2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——星際塵埃的余輝效應(yīng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫(xiě)在題后括號(hào)內(nèi)）1.星際塵埃余輝效應(yīng)主要是指星際塵埃顆粒因吸收外部輻射或相互碰撞而發(fā)熱，其發(fā)出的輻射隨時(shí)間變化的phenomenon。以下哪項(xiàng)不是這種輻射的主要來(lái)源？A.恒星發(fā)出的可見(jiàn)光和紫外輻射被塵埃吸收后重新輻射。B.星際氣體碰撞導(dǎo)致塵埃顆粒摩擦生熱。C.超新星爆發(fā)沖擊波加熱并激發(fā)塵埃。D.宇宙微波背景輻射與塵埃的相互作用。2.在觀測(cè)星際塵埃余輝時(shí)，通常利用哪個(gè)波段的信息最為有效？A.X射線波段B.可見(jiàn)光波段C.紅外波段D.無(wú)線電波段3.當(dāng)恒星形成區(qū)域（如分子云）中的星際塵埃因受到年輕恒星的強(qiáng)烈輻射而開(kāi)始發(fā)出余輝時(shí)，這通常標(biāo)志著該區(qū)域的什么重要階段？A.分子云開(kāi)始解體，恒星形成活躍期開(kāi)始。B.恒星已經(jīng)進(jìn)入主序階段并穩(wěn)定發(fā)光。C.超新星爆發(fā)即將發(fā)生。D.星際塵埃已經(jīng)完全耗盡。4.與星際塵埃的“熱塵?！毕啾?，“冷塵?！痹诋a(chǎn)生余輝方面的主要區(qū)別在于？A.冷塵埃的溫度更高，余輝峰值輻射強(qiáng)度更大。B.冷塵埃主要吸收微波輻射，其余輝在無(wú)線電波段最明顯。C.熱塵埃的余輝持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。D.冷塵埃不參與形成余輝。5.在研究超新星遺跡中的星際塵埃余輝時(shí)，其主要意義在于？A.提供超新星爆發(fā)瞬間的直接視覺(jué)證據(jù)。B.幫助我們了解超新星爆發(fā)對(duì)周?chē)请H介質(zhì)的熱輸入和化學(xué)影響。C.測(cè)量超新星遺跡膨脹速度的唯一方法。D.直接探測(cè)超新星產(chǎn)生的中微子。二、填空題（請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上）6.星際塵埃余輝的形成機(jī)制主要包括吸收外部輻射加熱和__________加熱兩種主要途徑。7.探測(cè)到來(lái)自宇宙早期（約38萬(wàn)年前）的星際塵埃余輝（稱為“宇宙光子”），主要體現(xiàn)了塵埃在__________過(guò)程中的能量積累和輻射。8.星際塵埃余輝的光譜特征通常表現(xiàn)出紅移，即峰值波長(zhǎng)隨時(shí)間推移向__________端移動(dòng)。9.衡量星際塵埃余輝強(qiáng)度及其隨時(shí)間衰減快慢的物理量是__________。10.觀測(cè)到某些分子云區(qū)域存在異常強(qiáng)的紅外余輝，除了塵埃加熱，還可能暗示著__________的存在或活動(dòng)。三、名詞解釋（請(qǐng)為下列名詞提供簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）11.星際塵埃余輝12.熱塵埃13.冷塵埃14.光學(xué)深度四、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)清晰、有條理地回答下列問(wèn)題）15.簡(jiǎn)述星際塵埃余輝是如何幫助我們確定恒星形成區(qū)域年齡的。16.解釋為什么探測(cè)星際塵埃余輝對(duì)于研究超新星遺跡的演化歷史至關(guān)重要。17.描述紅外天文學(xué)在探測(cè)和研究星際塵埃余輝中的作用。