2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——恒星的旋轉(zhuǎn)速度與自轉(zhuǎn)周期考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.恒星自轉(zhuǎn)速度通常是指（）。A.恒星繞銀河系中心的公轉(zhuǎn)速度B.恒星內(nèi)部物質(zhì)的對(duì)流速度C.恒星自轉(zhuǎn)的角速度D.恒星表面某一點(diǎn)相對(duì)于中心的速度2.利用恒星光譜中某些譜線發(fā)生塞曼效應(yīng)（由磁場(chǎng)引起）來(lái)測(cè)量恒星自轉(zhuǎn)速度的方法，主要適用于（）。A.所有類型的恒星B.只有自轉(zhuǎn)速度非?？斓暮阈荂.只有自轉(zhuǎn)速度很慢的恒星D.只有磁場(chǎng)強(qiáng)度特別強(qiáng)的恒星3.根據(jù)觀測(cè)，天琴座α星（織女星）的自轉(zhuǎn)周期約為12小時(shí)，而參宿四的自轉(zhuǎn)周期則長(zhǎng)達(dá)數(shù)周。這表明（）。A.織女星的密度遠(yuǎn)大于參宿四B.織女星的線速度遠(yuǎn)大于參宿四C.織女星的角速度遠(yuǎn)大于參宿四D.織女星的體積遠(yuǎn)小于參宿四4.測(cè)量類星體自轉(zhuǎn)速度時(shí)，通常使用（）。A.光譜多普勒效應(yīng)B.年測(cè)光變C.傅科擺D.射電法中的圓偏振測(cè)量5.恒星自轉(zhuǎn)速度與其年齡的關(guān)系通常是（）。A.越年輕的恒星自轉(zhuǎn)越快B.越年輕的恒星自轉(zhuǎn)越慢C.自轉(zhuǎn)速度與年齡無(wú)關(guān)D.只與恒星質(zhì)量有關(guān)6.“恒星風(fēng)”現(xiàn)象與恒星自轉(zhuǎn)的關(guān)系是（）。A.自轉(zhuǎn)快的恒星風(fēng)一定更弱B.自轉(zhuǎn)快的恒星風(fēng)一定更強(qiáng)C.恒星風(fēng)與自轉(zhuǎn)沒(méi)有直接關(guān)系D.只有紅巨星的恒星風(fēng)與自轉(zhuǎn)有關(guān)7.當(dāng)用測(cè)光法測(cè)量自轉(zhuǎn)速度時(shí)，通常會(huì)選擇觀測(cè)恒星光譜中哪些部分的亮度變化？（）A.核反應(yīng)區(qū)域發(fā)出的光B.恒星大氣高層（色球?qū)樱┌l(fā)出的光C.恒星內(nèi)部的輻射D.星周盤(pán)發(fā)出的光8.如果一個(gè)恒星的視向速度曲線呈現(xiàn)雙峰對(duì)稱形態(tài)，這通常意味著（）。A.恒星沒(méi)有自轉(zhuǎn)B.恒星自轉(zhuǎn)速度非常慢C.恒星在自轉(zhuǎn)，且我們觀察的方向與自轉(zhuǎn)軸大致垂直D.恒星在自轉(zhuǎn)，且我們觀察的方向與自轉(zhuǎn)軸大致平行9.對(duì)于相同半徑的恒星，其表面線速度與自轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系是（）。A.線速度與角速度成正比B.線速度與角速度成反比C.線速度僅由恒星質(zhì)量決定D.線速度與角速度無(wú)關(guān)10.恒星自轉(zhuǎn)對(duì)其光譜線形產(chǎn)生的主要影響是（）。A.導(dǎo)致譜線輪廓變寬B.導(dǎo)致譜線輪廓變窄C.改變譜線的化學(xué)成分D.使譜線發(fā)生藍(lán)移或紅移，但不改變線形二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線處。每空2分，共20分）1.測(cè)量恒星自轉(zhuǎn)速度的光譜多普勒效應(yīng)公式為v_los=c*Δλ/λ?，其中v_los表示________，Δλ表示譜線波長(zhǎng)偏移量，λ?表示譜線________。2.傅科擺實(shí)驗(yàn)最初是用于測(cè)量________的，其旋轉(zhuǎn)效應(yīng)可以間接反映________的自轉(zhuǎn)。3.恒星自轉(zhuǎn)速度的分布大致遵循________定律，即較年輕的恒星通常比年老的恒星自轉(zhuǎn)________。4.利用測(cè)光法測(cè)量自轉(zhuǎn)速度時(shí)，如果觀測(cè)到恒星亮度隨時(shí)間周期性變化，通常是因?yàn)楹阈莀_______部分的明暗隨自轉(zhuǎn)而變化。5.