2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——星辰之眸宇宙之眼考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填寫在答題紙上。）1.下列哪個現象是開普勒第一定律的直接證據？A.金星凌日B.木星衛(wèi)星的運行軌道C.太陽黑子的出現D.恒星自行觀測2.根據光度定律（L∝R2），如果一顆恒星的光度是另一顆的9倍，并且它們具有相同的表面溫度，那么這兩顆恒星半徑之比約為？A.3:1B.1:3C.9:1D.1:93.恒星內部發(fā)生核聚變的主要燃料是？A.氦-4B.氫C.氦-3D.碳-124.當一顆恒星耗盡核心的氫燃料后，其核心會經歷什么主要變化？A.直接坍縮成黑洞B.外層迅速膨脹形成紅巨星C.核心開始快速進行氦聚變D.發(fā)生劇烈的核爆炸5.下列哪種天體通常被認為是恒星演化末期的殘余，主要由電子簡并物質組成？A.中子星B.行星狀星云C.白矮星D.紅巨星6.赫羅圖（Hertzsprung-RussellDiagram）主要是根據什么兩個參數繪制恒星？A.視星等和距離B.光度和表面溫度C.自行和視差D.光度和年齡7.下列哪項不是宇宙大爆炸理論的主要預測？A.宇宙正在膨脹B.宇宙中存在豐富的重元素C.宇宙微波背景輻射D.恒星在宇宙中隨機分布8.定義恒星視星等的是？A.恒星在天球上的位置B.恒星本身發(fā)出的總光度C.恒星距離地球的遠近D.恒星看起來亮度的量度9.光譜分析在天文學中主要用于？A.測量恒星的距離B.確定恒星的質量C.分析恒星或氣體的化學成分D.判斷恒星的自行速度10.下列哪個天體系統(tǒng)被認為是構成銀河系核區(qū)的致密、快速旋轉的物質集中區(qū)域？A.球狀星團B.短周期彗星C.核球（Bulge）D.吸積盤二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在答題紙上。）1.根據開普勒第三定律，軌道半長軸的三次方與公轉周期的平方之比，對于同一中心天體，是__________的。2.恒星表面亮度的量度，稱為__________，它與光度、距離和立體角有關。3.恒星內部產生能量的過程稱為__________，目前認為主要是核聚變反應。4.恒星從主序階段演化為紅巨星，其核心主要發(fā)生了__________的變化。5.天文學家通過測量恒星的光譜譜線向__________（填“紅”或“藍”）端的移動，來判斷恒星相對于地球的運動狀態(tài)。6.宇宙膨脹的證據之一是哈勃定律所描述的，較遠的星系其退行速度__________。7.組成白矮星的物質狀態(tài)是__________，由泡利不相容原理決定其性質。8.光譜線的__________現象，即譜線變寬，可以提供關于恒星內部運動或外部氣流的信息。9.宇宙微波背景輻射是__________的殘余熱輻射。10.銀河系中除了恒星和星際介質外，還存在大量的__________，它們是宇宙中物質的重要組成部分。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請將答案填寫在答題紙上。）1.自行2.光度3.恒星演化4.宇宙大爆炸5.光譜線紅移四、簡答題（每小題5分，共20分。請將答案填寫在答題紙上。）1.簡述開普勒三大定律的主要內容。2.解釋什么是恒星的光度，它與亮度有何不同？3.恒星從主序星演化為紅巨星和白矮星（或中子星/黑洞）大致經歷了哪些階段？4.簡述哈勃定律及其在天文學上的意義。五、計算題（每小題8分，共16分。請將答案填寫在答題紙上。）1.已知地球到太陽的平均距離約為1.496×10?km，太陽的視星等約為-26.74。假設某顆與太陽表面溫度相同（約5800K）的恒星距離地球為50光年（1光年≈9.46×1012km）。請估算該恒星的絕對星等（提示：可以使用光度定律和視星等定義相關公式，1光年對應的距離單位可以視為常數進行比例計算）。2.一顆恒星的光譜中觀測到一條吸收線，其波長在實驗室中為500.0nm。當觀測該恒星時，發(fā)現該吸收線移向光譜的紅端，測得波長為500.5nm。假設多普勒效應公式為Δλ/λ?=v/c，其中c為光速（約為3.00×10?m/s）。請估算這顆恒星沿視線方向遠離我們的速度。六、論述題（共9分。請將答案填寫在答題紙上。）結合天體物理學的相關知識，論述恒星的光譜分析如何幫助我們理解恒星的物理性質（如化學成分、溫度、密度、壓力、運動狀態(tài)等）以及它們在宇宙中的演化歷程。試卷答案一、選擇題1.B2.A3.B4.B5.C6.B7.B8.D9.C10.D二、填空題1.相同2.視星等3.核聚變4.核心收縮5.紅6.越快7.電子簡并8.多普勒9.大爆炸10.暗物質三、名詞解釋1.自行：天體在天球上繞天軸旋轉的視運動，方向垂直于視線方向。2.光度：恒星本身發(fā)出的總輻射功率，是衡量恒星發(fā)光能力的物理量。3.恒星演化：恒星在其生命期內，由于內部核反應、能量輸出、物質虧損等原因，其物理性質和結構隨時間發(fā)生變化的自然過程。4.