2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——恒星自旋速率與自轉(zhuǎn)效應(yīng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.恒星自轉(zhuǎn)角動(dòng)量守恒的主要約束條件是（）。A.恒星不發(fā)生質(zhì)量損失B.恒星內(nèi)部沒有能量交換C.恒星系統(tǒng)不受外部引力擾動(dòng)D.恒星的質(zhì)量和半徑保持不變2.對(duì)于一個(gè)位于赤道面內(nèi)、繞中心旋轉(zhuǎn)的均勻?qū)嵭那蝮w，其赤道處表面線速度與極地處表面線速度之比為（）。A.1B.2C.1/2D.無法確定3.利用光譜線的多普勒效應(yīng)測(cè)量恒星自轉(zhuǎn)速率時(shí)，通常觀察到的是（）。A.整個(gè)光譜線的紅移或藍(lán)移B.光譜線兩翼的展寬，其中一翼紅移，另一翼藍(lán)移C.光譜線中心發(fā)生頻移D.光譜線強(qiáng)度發(fā)生改變4.下列哪種觀測(cè)現(xiàn)象通常不被用來直接測(cè)量緩慢自轉(zhuǎn)恒星的視向速度？（）A.光譜線的塞曼分裂B.圓周視差測(cè)量C.熱斑位置的長(zhǎng)期變化D.星光閃爍5.恒星自轉(zhuǎn)引起的引力紅移和離心力效應(yīng)，在光譜線上表現(xiàn)為（）。A.引力紅移使光譜線整體紅移，離心力使靠近中心部分藍(lán)移B.引力紅移使光譜線整體紅移，離心力使靠近中心部分紅移C.引力紅移使光譜線整體藍(lán)移，離心力使靠近中心部分藍(lán)移D.引力紅移使光譜線整體藍(lán)移，離心力使靠近中心部分紅移6.根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，一個(gè)正在收縮的恒星，其自轉(zhuǎn)速率將（）。A.保持不變B.減小C.增大D.先增大后減小7.快速自轉(zhuǎn)的恒星通常呈現(xiàn)（）。A.扁球狀B.球狀C.長(zhǎng)棒狀D.碟狀8.自轉(zhuǎn)對(duì)恒星內(nèi)部對(duì)流混合的影響主要體現(xiàn)在（）。A.增強(qiáng)對(duì)流，使混合區(qū)變淺B.削弱對(duì)流，使混合區(qū)變深C.增強(qiáng)對(duì)流，使混合區(qū)變深D.削弱對(duì)流，使混合區(qū)變淺9.對(duì)于一對(duì)靠得很近的物理雙星，其中一顆星的質(zhì)量遠(yuǎn)大于另一顆，則（）。A.質(zhì)量大的星自轉(zhuǎn)較快B.質(zhì)量小的星自轉(zhuǎn)較快C.兩顆星自轉(zhuǎn)速率相同D.無法判斷哪顆星自轉(zhuǎn)較快10.恒星的星耀活動(dòng)（StarSpot）現(xiàn)象與恒星的（）密切相關(guān)。A.自轉(zhuǎn)速率B.化學(xué)成分C.核反應(yīng)速率D.黑洞吸積二、填空題（請(qǐng)將答案填在題后的橫線上。每空2分，共20分）1.恒星自轉(zhuǎn)速率的國(guó)際單位通常是每______。2.由于自轉(zhuǎn)，恒星的赤道半徑通常略大于極半徑，這種現(xiàn)象稱為______。3.測(cè)量恒星自轉(zhuǎn)速率時(shí)，線速度法主要適用于估計(jì)恒星自轉(zhuǎn)速率小于______的情況。4.圓周視差法測(cè)量自轉(zhuǎn)速率的基本原理是利用恒星自身旋轉(zhuǎn)時(shí)，其不同部位相對(duì)于遙遠(yuǎn)背景星的視位置隨______發(fā)生周期性變化。5.自轉(zhuǎn)可以導(dǎo)致恒星光譜線出現(xiàn)______效應(yīng)，即線翼的展寬。6.恒星內(nèi)部的能量輸運(yùn)方式（對(duì)流或輻射）會(huì)受到自轉(zhuǎn)引起的______的影響。7.對(duì)于主序星，自轉(zhuǎn)速率與其光度大致成______關(guān)系。