2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——恒星之光：宇宙的明燈考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填在括號內。）1.以下哪種光譜類型的天體表面溫度最高？A.K型B.F型C.B型D.M型2.利用恒星的光譜線紅移現(xiàn)象，可以測得該恒星的哪種物理量？A.視星等B.亮度C.徑向速度D.自行3.赫羅圖（H-R圖）在天文學上的主要應用之一是區(qū)分不同類型的星團。通常情況下，疏散星團中主序星集中區(qū)域位于：A.紅巨星分支B.短周期造父變星區(qū)域C.主序帶D.紅矮星區(qū)域4.恒星內部產生能量的主要過程是：A.核聚變B.核裂變C.化學反應D.光電效應5.一顆恒星從主序階段演變成紅巨星，其主要原因是：A.星際云的引力坍縮B.核燃料耗盡，核心收縮，外層膨脹C.恒星與伴星的質量交換D.恒星自行速度發(fā)生變化6.目前已知宇宙中質量最大的天體是：A.疏散星團B.球狀星團C.旋渦星系D.超massive黑洞7.以下哪種天體被認為是白矮星的最終命運？A.重新啟燃核心并膨脹為紅巨星B.不斷膨脹并最終擴散成星際介質C.在引力作用下坍縮成中子星D.因輻射失去質量，最終變成一顆致密、暗冷的黑矮星8.造父變星被認為是“宇宙尺度的量尺”，其主要依據(jù)是：A.它們的亮度非常穩(wěn)定B.它們的周期與其絕對星等之間存在明確的關系C.它們只存在于球狀星團中D.它們的顏色變化具有規(guī)律性9.恒星光譜中吸收線的出現(xiàn)，是由于恒星大氣中的哪種粒子與光子相互作用？A.原子核B.分子C.離子D.原子10.恒星生命周期的長短主要取決于其初始的：A.自行B.視星等C.質量D.光譜類型二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.恒星的表面溫度與其光譜類型有關，顏色越______，表面溫度越高。2.測量天體距離的“標準燭光”方法中，利用造父變星的周期-絕對星等關系來確定距離的適用范圍通常是______光年。3.恒星內部能量的輻射輸運主要有兩種方式：輻射輸運和______輸運。4.恒星在主序階段，其核心的主要核反應是______。5.脈動變星（如RRLyrae星）通過其______的變化來輻射能量。6.由大量恒星、星際氣體和塵埃組成的，密度很高的球狀天體稱為______。7.恒星在演化過程中，當核心氫燃燒殆盡，核心收縮，外層物質受熱膨脹，使其表面溫度降低、顏色變紅，這種現(xiàn)象稱為______。8.宇宙中化學元素的形成，除了宇宙大爆炸產生的輕元素外，主要是在______和超新星爆發(fā)中產生的。9.恒星大氣模型是基于______和______基本原理建立的。10.恒星的徑向速度可以通過觀測其光譜線的______效應來測定。三、簡答題（每題5分，共15分。）1.簡述利用視差法測量恒星距離的基本原理。2.簡述恒星內部能量是如何從核心輸運到表面的。3.簡述恒星從主序星演化為紅巨星的主要物理過程。四、計算題（每題10分，共20分。）1.天文學家觀測到一顆位于距離地球D=100光年的恒星，其視星等為+5.0等。已知該恒星的絕對星等M=+10.0等。請計算該恒星的距離D'（以光年為單位）和它的實際亮度L（以太陽亮度L☉為單位）。請寫出計算過程和結果。2.一顆恒星的光譜型為G2V，其表面有效溫度T_eff=5778K。請根據(jù)赫羅圖的一般特征，描述這顆恒星可能處于其生命周期的哪個階段？并說明理由。五、論述題（15分）結合恒星核反應的過程，論述恒星在宇宙化學演化中扮演了怎樣的關鍵角色？試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.A5.B6.D7.D8.B9.D10.C二、填空題1.藍2.1063.對流4.氫核聚變成氦核（或質子-質子鏈反應、碳氮氧循環(huán)）5.光變周期6.球狀星團7.紅giants8.恒星核反應（或超新星爆發(fā)）9.流體靜力平衡；能量守恒10.多普勒三、簡答題1.解析思路：視差法測量距離依賴于三角測量原理。當觀測者從地球軌道上兩個不同位置（相隔約6個月）觀測同一天體時，該天體相對于更遙遠背景天體將出現(xiàn)微小的角位移，這個角位移稱為視差（p）。根據(jù)幾何關系，天體距離（以秒差距pc為單位）等于視差（以弧秒為單位）的倒數(shù)（d=p?1）。距離越遠，視差越小。計算時需考慮地球公轉半徑和天體角視差的關系。2.解析思路：恒星內部能量輸運方式取決于溫度梯度和密度的分布。在核心高溫高壓區(qū)，能量主要以輻射形式輸運，高能光子通過吸收和再發(fā)射將能量向外傳遞。當溫度降低、密度變化時，輻射輸運效率下降，能量則主要通過等離子體（離子和自由電子）的對流運動進行輸運。因此，能量從核心向外輸運是一個由輻射主導到對流為主的過渡過程。3.解析思路：主序星核心氫燃燒消耗殆盡后，核心不再產生足夠的向外輻射壓來抵抗引力。核心開始收縮，體積減小，核心溫度和壓力升高。核心的收縮加熱了核心周圍的外層包層，外層包層的溫度和壓力隨之升高。更高的溫度使得核心外的氫在包層中開始被點燃（氫殼燃燒）。氫殼燃燒產生的巨大能量導致外層包層急劇膨脹，表面溫度降低，顏色變紅，星體體積增大，從而進入紅巨星階段。四、計算題1.解析思路：計算過程主要應用恒星測光計公式：m-M=5log(d)-5。其中m為視星等，M為絕對星等，d為距離（以pc為單位）。將已知數(shù)值代入公式求解d（pc），然后利用1pc≈3.26光年進行單位換算得到d（光年）。計算實際亮度L使用公式L/L☉=(d/d_太陽)?2，其中d_太陽為1pc。將距離d（光年）換算成以pc為單位（除以3.26），代入公式求解L。計算過程：5log(d)=m-M+5=5.0-(-10.0)+5=20.0log(d)=4.0d(pc)=10?=10000pcd(光年)=10000/3.26≈3070光年L/L☉=(10000/3.26)?2≈(3070)?2≈1.06x10??結果：距離D'≈3070光年；實際亮度L≈1.06x10??L☉2.解析思路：根據(jù)光譜型G2V，G2屬于光譜序列中的G型，表示中等溫度（約5500-6000K），V表示該星屬于主序星。結合給出的有效溫度T_eff=5778K，這與太陽的物理參數(shù)非常接近（太陽光譜型為G2V，T_eff≈5778K）。主序星是其核心氫燃燒的主要階段，能量主要通過輻射輸運。因此，該恒星處于其生命周期的主序階段。五、論述題解析思路：論述應從恒星核反應的兩個層面展開：元素合成和能量釋放。首先，恒星核心的高溫高壓環(huán)境是進行核聚變反應的理想場所。恒星通過消耗氫、氦等核燃料，經歷不同的核反應階段（如主序、氦閃、紅巨星階段等），合成了從碳到鐵的較重元素。這個過程持續(xù)了數(shù)十億年，是宇宙中除大爆炸外最重要的元素合成機制，形成了構成行星、生命乃至我們宇宙的豐富物質。其次，恒星核反應（