宇宙大爆炸：目前描述宇宙起源和演化的主流科學理論，認為宇宙起源于約138億年前一個極端致密熾熱的狀態(tài)，并此后一直在膨脹和冷卻。5.光譜線紅移：指天體光譜中發(fā)射或吸收線的波長向長波方向（紅端）移動的現象。四、簡答題1.開普勒三大定律：*第一定律（軌道定律）：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上。*第二定律（面積定律）：連接行星和太陽的直線在相等時間內掃過的面積相等，即行星離太陽越近，運行速度越快。*第三定律（周期定律）：行星公轉周期的平方與其軌道半長軸的立方成正比（T2∝a3）。對于圍繞同一中心天體運行的天體，該比值是常數。2.恒星的光度是恒星本身發(fā)出的總功率，單位通常為瓦特（W）或流明（lm）。亮度是指從特定距離處觀測到的恒星的表觀亮度，即單位面積、單位立體角內接收到的輻射功率，它取決于光度和距離（亮度∝光度/距離2）。因此，光度是恒星的固有屬性，而亮度是觀測者感受到的強弱，受距離影響。3.恒星演化大致階段：*主序星階段：恒星核心主要進行氫核聚變（生成氦），處于穩(wěn)定狀態(tài)，是恒星生命中最長的階段。*紅巨星/超巨星階段：核心氫燃料耗盡后，核心收縮升溫，外層急劇膨脹、冷卻，變成體積巨大、顏色發(fā)紅的紅巨星（對于太陽質量以下的星）或紅超巨星（對于大質量星）。*演化路徑：根據初始質量不同，后續(xù)演化不同。質量小于約8倍太陽質量的恒星，核心最終會變成碳氧核心，外層被拋射形成行星狀星云，留下中心的白矮星。質量大于約8倍太陽質量的恒星，會經歷核心的碳燃燒、氧燃燒等，最終可能坍縮形成中子星（核心壓強超過電子簡并壓）或黑洞（核心質量足夠大，引力克服所有排斥力）。4.哈勃定律：描述星系紅移量與其距離之間關系的經驗定律，通常表示為v=H?d，其中v是星系的退行速度，d是星系到地球的距離，H?是哈勃常數。其意義在于：該定律提供了宇宙正在膨脹的直接證據（星系在相互遠離）；通過測量紅移速度和距離，可以估算宇宙的年齡（約1/H?）；它是現代宇宙學的基石之一。五、計算題1.解：*光度與半徑平方和溫度四次方成正比：L∝R2T?*視星等與距離平方成反比：(m?-m?)=5log??(d?/d?)+5*絕對星等與光度有關：(M-m)=-2.5log??(L?/L?)*對于同溫度恒星：L?/L?=(R?/R?)2*結合視星等公式：m?-M=5log??(d?/d?)+5=5log??(1/d?)+5=-5log??(d?)+5*M=m?+5log??(d?)-5*太陽：m_sun=-26.74,d_sun=1.496×10?km*目標星：m_star=m_sun,d_star=50光年=50*9.46×1012km=4.73×101?km*目標星絕對星等M=-26.74+5log??(4.73×101?/1.496×10?)-5*M=-26.74+5log??(3.17×10?)-5*M=-26.74+5*6.50-5*M=-26.74+32.5-5*M≈0.76*答：該恒星的絕對星等約為0.76。2.解：*多普勒效應公式：Δλ/λ?=v/c*已知：λ?=500.0nm,Δλ=500.5nm-500.0nm=0.5nm*v=c*(Δλ/λ?)*v=3.00×10?m/s*(0.5nm/500.0nm)*v=3.00×10?m/s*(0.5/500.0)=3.00×10?m/s*10?3*v=3.00×10?m/s*答：這顆恒星沿視線方向遠離我們的速度約為3.00×10?m/s。（注意：此計算假設λ?和Δλ單位為納米，結果單位為米/秒）六、論述題恒星的光譜分析是現代天文學的基礎工具，它通過分解恒星發(fā)出的光（光譜）來研究其物理性質和演化。其原理和作用如下：1.化學成分分析：恒星發(fā)出的光包含了其大氣層中存在的各種元素的信息。每種元素都有其獨特的發(fā)射光譜（明線光譜）或吸收光譜（暗線光譜），這些光譜線如同元素的“指紋”。通過觀測光譜中出現的特定譜線，可以確定恒星大氣中包含哪些化學元素及其相對豐度。2.溫度測量：譜線的強度和分布與恒星的表面溫度密切相關。一般來說，溫度越高，發(fā)射線越強，且藍端譜線更顯著；溫度越低，吸收線輪廓越深，紅端譜線更明顯。通過分析譜線的強度和形態(tài)，可以反推出恒星的有效溫度。3.密度和壓力估計：譜線的輪廓（如寬度、精細結構）受到恒星大氣密度和壓力的影響。例如，壓力增大會導致譜線增寬（碰撞增寬）。雖然難以直接精確測量，但譜線形態(tài)可提供間接信息。4.表面重力測量：恒星表面的重力（或其大氣壓力）會影響譜線的輪廓。在強引力場下（如白矮星），譜線通常更寬、更尖銳；在弱引力場下（如紅巨星），譜線則更寬、更彌散。通過測量譜線的寬度，可以估算恒星表面的重力加速度，進而判斷其光度（利用斯式藩-玻爾茲曼定律L∝R2T?，結合半徑與重力關系R∝M^(1/3)g^(-1/2)）。5.運動狀態(tài)測量（多普勒效應）：如果恒星相對于觀測者有視線方向的速度分量，其光譜線會發(fā)生多普勒頻移。向觀測者運動時譜線藍移，遠離觀測者時譜線紅移。通過測量譜線的紅移或藍移量，可以計算出恒星沿視線方向的運動速度（徑向速度）。6.恒星分類與演化研究：通過綜合分析光譜線的類型（是發(fā)