2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——星際塵埃對星云的結(jié)構(gòu)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入括號內(nèi)）1.下列哪種物質(zhì)通常被認為是星際塵埃的主要成分？(A)氫分子(H?)(B)氦原子(He)(C)硅酸鹽和石墨狀碳(D)重金屬離子2.當星光穿過富含星際塵埃的星云時，我們觀測到的星云光譜線會向長波方向偏移，這種現(xiàn)象稱為？(A)多普勒頻移(B)赫爾曼-舒爾茨定律(C)紅化(D)吸收線增寬3.星際塵埃對射電波的吸收和散射效果通常比可見光波要差，這主要是因為？(A)塵埃顆粒尺寸與射電波長相比更接近(B)塵埃的米氏散射在射電波段不顯著(C)塵埃在射電波段沒有吸收特性(D)射電波能量太低，無法激發(fā)塵埃振動4.由于塵埃顆粒的引力作用，它們傾向于沉降到星云的哪個區(qū)域？(A)磁力線密集區(qū)域(B)星云中心區(qū)域(C)星云邊緣區(qū)域(D)離子化區(qū)域5.在分子云中，星際塵埃除了作為凝結(jié)核外，另一個重要的物理作用是？(A)直接加熱氣體(B)作為主要的致密區(qū)(C)吸收紫外輻射，保護氣體免受電離(D)增加氣體的粘性6.反射星云呈現(xiàn)明亮的外觀主要是由于？(A)星云自身發(fā)出了輻射(B)星云內(nèi)部形成了年輕恒星(C)星云中的塵埃顆粒散射了附近恒星的光(D)星云氣體對星光進行了透射7.紅外天文學在研究星際塵埃方面的重要意義在于？(A)可以觀測到塵埃吸收紫外光產(chǎn)生的熱輻射(B)可以直接看見塵埃的反射光(C)可以穿透可見光無法穿透的塵埃遮蔽區(qū)(D)可以測量塵埃的精確質(zhì)量8.導致分子云中出現(xiàn)柱狀結(jié)構(gòu)（如“創(chuàng)生星云”中的“創(chuàng)生之柱”）的主要因素之一是？(A)塵埃的均勻分布(B)星云內(nèi)部氣體的均勻湍流(C)外部恒星紫外輻射與內(nèi)部磁場共同作用(D)塵埃自身的引力坍縮9.塵埃的引力沉降會直接導致？(A)星云整體密度的均勻化(B)星云中心區(qū)域氣體密度增加(C)星云磁場強度減弱(D)星云中氣體與塵埃的完全分離10.塵埃對星云磁場的作用可以概括為？(A)強化磁場，使其更難被穿透(B)削弱磁場，尤其是在柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部(C)使磁場方向隨機化(D)僅在塵埃密集區(qū)影響磁場二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線處）1.星際塵埃對可見光的吸收和散射會導致光譜中特定波長的輻射減弱，這種現(xiàn)象稱為________效應。2.塵埃顆粒通過吸收紫外光能量，使其自身溫度升高并主要在________波段發(fā)出紅外輻射。3.塵埃的引力沉降速率與其尺寸的________次方成正比。4.由于塵埃吸收了可見光，使得來自其后方或側(cè)面恒星的光線偏向________色移向光譜的紅色端。5.分子云中，塵埃作為________核，促進了水冰等揮發(fā)物的凝聚。6.米氏散射理論主要適用于描述尺寸與波長相當?shù)纳⑸淞Ｗ优c入射光相互作用的情況，星際塵埃顆粒主要引起可見光和紫外光的________散射。7.星際塵埃的光學厚度（Extinction）是描述介質(zhì)________光線能力的物理量。8.