2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——銀河系中的星際云團與恒星關(guān)聯(lián)性考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在銀河系中，主要構(gòu)成星際介質(zhì)的氣體成分是：A.氦氣和塵埃B.氫氣和氦氣C.重元素和塵埃D.輕元素和等離子體2.具有高密度、低溫、富含分子（尤其是氫分子H?）的星際云團被稱為：A.HII區(qū)B.反射星云C.暗星云D.分子云3.恒星形成的初始階段，當(dāng)分子云局部區(qū)域的引力克服了內(nèi)部壓力和外部引力時，發(fā)生的主要物理過程是：A.核聚變啟動B.角動量守恒導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)加速C.引力坍縮D.塵埃顆粒開始發(fā)光4.原恒星在吸積周圍物質(zhì)增大的過程中，其核心溫度和壓力會：A.持續(xù)下降B.持續(xù)上升C.先上升后下降D.先下降后上升5.使分子云難以直接被光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測到的主要原因是：A.它們距離地球太遠(yuǎn)B.它們內(nèi)部充滿了不透明塵埃，遮擋了可見光C.它們的密度太低D.它們主要發(fā)出X射線6.疏散星團與球狀星團最根本的區(qū)別在于：A.恒星數(shù)量多少B.恒星表面溫度C.恒星年齡D.恒星空間分布范圍7.反射星云呈現(xiàn)藍(lán)色的原因是：A.它們自身發(fā)射了藍(lán)色光芒B.它們吸收了星光中的紅光，散射了藍(lán)光C.恒星發(fā)出的白光被其中的塵埃顆粒散射，短波長的藍(lán)光散射更強烈D.它們內(nèi)部存在特殊的藍(lán)色恒星8.觀測到來自星際空間的甲烷（CH?）分子信號，主要得益于：A.光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的高分辨率B.射電望遠(yuǎn)鏡對分子發(fā)射線的探測能力C.紅外望遠(yuǎn)鏡穿透塵埃的能力D.X射線望遠(yuǎn)鏡對高溫氣體的探測9.恒星的赫羅圖（H-R圖）主要反映了：A.恒星大小與其密度的關(guān)系B.恒星亮度與其化學(xué)成分的關(guān)系C.恒星表面溫度與其亮度的關(guān)系D.恒星質(zhì)量與其壽命的關(guān)系10.觸發(fā)位于銀暈中的古老分子云重新開始恒星形成過程的主要能量來源可能是：A.銀河系核球恒星的普通輻射B.星系碰撞或相互作用產(chǎn)生的引力擾動C.近距離超新星爆發(fā)的沖擊波D.疏散星團內(nèi)部的磁場活動二、填空題（每空1分，共15分）1.星際介質(zhì)的主要成分是________和________，其中氣體約占99%，塵埃約占1%。2.分子云通常溫度較低（約10-30K），密度較高（可達數(shù)百至數(shù)千個粒子/立方厘米），其主要成分是________分子。3.當(dāng)原恒星核心溫度達到約________百萬度時，氫核聚變（質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)）開始發(fā)生，恒星進入主序階段。4.根據(jù)恒星的質(zhì)量不同，其主序壽命可以從幾百萬年（對于________恒星）到數(shù)百億年（對于________恒星）。5.位于銀河系銀暈中的________星團，是年齡最大的恒星集合，通常包含數(shù)十萬到數(shù)百萬顆恒星。6.射電天文學(xué)通過探測星際空間中特定頻率的________線，能夠識別和mapping分子云以及其他冷等離子體現(xiàn)象。7.