2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——天文學(xué)中的射電干涉技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.射電干涉儀測量天體角大小的基本原理是（）。A.多普勒效應(yīng)B.光的折射C.波的干涉D.傅里葉變換2.在射電干涉測量中，決定望遠(yuǎn)鏡理論角分辨率的主要因素是（）。A.天線直徑或基線長度B.接收機(jī)靈敏度C.觀測頻率D.大氣透明度3.“綜合孔徑”是指（）。A.單個射電天線收集的功率B.干涉儀中所有天線單元的集合C.通過干涉測量模擬出的等效巨大天線孔徑D.干涉儀的視場范圍4.為了測量天體相對于視線方向的速度，射電天文學(xué)家通常利用（）。A.多普勒頻移B.光程差C.相位差D.天體亮度5.在基線長度一定的前提下，要提高射電干涉儀的角分辨率，應(yīng)（）。A.降低觀測頻率B.提高觀測頻率C.增加天線數(shù)量D.減少天線數(shù)量6.射電干涉儀記錄的原始數(shù)據(jù)通常表示為（）。A.天體亮度圖B.uv曲面上的點集（u,v坐標(biāo)）C.天體視位置D.接收到的信號強(qiáng)度隨時間的變化7.在射電干涉數(shù)據(jù)處理中，“自校準(zhǔn)”主要目的是（）。A.校正由天線指向誤差引起的圖像偏移B.消除大氣吸收對信號的影響C.修正天線相位中心的誤差和接收機(jī)的不穩(wěn)定性D.提高望遠(yuǎn)鏡的時間分辨率8.下列哪種射電干涉測量技術(shù)可以實現(xiàn)基線長度遠(yuǎn)大于地球直徑？（）A.單天線觀測B.綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡C.甚長基線干涉測量（VLBI）D.多天線陣列9.射電干涉儀的uv覆蓋圖指的是（）。A.天體在天空中的位置圖B.干涉儀所有可能基線對的(u,v)坐標(biāo)集合C.記錄的信號強(qiáng)度隨頻率的變化D.成像后的空間頻率分布10.與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相比，射電干涉儀成像的一個主要挑戰(zhàn)是（）。A.光譜分辨率低B.受大氣影響嚴(yán)重C.難以探測到弱信號D.角分辨率通常較低二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.射電干涉儀通過測量分布在空間不同位置的多個天線單元接收到的信號的__________來獲取天體信息。2.理論上，射電望遠(yuǎn)鏡的綜合孔徑等效直徑與其觀測的__________成反比。3.為了獲得天體的精確位置，射電干涉儀需要進(jìn)行精確的__________和__________。4.uv數(shù)據(jù)經(jīng)過成像算法處理，最終得到的是天體在__________域的圖像。5.甚長基線干涉測量（VLBI）利用地球自轉(zhuǎn)實現(xiàn)__________的測量。6.射電干涉儀的“換頻”操作通常是為了改善__________或__________。7.在射電干涉數(shù)據(jù)處理流程中，通常先進(jìn)行__________，再進(jìn)行成像。8.描述射電干涉儀性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一是__________，它決定了望遠(yuǎn)鏡區(qū)分兩個靠近天體的能力。9.射電干涉儀的天線單元通常需要配置__________網(wǎng)絡(luò)，以減少互耦效應(yīng)。10.與光學(xué)波段相比，射電波段的天體通常輻射更強(qiáng)的__________。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡潔明了地回答下列問題）1.簡述射電干涉儀測量天體角位置的基本原理。2.解釋什么是射電干涉儀的“基線”。3.簡述射電干涉儀需要進(jìn)行“相位校準(zhǔn)”的原因。4.