2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際寶藏：宇宙資源的發(fā)現(xiàn)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.星際介質(zhì)2.近地小行星3.氦-34.光譜線反轉(zhuǎn)5.空間資源利用二、填空題（每空2分，共20分）1.除了水冰和金屬外，小行星上還可能含有豐富的________和________資源。2.利用________望遠(yuǎn)鏡可以探測到小行星表面的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，并通過________現(xiàn)象估算其質(zhì)量。3.恒星際介質(zhì)的主要成分是________和________，其密度極低，但包含著宇宙形成早期的信息。4.目前人類對太陽系內(nèi)資源的探測主要集中于________區(qū)域，而深空探測則旨在探索更遙遠(yuǎn)的________。5.從天文學(xué)角度評估宇宙資源時，需要考慮其________、________和________等關(guān)鍵因素。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述利用雷達(dá)探測小行星的主要原理及其可以獲取的信息。2.為什么氦-3被認(rèn)為是一種具有潛力的清潔能源，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在哪些方面？3.簡述系外行星研究在尋找宇宙資源方面可能提供的線索或帶來的機(jī)遇。4.開發(fā)太空資源面臨的主要科學(xué)和工程挑戰(zhàn)有哪些？四、論述題（每題10分，共30分）1.結(jié)合具體的天文觀測技術(shù)（如多波段觀測、光譜分析等），論述如何發(fā)現(xiàn)和識別具有高資源價值的小行星。2.論述人類探索和利用太空資源對于推動天文學(xué)發(fā)展可能產(chǎn)生的積極影響。3.鑒于太空資源開發(fā)的巨大投入和潛在風(fēng)險，請從科學(xué)倫理和社會可持續(xù)發(fā)展的角度，談?wù)剬Υ耸碌目捶?。試卷答案一、名詞解釋1.星際介質(zhì)：指宇宙空間中除恒星、行星、星云核心等主要天體之外的氣體（主要是氫和氦，還有少量其他元素和分子）、塵埃顆粒以及宇宙射線等物質(zhì)的總稱。它是恒星和行星形成的原材料，也是天體物理觀測的重要介質(zhì)。*解析思路：考察對宇宙空間基本組成成分的理解。答案需包含其主要成分（氣體、塵埃）和其物理意義（形成材料、觀測介質(zhì)）。2.近地小行星：指其軌道與地球軌道距離相對較近的小行星。這些小行星是太陽系形成時期的遺骸，因其相對容易接近，被認(rèn)為是未來太空資源勘探和利用的主要目標(biāo)之一。*解析思路：考察對小行星分類及特定類型（近地）的認(rèn)識。答案需點(diǎn)明其定義（軌道靠近地球）及其特點(diǎn)（太陽系形成遺骸、資源潛力、易接近性）。3.氦-3：一種惰性氣體同位素，存在于月球土壤和小行星（尤其是富鐵小行星）中。由于其核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量純度高、放射性廢料少，被認(rèn)為是一種極具潛力的未來清潔能源。*解析思路：考察對一種特定宇宙資源（氦-3）的認(rèn)識。答案需包含其定義（氦的同位素）、存在地點(diǎn)（月球、小行星）及其主要優(yōu)勢（清潔能源）。4.光譜線反轉(zhuǎn)：在某些天體（如太陽光球?qū)樱┑陌l(fā)射線光譜中，某些譜線的強(qiáng)度超過了由黑體輻射計(jì)算出的理論值，這種現(xiàn)象稱為光譜線反轉(zhuǎn)。它是由光球?qū)酉路捷^冷的氣態(tài)物質(zhì)對來自內(nèi)部的熱輻射進(jìn)行選擇性吸收，然后向外發(fā)射造成的，是研究天體內(nèi)部物理狀態(tài)（如溫度、壓力、運(yùn)動）的重要手段。*解析思路：考察對光譜學(xué)中一個重要現(xiàn)象的理解。答案需解釋現(xiàn)象本身（譜線強(qiáng)度超過理論值）、產(chǎn)生原因（下方冷氣吸收發(fā)射）及其意義（研究內(nèi)部物理狀態(tài)）。5.空間資源利用：指人類通過航天活動，對太空中存在的、能夠滿足人類需求或具有潛在利用價值的物質(zhì)（如礦產(chǎn)資源、能源、空間位置資源等）進(jìn)行勘探、開發(fā)、加工、運(yùn)輸和使用的活動過程。*解析思路：考察對“空間資源利用”這一核心概念的綜合理解。答案需包含其定義要素（主體-人類、對象-太空資源、過程-勘探開發(fā)使用等）。二、填空題1.礦物質(zhì)，化石燃料*解析思路：考察對小行星上已知潛在資源類型的掌握。除了水和金屬，小行星常被認(rèn)為富含有機(jī)物（可轉(zhuǎn)化為化石燃料）和多種礦物質(zhì)。