紅外天文學(xué)對于研究星際塵埃至關(guān)重要，因為塵埃在紅外波段會發(fā)出________輻射，可以穿透可見光無法穿透的dusty區(qū)域。8.恒星形成過程并非完全孤立，年輕、massive恒星發(fā)出的強烈________輻射和產(chǎn)生的________風(fēng)可以顯著改變其周圍的星際環(huán)境。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述觸發(fā)恒星形成的可能機制。2.解釋什么是赫羅圖，并說明它在天文學(xué)研究中的主要用途。3.比較疏散星團和球狀星團在空間分布、年齡、成分和演化歷史方面的主要異同。4.簡述射電波在研究星際云團與恒星形成過程中的主要觀測目標(biāo)和意義。四、計算題（每題7分，共14分）1.假設(shè)一個分子云云頭的直徑為0.5光年，其平均密度為100個粒子/立方厘米（粒子主要包括氫原子和分子），云頭內(nèi)部氫氣的質(zhì)量百分比約為70%。請估算該云頭大約包含多少個氫原子？（提示：1光年≈9.46×101?米，氫原子質(zhì)量約為1.67×10?2?千克，阿伏伽德羅常數(shù)約為6.02×1023mol?1）2.已知一顆恒星的光譜類型為B0V，距離地球約400光年。請利用其光譜類型在赫羅圖上的位置信息，大致估算其光度（與太陽光度相比），并說明你的判斷依據(jù)。（無需進行精確計算，只需定性說明）五、論述題（10分）討論觀測證據(jù)如何支持恒星形成理論，并舉例說明不同類型的觀測手段（如分子線、紅外成像、光學(xué)光譜）在研究恒星形成過程中各自扮演的角色。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.C4.B5.B6.C7.C8.B9.C10.B二、填空題1.氣體；塵埃2.氫3.10004.大質(zhì)量；小質(zhì)量5.球狀6.電磁7.熱輻射8.光輻射；星風(fēng)三、簡答題1.觸發(fā)恒星形成的可能機制包括：鄰近超新星爆發(fā)的沖擊波壓縮分子云；星系碰撞或相互作用產(chǎn)生的引力擾動；分子云內(nèi)部不穩(wěn)定性導(dǎo)致局部引力坍縮等。這些機制能夠提供使分子云克服自身壓力、開始引力坍縮所需能量或不穩(wěn)定條件。2.赫羅圖是一種以恒星表面溫度（通?？v軸為對數(shù)，從上到下溫度降低）為縱坐標(biāo)、恒星絕對星等（或光度，通常橫軸為對數(shù)，從左到右亮度降低）為橫坐標(biāo)的圖表。它主要用途包括：根據(jù)恒星的溫度和亮度確定其光譜類型；識別不同類型的恒星群體（如主序星、紅巨星、白矮星）；根據(jù)恒星在圖上的位置推斷其年齡和演化階段；研究恒星大氣物理性質(zhì)等。3.疏散星團和球狀星團的主要異同在于：空間分布上，疏散星團通常分布在銀盤平面附近，呈疏散狀態(tài)；球狀星團則密集地分布在銀暈中，呈球狀。年齡上，疏散星團一般較年輕（幾億到幾千萬年），球狀星團則非常古老（數(shù)十億年）。成分上，疏散星團富含重元素，球狀星團相對貧重元素。演化歷史上，疏散星團中的恒星仍在相互繞行，而球狀星團由于動力學(xué)演化，內(nèi)稟運動更彌散，可能經(jīng)歷過潮汐捕獲等過程。4.射電天文學(xué)在研究星際云團與恒星形成過程中的主要觀測目標(biāo)及意義包括：通過探測分子云發(fā)出的特定頻率的分子譜線（如H?CO,CN,CO等），可以確定分子云的位置、密度、溫度、運動速度和化學(xué)成分，從而了解恒星形成的初始場所和條件。通過觀測宇宙微波背景輻射的射電散射，可以研究星際磁場。通過探測年輕恒星發(fā)出的射電波（如脈沖星輻射、射電晚型星爆發(fā)），可以確定它們的存在及其物理參數(shù)，并研究它們對其周圍環(huán)境的影響。四、計算題1.解：*云頭體積V=(4/3)π(R/2)3=(4/3)π(0.5光年/2)3=(4/3)π(0.25光年)3*1光年≈9.46×101?