2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——星際塵埃對(duì)星際介質(zhì)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)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種物質(zhì)最不可能是星際塵埃的主要組成成分？A.硅酸鹽B.碳粒（如金剛石、石墨）C.氫分子（H?）D.金屬氧化物2.星際塵埃對(duì)可見光的主要作用是？A.強(qiáng)烈吸收所有波長(zhǎng)的光B.主要在長(zhǎng)波端散射光C.主要在短波端散射光D.只反射特定波長(zhǎng)的光3.當(dāng)我們觀測(cè)到遙遠(yuǎn)星云的星等明顯變暗，顏色變紅時(shí)，最主要的原因是？A.星云本身在遠(yuǎn)離我們B.星云內(nèi)部存在大量星際塵埃，導(dǎo)致消光和紅化C.觀測(cè)儀器對(duì)紅光更敏感D.目標(biāo)恒星本身光度變暗4.下列哪項(xiàng)不是星際塵埃對(duì)星際氣體產(chǎn)生的重要物理效應(yīng)？A.提供主要的遠(yuǎn)紫外輻射冷卻B.增加星際氣體的粘性C.導(dǎo)致星際氣體密度顯著增加D.通過表面催化促進(jìn)某些化學(xué)反應(yīng)5.比消光（R_v）這個(gè)參數(shù)主要反映了星際塵埃的什么特性？A.平均顆粒大小B.總量密度C.散射光的顏色依賴性D.吸收效率6.下列哪個(gè)天文現(xiàn)象或觀測(cè)領(lǐng)域，與對(duì)星際塵埃的研究關(guān)系最為密切？A.射電天文學(xué)觀測(cè)水分子B.紅外天文學(xué)觀測(cè)隱藏的年輕恒星C.紫外天文學(xué)觀測(cè)恒星大氣D.X射線天文學(xué)觀測(cè)黑洞吸積盤7.塵埃顆粒通過吸收遠(yuǎn)紫外和X射線輻射，然后主要在哪個(gè)波段重新輻射能量，起到冷卻星際氣體的作用？A.可見光波段B.紫外波段C.紅外波段D.無(wú)線電波段8.在分子云中，塵埃的存在對(duì)于維持其低溫狀態(tài)，促進(jìn)分子（如H?）的形成，起到了關(guān)鍵作用。這主要是因?yàn)?？A.塵埃顆粒直接制造了分子B.塵埃提供了催化劑表面C.塵埃通過輻射冷卻有效地帶走氣體熱量D.塵埃阻礙了氣體與恒星的相互作用9.下列哪種情況下，星際塵埃的散射效應(yīng)最為顯著？A.塵埃顆粒尺寸遠(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)B.塵埃顆粒尺寸遠(yuǎn)大于入射光波長(zhǎng)C.塵埃顆粒尺寸與入射光波長(zhǎng)相當(dāng)D.塵埃顆粒完全吸收了入射光10.行星狀星云中心區(qū)域通常非常熱，但周圍常伴隨有冷的塵埃包層。這種結(jié)構(gòu)主要形成原因是什么？A.塵埃在中心高溫下蒸發(fā)消失B.塵埃被中心恒星風(fēng)掃到外圍C.塵埃在中心區(qū)域被氣體吹散，但在外圍重新凝聚D.塵埃包層是恒星形成早期遺留下來(lái)的，而中心是后期演化形成的二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.星際塵埃對(duì)星光的主要吸收波段位于__________波段，主要散射波段位于__________波段。2.描述星際塵埃數(shù)量密度或總量的物理量稱為__________。3.由于星際塵埃的存在，來(lái)自背景光源的光通量減弱稱為__________，而星光顏色向紅端偏移稱為__________。4.塵埃顆粒通過吸收高能輻射并向空間發(fā)射紅外輻射來(lái)冷卻周圍氣體，這個(gè)過程稱為__________。5.塵埃表面吸附氣體分子，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，例如在分子云中催化__________的形成，被稱為__________效應(yīng)。6.塵埃在引力場(chǎng)和氣體粘性作用下，傾向于向星際介質(zhì)中密度較高的區(qū)域沉降，稱為__________。7.在天文學(xué)中，為了消除星際塵埃造成的消光影響，需要對(duì)測(cè)得的星等進(jìn)行__________。8.塵埃的物理特性，如折射率和發(fā)射光譜，使其成為__________天文學(xué)的重要研究對(duì)象。9.估算星際塵埃總量的一個(gè)重要線索是觀測(cè)到某些特定化學(xué)元素在可見光和近紅外波段下的__________。10.塵埃的遮蔽效應(yīng)使得來(lái)自星際云團(tuán)內(nèi)部的光（如分子發(fā)射線）難以直接觀測(cè)，因此研究這些區(qū)域往往需要依賴__________探測(cè)。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述米氏散射（MieScattering）的基本特點(diǎn)及其對(duì)星光顏色的影響。2.解釋什么是消光（A_v），并說(shuō)明它與顏色指數(shù)（C）和比消光（R_v）之間的關(guān)系。3.簡(jiǎn)述星際塵埃在原行星盤演化過程中可能扮演的角色。四、計(jì)算題（6分。請(qǐng)列出主要計(jì)算步驟和公式）假設(shè)一個(gè)位于我們銀河系盤面，距離地球d=500光年的恒星，其固有光度為L(zhǎng)。由于星際塵埃的存在，觀測(cè)到的該恒星星等m=+10.0mag。