2.光學(xué)/雷達(dá)，多普勒頻移*解析思路：考察探測小行星的技術(shù)手段。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用于直接觀測成像，雷達(dá)用于探測和測距；多普勒頻移效應(yīng)可用于精確測量小行星的徑向速度，進(jìn)而估算質(zhì)量。3.氫，氦*解析思路：考察恒星際介質(zhì)的主要化學(xué)成分。根據(jù)大爆炸理論，宇宙中氫和氦是含量最多的兩種元素，構(gòu)成了星際介質(zhì)的基本物質(zhì)。4.近地軌道，小行星帶/恒星際空間*解析思路：考察人類資源探測的空間范圍。目前主要力量集中在易于抵達(dá)的近地區(qū)域，而未來深空探測將延伸至資源更豐富的區(qū)域，如小行星帶或直接探索恒星際介質(zhì)。5.豐度，可訪問性，利用價值*解析思路：考察評估宇宙資源時考慮的關(guān)鍵因素。豐度指資源量多寡；可訪問性指探測和開采的難易程度；利用價值指其能帶來多少實(shí)際效益（經(jīng)濟(jì)、戰(zhàn)略等）。三、簡答題1.雷達(dá)探測小行星主要利用雷達(dá)波束具有方向性好、穿透力強(qiáng)、可全天候工作的特點(diǎn)。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射信號照射到小行星表面時，一部分信號會被反射回來，地面接收站接收這些回波信號。通過分析回波信號的強(qiáng)度、到達(dá)時間、頻率變化（多普勒效應(yīng)）和極化特性，可以獲取小行星的形狀、大小、表面粗糙度、密度、表面材質(zhì)信息，并精確測量其軌道參數(shù)。對于一些特別明亮的小行星，甚至可以探測到其表面的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。*解析思路：回答需涵蓋雷達(dá)探測的基本原理（波束發(fā)射反射接收）、關(guān)鍵技術(shù)（多普勒效應(yīng)、極化分析）以及能獲得的信息類型（形狀、大小、密度、軌道、表面特性等）。2.氦-3被認(rèn)為是一種清潔能源，主要是因?yàn)槠浜司圩兎磻?yīng)產(chǎn)物主要是穩(wěn)定的氦-4，幾乎不產(chǎn)生中子，因此放射性廢料極少，對環(huán)境危害小。其聚變反應(yīng)所需的激發(fā)能相對較低，產(chǎn)生的能量純度高。與地球上的核裂變（易產(chǎn)生長壽命放射性廢料）和傳統(tǒng)化石燃料（產(chǎn)生溫室氣體和空氣污染物）相比，氦-3聚變被認(rèn)為是一種更加清潔、高效的能源。雖然目前主要儲存在月球和asteroids上，開采和運(yùn)輸成本高昂，但其巨大的能源潛力使其成為未來太空探索和能源開發(fā)的重點(diǎn)研究對象之一。*解析思路：重點(diǎn)闡述氦-3作為清潔能源的核心優(yōu)勢（反應(yīng)產(chǎn)物清潔、能量高、激發(fā)能低），并與現(xiàn)有能源進(jìn)行比較，說明其潛在價值。3.系外行星研究為尋找宇宙資源提供了獨(dú)特的視角和潛在的機(jī)遇。首先，通過分析系外行星的大氣成分（利用光譜法），可以直接探測到可能存在的有機(jī)分子甚至水蒸氣，這有助于了解行星宜居性，并間接指示其表面或subsurface可能存在的資源（如水冰）。其次，對系外行星大小、質(zhì)量、密度的測定，可以幫助推斷其組成（巖石行星、氣態(tài)巨行星），從而預(yù)測其可能擁有的資源類型（如氣態(tài)巨行星可能富含氫、氦、氖等）。此外，尋找“超級地球”或位于宜居帶內(nèi)的類地行星，是尋找地外生命（可能需要資源）或建立人類前哨站的潛在地點(diǎn)。雖然目前系外行星資源利用還很遙遠(yuǎn)，但其研究有助于規(guī)劃未來太空任務(wù)的目標(biāo)和方向。*解析思路：從大氣成分分析、行星物理性質(zhì)推斷、潛在基地選址三個角度，闡述系外行星研究如何為宇宙資源探索提供線索和機(jī)遇。4.開發(fā)太空資源面臨的主要挑戰(zhàn)包括：第一，高昂的成本和風(fēng)險。太空探測和開發(fā)需要投入巨大的資金，且面臨技術(shù)風(fēng)險、人員安全風(fēng)險等。第二，技術(shù)瓶頸。目前缺乏高效、低成本的運(yùn)輸系統(tǒng)（如廉價發(fā)射、在軌組裝、星際飛船技術(shù)），缺乏成熟的太空開采、加工和利用技術(shù)。第三，法律和倫理問題。關(guān)于太空資源的所有權(quán)、開采權(quán)、外星生命保護(hù)、太空環(huán)境保護(hù)等國際法規(guī)尚不完善，存在爭議。第四，地緣政治競爭。太空資源開發(fā)可能引發(fā)新的國際競爭甚至沖突。第五，可持續(xù)性問題。如何確保太空資源開發(fā)的長期可持續(xù)性，避免對太空環(huán)境造成破壞，也是重要挑戰(zhàn)。