8.快速自轉(zhuǎn)的星會(huì)激發(fā)出較強(qiáng)的______活動(dòng)。9.中子星的自轉(zhuǎn)速率通常非?？?，初始角動(dòng)量主要來源于其前身星______階段的角動(dòng)量。10.自轉(zhuǎn)可以通過______機(jī)制，將角動(dòng)量傳遞給星周盤，從而影響恒星的演化和星周盤的結(jié)構(gòu)。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述利用光譜線多普勒效應(yīng)測(cè)量恒星自轉(zhuǎn)速率的基本原理。2.解釋什么是恒星的自轉(zhuǎn)周期變化，并簡(jiǎn)述可能導(dǎo)致這種變化的主要物理機(jī)制。3.簡(jiǎn)述自轉(zhuǎn)對(duì)恒星內(nèi)部對(duì)流混合長(zhǎng)度的影響。4.為什么圓周視差法不適用于測(cè)量快速自轉(zhuǎn)恒星的視向速度？四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟。共20分）假設(shè)一顆主序星的質(zhì)量為2倍太陽質(zhì)量，半徑為10倍太陽半徑，自轉(zhuǎn)周期為10天。試估算該星的赤道表面線速度。已知太陽的質(zhì)量M☉=1.989×103?kg，半徑R☉=6.963×10?m，引力常數(shù)G=6.674×10?11N·(m/kg)2。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）五、論述題（請(qǐng)全面、深入地回答下列問題。共20分）論述恒星自轉(zhuǎn)對(duì)其演化的影響，包括對(duì)主序階段壽命、混合區(qū)深度、以及最終演化結(jié)局（如白矮星、中子星、黑洞）可能產(chǎn)生的影響。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.A5.B6.C7.A8.C9.B10.A二、填空題1.秒2.扁化3.300km/s4.時(shí)間5.多普勒展寬（或譜線展寬）6.內(nèi)部結(jié)構(gòu)（或?qū)α骰旌希?.正相關(guān)（或線性）8.星耀（或耀斑）9.核塌縮（或引力坍縮）10.磁場(chǎng)耦合（或星周盤相互作用）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：利用多普勒效應(yīng)，恒星自轉(zhuǎn)導(dǎo)致面向視線方向的部分移動(dòng)靠近觀察者，其發(fā)射的光譜線發(fā)生藍(lán)移；背向視線方向的部分移動(dòng)遠(yuǎn)離觀察者，其發(fā)射的光譜線發(fā)生紅移。通過測(cè)量同一譜線兩翼的藍(lán)移和紅移量，可以計(jì)算出恒星赤道處的線速度，進(jìn)而推算出自轉(zhuǎn)速率。公式為v_eq=c*Δλ/λ?，其中v_eq為赤道線速度，c為光速，Δλ為藍(lán)移/紅移量，λ?為譜線靜止波長(zhǎng)。2.解析思路：自轉(zhuǎn)周期變化指恒星的自轉(zhuǎn)周期隨時(shí)間發(fā)生改變。主要物理機(jī)制包括：①與星周盤的相互作用，自轉(zhuǎn)通過磁場(chǎng)將角動(dòng)量傳遞給星周盤，導(dǎo)致自轉(zhuǎn)減速；②與其他恒星的近心運(yùn)動(dòng)（如雙星系統(tǒng)），角動(dòng)量交換可能改變自轉(zhuǎn)速率；③內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，如快速自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的形狀變化可能改變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，進(jìn)而影響自轉(zhuǎn)速率。