2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——天文學(xué)觀測數(shù)據(jù)的解讀方法考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在分析天文觀測數(shù)據(jù)時，以下哪一項不是數(shù)據(jù)處理流程中常見的步驟？A.數(shù)據(jù)定標(biāo)B.圖像去噪C.物理模型擬合D.數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換2.對于光學(xué)望遠鏡獲取的天文圖像，什么是“背景通度”（BackgroundCount）？A.圖像中心最亮的星等B.圖像中平均每個像素的信號值C.圖像背景區(qū)域的噪聲水平D.圖像中所有天體的亮度總和3.在分析光譜數(shù)據(jù)時，識別特定元素的特征譜線主要依據(jù)什么？A.譜線的強度B.譜線的寬度和形狀C.譜線的波長位置D.譜線所在的光譜區(qū)域4.光變星的“光變曲線”描述的是？A.星星的顏色隨時間的變化B.星星的位置隨時間的變化C.星星的亮度隨時間的變化D.星星的大小隨時間的變化5.天文觀測中，探測器產(chǎn)生的“散粒噪聲”（ShotNoise）主要來源于？A.儀器機械振動B.天氣干擾C.單個光子到達探測器的隨機性D.數(shù)據(jù)傳輸錯誤6.假設(shè)我們觀測到一顆恒星的光譜中存在強烈的Hα（6563?）發(fā)射線，這通常暗示該恒星周圍存在什么？A.高溫高壓的等離子體區(qū)域B.密度極低的星際氣體C.正在吸積物質(zhì)的致密星D.經(jīng)過紅移較遠星系的光7.在進行天體測光時，將不同天體的測量亮度轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)（如V星等系統(tǒng)），這個過程稱為？A.定標(biāo)B.校準(zhǔn)C.標(biāo)準(zhǔn)化D.歸一化8.對天文圖像進行“平場校正”（Flat-fielding）的主要目的是消除什么？A.天體自身的亮度變化B.望遠鏡的視場彎曲C.由于探測器像素響應(yīng)不均造成的圖像亮度差異D.大氣散射引起的背景光9.在分析長時間積累的光變數(shù)據(jù)時，為了識別真實的周期性變化，通常需要先做什么？A.將數(shù)據(jù)擬合為一個簡單的多項式B.檢測并去除明顯的噪聲或系統(tǒng)誤差C.將光變曲線轉(zhuǎn)換成顏色-星等圖D.對數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換（FFT）10.測量光譜線的紅移（Redshift）主要反映了什么？A.源天體正在遠離我們B.源天體正在向我們靠近C.光譜儀存在系統(tǒng)誤差D.源天體的溫度很高二、填空題（每空1分，共15分）1.天文觀測數(shù)據(jù)中的系統(tǒng)誤差是指那些具有確定規(guī)律或趨勢的誤差，它們通常來源于______、______和______等因素。2.在FITS（FlexibleImageTransportSystem）天文數(shù)據(jù)文件中，通常使用“PrimaryHeader”記錄______信息，“ImageData”部分存儲實際的______。3.光譜的“分辨率”是指區(qū)分兩條靠得很近譜線的能力，通常用______或______來量度。4.分析時間序列數(shù)據(jù)時，描述數(shù)據(jù)點之間差異的統(tǒng)計量常用______和______。5.當(dāng)我們說一個天體的“絕對星等”時，意味著我們將其亮度換算到了距離為______的距離下測得的星等。6.在進行圖像測量時，為了減少大氣抖動對測量的影響，常采用______或______等技術(shù)。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述從獲取原始天文圖像到獲得可進行測量的圖像通常需要經(jīng)歷哪些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理步驟。2.解釋什么是光譜的“線寬”（LineWidth），并簡述導(dǎo)致譜線展寬的幾種主要物理機制。3.什么是“測光系統(tǒng)””？建立標(biāo)準(zhǔn)測光系統(tǒng)對于天文觀測和數(shù)據(jù)分析為什么重要？4.簡述在分析光變曲線時，如何通過觀察光變曲線的形狀初步判斷變星可能屬于的類別（如脈動變星、食變星等）。四、計算與論述題（每題12.5分，共25分）1.假設(shè)我們使用一個望遠鏡觀測，測得某天體在濾光片A下的測光星等（m_A）為12.0mag，已知該濾光片的零點星等（Zero-pointmagnitude）為25.00mag。請計算該天體在濾光片A下的星等（Magnitude）是多少？如果該天體的距離為1光年，請計算其絕對星等（Absolutemagnitude）是多少？（結(jié)果保留一位小數(shù)）2.接收到的某天體光譜數(shù)據(jù)顯示一條氫巴爾默系α線（Hα，6563?）的凈強度為2.0counts。假設(shè)該觀測系統(tǒng)的增益（Gain，每個電子產(chǎn)生的計數(shù)）為5e-/count，探測器在該波段的背景計數(shù)率為10counts/s，觀測持續(xù)了1000秒。請估算：a.Hα譜線對應(yīng)的發(fā)射線等效寬度（EmissionLineEquivalentWidth,EW），假設(shè)該譜線輪廓近似高斯形，其半峰全寬（FWHM）為0.5?。