2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——星際塵埃在星際空間中的分布考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是星際塵埃的主要組成成分？A.硅酸鹽顆粒B.原始星際氣體（如氫、氦）C.石墨和碳粒D.金屬氧化物2.星際塵埃對(duì)可見光的主要作用是？A.產(chǎn)生強(qiáng)烈的發(fā)射光譜B.引起星光向光譜紅端偏移（紅化）C.使來(lái)自遙遠(yuǎn)天體的光線顯著增強(qiáng)D.主要吸收紫外輻射而不影響可見光3.下列哪個(gè)天文觀測(cè)波段對(duì)于探測(cè)冷的、被氣體遮蔽的星際塵埃最為有效？A.可見光B.X射線C.紅外線D.射電波4.“星際紅化”現(xiàn)象主要是由星際塵埃的哪種性質(zhì)引起的？A.吸收特定波段的紫外輻射B.散射所有波長(zhǎng)的光C.選擇性地散射藍(lán)光而透射紅光D.對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的散射截面5.在銀河系中，星際塵埃含量最高的區(qū)域通常位于？A.銀河中心平面B.銀河銀暈外部C.旋臂之間的空隙D.球狀星團(tuán)內(nèi)部6.星際塵埃的形成最主要的來(lái)源被認(rèn)為是？A.星系際介質(zhì)中的氣體云碰撞B.恒星風(fēng)從年輕恒星吹出的物質(zhì)C.超新星爆發(fā)拋出的物質(zhì)D.行星系統(tǒng)形成后的殘余物質(zhì)7.以下哪種現(xiàn)象是星際塵埃對(duì)星際氣體云動(dòng)力學(xué)影響的主要表現(xiàn)？A.增強(qiáng)了云內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B.提供了引力中心，促進(jìn)云碎裂C.增加了云內(nèi)氣體密度D.減少了云內(nèi)氣體壓力，阻礙引力坍縮8.測(cè)量恒星距離時(shí)，如果不考慮星際塵埃造成的消光和紅化，通常會(huì)得到？A.偏高的距離估計(jì)值B.偏低的光度估計(jì)值C.偏高的視星等估計(jì)值D.無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量距離9.為什么星際塵埃被認(rèn)為在行星形成過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色？A.它們是恒星的主要燃料來(lái)源B.它們能夠獨(dú)立形成恒星質(zhì)量的天體C.它們可以作為凝結(jié)核，使星際氣體凝聚成固體顆粒，進(jìn)而形成行星D.它們主要起到阻擋恒星光線，為行星系統(tǒng)形成提供陰影的作用10.紅外天文觀測(cè)中，常用的顏色指數(shù)（如B-V）可以幫助我們區(qū)分？A.不同類型的恒星B.恒星和星云C.星際氣體和星際塵埃D.行星和矮行星二、填空題（請(qǐng)將答案填寫在橫線上。每空2分，共20分）1.星際塵埃對(duì)可見光的主要吸收特征是吸收光譜中的_________吸收線。2.由于星際塵埃的散射，來(lái)自遙遠(yuǎn)方向的光線會(huì)發(fā)生向光譜_________端的偏移，這種現(xiàn)象稱為星際紅化。3.星際塵埃的物理性質(zhì)，如大小、形狀和成分，決定了它在不同波長(zhǎng)（特別是_________和_________波段）的輻射和散射特性。4.星際塵埃主要分布在_________和_________中，其密度遠(yuǎn)高于星際氣體。5.人類對(duì)星際塵埃的探測(cè)和研究在很大程度上得益于_________天文學(xué)的飛速發(fā)展。6.除了光學(xué)和紅外觀測(cè)，通過(guò)測(cè)量星光在_________波段的光度變化，也可以反推星際塵埃造成的消光。7.星際塵埃的存在會(huì)使得來(lái)自其背后天體的視星等變_________（填“亮”或“暗”），距離變_________（填“近”或“遠(yuǎn)”）。