在分子云中，強紫外輻射主要來自________區(qū)，它對塵埃的加熱和電離起主導作用。9.塵埃在星云中的分布通常是不均勻的，這種不均勻性與其形成和________歷史有關(guān)。10.塵埃對射電波的吸收相對較弱，使得射電望遠鏡能夠觀測到被可見光吸收的________星云區(qū)域。三、名詞解釋（每小題4分，共20分。請給出簡潔、準確的定義）1.reddening2.ExtinctionCoefficient3.米氏散射（MieScattering）4.GravitationalSettling5.Nucleationsite四、簡答題（每小題6分，共18分。請簡要闡述或解釋下列問題）1.簡述星際塵埃如何影響我們觀測來自星云內(nèi)部的恒星的光。2.解釋塵埃的引力沉降如何改變分子云內(nèi)部的密度結(jié)構(gòu)。3.比較反射星云和發(fā)射星云在形成機制和光學表現(xiàn)上的主要區(qū)別，并指出塵埃在其中的作用。五、論述題（共22分。請結(jié)合所學知識，深入分析和闡述下列問題）詳細論述星際塵埃在分子云向恒星轉(zhuǎn)化的過程中所扮演的多方面角色，包括其對星云的物理性質(zhì)（密度、溫度、磁場）、化學成分以及結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響。請結(jié)合相關(guān)的物理機制（如引力、輻射、散射、沉降等）進行說明，并解釋為何理解塵埃的作用對于研究恒星形成至關(guān)重要。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.B5.C6.C7.C8.C9.B10.A二、填空題1.消光2.紅外3.三4.紅5.凝結(jié)核6.米氏7.阻擋8.HII9.演化10.紅外三、名詞解釋1.reddening：指星云或星際介質(zhì)中的塵埃顆粒吸收和散射星光，導致其光譜中短波長的藍光比長波長的紅光更易被吸收，從而使得星云或背景光源的視覺顏色偏向紅色。2.ExtinctionCoefficient：單位長度內(nèi)介質(zhì)引起的光學厚度，表示介質(zhì)消光能力的量度，單位通常是每秒每平方厘米（cm?1sr?1）。3.米氏散射（MieScattering）：當散射粒子的大小與入射光的波長相當或更大時發(fā)生的散射現(xiàn)象，其散射強度和相位依賴于散射粒子與光的相對尺寸、形狀以及入射光的波長，導致不同顏色的光散射特性不同。4.GravitationalSettling：指星際塵埃顆粒由于自身重力作用，相對于較輕的氣體發(fā)生沉降，使得塵埃在星云中趨向于向中心或下半球區(qū)域聚集的過程。5.Nucleationsite：指能夠促進某些物質(zhì)（如水冰）在氣體中凝結(jié)或成核的微小顆粒表面，星際塵埃顆粒常作為水冰等揮發(fā)物在分子云低溫區(qū)域形成時的凝結(jié)核。四、簡答題1.星際塵埃會顯著影響我們觀測來自星云內(nèi)部的恒星的光。主要表現(xiàn)在兩個方面：一是消光（Extinction），塵埃顆粒會吸收和散射恒星發(fā)出的所有波長的光，導致到達我們望遠鏡的光通量減少，即星光變暗。二是紅化（Redding），由于塵埃對短波長的藍光散射和吸收比長波長的紅光更強烈（特別是當塵埃顆粒尺寸與可見光波長相當時，發(fā)生米氏散射），使得通過塵埃云的光譜變得更偏紅，即星云或內(nèi)部恒星的視覺顏色向紅色端移動。這種現(xiàn)象的強度與觀測方向上穿越塵埃的厚度（光學厚度）成正比。