2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——天文學(xué)中的射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.射電望遠(yuǎn)鏡主要接收的是電磁波譜中的哪個部分？A.可見光B.紅外線C.射電波D.X射線2.拋物面天線在射電望遠(yuǎn)鏡中的作用主要是？A.接收并聚焦射電信號B.放大射電信號C.數(shù)字化射電信號D.成像射電天體3.射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率主要取決于？A.天線孔徑的大小B.接收機(jī)的靈敏度C.觀測時間的長短D.天體的亮度4.下列哪項(xiàng)不是射電望遠(yuǎn)鏡陣列相比單天線的主要優(yōu)勢？A.提高分辨率B.增加靈敏度C.擴(kuò)大視場D.實(shí)現(xiàn)干涉測量5.射電望遠(yuǎn)鏡接收到的信號通常需要經(jīng)過什么處理才能轉(zhuǎn)換為可分析的頻率信息？A.光譜分析B.傅里葉變換C.濾波D.模擬運(yùn)算6.脈沖星是天文學(xué)中著名的射電天體，其主要特征是？A.發(fā)射持續(xù)穩(wěn)定的射電信號B.發(fā)射規(guī)律重復(fù)的短脈沖信號C.只在特定波段發(fā)出射電信號D.具有極高的紅移值7.宇宙微波背景輻射是射電天文學(xué)的重要研究對象，它主要對應(yīng)于大爆炸理論的哪個階段？A.大爆炸的最初時刻B.宇宙形成后數(shù)十萬年的冷卻余暉C.恒星形成的主要時期D.星系團(tuán)形成的晚期8.超外差式接收機(jī)在射電望遠(yuǎn)鏡中的作用是？A.直接放大天線接收到的信號B.將高頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號進(jìn)行放大和處理C.將接收到的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號D.產(chǎn)生本地參考信號9.對比綜合孔徑干涉測量和甚長基線干涉測量（VLBI），哪個技術(shù)的核心優(yōu)勢在于觀測時間可以很短？A.綜合孔徑干涉測量B.甚長基線干涉測量C.兩者皆可D.兩者皆不可10.射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度是指？A.天線收集能量的能力B.接收微弱信號的能力C.分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力D.成像速度的快慢二、填空題（每空2分，共20分）1.射電望遠(yuǎn)鏡的天線效率越高，其接收信號的能力就越________。2.射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率極限由________定律決定。3.利用多臺相距遙遠(yuǎn)的天線同時進(jìn)行觀測的技術(shù)稱為________。4.射電望遠(yuǎn)鏡通過接收和處理來自天體的________信號來進(jìn)行觀測。5.射電望遠(yuǎn)鏡的接收機(jī)通常工作在非常低的噪聲溫度下，以提高_(dá)_______。6.射電天文學(xué)的發(fā)展很大程度上得益于________技術(shù)的進(jìn)步。7.天文學(xué)家通過觀測________可以研究星際介質(zhì)的成分和運(yùn)動。8.________是射電望遠(yuǎn)鏡成像的基礎(chǔ)。9.射電望遠(yuǎn)鏡陣列通過組合多個單元的信號，可以有效地________頻率噪聲。10.空間射電望遠(yuǎn)鏡相比地面射電望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)勢在于可以觀測到________的頻段。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述射電望遠(yuǎn)鏡的基本工作原理。2.簡述綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡陣列如何實(shí)現(xiàn)比單天線更高的分辨率。3.簡述射電望遠(yuǎn)鏡觀測宇宙微波背景輻射的意義。4.簡述射電望遠(yuǎn)鏡在尋找地外文明（SETI）項(xiàng)目中的基本思路。四、計算題（8分）假設(shè)一臺射電望遠(yuǎn)鏡的天線有效孔徑為25米，工作頻率為1GHz（1GHz=10^9Hz），天線的有效效率為60%。已知該頻率下宇宙背景輻射的溫度為2.7K，若望遠(yuǎn)鏡接收到的來自某遙遠(yuǎn)射電源的信號強(qiáng)度（功率流密度）為1×10^-29W/m2/Hz，請計算該射電源相對于宇宙背景輻射的亮度（單位：K）。假設(shè)信號通過接收機(jī)后產(chǎn)生的噪聲溫度為50K（系統(tǒng)噪聲溫度等于天線噪聲溫度加接收機(jī)噪聲溫度）。