8.分子云中高密度的塵埃通常覆蓋著其中發(fā)出的_________輻射。9.塵埃顆粒的聚集和碎裂過(guò)程對(duì)于理解星際介質(zhì)中的_________和_________至關(guān)重要。10.除了光學(xué)波段，星際塵埃在_________波段也會(huì)產(chǎn)生顯著的發(fā)射，這與塵埃顆粒的熱輻射有關(guān)。三、名詞解釋（請(qǐng)給出以下名詞的精確定義或解釋。每小題3分，共15分）1.星際消光2.星際紅化3.紅外發(fā)射譜4.分子云5.星際塵埃的Colors四、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述星際塵埃的幾種主要形成機(jī)制。2.解釋為什么說(shuō)紅外天文學(xué)是研究星際塵埃的有力工具。3.闡述星際塵埃如何影響恒星的光譜觀測(cè)。4.簡(jiǎn)要說(shuō)明星際塵埃在恒星和行星形成過(guò)程中所起的作用。五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入闡述下列問(wèn)題。共25分）1.詳細(xì)分析星際塵埃的分布特征及其形成原因。為什么銀河系銀心區(qū)域塵埃含量相對(duì)較低？試述不同類型星際介質(zhì)（如HII區(qū)、分子云）中塵埃的特性差異及其意義。（15分）2.探討星際塵埃對(duì)于理解整個(gè)宇宙的重要性，可以結(jié)合其在恒星形成、元素分布、宇宙演化等方面的作用進(jìn)行論述。（10分）---試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.D5.A6.C7.D8.A9.C10.C二、填空題1.氫2.紅3.可見光；紅外4.分子云；HII區(qū)5.紅外6.紫外7.暗；遠(yuǎn)8.紅外9.演化；結(jié)構(gòu)10.紅外三、名詞解釋1.星際消光：指星際塵埃顆粒吸收和散射星光，導(dǎo)致來(lái)自其后方或通過(guò)其所在介質(zhì)的天體視亮度減弱的現(xiàn)象。2.星際紅化：指星際塵埃顆粒選擇性地散射短波長(zhǎng)的藍(lán)光比長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅光更強(qiáng)烈，導(dǎo)致來(lái)自其后方天體的光譜向長(zhǎng)波（紅）端偏移的現(xiàn)象。3.紅外發(fā)射譜：指星際塵埃顆粒因吸收可見光和紫外光后內(nèi)部能量升高，再以紅外輻射形式向外釋放能量所產(chǎn)生的光譜特征。主要由塵埃的熱輻射引起。4.分子云：指密度較高、溫度較低的星際氣體云，其中分子（如H?）的含量顯著高于電離氣體，是恒星形成的搖籃，通常富含星際塵埃。5.星際塵埃的Colors：指通過(guò)測(cè)量天體在兩個(gè)不同紅外波長(zhǎng)（通常是較近的紅外波段和較遠(yuǎn)的紅外波段）上的亮度比值（如R=J/K，J、K為兩個(gè)波段的測(cè)光星等），用來(lái)區(qū)分星際塵埃的溫度、大小分布或其背后氣體塵埃含量的參數(shù)。顏色深（R值大）通常意味著塵埃較冷或較大。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述星際塵埃的幾種主要形成機(jī)制。*恒星風(fēng)：B型星和早型星的強(qiáng)烈恒星風(fēng)可以向外拋射各種元素和化合物形成的微小顆粒。*超新星爆發(fā)：超新星爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波和高溫可以加速星際氣體，并提供形成塵埃所需的重元素和有機(jī)分子前體。爆發(fā)拋出的物質(zhì)中也包含大量塵埃。*行星形成殘余：預(yù)計(jì)太陽(yáng)系外的原行星盤盤中殘留的塵埃顆粒可能部分來(lái)源于早期行星系統(tǒng)的形成和碎裂。