五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入、全面地闡述下列問(wèn)題）18.論述星際塵埃余輝效應(yīng)在不同類(lèi)型的天體物理環(huán)境中（例如，分子云、HII區(qū)、超新星遺跡）可能表現(xiàn)出的異同點(diǎn)及其原因。19.試述星際塵埃余輝對(duì)于理解宇宙大尺度結(jié)構(gòu)和化學(xué)演化的潛在貢獻(xiàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.A4.B5.B二、填空題6.碰撞7.光化8.紅外9.余輝強(qiáng)度隨時(shí)間衰減率（或輻射壽命/指數(shù)衰減常數(shù)）10.恒星形成活動(dòng)/恒星風(fēng)/超新星爆發(fā)三、名詞解釋11.星際塵埃余輝：星際塵埃顆粒因吸收外部輻射（如恒星光、超新星輻射）或相互碰撞摩擦生熱，使其溫度升高并發(fā)出輻射的現(xiàn)象，其輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化的過(guò)程。12.熱塵埃：指溫度相對(duì)較高的星際塵埃（通常指幾百度），主要吸收可見(jiàn)光和紫外輻射，并在紅外波段（如24微米附近）發(fā)出強(qiáng)烈的熱輻射。13.冷塵埃：指溫度較低的星際塵埃（通常指幾十度），主要吸收微波輻射，并在微波波段發(fā)出輻射。14.光學(xué)深度：描述光通過(guò)介質(zhì)時(shí)被吸收或散射的程度，用于量化星際塵埃對(duì)電磁波的遮蔽效應(yīng)，與塵埃密度和柱狀量有關(guān)。四、簡(jiǎn)答題15.答：在恒星形成初期，區(qū)域內(nèi)的塵埃主要吸收年輕、熾熱恒星發(fā)出的紫外和可見(jiàn)光，迅速升溫并發(fā)出紅外余輝。隨著時(shí)間推移，外部輻射場(chǎng)變化或塵埃自身散熱，余輝強(qiáng)度會(huì)減弱。通過(guò)測(cè)量特定區(qū)域紅外余輝的強(qiáng)度和光譜特征，并與已知演化模型對(duì)比，可以反推該區(qū)域受到外部輻射影響的程度，從而估算其年齡。通常，余輝強(qiáng)度越強(qiáng)、峰值波長(zhǎng)越紅移的區(qū)域年齡越小。16.答：超新星爆發(fā)產(chǎn)生高溫、高能電子和沖擊波，這些會(huì)快速加熱和電離周?chē)男请H氣體，同時(shí)也會(huì)顯著加熱和激發(fā)塵埃顆粒。觀測(cè)到超新星遺跡中的紅外或微波余輝，可以追溯這種加熱過(guò)程。通過(guò)分析余輝隨時(shí)間的衰減，可以了解沖擊波與塵埃、氣體的相互作用效率，測(cè)量超新星遺跡的膨脹速度，并研究超新星爆發(fā)對(duì)周?chē)请H介質(zhì)物理性質(zhì)（如溫度、密度、化學(xué)成分）的長(zhǎng)期影響，這些都是理解超新星遺跡演化歷史的關(guān)鍵信息。17.答：星際塵埃余輝主要在紅外和微波波段發(fā)出，紅外天文學(xué)的發(fā)展使得我們能夠有效地探測(cè)和區(qū)分來(lái)自塵埃熱輻射和星光、行星等其他紅外源。通過(guò)紅外波段觀測(cè)，可以：*識(shí)別和Mapping恒星形成區(qū)的塵埃分布，區(qū)分熱塵埃和冷塵埃。*測(cè)量塵埃的溫度、密度和柱狀量。*探測(cè)被星云遮擋的年輕恒星和星團(tuán)。*研究超新星遺跡中的塵埃加熱和演化。*探測(cè)宇宙早期遺留下來(lái)的紅外余輝，提供關(guān)于宇宙塵埃演化歷史的線索。因此，紅外天文學(xué)是研究星際塵埃余輝效應(yīng)不可或缺的重要工具。五、論述題18.答：星際塵埃余輝效應(yīng)在不同天體物理環(huán)境中的表現(xiàn)存在顯著差異，主要原因在于外部輻射場(chǎng)的性質(zhì)、塵埃的初始狀態(tài)以及氣體和塵埃的相互作用。