10.除了對(duì)可見光的影響，星際塵埃對(duì)________輻射也會(huì)產(chǎn)生顯著削弱作用。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.星際消光2.塵埃紅外發(fā)射光譜3.凝聚4.星際紅移（與塵埃相關(guān)的部分）5.消光曲線四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述星際塵埃是如何影響恒星視亮度和顏色的。2.解釋為什么紅外天文學(xué)對(duì)于研究星際塵埃至關(guān)重要。3.簡(jiǎn)述星際塵埃在行星系統(tǒng)形成過(guò)程中的幾個(gè)關(guān)鍵作用階段。4.塵埃如何影響我們對(duì)宇宙微波背景輻射的觀測(cè)？五、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行較為深入的闡述）1.詳細(xì)討論星際塵埃的觀測(cè)方法，包括主要使用的波段、儀器以及典型觀測(cè)現(xiàn)象。2.論述星際塵埃在宇宙學(xué)研究中扮演的角色，包括它對(duì)天體觀測(cè)（特別是河外天體和CMB）造成的挑戰(zhàn)以及從中獲得的信息。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.A5.C6.D7.B8.B9.A10.C二、填空題1.硅酸鹽，碳顆粒2.紅外3.消光，紅移4.各向異性（或偏振）5.小行星碎片6.低7.恒星際塵埃（或星際塵埃）8.原行星盤9.低10.宇宙微波背景輻射（或CMB）三、名詞解釋1.星際消光：指星際塵埃顆粒吸收和散射星光，導(dǎo)致來(lái)自塵埃云或其后方天體的視亮度降低的現(xiàn)象。2.塵埃紅外發(fā)射光譜：星際塵埃顆粒因吸收了可見光和紫外光后內(nèi)部能量升高，再以紅外輻射形式向外釋放能量時(shí)，其輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化形成的特征光譜，可用于識(shí)別塵埃成分和溫度。3.凝聚：指星際介質(zhì)中的微小塵埃顆粒通過(guò)相互碰撞并黏附在一起，逐漸增長(zhǎng)成更大顆粒的過(guò)程。4.星際紅移（與塵埃相關(guān)的部分）：指星光經(jīng)過(guò)密度不均勻的星際塵埃云時(shí)，塵埃對(duì)光子的散射作用會(huì)使光子平均運(yùn)動(dòng)方向偏離原直線，導(dǎo)致觀測(cè)到的光波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向偏移的現(xiàn)象。5.消光曲線：描述了通過(guò)星際塵埃云時(shí)，消光量（通常用對(duì)數(shù)表示，A_v）隨塵埃云距離（或視線方向）變化的函數(shù)關(guān)系圖，可以反映塵埃在不同方向的分布情況。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述星際塵埃是如何影響恒星視亮度和顏色的。答：星際塵埃會(huì)阻礙來(lái)自恒星的光線到達(dá)地球，導(dǎo)致恒星的視亮度降低（即消光效應(yīng)）。同時(shí)，塵埃主要散射藍(lán)光（波長(zhǎng)較短）比紅光（波長(zhǎng)較長(zhǎng)）更強(qiáng)烈（瑞利散射），這使得通過(guò)塵埃云看到的恒星光譜偏向紅色，顏色變紅。2.解釋為什么紅外天文學(xué)對(duì)于研究星際塵埃至關(guān)重要。答：星際塵埃的主要能量輻射形式是紅外輻射，因?yàn)槠錅囟认鄬?duì)較低（約幾K到幾十K），根據(jù)普朗克定律，其輻射峰值位于紅外波段?？梢姽夂妥贤夤庵饕粔m埃吸收。因此，觀測(cè)紅外輻射是探測(cè)塵埃存在、確定其溫度、密度、成分以及研究其空間分布等性質(zhì)的最主要、最有效手段。3.簡(jiǎn)述星際塵埃在行星系統(tǒng)形成過(guò)程中的幾個(gè)關(guān)鍵作用階段。答：星際塵埃是形成行星系統(tǒng)的原材料。首先，塵埃顆粒在星際介質(zhì)中通過(guò)碰撞和吸積（凝聚）過(guò)程逐漸長(zhǎng)大。這些增長(zhǎng)的顆粒匯集成更大的塊體（星子），然后在引力作用下進(jìn)一步吸積，最終形成行星的雛形（原行星）。4.塵埃如何影響我們對(duì)宇宙微波背景輻射的觀測(cè)？答：星際塵埃會(huì)發(fā)射紅外輻射，并且對(duì)微波輻射也會(huì)產(chǎn)生吸收和散射效應(yīng)。這導(dǎo)致塵埃所在區(qū)域的宇宙微波背景輻射溫度測(cè)量值偏高（吸收），且輻射圖樣發(fā)生畸變和偏振，污染了CMB的測(cè)量結(jié)果，給精確研究早期宇宙的擾動(dòng)和宇宙學(xué)參數(shù)帶來(lái)挑戰(zhàn)。五、論述題1.