*星際氣體云碰撞：密度較高的星際氣體云之間發(fā)生碰撞和合并時(shí)，局部密度和溫度的升高也可能促進(jìn)塵埃的形成。*宇宙射線作用：宇宙射線與星際氣體相互作用可能產(chǎn)生某些有機(jī)分子，進(jìn)而作為塵埃的凝結(jié)核。2.解釋為什么說(shuō)紅外天文學(xué)是研究星際塵埃的有力工具。*星際塵埃對(duì)可見光和紫外光具有強(qiáng)烈的吸收和散射。冷的塵埃顆粒主要發(fā)出熱輻射，峰值波長(zhǎng)位于紅外波段（通常在幾微米到幾十微米范圍）。*紅外輻射可以穿透被可見光和紫外光遮蔽的塵埃區(qū)域，使得我們能夠觀測(cè)到被隱藏在分子云或塵埃云中的年輕恒星、原行星盤以及氣體本身發(fā)出的紅外光。*不同溫度和成分的塵埃發(fā)出的紅外輻射特征（顏色）不同，通過(guò)分析紅外光譜可以推斷塵埃的物理性質(zhì)（如溫度、大小分布）和化學(xué)組成。*因此，紅外天文學(xué)為探測(cè)、成像和研究隱藏的塵埃以及其相關(guān)天體提供了關(guān)鍵手段。3.闡述星際塵埃如何影響恒星的光譜觀測(cè)。*產(chǎn)生星際消光：塵埃顆粒吸收和散射所有波長(zhǎng)的光，導(dǎo)致通過(guò)其路徑的星光總量減少，即視亮度降低。這會(huì)使得恒星的視星等變暗。*引起星際紅化：塵埃顆粒對(duì)藍(lán)光的散射效率高于紅光。當(dāng)星光穿過(guò)塵埃云時(shí)，藍(lán)光被更多地散射掉，而紅光相對(duì)更多地穿透過(guò)去，導(dǎo)致恒星的視顏色變紅，光譜向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。*修正測(cè)光和測(cè)距：由于消光和紅化，我們需要修正觀測(cè)到的恒星視星等才能得到其真實(shí)亮度，并根據(jù)修正后的亮度來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量距離。如果不做修正，會(huì)低估恒星距離，高估其光度。*改變光譜線形態(tài)：塵埃對(duì)光線的散射和吸收會(huì)使得來(lái)自恒星的光譜線輪廓變寬或產(chǎn)生擾動(dòng)，尤其是在視線方向穿過(guò)塵埃云邊緣時(shí)。4.簡(jiǎn)要說(shuō)明星際塵埃在恒星和行星形成過(guò)程中所起的作用。*凝結(jié)核：星際氣體（主要是氫和氦）本身難以直接聚集成固體顆粒。星際塵埃顆粒（如硅酸鹽、碳粒）作為凝結(jié)核，為氣體提供了碰撞和凝聚的表面，使得氣體可以圍繞塵埃顆粒增長(zhǎng)，形成更大的冰粒和固體塊。*引力坍縮：隨著塵埃顆粒不斷吸附氣體，其質(zhì)量增加，引力也隨之增強(qiáng)。當(dāng)塵埃云塊（或分子云中的密度波擾動(dòng)區(qū)域）的引力克服了內(nèi)部壓力和磁場(chǎng)阻力時(shí)，就會(huì)開始引力坍縮，最終觸發(fā)恒星的形成。*行星原材料：在原恒星盤盤中，塵埃顆粒繼續(xù)聚集、碰撞、吸積，最終形成星子，并進(jìn)一步演化為行星、小行星和彗星等固態(tài)天體?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有星際塵埃，就不可能有我們今天觀測(cè)到的行星系統(tǒng)。五、論述題1.詳細(xì)分析星際塵埃的分布特征及其形成原因。為什么銀河系銀心區(qū)域塵埃含量相對(duì)較低？試述不同類型星際介質(zhì)（如HII區(qū)、分子云）中塵埃的特性差異及其意義。*分布特征與原因：*宏觀分布：星際塵埃在銀河系中的分布呈現(xiàn)明顯的非均勻性?？傮w上，塵埃沿著銀盤分布，在旋臂中含量較高，因?yàn)樾凼腔钴S的恒星形成區(qū)，常有大量塵埃和氣體。銀心區(qū)域（朝向銀河中心方向）由于受到中心超大質(zhì)量黑洞和密集恒星的引力擾動(dòng)，塵埃被吹散或壓縮到銀盤較薄的部分，因此整體塵埃柱密度（沿視線方向的總塵埃量）相對(duì)較低。銀暈中散布著少量塵埃，形成所謂的“銀暈塵埃層”。