2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——恒星演化過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)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.下列哪種過(guò)程是恒星內(nèi)部產(chǎn)生能量的主要來(lái)源？（）A.核聚變B.核裂變C.化學(xué)反應(yīng)D.放射性衰變2.恒星從主序階段演變?yōu)榧t巨星的主要原因是？（）A.核燃料耗盡B.恒星質(zhì)量增加C.核反應(yīng)速率突然加快D.恒星外部物質(zhì)損失3.對(duì)于同一初始化學(xué)成分，質(zhì)量越大的恒星，其主序壽命通常？（）A.越長(zhǎng)B.越短C.無(wú)關(guān)D.與質(zhì)量立方根成反比4.恒星演化為白矮星主要依賴于哪種力的支持？（）A.引力B.輻射壓C.熱壓力D.化學(xué)壓力5.赫羅圖（H-RDiagram）在研究恒星演化中的主要作用是？（）A.表示恒星的空間分布B.表示恒星的光度隨時(shí)間的變化C.表示恒星的溫度與光度關(guān)系，揭示其演化階段D.表示恒星的顏色與半徑關(guān)系6.恒星內(nèi)部能量從核心輸運(yùn)到表面的主要方式在核心區(qū)域通常是？（）A.對(duì)流B.輻射C.導(dǎo)電D.傳導(dǎo)7.首次明確提出恒星演化的現(xiàn)代理論框架的科學(xué)家是？（）A.開(kāi)普勒B.牛頓C.恒星演化三巨頭（巴德、福勒、特雷弗）D.愛(ài)因斯坦8.中子星是哪種類型恒星演化的最終產(chǎn)物之一？（）A.低質(zhì)量恒星B.中等質(zhì)量恒星C.大質(zhì)量恒星D.所有類型恒星9.恒星形成通常發(fā)生在哪種宇宙環(huán)境？（）A.真空B.密度極低的稀薄氣體云C.密度很高的星際云核心D.行星際空間10.模擬恒星演化時(shí)，恒星的“初始質(zhì)量”是影響其整個(gè)生命史的最關(guān)鍵參數(shù)之一，這是因?yàn)?？（）A.它決定了恒星的總能量輸出B.它決定了恒星核心的初始密度和溫度C.它決定了恒星表面溫度D.它決定了恒星的顏色二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.恒星生命周期的長(zhǎng)短主要取決于其__________和初始的__________。2.恒星內(nèi)部發(fā)生氫核聚變生成氦的過(guò)程通常稱為_(kāi)_________。3.當(dāng)恒星核心的氫燃料耗盡時(shí)，核心會(huì)收縮升溫，外層會(huì)膨脹冷卻，使其在赫羅圖上向__________移動(dòng)。4.白矮星是由__________核心殘余構(gòu)成的，它主要依靠__________來(lái)對(duì)抗引力。5.赫羅圖上的主序帶代表了__________階段的恒星。6.恒星演化模擬實(shí)驗(yàn)中，需要解決的關(guān)鍵物理方程包括__________方程、__________方程和核反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。7.恒星演化過(guò)程中，除了核反應(yīng)，__________和__________也是維持恒星結(jié)構(gòu)的重要因素。8.觀測(cè)到__________和__________是支持恒星演化理論的重要證據(jù)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。）1.簡(jiǎn)述恒星從原恒星階段進(jìn)入主序階段需要克服的主要障礙。2.解釋什么是“質(zhì)量虧損”，以及它是如何影響恒星演化的。3.簡(jiǎn)述恒星內(nèi)部能量輸運(yùn)的兩種主要方式及其發(fā)生條件。4.比較主序星和紅巨星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（至少兩點(diǎn)）。四、論述題（每題10分，共20分。）1.結(jié)合恒星結(jié)構(gòu)的基本原理，論述為什么恒星的初始質(zhì)量對(duì)其演化和最終命運(yùn)具有決定性影響。2.以模擬實(shí)驗(yàn)可能得到的赫羅圖軌跡為例，描述如何通過(guò)分析不同質(zhì)量恒星的生命軌跡來(lái)理解恒星演化的主要階段和物理過(guò)程。試卷答案一、選擇題1.A2.A3.B4.A5.C6.B7.C8.C9.C10.B二、填空題1.