詳細(xì)討論星際塵埃的觀測(cè)方法，包括主要使用的波段、儀器以及典型觀測(cè)現(xiàn)象。答：觀測(cè)星際塵埃主要通過(guò)探測(cè)其與電磁波的相互作用產(chǎn)生的信號(hào)。*主要波段：*紅外線：最主要的方法，探測(cè)塵埃的紅外發(fā)射（熱發(fā)射，主要由塵埃顆粒自身溫度決定）和散射星光。不同波段的紅外輻射對(duì)應(yīng)不同溫度和尺度的塵埃。*微波：探測(cè)由極小塵埃顆粒（水冰微粒）散射宇宙微波背景輻射產(chǎn)生的微波背景輻射偏振信號(hào)（Sunyaev-Zeldovich效應(yīng)的另一種體現(xiàn)），以及某些特定化學(xué)物質(zhì)（如CH?OH冰）的微波譜線發(fā)射。*可見光/紫外：主要通過(guò)觀測(cè)塵埃造成的現(xiàn)象，如光譜中的吸收線（消光）、恒星顏色的變化、星團(tuán)的整體顏色偏紅等。直接探測(cè)可見光/紫外發(fā)射較弱。*常用儀器：*紅外望遠(yuǎn)鏡：如哈勃空間望遠(yuǎn)鏡、斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡、詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡等，配備紅外探測(cè)器，用于觀測(cè)塵埃的紅外發(fā)射和反射。*微波輻射計(jì)/望遠(yuǎn)鏡：地面或空間設(shè)備，用于測(cè)量宇宙微波背景輻射的強(qiáng)度和偏振，探測(cè)塵埃散射信號(hào)。*高分辨率光譜儀：安裝在大型望遠(yuǎn)鏡上，用于分析恒星和星云的光譜，探測(cè)塵埃造成的吸收線（如CaIIK線是常用指標(biāo)）。*典型觀測(cè)現(xiàn)象：*紅外發(fā)射：在暗星云中觀測(cè)到強(qiáng)烈的紅外發(fā)射，形成“紅外暗星云”或“極星云”。*光譜吸收：在恒星光譜中看到特定的吸收線（如CaIIK線）強(qiáng)度隨視線方向變化，指示塵埃密度隨方向變化。*消光：觀測(cè)到恒星視亮度隨距離增加而衰減，以及星團(tuán)中遠(yuǎn)離中心成員星的恒星顏色變紅。*顏色異常：河外星系整體呈現(xiàn)紅色，表明其內(nèi)部或前方存在大量塵埃。*微波信號(hào)：觀測(cè)到CMB的微小偏振信號(hào)，與星際/星際際塵埃分布有關(guān)。2.論述星際塵埃在宇宙學(xué)研究中扮演的角色，包括它對(duì)天體觀測(cè)（特別是河外天體和CMB）造成的挑戰(zhàn)以及從中獲得的信息。答：星際塵埃是宇宙學(xué)研究中的一個(gè)重要因素，既帶來(lái)挑戰(zhàn)，也提供信息。*對(duì)天體觀測(cè)造成的挑戰(zhàn)：*消光效應(yīng)：塵埃吸收和散射光線，導(dǎo)致來(lái)自其所在方向或其后方天體的視亮度顯著降低，嚴(yán)重時(shí)甚至完全遮蔽天體（如暗星云掩蓋其中的恒星）。這限制了我們觀測(cè)能力的距離，并使得天體的真實(shí)物理性質(zhì)難以確定。*光譜reddening（紅化）：塵埃優(yōu)先散射藍(lán)光，導(dǎo)致觀測(cè)到的天體光譜向長(zhǎng)波方向偏移，顏色變紅。這會(huì)錯(cuò)誤地指示天體的距離、年齡、溫度等參數(shù)（如使恒星看起來(lái)比實(shí)際更紅、更老）。*對(duì)河外天體的觀測(cè)：塵埃是導(dǎo)致許多星系（特別是旋渦星系）在可見光下呈現(xiàn)紅色的主要原因。它吸收來(lái)自星系盤面恒星的光，使得星系中心比邊緣看起來(lái)更亮（反差減小）。對(duì)于非常遙遠(yuǎn)的星系，其發(fā)出的光在到達(dá)地球前穿過(guò)了大量宇宙塵埃，導(dǎo)致整個(gè)星系圖像嚴(yán)重模糊、偏紅，甚至完全不可見，給觀測(cè)早期宇宙帶來(lái)了巨大困難。*對(duì)CMB的觀測(cè)：星際和星際際塵埃會(huì)發(fā)射紅外輻射，并對(duì)微波輻射產(chǎn)生吸收和散射。這導(dǎo)致CMB在視線方向上溫度偏高，并且引入額外的偏振模式，污染了CMB的溫度和偏振圖樣，干擾了通過(guò)CMB研究早期宇宙原初擾動(dòng)（提供宇宙大尺度結(jié)構(gòu)信息的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”）和宇宙學(xué)參數(shù)（如Omega、Hubble常數(shù)）的精確測(cè)量。*從中獲得的信息：*探測(cè)塵埃分布：通過(guò)觀測(cè)塵埃的紅外發(fā)射和可見光/紫外吸收，可以繪制出星際塵埃在銀河系或其他星系內(nèi)的分布圖，揭示氣體云、原行星盤、暗星云等結(jié)構(gòu)。*研究塵埃性質(zhì)：塵埃的紅外光譜可以提供其溫度、密度、尺寸分布、化學(xué)成分（如水冰含