*形成原因：塵埃的分布主要受恒星形成活動(dòng)、引力場(chǎng)（恒星、星團(tuán)、暗物質(zhì)）、磁場(chǎng)和氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程共同影響。恒星形成區(qū)（如HII區(qū)和分子云）是塵埃形成和聚集的主要場(chǎng)所。超新星爆發(fā)將重元素和塵埃輸運(yùn)到更大的空間，影響銀暈和整個(gè)星際介質(zhì)。引力不穩(wěn)定性驅(qū)動(dòng)氣體和塵埃在密度較高的區(qū)域聚集。磁場(chǎng)可以束縛塵埃，影響其運(yùn)動(dòng)和聚集。*銀心區(qū)域塵埃含量相對(duì)較低的原因：*高能輻射壓力：銀心區(qū)域恒星密度極高，特別是大量大質(zhì)量、演化晚期的恒星，其強(qiáng)烈的紫外輻射和恒星風(fēng)會(huì)產(chǎn)生巨大的輻射壓力和動(dòng)壓，足以將較輕的塵埃顆粒吹散或限制其在銀盤中的存在。*引力不穩(wěn)定與擾動(dòng)：中心超大質(zhì)量黑洞（人馬座A*）的強(qiáng)大引力以及密集恒星群體間的相互作用，導(dǎo)致銀心區(qū)域引力場(chǎng)極其復(fù)雜，可能擾亂了塵埃的穩(wěn)定分布，使其難以在高密度區(qū)域聚集。*塵埃的蒸發(fā)與沉降：高溫環(huán)境（來(lái)自密集恒星）可能導(dǎo)致部分塵埃顆粒表面覆蓋的冰層蒸發(fā)，或者高密度氣體中的化學(xué)反應(yīng)可能改變塵埃的化學(xué)成分。部分塵?？赡茉谝ψ饔孟鲁两档姐y盤內(nèi)。*不同類型星際介質(zhì)中塵埃的特性差異及其意義：*HII區(qū)（電離氫區(qū)）：*特性：塵埃通常被區(qū)內(nèi)的恒星紫外輻射加熱，溫度相對(duì)較高（可達(dá)數(shù)百K）。塵埃主要吸收可見光和近紫外光，產(chǎn)生顯著的消光和紅化效應(yīng)。由于高溫，塵埃的發(fā)射譜較弱或主要在遠(yuǎn)紅外波段。塵埃顆粒可能較小，成分可能有所不同。*意義：HII區(qū)中的塵埃分布和特性反映了恒星紫外輻射對(duì)周圍氣體的物理影響，其消光和紅化是校準(zhǔn)恒星參數(shù)和測(cè)量距離的重要標(biāo)尺。觀測(cè)HII區(qū)的塵埃有助于理解年輕恒星的反饋?zhàn)饔萌绾斡绊懫渲車男请H介質(zhì)。*分子云（冷的、暗的云）：*特性：塵埃顆粒通常被凍結(jié)在冰上，溫度很低（約10-30K）。它們是紅外不透明的，強(qiáng)烈吸收可見光和紫外光，導(dǎo)致分子云在光學(xué)波段看起來(lái)是黑暗的“暗云”。塵埃是探測(cè)分子云內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如氣泡、脊線）的關(guān)鍵，因?yàn)闅怏w本身在可見光和紫外波段的發(fā)射很弱。紅外發(fā)射譜（如3.1和17微米處的水冰吸收特征）是區(qū)分分子云中塵埃和氣體的關(guān)鍵。塵埃顆粒通常較大，成分以碳和硅化合物為主。*意義：分子云是恒星形成的場(chǎng)所，塵埃是形成恒星和行星的最初物質(zhì)。通過(guò)觀測(cè)分子云中的塵埃，我們可以找到正在形成的年輕恒星（星前星）和原行星盤，研究恒星形成的初始條件和過(guò)程。塵埃的分布和含量直接關(guān)系到分子云的演化和恒星形成的效率。2.探討星際塵埃對(duì)于理解整個(gè)宇宙的重要性，可以結(jié)合其在恒星形成、元素分布、宇宙演化等方面的作用進(jìn)行論述。*恒星形成：星際塵埃是恒星形成的絕對(duì)必要條件。沒(méi)有塵埃作為氣體凝結(jié)核，星際云中的氫和氦難以克服氣體自身的壓力而坍縮成恒星。塵埃的存在和演化過(guò)程深刻影響著恒星形成的效率、恒星的初始質(zhì)量分布以及原行星盤的形成。研究塵埃有助于揭示恒星起源的奧秘。*元素分布與豐度：星際塵埃是宇宙中除氫、氦外所有重元素的主要載體。從超新星爆發(fā)拋出的物質(zhì)以及早期恒星風(fēng)帶來(lái)的重