已知該恒星的光譜類型對(duì)應(yīng)的光度基準(zhǔn)距離為10pc，且該星云區(qū)域的比消光R_v=3.1。請(qǐng)估算該星云區(qū)域到恒星的距離處的平均消光系數(shù)A_v，并說(shuō)明你所用的核心公式及其物理意義。五、論述題（9分。請(qǐng)圍繞主題進(jìn)行深入闡述）論述星際塵埃如何在分子云的形成、演化和恒星誕生過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并說(shuō)明這些作用如何影響我們對(duì)宇宙中生命起源可能性的理解。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.C6.B7.C8.C9.C10.B二、填空題1.遠(yuǎn)紫外,紅外2.塵埃密度（或塵埃數(shù)密度）3.消光,紅化4.輻射冷卻5.H?,表面催化6.顆粒沉降（或塵埃沉降）7.消光訂正（或消光修正）8.紅外9.豐度比（或比值）10.紅外（或紅外輻射）三、簡(jiǎn)答題1.米氏散射是指當(dāng)光波波長(zhǎng)與散射粒子尺寸相當(dāng)或更大時(shí)發(fā)生的一種散射現(xiàn)象。其特點(diǎn)是散射光強(qiáng)對(duì)波長(zhǎng)非常敏感，且散射強(qiáng)度在前后方向上不對(duì)稱。對(duì)于星際塵埃顆粒，其散射效率在可見光和近紫外波段最高，導(dǎo)致來(lái)自遙遠(yuǎn)方向的光線主要被散射成紅光，而藍(lán)光則更多地被散射到其他方向，從而引起觀測(cè)到的天體系統(tǒng)呈現(xiàn)紅化現(xiàn)象。2.消光（A_v）是指星際塵埃使星光通過單位距離后損失的總能量（或星等變化量），通常以星等mag/pc表示。顏色指數(shù)（C）是同一顆恒星在兩個(gè)不同波段（如B和V）測(cè)得的星等之差（C=B-V）。由于塵埃主要在藍(lán)光波段產(chǎn)生更強(qiáng)烈的消光，使得B-V顏色指數(shù)變負(fù)（星云變紅）。比消光（R_v）是消光系數(shù)A_v與顏色指數(shù)C的比值，即R_v=A_v/C。它反映了塵埃散射光的顏色依賴性，R_v值越大，說(shuō)明塵埃越傾向于散射藍(lán)光。3.在原行星盤演化過程中，星際塵埃是構(gòu)成盤的主要物質(zhì)。塵埃顆粒通過碰撞、粘附等方式相互聚集，形成更大的顆粒和星子。這些星子繼續(xù)吸積周圍的氣體，最終可能形成行星。塵埃還影響著盤的動(dòng)力學(xué)，如通過氣體-塵埃耦合影響氣流速度和形成塵埃繩狀體。此外，塵埃表面是許多化學(xué)反應(yīng)的催化劑，有助于有機(jī)分子的合成，為早期生命起源提供了潛在的物質(zhì)基礎(chǔ)。四、計(jì)算題步驟1：根據(jù)恒星距離、固有亮度和觀測(cè)星等，利用光度公式計(jì)算距離處的消光系數(shù)A_v。公式：m-m_0=5*log(d)-5，其中m是觀測(cè)星等，m_0是固有星等（基于基準(zhǔn)距離），d是距離（pc）。A_v=5*log(d)-5A_v=5*log(500/10)-5A_v=5*log(50)-5A_v=5*(log(10^2*5))-5A_v=5*(2+log(5))-5A_v=10+5*log(5)-5A_v=5+5*log(5)使用log(5)≈0.6990，計(jì)算得：A_v≈5+5*0.6990=5+3.495=8.495mag/kpc（注意：這里假設(shè)基準(zhǔn)距離d_0=10pc，公式中d為物理距離，單位為pc）步驟2：根據(jù)比消光R_v和A_v計(jì)算顏色指數(shù)C。公式：R_v=A_v/CC=A_v/R_vC=8.495/3.1C≈2.74mag步驟3：說(shuō)明公式物理意義。A_v的計(jì)算公式基于光度隨距離的反比平方定律和消光對(duì)星等的線性影響。它表示每經(jīng)過1pc的距離，星光因塵埃消光而損失8.495個(gè)星等單位。比消光R_v反映了塵埃對(duì)不同波長(zhǎng)光的消光程度差異，R_v=3.1意味著藍(lán)光的消光（相對(duì)于紅光）程度是紅光消光的3.1倍，這與典型的星際塵埃散射特性一致。五、論述題星際塵埃在分子云的形成、演化和恒星誕生過程中扮演著至關(guān)重要的角色。首先，塵埃作為主要的冷卻劑，通過吸收遠(yuǎn)紫外和X射線輻射，然后主要在紅外波段輻射出去，有效地將分子云的氣體冷卻到10-30K的低溫狀態(tài)。這種低溫環(huán)境是分子（如H?）能夠穩(wěn)定存在和形成的必要條件，因?yàn)镠?在更高的溫度下會(huì)被分解。其次，塵埃通過表面催化作用，加速了分子云中關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)的速率，例如在塵埃表面催化劑的作用下，氣體相中的氨（NH?）可以有效地轉(zhuǎn)化為分子氫（H?），這是分子云中H?的主要形成途徑。第三，塵埃的引力效應(yīng)不容忽視，塵埃顆粒比氣體分子重，在引力作用下更容易聚集，形成塵埃密度較高的區(qū)域，這些區(qū)域可以進(jìn)一步吸引周圍的氣體，形成更致密的分子云核心或恒星形成區(qū)。第四，塵埃的存在極大地影響了我們對(duì)分子云的觀測(cè)，由于塵埃對(duì)可見光和紫外光的強(qiáng)烈吸收（遮蔽效應(yīng)），使得我們難以直接觀測(cè)到分子云內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和過程，迫使天文學(xué)家依賴對(duì)塵埃不透明的波段（如