*解析思路：從成本風(fēng)險、技術(shù)、法律倫理、地緣政治、可持續(xù)性等多個維度，系統(tǒng)梳理開發(fā)太空資源面臨的主要障礙。四、論述題1.發(fā)現(xiàn)和識別具有高資源價值的小行星主要依賴于綜合運(yùn)用多種天文觀測技術(shù)。首先，利用大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡或空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行巡天觀測，通過圖像拼接和差分成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)新的小行星，并獲取其初步的光學(xué)參數(shù)（如星等、顏色、亮度變化），以粗略判斷其大小和可能的類型。其次，利用射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行視寧度測量，可以精確測定小行星的軌道元素，特別是半長軸和離心率，幫助判斷其是否屬于近地小行星或小行星帶內(nèi)的富資源區(qū)域。再次，利用光譜分析法是識別資源類型的關(guān)鍵。通過望遠(yuǎn)鏡獲取小行星的光譜，分析其反射光譜特征，可以推斷其表面成分，如是否存在水冰（通過特定波段吸收特征）、金屬含量（通過金屬特征吸收線）、硅酸鹽類型（通過寬帶吸收特征）等。高分辨率的雷達(dá)探測或天文interferometry可以獲取小行星的形狀模型和表面紋理信息，進(jìn)一步輔助判斷其資源分布情況（如是否存在空腔可能儲存水冰）。最后，結(jié)合軌道動力學(xué)分析，評估小行星的穩(wěn)定性、可接近性以及未來與地球的接近概率，綜合這些信息，可以篩選出具有高潛在資源價值的目標(biāo)小行星。*解析思路：論述需展現(xiàn)一個系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)識別流程，涵蓋不同觀測手段（光學(xué)、射電、光譜）及其各自的作用（發(fā)現(xiàn)、軌道、成分、形貌），并強(qiáng)調(diào)多技術(shù)融合和綜合評估的重要性。2.人類探索和利用太空資源對于推動天文學(xué)發(fā)展具有多方面的積極影響。首先，太空資源開發(fā)的需求將直接驅(qū)動天文學(xué)觀測技術(shù)的進(jìn)步。為了精確探測和識別資源，需要更高分辨率、更大口徑的望遠(yuǎn)鏡，更靈敏的探測器，更先進(jìn)的信號處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，這將促進(jìn)天文儀器和技術(shù)的革新。其次，資源開發(fā)任務(wù)（如小行星采樣返回）將極大地拓展人類的空間探測能力，深化對太陽系形成和演化的認(rèn)識。帶回的樣本為天體物理和地球化學(xué)研究提供了前所未有的原始材料，驗(yàn)證和改進(jìn)天文學(xué)理論模型。再次，開發(fā)太空資源需要解決諸多科學(xué)難題，如極端環(huán)境下的物質(zhì)狀態(tài)、星際航行物理、低重力/微重力下的物理和化學(xué)過程等，這些研究本身就會催生新的天文學(xué)分支和交叉學(xué)科。此外，太空資源的利用將促進(jìn)空間天文臺的建立和運(yùn)營模式創(chuàng)新，為天文學(xué)觀測提供新的平臺和保障?？傊?，太空探索與天文學(xué)研究相互促進(jìn)，共同推動人類對宇宙的認(rèn)知邊界不斷擴(kuò)展。*解析思路：從推動觀測技術(shù)、深化太陽系研究、解決基礎(chǔ)科學(xué)問題、促進(jìn)空間平臺發(fā)展等角度，論證太空資源開發(fā)對天文學(xué)研究的驅(qū)動作用。3.太空資源開發(fā)是一項(xiàng)前景廣闊但也充滿挑戰(zhàn)的事業(yè)，在討論其同時，必須關(guān)注相關(guān)的科學(xué)倫理和社會可持續(xù)發(fā)展問題。從科學(xué)倫理角度看，首先應(yīng)堅(jiān)持“人類命運(yùn)共同體”理念，太空是全人類的共同財富，資源開發(fā)應(yīng)秉持和平利用、公平共享的原則，避免國家間或集團(tuán)間的過度競爭甚至沖突。其次，在探測和開發(fā)過程中，必須高度重視保護(hù)太空環(huán)境和探索地外生命潛在風(fēng)險。應(yīng)制定嚴(yán)格的國際規(guī)范，防止太空垃圾污染、避免對行星（尤其是潛在宜居行星）造成破壞，謹(jǐn)慎對待可能存在的地外生命形式，遵循“不干擾原則”。從社會可持續(xù)發(fā)展角度看，太空資源開發(fā)應(yīng)服務(wù)于全人類的福祉，特別是解決地球面臨的能源危機(jī)、資源枯竭等挑戰(zhàn)。但同時也需警惕其可能帶來的負(fù)面影響，如加劇全球貧富差距（資源分配不均）、