列舉射電干涉技術(shù)在天文學(xué)研究中的至少三個主要應(yīng)用領(lǐng)域。四、計算題（每題10分，共20分。請寫出必要的公式、步驟和結(jié)果）1.假設(shè)一臺射電望遠(yuǎn)鏡由兩個相距500公里（假設(shè)地面曲率可忽略）的天線組成，觀測頻率為1.4GHz。請計算該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的理論角分辨率（使用瑞利判據(jù)）。已知光速c=3x10?m/s，波長λ=c/f。2.在某射電干涉觀測中，記錄到某天體在uv平面上的坐標(biāo)為(u,v)=(0.1λ,0.2λ)。已知觀測頻率f=5GHz。請計算該天體相對于視線方向的多普勒頻移（假設(shè)相對速度僅沿視線方向）。請寫出計算公式，并將結(jié)果用赫茲（Hz）表示。五、論述題（10分。請結(jié)合所學(xué)知識，圍繞指定主題進(jìn)行闡述）試論述射電干涉技術(shù)的“自校準(zhǔn)”過程及其在天文觀測中的重要性。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.A5.B6.B7.C8.C9.B10.D二、填空題1.相位差2.頻率3.絕對標(biāo)定；相對標(biāo)定4.天文（或空間）5.角位置（或坐標(biāo)）6.角分辨率；成像質(zhì)量7.校準(zhǔn)8.角分辨率9.校準(zhǔn)（或饋電）10.絕對亮度三、簡答題1.解析思路：闡述基本原理，即利用空間不同位置接收到的同一射電源信號存在相位差，通過精確測量這個相位差，并結(jié)合天線間距，可以反演出信號源的方向（角度位置）。需要提及相位、波、幾何關(guān)系等核心概念。2.解析思路：定義基線，即構(gòu)成干涉儀的兩個（或多個）天線在空間中的位置差（矢量差）。強(qiáng)調(diào)基線長度和方向是決定干涉測量性能的關(guān)鍵因素。3.解析思路：說明射電信號在傳輸過程中會受到天線、饋源、波導(dǎo)管、接收機(jī)以及大氣等引入的額外相位延遲或旋轉(zhuǎn)。如果不進(jìn)行校準(zhǔn)，這些未知相位將混淆真實的天體信號相位，導(dǎo)致成像模糊或無法進(jìn)行精確測量。因此需要校準(zhǔn)來消除或修正這些系統(tǒng)誤差。4.解析思路：列舉應(yīng)用領(lǐng)域，如：測量天體距離和視運動（如恒星視差、自行）；研究天體物理性質(zhì)（如脈沖星計時、活動星系核噴流）；成像天體結(jié)構(gòu)（如恒星形成區(qū)、星系中心）；宇宙學(xué)觀測（如測量宇宙距離標(biāo)度、尋找宇宙微波背景輻射）等。選擇其中三個即可。四、計算題1.解析思路：計算步驟：①將基線長度轉(zhuǎn)換為米（500km=5x10?m）。②計算觀測頻率對應(yīng)的波長（λ=c/f=3x10?m/s/1.4x10?Hz≈0.214m）。③應(yīng)用瑞利判據(jù)公式θ≈1.22λ/B，其中B是基線長度（視為等效孔徑），θ需要轉(zhuǎn)換為弧度（θ≈1.22x0.214m/(5x10?m)≈5.23x10??rad）。④將弧度轉(zhuǎn)換為角秒（θ≈5.23x10??radx(180°/π)x(3600s/°)≈0.63角秒）。結(jié)果：理論角分辨率約為0.63角秒。2.解析思路：計算步驟：①計算觀測頻率對應(yīng)的波長（λ=c/f=3x10?m/s/5x10?Hz=0.06m）。②寫出多普勒頻移公式ν_d=-ν*v_r/c，其中ν是觀測頻率，v_r是視線方向相對速度，c是光速。③根據(jù)uv坐標(biāo)與多普勒頻移的關(guān)系u=λ*ν_d/c，解出ν_d=u*c/λ。④代入數(shù)值計算：ν_d=(0.1x0.06m)/0.06mx5x10?Hz=0.1x5x10?Hz=5x10?Hz。結(jié)果：多普勒頻移為5x10?Hz。五、論述題解析思路：闡述自校準(zhǔn)的核心思想：利用一個強(qiáng)射電源（通常來自地球大氣層或銀河系）作為“基準(zhǔn)”，通過迭代過程精確測量并修正整個干涉儀系統(tǒng)（