五、論述題（12分）論述射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)在現(xiàn)代天文學(xué)研究中扮演的重要角色，并舉例說明其在至少兩個不同領(lǐng)域（如基礎(chǔ)物理驗(yàn)證、天體物理現(xiàn)象研究等）的具體應(yīng)用。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.A4.B5.B6.B7.B8.B9.A10.B二、填空題1.高2.瑞利3.甚長基線干涉測量(VLBI)/干涉測量4.射電5.靈敏度6.接收機(jī)/信號處理/天線7.射電源譜線/星際氫譜線(21cm譜線)8.干涉測量/傅里葉變換9.濾除/抑制10.更低/紅外/遠(yuǎn)紫外三、簡答題1.解析思路：首先說明射電望遠(yuǎn)鏡接收宇宙發(fā)出的射電波。然后闡述核心部件天線的作用是收集和初步聚焦信號。接著說明信號進(jìn)入接收機(jī)，進(jìn)行低噪聲放大和下變頻。最后說明信號經(jīng)過處理（如數(shù)字化、干涉測量等）后得到天體信息。2.解析思路：說明綜合孔徑利用多個天線單元。關(guān)鍵在于解釋這些單元的信號不是簡單地相加，而是進(jìn)行相干疊加（干涉）。通過精確測量各天線信號之間的相位差，可以在空間上“合成”一個等效的大孔徑，從而根據(jù)瑞利極限公式提高分辨率。3.解析思路：首先點(diǎn)明宇宙微波背景輻射是宇宙早期（大爆炸后約38萬年）的殘留輻射。然后說明它是大爆炸標(biāo)準(zhǔn)模型的重要證據(jù)。最后闡述觀測其精細(xì)結(jié)構(gòu)（各向異性）可以研究早期宇宙的物理性質(zhì)、物質(zhì)分布不均勻性以及宇宙的演化歷史。4.解析思路：首先說明SETI的目標(biāo)是尋找地外智慧文明發(fā)出的信號。然后解釋射電望遠(yuǎn)鏡適合此任務(wù)的原因：射電波可以穿透星際塵埃，觀測范圍廣，且可以設(shè)計儀器掃描特定模式的信號。最后說明常見的方法是掃描特定頻段的窄帶信號，尋找符合人類技術(shù)特征的重復(fù)性信號。四、計算題解：1.計算天線的工作波長λ：λ=c/f=(3×10^8m/s)/(1×10^9Hz)=0.3m2.根據(jù)瑞利極限分辨率公式估算單天線角分辨率θ：θ_r≈1.22λ/D=1.22×0.3m/25m≈1.46×10^-2rad3.計算天線在1GHz頻率下的有效面積A_eff：A_eff=πD^2/4=π×(25m)^2/4≈490.9m^24.計算天線在1GHz頻率下的物理溫度T_antenna：T_antenna=T_background+T_sys=2.7K+50K=52.7K5.計算天線在該頻率下的等效亮度L_antenna（基于天線溫度）：L_antenna=j*σ*T_antenna/(2*(k*f)^2*A_eff)其中：j=1.22,σ=π/(4*ln(2)),k=1.38×10^-23J/KL_antenna≈1.22*π/(4*ln(2))*(1.38×10^-23J/K)*(52.7K)/((2*π*(1×10^9Hz)^2*4.909m^2)*(2.7K))L_antenna≈1.22*π/(4*0.693)*7.24×10^-22J/K/(1.97×10^17W/m2/Hz)L_antenna≈1.77×10^-22J/K/1.97×10^17W/m2/HzL_antenna≈9.0×10^-40W/m2/Hz/(1.38×10^-23J/K*1×10^9Hz)L_antenna≈9.0×10^-40/(1.38×10^-14)KL_antenna≈6.5×10^-26K6.根據(jù)亮度定義計算射電源相對于背景的亮度L_source：L_source=S/(A_eff*(T_sys/T_antenna))L_source=(1×10^-29W/m2/Hz)/(490.9m^2*(50K/52.7K))L_source≈1×10^-29/(490.9*0.949)L_source≈1×10^-29/465.2L_source≈2.2×10^-32W/m2/HzL_source≈2.2×10^-32/(1.38×10^-23J/K*1×10^9Hz)L_source≈2.2×10^-32/(1.38×10^-14)KL_source≈1.6×10^-18K答案：射電源相對于宇宙背景輻射的亮度約為1.6×10^-18K。五、論述題解析思路：1.重要性闡述：從射電望遠(yuǎn)鏡的獨(dú)特性入手，如能全天候觀測、穿透塵埃、探測冷天體和宇宙早期信息等。強(qiáng)調(diào)其在天文學(xué)發(fā)展中不可或缺的地位，是驗(yàn)證理論、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象的重要工具。2.應(yīng)用舉例（基礎(chǔ)物理驗(yàn)證）：*廣義相對論：觀測脈沖星timings，發(fā)現(xiàn)引力波效應(yīng)；使用甚長基線干涉測量（VLBI）精確測量類星體位置變化，驗(yàn)證光線彎曲；探測黑洞吸積盤和噴流。*大爆炸理論：發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射（CMB），是其最強(qiáng)證據(jù)；通過觀測CMB的各向異性研究早期宇宙的密度擾動和演化。3.應(yīng)