2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——星際空間中的射電源分布考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一種電磁波波段能夠最有效地穿透星際塵埃云？A.可見光B.紅外線C.X射線D.射電波2.宇宙空間中，由自由電子在磁場(chǎng)中高速運(yùn)動(dòng)（相對(duì)磁場(chǎng)方向）時(shí)發(fā)出的電磁輻射稱為？A.21厘米譜線輻射B.費(fèi)米-德拜奇效應(yīng)輻射C.同步輻射D.寬線發(fā)射3.在射電天文學(xué)中，利用中性氫原子在旋轉(zhuǎn)變換時(shí)發(fā)出的21厘米譜線來(lái)探測(cè)星際氣體分布的方法主要基于？A.射電波具有穿透能力B.氫原子在宇宙中含量最豐富C.該譜線頻率較低，不易被星際塵埃吸收D.21厘米波長(zhǎng)與原子尺寸相當(dāng)，易引起共振4.銀河系中心超大質(zhì)量黑洞SgrA*發(fā)出的主要射電輻射機(jī)制被認(rèn)為是？A.星際塵埃的熱輻射B.HII區(qū)的復(fù)合射電輻射C.由黑洞噴流產(chǎn)生的同步輻射D.恒星形成的分子云輻射5.射電天文學(xué)家通過(guò)觀測(cè)到銀河系銀暈中彌漫的射電源，可以推斷出？A.銀河系是一個(gè)扁平的盤狀結(jié)構(gòu)B.存在一個(gè)由舊恒星殘骸組成的致密核心C.銀河系內(nèi)存在大量的高速運(yùn)動(dòng)的分子云D.銀河系中心存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞6.射電背景輻射是宇宙微波背景輻射的一部分，其主要來(lái)源被認(rèn)為是？A.現(xiàn)今正在形成的星系B.宇宙早期大量早期射電源的累積效應(yīng)C.星際介質(zhì)中同步輻射電子的不斷注入D.活動(dòng)星系核噴流對(duì)宇宙微波背景的散射7.在觀測(cè)星系團(tuán)時(shí)，射電望遠(yuǎn)鏡相比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠探測(cè)到？A.星系團(tuán)中心恒星的爆發(fā)B.星系團(tuán)內(nèi)部暗物質(zhì)分布通過(guò)引力透鏡效應(yīng)造成的射電扭曲C.星系團(tuán)中正在形成的年輕星系D.星系團(tuán)整體的引力場(chǎng)強(qiáng)度8.所謂的“自由-復(fù)合”射電源指的是？A.同時(shí)存在自由電子和復(fù)合分子的區(qū)域B.由自由電子和正離子復(fù)合產(chǎn)生的輻射C.在特定條件下，同步輻射和熱輻射同時(shí)存在的現(xiàn)象D.由年輕恒星激發(fā)周圍星際氣體產(chǎn)生的射電輻射9.如果觀測(cè)到某個(gè)星系的射電信號(hào)主要集中在星系盤的邊緣，而非中心，這可能暗示該星系存在？A.強(qiáng)大的星系風(fēng)B.核心區(qū)域缺乏活動(dòng)C.大規(guī)模的自轉(zhuǎn)流D.星系正在經(jīng)歷并合過(guò)程10.21厘米譜線輻射對(duì)于研究宇宙學(xué)的主要意義在于？A.提供了觀測(cè)早期宇宙結(jié)構(gòu)形成的信息B.能夠精確測(cè)量恒星年齡C.是探測(cè)星際磁場(chǎng)的主要手段D.可用于直接測(cè)量太陽(yáng)系行星的距離二、填空題（每空2分，共20分）1.射電望遠(yuǎn)鏡的核心部件是__________，它負(fù)責(zé)收集和聚焦來(lái)自太空的射電信號(hào)。2.由星際塵埃顆粒對(duì)可見光散射而產(chǎn)生的輻射，在射電波段對(duì)應(yīng)于__________波段。3.同步輻射的頻譜通常呈現(xiàn)__________形，其峰值頻率與電子能量、磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。