米，所以0.25光年≈2.365×101?米*V≈(4/3)π(2.365×101?米)3≈1.019×1021立方米*密度n=100粒子/立方厘米=100×10?粒子/立方米=1.00×101?粒子/立方米*云頭內(nèi)氫原子數(shù)N_H≈V×n=(1.019×1021立方米)×(1.00×101?粒子/立方米)≈1.019×1031粒子*氫原子質(zhì)量m_H≈1.67×10?2?千克*云頭氫原子總質(zhì)量M_H≈N_H×m_H≈(1.019×1031)×(1.67×10?2?)千克≈1.70×10??千克*氫原子摩爾質(zhì)量M_摩爾(H?)≈2.02×10?3千克/摩爾*氫原子數(shù)（以摩爾計）N_摩爾=M_H/M_摩爾(H?)≈(1.70×10??千克)/(2.02×10?3千克/摩爾)≈8.41×10??摩爾*最終氫原子數(shù)N_最終=N_摩爾×阿伏伽德羅常數(shù)N_A≈(8.41×10??摩爾)×(6.02×1023摩爾?1)≈5.07×10?1個*答：該云頭大約包含約5.1×10?1個氫原子。2.解：*B0V型恒星屬于光譜分類中的B型星，位于主序早期。在赫羅圖上，B型星位于左上角，表示它們溫度高（約30000K）、光度大（比太陽亮數(shù)百倍）。*距離d=400光年。*恒星的絕對星等M與其光度L（以太陽光度L☉為單位）的關(guān)系為M=M_sun-5*log??(d_sun/d)-5*log??(L/L_sun)，其中d_sun=1光年。*由于B0V恒星在赫羅圖上的位置確定，其絕對星等M相對固定（比太陽亮得多，約+7到+9等）。*M=M_sun-5*log??(1/400)-5*log??(L/L_sun)*M≈M_sun-5*(-2.602)-5*log??(L/L_sun)*M≈M_sun+13.01-5*log??(L/L_sun)*假設(shè)B0V恒星的絕對星等M≈+8.5（這是一個典型值），則：*8.5≈M_sun+13.01-5*log??(L/L_sun)*5*log??(L/L_sun)≈13.01-8.5+M_sun*5*log??(L/L_sun)≈4.51+M_sun*log??(L/L_sun)≈(4.51+M_sun)/5*L/L_sun≈10^((4.51+M_sun)/5)*由于B0V恒星的M值約為+8.5，代入：*L/L_sun≈10^((4.51+4.83)/5)≈10^(9.34/5)≈10^1.868≈70*答：該B0V恒星的光度大約是太陽光度的70倍。判斷依據(jù)是利用了其在赫羅圖上的光譜類型位置推斷出其高光度和對應(yīng)的絕對星等，再結(jié)合距離進行定性估算。五、論述題恒星形成理論描述了從星際云團到恒星系統(tǒng)的演化過程。觀測證據(jù)有力支持了該理論：1.分子云的存在與性質(zhì)：射電天文觀測確認(rèn)了大量分布廣泛的分子云，其中探測到豐富的分子（如H?,CO,甲烷等），其物理條件（高密度、低溫）與理論預(yù)測的恒星誕生場所一致。2.原恒星和年輕恒星的綜合觀測：紅外觀測發(fā)現(xiàn)了被塵埃包裹的原恒星（紅外暗星）和年輕的恒星群（如TTauri星），它們表現(xiàn)出吸積物質(zhì)、存在星周盤以及發(fā)出非熱輻射等特征，與理論模型描述的早期階段吻合。3.恒星譜線的分析：對年輕恒星光譜的分析揭示了快速的自轉(zhuǎn)速度和特定的發(fā)射線（如Hα），這被解釋為它們形成過程中角動量守恒和物質(zhì)拋射的結(jié)果。4.赫羅圖的應(yīng)用：年輕恒星群體在赫羅圖上形成所謂的“主序初階段”或“赫羅圖偏移”，這表明它們正從紅巨星的演化階段過渡到主序，支持了恒星在主序階段消耗核燃料的理論。5.星團研究：對疏散星團和球狀星團的研究，特別是其年齡、成分和空間分布的統(tǒng)計規(guī)律