（提示：EW=λ*(Area/FWHM)，其中Area=Integral(NetFlux*dλ)，可近似為NetFlux*FWHM）b.考慮背景影響，該譜線的信噪比（Signal-to-NoiseRatio,S/N）。（提示：S/N=sqrt(Flux/BackgroundNoise)，背景噪聲可近似為sqrt(BackgroundCountRate*ExposureTime)）---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.C5.C6.A7.C8.C9.B10.A二、填空題1.儀器系統(tǒng)、觀測環(huán)境、觀測人員2.圖像基本信息、圖像數(shù)據(jù)3.波長分辨率、色散率4.方差、標(biāo)準(zhǔn)差5.10秒差距（或1光年）6.牽引成像、視寧片旋轉(zhuǎn)三、簡答題1.解析思路：考察對圖像處理基本流程的掌握。需要回答從原始數(shù)據(jù)到可分析圖像的關(guān)鍵步驟。通常包括：暗場校正（去除探測器本身的熱噪聲）、平場校正（去除探測器像素響應(yīng)不均）、去噪（如去星斑、平滑）、天底點校正（去除暗天體）、圖像配準(zhǔn)（對齊多張圖像）、測光標(biāo)定（與標(biāo)準(zhǔn)星比對）。回答時需抓住核心目的：消除噪聲、校正系統(tǒng)偏差、統(tǒng)一亮度尺度、便于測量。2.解析思路：考察對光譜線寬物理意義的理解。線寬指譜線能量分布的寬度，反映了發(fā)射或吸收過程持續(xù)的時間或相關(guān)的空間尺度。主要機制包括：熱多普勒展寬（粒子熱運動）、塞曼效應(yīng)展寬（磁場）、斯塔克效應(yīng)展寬（電場）、洛倫茲展寬（局部等離子體）、杜隆-彼得遜效應(yīng)（分子碰撞）、儀器分辨率限制。需要識別并解釋其中幾種主要機制。3.解析思路：考察對測光系統(tǒng)概念及其重要性的理解?！皽y光系統(tǒng)”是指一套用于測量天體亮度的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的方法和參考標(biāo)準(zhǔn)（如標(biāo)準(zhǔn)星、濾光片系統(tǒng)、零點）。建立標(biāo)準(zhǔn)測光系統(tǒng)的重要性在于：確保不同觀測、不同望遠鏡、不同時間獲得的光度測量結(jié)果具有可比性和可加性，是進行天體物理分析（如距離測量、光度巡天、宇宙學(xué)）的基礎(chǔ)。4.解析思路：考察對光變曲線形狀與變星類型關(guān)系的初步判斷能力。需要了解不同類型變星的典型光變曲線特征：如脈動變星（如RRLyrae）常有對稱的周期性小幅度波動；食變星（如Algol）表現(xiàn)為規(guī)則的周期性亮度下降；變星（如BetaCephei）表現(xiàn)為非對稱的快速亮度變化；新星/超新星表現(xiàn)為快速、巨大的亮度增長等。根據(jù)曲線形狀描述，可以推斷其可能的物理機制和分類。四、計算與論述題1.解析思路：計算題考察基本測光公式應(yīng)用。a.星等計算：使用公式m-M=5*log(d/10)，其中d為距離（以秒差距pc為單位）。已知m_A=12.0mag,Zero-pointZP_A=25.00mag。首先計算該濾光片下的絕對星等M_A=ZP_A-m_A=25.00-12.0=13.0mag。然后代入公式，已知d=1光年≈0.3066秒差距，計算M_A=13.0+5*log(0.3066/10)=13.0+5*log(0.03066)≈13.0-3.52=9.5mag。b.絕對星等計算：已在上一步得出M_A=9.5mag。結(jié)果：該天體在濾光片A下的星等m_A=12.0mag，絕對星等M_A=9.5mag。2.解析思路：計算題考察光譜數(shù)據(jù)處理基本概念和計算。a.等效寬度（EW）計算：*譜線凈強度NetFlux=2.0counts。*增益Gain=5e-/count。*轉(zhuǎn)換為電子數(shù)NetE-=NetFlux*Gain=2.0*5=10e-。*FWHM=0.5?。*EW=λ*(Area/FWHM)。Area≈NetE-*FWHM(在FWHM范圍內(nèi))。λ=6563?。*EW=6563*(10e-/0.5?)=6563*20/0.5=131260?。b.信噪比（S/N）計算：*譜線信號Signal=NetE-=10e-。*背景計數(shù)BackgroundCounts=BackgroundRate*ExposureTime=10counts/s*1000s=10000counts。*背景噪聲BackgroundNoise=sqrt(BackgroundCounts)=sqrt(10000)=100counts。*信噪比S/N=Signal/BackgroundNoise=10e-/100counts。由于1個電子對應(yīng)1個count（增益為5，但噪聲計算通常按原始count計算或按電子計算需一致，此處按count計算），S/N=10/100=0.1。注意：此處計算結(jié)果S/N=0.1非常低，通常光譜分析要求S/N遠大于此?？赡苁穷}目設(shè)定或背景過強。若按電子計算，S/N=sqrt(10)≈3.2。按count計算，S/N=10/100=0.1。解析應(yīng)指出計算過程，結(jié)果需根據(jù)具體單位確定。此處按count計算，S/N=0.1。修正：背景噪聲計算應(yīng)為sqrt(BackgroundRate*ExposureTime)=sqrt(10*