2.塵埃的引力沉降會改變分子云內(nèi)部的密度結(jié)構(gòu)。塵埃顆粒比周圍的氣體分子重，在自身重力作用下會向下沉降。由于氣體也存在重力，但氣體分子更輕，其沉降速度較慢。這種塵埃與氣體之間的相對運動會導致塵埃在星云中相對于氣體更集中于星云的中心區(qū)域或密度較高的區(qū)域。這種不均勻性進一步改變了局部引力勢，可能觸發(fā)中心區(qū)域的引力坍縮，而外部區(qū)域則可能相對穩(wěn)定，從而影響星云的整體密度分布和結(jié)構(gòu)。3.反射星云和發(fā)射星云的主要區(qū)別在于其發(fā)光機制。反射星云本身不發(fā)光，它只是像鏡子一樣反射附近恒星（通常是楊星或早型星）的光。塵埃顆粒散射了恒星的光，使得星云呈現(xiàn)明亮的外觀，其顏色主要由背景恒星的溫度決定，通常呈現(xiàn)藍色調(diào)。發(fā)射星云則自身發(fā)光，其發(fā)光來源于云中氣體（主要是氫）原子被附近恒星（通常是O型或B型星）發(fā)出的強烈紫外輻射電離后，再與電子復合時釋放的發(fā)射線（如6563?的Hα線）。塵埃在發(fā)射星云中主要起到吸收紫外輻射的作用，保護了氣體免受過度電離，使得分子（如H?）得以存在，并有助于形成可見的發(fā)射線。此外，塵埃也吸收了部分氣體發(fā)射的光，導致星云光譜中某些區(qū)域的強度減弱，并產(chǎn)生暗線。五、論述題星際塵埃在分子云向恒星轉(zhuǎn)化的過程中扮演著至關(guān)重要的、多方面的角色，深刻影響著星云的物理性質(zhì)、化學成分和結(jié)構(gòu)形態(tài)。首先，塵埃是主要的冷卻劑。星際介質(zhì)中的氣體通過輻射（主要是紅外線）來冷卻。塵埃顆粒能夠高效吸收氣體中較熱電子的能量（如通過振動模式），然后將這些能量以紅外線輻射出去，從而將氣體溫度降至幾十K的低溫，這對于分子（如H?、CO）的形成至關(guān)重要，因為大多數(shù)分子只在極低溫下才穩(wěn)定存在。沒有塵埃的冷卻，氣體將無法冷卻到足夠低的溫度以形成分子云。其次，塵埃是重要的化學催化劑。塵埃表面具有巨大的比表面積，可以吸附氣體分子。這大大提高了化學反應的速率，特別是在低溫和相對低壓的區(qū)域。許多關(guān)鍵的反應，如水冰的形成、氨（NH?）、甲烷（CH?）、碳氫化合物（PAHs）等復雜有機分子的合成，都需要在塵埃表面進行。這些“冰物質(zhì)”包裹在塵埃顆粒上，不僅提供了化學反應的場所，也儲存了大量的揮發(fā)物，在后續(xù)的行星形成過程中可能扮演重要角色。第三，塵埃影響星云的輻射傳輸和能量平衡。如前所述，塵埃強烈吸收和散射可見光和紫外光，導致紅化現(xiàn)象和消光現(xiàn)象。紅化使得星云內(nèi)部的光譜變得更紅，影響了內(nèi)部恒星的光譜觀測。消光則使得來自星云深處或內(nèi)部的輻射難以穿透塵埃到達外部，形成了許多“遮蔽區(qū)”（DarkClouds）或“紅外星云”（IRASClouds），這些區(qū)域通常是新的恒星形成區(qū)。塵埃對射電波的吸收較弱，使得射電望遠鏡能夠觀測到被可見光和紫外光遮蔽的分子云區(qū)域，為研究恒星形成早期階段提供了寶貴窗口。第四，塵埃影響星云的結(jié)構(gòu)和動力學。塵埃的引力沉降導致塵埃相對于氣體更集中于星云中心或密度較高的區(qū)域，這改變了局部引力勢，可能成為引力坍縮的觸發(fā)因素或加劇中心區(qū)域的密度集中。塵埃顆粒也參與星云內(nèi)的湍流，可能通過影響湍流粘性來改變星云的動力學狀