初始質(zhì)量，化學(xué)成分2.氫融合（或核聚變）3.右上（或紅端）4.中子，電子degeneracypressure（或簡(jiǎn)并壓力）5.主序（或主序階段）6.流體靜力學(xué)，能量輸運(yùn)7.輻射壓，引力8.白矮星，中子星（或黑洞，或超新星遺跡）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：原恒星是致密且正在引力坍縮的氣體云核心，進(jìn)入主序階段意味著開(kāi)始了穩(wěn)定的核聚變。主要障礙是需要達(dá)到足夠的中心溫度和壓力以啟動(dòng)核反應(yīng)（氫融合），克服引力坍縮的趨勢(shì)。這需要引力勢(shì)能的釋放（核心收縮升溫）來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.解析思路：質(zhì)量虧損是指恒星在核反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)產(chǎn)物的總質(zhì)量小于反應(yīng)物的總質(zhì)量，這部分“消失”的質(zhì)量根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2轉(zhuǎn)化為了能量，這部分能量是恒星輻射的來(lái)源。核反應(yīng)在恒星表面壓力下發(fā)生，向外輻射能量，導(dǎo)致恒星向外膨脹，從而損失質(zhì)量。3.解析思路：能量輸運(yùn)方式包括輻射輸運(yùn)和對(duì)流輸運(yùn)。輻射輸運(yùn)是能量通過(guò)光子（輻射能）的吸收和發(fā)射傳遞。當(dāng)溫度梯度和不透明度適中時(shí)發(fā)生。對(duì)流輸運(yùn)是能量通過(guò)流體元素（氣體或等離子體）的宏觀運(yùn)動(dòng)（上升和下降）來(lái)傳遞。當(dāng)溫度梯度很大或不透明度極高，輻射輸運(yùn)效率低下時(shí)發(fā)生。4.解析思路：主序星處于核反應(yīng)穩(wěn)定階段，核心主要進(jìn)行氫融合，半徑相對(duì)較小，表面溫度較高，光度與質(zhì)量近似成正比。紅巨星則核心氫已耗盡，外層急劇膨脹，表面溫度降低，半徑急劇增大，光度增加，核心開(kāi)始進(jìn)行氦融合或其他重元素融合，結(jié)構(gòu)不再穩(wěn)定。四、論述題1.解析思路：恒星結(jié)構(gòu)由流體靜力學(xué)平衡（inwardgravitationalpressurebalancedbyoutwardthermal/radiation/convectivepressure）、能量輸運(yùn)（energytransportedfromcoretosurface）和核反應(yīng)（energygenerationinthecore）決定。初始質(zhì)量決定了核心引力壓強(qiáng)和溫度。質(zhì)量越大，核心引力壓強(qiáng)越大，需要更高的溫度才能達(dá)到核反應(yīng)條件（如氫融合的點(diǎn)火條件）。這導(dǎo)致大質(zhì)量恒星核心溫度更高，核反應(yīng)速率更快，能量輸出更大，壽命更短。同時(shí)，更大的質(zhì)量意味著更強(qiáng)的引力，導(dǎo)致更緊密的結(jié)構(gòu)。當(dāng)核心燃料耗盡時(shí)，質(zhì)量越大，引力收縮越劇烈，觸發(fā)后續(xù)演化（如氦閃、紅巨星階段）的過(guò)程和最終命運(yùn)（中子星或黑洞）也越極端。因此，初始質(zhì)量是劃分恒星演化路徑和決定其生命歷程長(zhǎng)短、最終歸宿的核心參數(shù)。2.解析思路：模擬實(shí)驗(yàn)可以得到不同初始質(zhì)量恒星隨時(shí)間在赫羅圖上的演化軌跡。通過(guò)分析這些軌跡，可以理解：首先，所有恒星都始于赫羅圖左上角的原恒星點(diǎn)，然后向主序帶下降并停留一段時(shí)間，主序停留的時(shí)間與質(zhì)量成反比，質(zhì)量越大，停留時(shí)間越短。主序星位于主序帶，其位置大致由質(zhì)量決定（質(zhì)量越大，越向右上方移動(dòng)）。當(dāng)核心氫耗盡，恒星離開(kāi)主序，對(duì)于中等質(zhì)量恒星，會(huì)經(jīng)歷紅巨星分支，向右上方移動(dòng)到紅巨星區(qū)域；對(duì)于大質(zhì)量恒星，會(huì)迅速演化為主序外的巨星或超巨星。通過(guò)軌跡的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（如氫耗盡點(diǎn)、氦閃