4.銀河系內(nèi)除銀心外，另一個(gè)重要的射電源分布區(qū)域是__________。5.射電背景輻射的溫度漲落包含了關(guān)于宇宙__________時(shí)期宇宙結(jié)構(gòu)的寶貴信息。6.除了同步輻射和自由-復(fù)合輻射，星系核的射電發(fā)射還可能包括來(lái)自__________的噴流輻射。7.利用中性氫原子21厘米譜線進(jìn)行巡天，主要目的是繪制__________的分布圖。8.射電源的__________（位置、強(qiáng)度、頻譜、結(jié)構(gòu)）是射電天文學(xué)觀測(cè)和數(shù)據(jù)解析的基本要素。9.分子云主要由__________和__________組成，它們是新的恒星形成的主要場(chǎng)所，并發(fā)出毫米波輻射。10.通過(guò)觀測(cè)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的射電源分布，可以推斷出宇宙中__________的存在及其分布。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述同步輻射輻射機(jī)制的基本原理及其產(chǎn)生的輻射譜具有哪些主要特征。2.解釋什么是“銀心-銀暈?zāi)Ｐ汀?，并?jiǎn)述該模型如何描述銀河系的射電源分布。3.21厘米譜線輻射對(duì)于研究星際介質(zhì)有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)？4.射電觀測(cè)在探測(cè)和研究暗物質(zhì)方面可以發(fā)揮什么作用？四、論述題（每題10分，共20分）1.試述射電天文學(xué)觀測(cè)在理解星系形成與演化過(guò)程中的作用，并舉例說(shuō)明。2.詳細(xì)討論觀測(cè)星際介質(zhì)射電源分布對(duì)于研究宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成的意義。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.C5.A6.B7.B8.B9.A10.A二、填空題1.收信機(jī)（或天線系統(tǒng)）2.紅外（或微波）3.譜峰偏倚（或非高斯）4.銀暈5.早期（或宇宙形成）6.核心區(qū)（或活動(dòng)星系核）7.星際氣體（或HI氣體）8.光度（或性質(zhì)）9.氫分子（或H?），原子氫（或HI）10.暗物質(zhì)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先說(shuō)明同步輻射是帶電粒子（通常是電子）在磁場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的輻射。關(guān)鍵在于粒子運(yùn)動(dòng)速度與光速接近時(shí)，輻射功率與粒子能量（或速度）的立方成正比，導(dǎo)致譜峰向高頻偏移，形成譜峰偏倚譜。此外，輻射強(qiáng)度還與磁場(chǎng)強(qiáng)度和粒子數(shù)密度有關(guān)?；卮鹦璋瑱C(jī)制原理和譜的特征。2.解析思路：描述銀心-銀暈?zāi)Ｐ蛯y河系分為中心銀心區(qū)、中間的薄盤和外圍的球狀銀暈。強(qiáng)調(diào)射電源主要分布在銀暈中，呈環(huán)狀或弧狀分布，暗示了銀河系的總質(zhì)量和部分質(zhì)量（可能與暗物質(zhì)有關(guān)）集中在外圍區(qū)域。解釋該模型如何通過(guò)射電源分布揭示銀河系的幾何結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)特征。3.解析思路：強(qiáng)調(diào)21cm波長(zhǎng)較長(zhǎng)，不易被星際塵埃吸收和散射，使得觀測(cè)穿透力強(qiáng)。指出中性氫是宇宙中最豐富的元素，21cm譜線是其重要的物理標(biāo)志。