恒星自轉(zhuǎn)速度過(guò)快可能導(dǎo)致恒星________發(fā)生破裂，而緩慢的自轉(zhuǎn)則不利于________的形成。6.主序星的自轉(zhuǎn)速度通常與其質(zhì)量成________關(guān)系，即質(zhì)量越大的主序星自轉(zhuǎn)通常越________。7.恒星的角直徑可以通過(guò)觀測(cè)其________來(lái)測(cè)量，但自轉(zhuǎn)會(huì)使測(cè)得的角直徑值與實(shí)際值產(chǎn)生偏差，因?yàn)樽赞D(zhuǎn)導(dǎo)致恒星________不同區(qū)域相對(duì)于觀察者處于不同的距離。8.恒星光譜線的多普勒增寬程度可以用來(lái)估算恒星________的上限，但不能直接得到自轉(zhuǎn)________。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述利用光譜多普勒效應(yīng)測(cè)量恒星自轉(zhuǎn)速度的基本原理。2.解釋什么是恒星的自轉(zhuǎn)周期，它與自轉(zhuǎn)角速度和自轉(zhuǎn)線速度之間有何關(guān)系？3.簡(jiǎn)述測(cè)光法測(cè)量恒星自轉(zhuǎn)速度的基本原理及其局限性。4.為什么說(shuō)研究恒星自轉(zhuǎn)對(duì)于理解恒星的演化過(guò)程和活動(dòng)現(xiàn)象具有重要意義？四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟。每題8分，共16分）1.已知天狼星（Sirius）的視向速度v_los=11.1km/s，其自轉(zhuǎn)周期T=49.2天。假設(shè)天狼星是一個(gè)球體，且其自轉(zhuǎn)是均勻的。請(qǐng)估算天狼星赤道處表面的線速度v_eq。（π≈3.14159，1天=86400秒）2.假設(shè)一顆恒星的質(zhì)量M=2M☉（太陽(yáng)質(zhì)量），半徑R=10R☉（太陽(yáng)半徑），自轉(zhuǎn)周期T=1天。請(qǐng)估算該恒星赤道處表面的自轉(zhuǎn)線速度v_eq，并與地球赤道處的線速度（約0.465km/s）進(jìn)行比較。（G=6.674×10?11N·m2/kg2，M☉=1.989×103?kg，R☉=6.963×10?m）五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，條理清晰地回答問(wèn)題。10分）論述恒星自轉(zhuǎn)速度對(duì)其活動(dòng)性（如耀斑、日珥、恒星風(fēng)等）的影響機(jī)制。為什么自轉(zhuǎn)速度較快的年輕恒星通常比自轉(zhuǎn)速度緩慢的年老恒星表現(xiàn)出更強(qiáng)的活動(dòng)性？試卷答案一、選擇題1.D2.A3.C4.D5.A6.B7.B8.C9.A10.A二、填空題1.視向速度，真波長(zhǎng)2.地球，地球3.斯特羅夫-羅素，快4.色球5.理論上的，星周盤(pán)6.負(fù)相關(guān)，慢7.角直徑，表面8.自轉(zhuǎn)速度，周期三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：多普勒效應(yīng)指出，光源相對(duì)觀察者的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致其發(fā)射的光波波長(zhǎng)發(fā)生變化。對(duì)于自轉(zhuǎn)的恒星，其面向我們旋轉(zhuǎn)的部分正朝我們靠近，發(fā)出的光波波長(zhǎng)被壓縮（藍(lán)移），而背向我們旋轉(zhuǎn)的部分正遠(yuǎn)離我們，發(fā)出的光波波長(zhǎng)被拉伸（紅移）。通過(guò)光譜儀精確測(cè)量同一條譜線在不同區(qū)域（面向或背向我們）的視向速度（波長(zhǎng)偏移量），可以計(jì)算出恒星的整體自轉(zhuǎn)速度。2.解析思路：自轉(zhuǎn)周期是指恒星完成一次完整自轉(zhuǎn)所需要的時(shí)間。自轉(zhuǎn)角速度是單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度（ω=2π/T）。自轉(zhuǎn)線速度是恒星表面某一點(diǎn)隨自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度（v=ωr，對(duì)于赤道處v_eq=2πR/T）。它們之間的關(guān)系是：T=1/ω且v=ωr。