*分子云（恒星形成區(qū)）：主要由冷塵埃和少量熱塵埃組成。當(dāng)區(qū)域受到附近年輕恒星的紫外輻射照射時(shí)，熱塵埃被加熱并發(fā)出強(qiáng)烈的紅外余輝（如24微米峰值），這是探測(cè)年輕恒星和星團(tuán)形成區(qū)的主要標(biāo)志。同時(shí)，冷塵埃也吸收微波輻射發(fā)出微波余輝。余輝的強(qiáng)度和分布反映了恒星輻射對(duì)分子云的加熱和部分電離。*HII區(qū)：由熾熱的年輕恒星照亮，氣體被電離，塵埃顆粒受到強(qiáng)烈的紫外輻射。此時(shí)，大部分塵埃被加熱至較高溫度（>100K），發(fā)出較強(qiáng)的紅外輻射，且峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。同時(shí)，塵埃也會(huì)參與散射可見(jiàn)光，形成HII區(qū)的“塵埃lanes”（塵埃絲）。余輝主要表現(xiàn)為紅外發(fā)射，與HII區(qū)自身的熱輻射和發(fā)射線星云共同構(gòu)成復(fù)雜的電磁輻射場(chǎng)。*超新星遺跡：超新星爆發(fā)的沖擊波是主要的能量來(lái)源。沖擊波與星際氣體和塵埃相互作用，將塵埃加熱至很高溫度（可達(dá)數(shù)千K），使其發(fā)出強(qiáng)烈的紅外和紫外輻射，形成熾熱的“超新星遺骸”（如CrabNebula）。同時(shí)，沖擊波也會(huì)激發(fā)冷塵埃，產(chǎn)生微波余輝。隨著時(shí)間推移，沖擊波減速，與塵埃和氣體的混合物逐漸穩(wěn)定下來(lái)，余輝強(qiáng)度會(huì)逐漸衰減。觀測(cè)超新星遺跡中的余輝是研究沖擊波能量沉積、塵埃加熱機(jī)制和遺跡物質(zhì)分布的關(guān)鍵。*共同點(diǎn)：在所有環(huán)境中，塵埃余輝都是外部能量輸入（恒星輻射或沖擊波）與塵埃相互作用的結(jié)果，都是塵埃加熱發(fā)光的過(guò)程。探測(cè)余輝都是研究天體物理過(guò)程中能量傳遞和介質(zhì)性質(zhì)的重要手段。19.答：星際塵埃余輝作為宇宙中普遍存在的現(xiàn)象，對(duì)于理解宇宙大尺度結(jié)構(gòu)和化學(xué)演化具有重要潛在貢獻(xiàn)：*化學(xué)演化：塵埃表面是星際介質(zhì)中重要的化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所。塵埃余輝（尤其是紅外余輝）與塵埃的加熱和溫度密切相關(guān)。通過(guò)研究不同區(qū)域（如不同金屬豐度、不同距離）的余輝強(qiáng)度和光譜，可以推斷塵埃表面化學(xué)反應(yīng)的效率，以及星際氣體化學(xué)成分如何隨時(shí)間和空間演化。例如，余輝可以影響表面溫度，進(jìn)而改變冰粒的蒸發(fā)和有機(jī)分子的合成/分解過(guò)程。*大尺度結(jié)構(gòu)探測(cè)：宇宙微波背景輻射（CMB）存在微小的各向異性，其中一部分可能由早期宇宙中彌漫的“宇宙塵?！保赡馨ū患訜岬脑缙谟钪嫖镔|(zhì)或殘余）產(chǎn)生的余輝導(dǎo)致。探測(cè)這種CMB各向異性中的塵埃余輝信號(hào)，有助于約束早期宇宙中重元素的合成和分布，以及宇宙結(jié)構(gòu)的形成歷史。此外，對(duì)彌漫在星系際介質(zhì)（IGM）或星系暈中的古老塵埃余輝的探測(cè)，也可能為揭示大尺度結(jié)構(gòu)的形成和演化提供線索。*宇宙年齡和膨脹歷史：如前所述，來(lái)自早期宇宙的塵埃余輝（宇宙光子）是宇宙年齡的直接探針。通過(guò)測(cè)量其紅移和強(qiáng)度，可以約束宇宙的膨脹速率和加速參數(shù)，為宇宙學(xué)提供獨(dú)立的觀測(cè)證據(jù)。*星系形成與演化：塵埃余輝是星系中恒星形成活動(dòng)的直接標(biāo)志。通過(guò)觀測(cè)不同星系（