3.解析思路：自轉(zhuǎn)使恒星赤道區(qū)域受到的離心力大于極地區(qū)域。在引力作用下，恒星內(nèi)部物質(zhì)會(huì)趨向于向引力勢(shì)能更低的地方移動(dòng)。離心力較大的赤道區(qū)域物質(zhì)更難向內(nèi)移動(dòng)，導(dǎo)致內(nèi)部密度重新分布。這種密度分布的變化會(huì)改變對(duì)流的基本條件，具體表現(xiàn)為：對(duì)于給定溫度梯度，自轉(zhuǎn)會(huì)使對(duì)流混合的“有效”長(zhǎng)度變長(zhǎng)（即混合作用能穿透更深的層次），因?yàn)槌嗟栏浇膶?duì)流運(yùn)動(dòng)受到更強(qiáng)的離心力抑制，需要更大的驅(qū)動(dòng)勢(shì)差才能啟動(dòng)或維持。4.解析思路：圓周視差測(cè)量依賴于觀測(cè)目標(biāo)在不同時(shí)間相對(duì)于背景星的視位置變化。對(duì)于緩慢自轉(zhuǎn)的星，其不同部位（如赤道和兩極）相對(duì)于背景星的視位置變化非常微小，且與周年視差的角尺度相比可以忽略不計(jì)。因此，背景星的位置無法分辨出自轉(zhuǎn)引起的微小位置差異，導(dǎo)致圓周視差測(cè)量結(jié)果主要反映平均視位置，無法區(qū)分和測(cè)量快速自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的額外視位置變化。其精度不足以探測(cè)快速自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。四、計(jì)算題公式：v_eq=2*π*R/T計(jì)算步驟：1.將已知量代入公式：v_eq=2*π*(10*R☉)/(10*day)2.將時(shí)間單位天轉(zhuǎn)換為秒：10days=10*24*3600s3.代入數(shù)值計(jì)算：v_eq=2*π*(10*6.963×10?m)/(10*24*3600s)v_eq=2*π*6.963×10?m/(24*3600s)v_eq≈1.19×10?m/s4.保留兩位有效數(shù)字：v_eq≈1.2×10?m/s五、論述題解析思路：恒星自轉(zhuǎn)通過影響其內(nèi)部物理狀態(tài)和能量輸運(yùn)，對(duì)其演化產(chǎn)生多方面影響。1.主序壽命：自轉(zhuǎn)速率與恒星光度大致成正比（對(duì)于主序星）。根據(jù)斯特拉頓定律，光度與體積成正比，體積又與半徑成正比。自轉(zhuǎn)越快，恒星半徑越大，光度越高。在恒星核反應(yīng)速率基本確定的情況下，更高的光度意味著單位時(shí)間內(nèi)核燃料消耗更快，導(dǎo)致主序壽命縮短。因此，快速自轉(zhuǎn)的恒星主序壽命比慢速自轉(zhuǎn)的恒星短。2.混合區(qū)深度：自轉(zhuǎn)通過離心力影響恒星內(nèi)部的對(duì)流混合。如簡(jiǎn)答所述，自轉(zhuǎn)會(huì)使對(duì)流混合長(zhǎng)度變深。這意味著自轉(zhuǎn)可以混合恒星內(nèi)部更深層的物質(zhì)。對(duì)于主序星，這會(huì)將核反應(yīng)產(chǎn)生的元素（如He、C、N）混合到更外層的對(duì)流區(qū)，改變表面的化學(xué)組成，影響恒星的光譜類型和演化路徑。對(duì)于紅巨星，混合作用可以更有效地將內(nèi)部累積的He核心或C/O核心暴露出來，觸發(fā)后續(xù)的核燃燒階段。3.最終演化結(jié)局：*白矮星：恒星結(jié)束核燃燒后，若剩余質(zhì)量小于錢德拉塞卡極限（約1.4M☉），會(huì)演化為白矮星。自轉(zhuǎn)速率會(huì)影響白矮星的最終半徑和表面溫度。快速自轉(zhuǎn)的白矮星通常體積較小、溫度較高，并且可能通過磁星風(fēng)損失質(zhì)量更快，影響其長(zhǎng)期演化。*中子星/黑洞：對(duì)于質(zhì)量足夠