因此，T與ω成反比，v與ω成正比。3.解析思路：測(cè)光法利用恒星自轉(zhuǎn)導(dǎo)致其明亮的部分（如色球?qū)樱╇S自轉(zhuǎn)周期性掃過(guò)或離開(kāi)視線，從而引起恒星整體亮度發(fā)生周期性微小的變化。通過(guò)精確測(cè)量這種光變曲線的周期和幅度，可以估算出恒星的自轉(zhuǎn)速度。局限性在于，它主要測(cè)量的是大氣低層（色球）的活動(dòng)，不能直接反映整個(gè)恒星體的真實(shí)自轉(zhuǎn)速度；且光變信號(hào)可能受到其他因素（如星斑、活動(dòng)星系核噴流等）的干擾。4.解析思路：自轉(zhuǎn)是恒星形成時(shí)由初始角動(dòng)量守恒產(chǎn)生的。恒星的角動(dòng)量會(huì)影響其最終的演化路徑（如旋臂形成、伴星形成等）。自轉(zhuǎn)速度影響恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如離心力對(duì)核心的壓力）、能量輸出（如磁場(chǎng)活動(dòng)產(chǎn)生的輻射）、物質(zhì)損失（如恒星風(fēng)強(qiáng)度）以及與外界環(huán)境的相互作用。因此，研究自轉(zhuǎn)有助于理解恒星的起源、結(jié)構(gòu)、能量輸出機(jī)制、活動(dòng)現(xiàn)象以及演化進(jìn)程。四、計(jì)算題1.解析思路：首先將自轉(zhuǎn)周期T轉(zhuǎn)換為秒。然后利用公式v_eq=2πR/T，其中R是天狼星的半徑（雖然題目未給，但通常這類問(wèn)題隱含恒星是球體，或假設(shè)有合適的半徑進(jìn)行估算，若題目未給R，則無(wú)法完成計(jì)算。此處假設(shè)已知或題目有隱含半徑）。最終代入T和ω（ω=2π/T）進(jìn)行計(jì)算。v_eq=2π*R/T=2π*R*ω。已知v_los是平均視向速度，與赤道線速度關(guān)系為v_eq=2*v_los（對(duì)于理想的快速自轉(zhuǎn)球體且觀測(cè)方向垂直于自轉(zhuǎn)軸）。但更精確的公式是v_eq=2*v_los*sqrt(1-(R/R')^2)，其中R'是觀測(cè)點(diǎn)距離中心距離。通常簡(jiǎn)化為v_eq≈2*v_los。計(jì)算得v_eq≈2*11.1km/s*2π/(49.2*86400s)*R。若假設(shè)R約為太陽(yáng)半徑R☉，則v_eq≈22.2km/s*2π/(49.2*86400s)*6.963×10?m≈8.3km/s。但更常用的簡(jiǎn)化估算，認(rèn)為v_eq≈2*v_los，得v_eq≈22.2km/s。此處按v_eq≈2*v_los計(jì)算。2.解析思路：首先將已知量轉(zhuǎn)換為國(guó)際單位制。質(zhì)量M=2*1.989×103?kg，半徑R=10*6.963×10?m，周期T=1天=86400s。然后利用公式v_eq=2πR/T。代入數(shù)值計(jì)算v_eq=2*π*(10*6.963×10?m)/(86400s)≈2*3.14159*6.963×10?m/86400s≈5.0×10?m/s=50000km/s。地球赤道線速度v_earth_eq≈0.465km/s。比較兩者v_eq/v_earth_eq≈50000/0.465≈1.07×10?。即該恒星赤道處的線速度大約是地球赤道處線速度的十萬(wàn)倍。五、論述題解析思路：恒星內(nèi)部存在磁場(chǎng)，主要由其內(nèi)部的等離子體運(yùn)動(dòng)（如對(duì)流）和發(fā)電機(jī)機(jī)制產(chǎn)生。自轉(zhuǎn)能夠影響等離子體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和磁場(chǎng)分布。具體來(lái)說(shuō)，自轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)恒星內(nèi)部的等離子體運(yùn)動(dòng)，使得磁場(chǎng)發(fā)生扭曲和拉伸，形成更復(fù)雜的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)（如環(huán)狀磁場(chǎng)）。同時(shí)，自轉(zhuǎn)加速了磁場(chǎng)能量向光球?qū)拥膫鬏?。?dāng)這些扭曲的磁場(chǎng)線被加熱到足夠高的溫度時(shí)，會(huì)釋放出強(qiáng)烈的電磁