說(shuō)明利用該譜線可以探測(cè)到光學(xué)波段難以觀測(cè)的冷、暗、稀薄的星際氣體云，從而繪制氣體分布圖，研究氣體動(dòng)力學(xué)和恒星形成歷史。4.解析思路：說(shuō)明暗物質(zhì)不發(fā)射、吸收或反射電磁波，因此無(wú)法直接觀測(cè)。但暗物質(zhì)通過(guò)引力影響可見物質(zhì)和宇宙結(jié)構(gòu)。指出射電觀測(cè)可以通過(guò)引力透鏡效應(yīng)（觀測(cè)射電源圖像被暗物質(zhì)扭曲）或間接探測(cè)暗物質(zhì)暈中高能宇宙射線與普通物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的同步輻射或散粒輻射（如伽馬射線暴余暉的射電counterpart）來(lái)推斷暗物質(zhì)的存在和分布。四、論述題1.解析思路：*作用概述：闡述射電天文學(xué)通過(guò)探測(cè)不同波段的射電輻射，揭示了星系中心（如活動(dòng)星系核）、星系盤（如HII區(qū)、分子云）、星系暈（如射電星、銀暈）等不同區(qū)域的物理過(guò)程和結(jié)構(gòu)，為星系形成和演化的不同階段提供了關(guān)鍵觀測(cè)證據(jù)。*舉例說(shuō)明：*中心區(qū)域：通過(guò)觀測(cè)活動(dòng)星系核的強(qiáng)大射電噴流和相對(duì)論性粒子加速，理解超大質(zhì)量黑洞與星系共同演化（反饋?zhàn)饔茫┑臋C(jī)制。*盤內(nèi)區(qū)域：利用21cm譜線繪制星際氣體分布，研究氣體流、星形成區(qū)域和觸發(fā)機(jī)制；通過(guò)毫米波觀測(cè)分子云，定位恒星形成候選區(qū)，研究星云結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。*盤外/銀暈區(qū)域：觀測(cè)銀暈射電源揭示了銀河系的總質(zhì)量和暗物質(zhì)分布，研究其形成和動(dòng)力學(xué)；觀測(cè)球狀星團(tuán)和矮星系的射電特征，了解不同類型天體的演化路徑。*總結(jié)：強(qiáng)調(diào)射電觀測(cè)提供了與其他波段（如光學(xué)、X射線）互補(bǔ)的信息，對(duì)于構(gòu)建完整的星系演化圖景至關(guān)重要。2.解析思路：*背景關(guān)聯(lián)：首先指出宇宙微波背景輻射（CMB）的溫度漲落記錄了宇宙早期（約38萬(wàn)年）原初密度擾動(dòng)的信息。這些擾動(dòng)隨時(shí)間演化，通過(guò)引力作用逐漸匯聚，形成了今天觀測(cè)到的星系、星系團(tuán)等大尺度結(jié)構(gòu)。*射電源的角色：說(shuō)明宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中充滿了各種射電源（如類星體、星系、星系團(tuán)），它們是宇宙早期形成的結(jié)構(gòu)或其后續(xù)活動(dòng)的遺跡。這些射電源自身并不直接揭示早期擾動(dòng)，但它們的分布（由早期密度擾動(dòng)決定）以及它們發(fā)出的射電信號(hào)（如同步輻射）會(huì)與彌漫的宇宙背景（如CMB或射電背景輻射）發(fā)生相互作用。*具體作用：*射電背景輻射（RBR）：RBR是累積自宇宙早期大量早期射電源（如類星體）的同步輻射輻射，其溫度漲落模式直接反映了早期星系形成和演化過(guò)程的能量注入和時(shí)空分布，是研究早期宇宙結(jié)構(gòu)和反饋效應(yīng)的關(guān)鍵工具。*引力透鏡效應(yīng)：觀測(cè)射電源（如類星體）繞過(guò)大型引力透鏡（如星系團(tuán)）時(shí)其光線彎曲的現(xiàn)象，可以精確測(cè)量透鏡體的質(zhì)量分布。這些質(zhì)量分布（包括暗物質(zhì)）正是早期密度擾動(dòng)的直接體現(xiàn)，提供了關(guān)于暗物質(zhì)宇宙學(xué)