2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際介質(zhì)對恒星進(jìn)化的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在題后括號內(nèi)。）1.在星際介質(zhì)中，哪種成分通常不直接參與恒星核合成，但對恒星形成的場所至關(guān)重要？A.氦原子B.分子氫（H?）C.星際塵埃顆粒D.重元素離子2.引力不穩(wěn)定性理論認(rèn)為，恒星形成始于星際云塊，其主要判據(jù)是云塊的實(shí)際密度超過其臨界密度。這個臨界密度主要取決于什么因素？A.云塊中的重元素含量B.云塊中氫氣的溫度C.云塊的自轉(zhuǎn)速度D.云塊的總質(zhì)量和尺寸3.原恒星在其核心開始進(jìn)行氫核聚變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹餍蛐侵?，其主要的能量來源是？A.核聚變產(chǎn)生的能量B.引力勢能的釋放C.吸積星際物質(zhì)帶來的能量D.星周盤內(nèi)部物質(zhì)的摩擦生熱4.低質(zhì)量恒星（如太陽質(zhì)量以下）在主序階段結(jié)束后，其最終命運(yùn)主要是？A.爆發(fā)為超新星B.轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶有荂.核燃料耗盡后成為白矮星D.直接塌縮為黑洞5.高質(zhì)量恒星（大于8倍太陽質(zhì)量）在其生命晚期，最終通過哪種劇烈過程結(jié)束其生命？A.緩慢蒸發(fā)成白矮星B.超新星爆發(fā)C.產(chǎn)生伽馬射線暴D.轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動星6.恒星風(fēng)主要是由哪些類型的恒星發(fā)射出來的？A.所有階段的恒星B.只有處于主序階段的低質(zhì)量恒星C.只有質(zhì)量大于8倍太陽質(zhì)量的高質(zhì)量恒星D.只有晚型星和紅巨星7.超新星爆發(fā)對星際介質(zhì)最顯著的物理效應(yīng)之一是？A.制造大量的星際塵埃B.將重元素均勻混合到ISM中C.產(chǎn)生高能沖擊波，壓縮和加熱周圍的ISMD.觸發(fā)新的恒星形成8.恒星形成過程中，星周盤的主要作用是什么？A.直接進(jìn)行核聚變B.儲存原恒星吸積的大部分物質(zhì)C.阻止原恒星進(jìn)一步吸積物質(zhì)D.為恒星提供初始的角動量9.當(dāng)超新星的沖擊波遇到一個已經(jīng)部分分子化的云塊時，最可能的結(jié)果是？A.云塊被立即完全電離B.云塊中的分子被摧毀，金屬豐度降低C.沖擊波被云塊吸收，無法傳播D.觸發(fā)云塊內(nèi)部引力坍縮，可能引發(fā)新的恒星形成10.恒星反饋（包括星風(fēng)和超新星爆發(fā)）對星系長期演化的主要貢獻(xiàn)之一是？A.限制星系的總質(zhì)量B.提高星系中心區(qū)域的溫度C.將化學(xué)元素從中心區(qū)域輸送到外盤和暈D.增加星際云塊的形成速率二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題后橫線上。）1.星際介質(zhì)主要由______和______組成，其中塵埃顆粒對星際輻射起著重要的______作用。2.分子云是恒星形成的場所，其密度通常遠(yuǎn)高于普通星際介質(zhì)，溫度則相對______。3.原恒星在吸積星際物質(zhì)的過程中，其質(zhì)量增加會導(dǎo)致核心密度和溫度升高，最終在______作用下點(diǎn)燃核聚變。4.恒星在主序階段，其內(nèi)部的主要能量來源是______，這種能量通過______過程向外傳輸。5.低質(zhì)量恒星演化為白矮星后，其內(nèi)部不再進(jìn)行核聚變，主要依靠______來冷卻自身。6.高質(zhì)量恒星生命末期，其核心會塌縮成______，而外部物質(zhì)則被反彈的沖擊波拋射出去形成超新星遺跡。7.恒星風(fēng)是恒星從其大氣層持續(xù)向外拋射物質(zhì)的現(xiàn)象，其強(qiáng)度與恒星的______和______密切相關(guān)。8.超新星爆發(fā)不僅釋放巨大能量，還合成并散播宇宙中比鐵更重的元素，這一過程被稱為______。9.恒星反饋機(jī)制，特別是超新星爆發(fā)，能夠______周圍的星際云塊，改變其條件并可能影響后續(xù)的恒星形成活動。10.星際介質(zhì)與恒星之間的相互作用是一個______過程，恒星的形成和演化深刻地影響著其周圍的介質(zhì)，而介質(zhì)的狀態(tài)也制約著恒星的形成。三、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述分子云從引力坍縮開始形成原恒星的主要階段及其關(guān)鍵物理過程。2.簡要解釋恒星風(fēng)作為一種恒星反饋機(jī)制，是如何影響其周圍星際介質(zhì)的物理性質(zhì)（如密度、溫度）的。3.超新星爆發(fā)有哪些主要的能量輸出形式？這些能量對星際介質(zhì)的具體影響是什么？4.什么是初始質(zhì)量函數(shù)（IMF）？它對星團(tuán)中恒星的最終分布和星系化學(xué)演化有何重要意義？四、計(jì)算題（共10分。）假設(shè)一個原恒星位于一個密度為n=100cm?3的分子云中，其半徑R=1天文單位（AU），正在通過吸積周圍物質(zhì)而快速增長。已知該原恒星表面有效溫度T_eff=3000K，利用斯特藩-玻爾茲曼定律（σT?）估算其當(dāng)前的總輻射功率。假設(shè)原恒星是一個完美的黑體，并忽略其內(nèi)部核反應(yīng)產(chǎn)生的能量，估算其每年因輻射損失的質(zhì)量（假設(shè)輻射能量完全來自引力收縮，可以利用愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2）。提示：1AU≈1.5×1011m，σ≈5.67×10??Wm?2K??，1太陽質(zhì)量m_☉≈2×103?kg。請說明你的計(jì)算步驟和所使用的關(guān)鍵公式。五、論述題（共30分。）論述恒星形成與恒星反饋之間的動態(tài)循環(huán)關(guān)系。從星際介質(zhì)的狀態(tài)（如分子云的密度、溫度、金屬豐度）開始，描述恒星形成如何改變這些條件（例如，年輕恒星的輻射和星風(fēng)如何加熱、電離和混合ISM），以及這些改變?nèi)绾畏催^來影響后續(xù)恒星的形成速率和恒星的性質(zhì)（例如，超新星爆發(fā)如何創(chuàng)建重元素，并可能觸發(fā)新的恒星形成）。結(jié)合具體的物理機(jī)制（如引力坍縮、光致電離、沖擊波加熱）和天文觀測現(xiàn)象（如HII區(qū)、超星團(tuán)、星系化學(xué)梯度），闡述這一循環(huán)在恒星生命史和星系演化中的核心作用。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.C5.B6.C7.C8.B9.D10.C二、填空題1.氣體，塵埃顆粒，散射和吸收2.低3.核聚變4.氫核聚變，輻射壓5.引力收縮（或輻射壓力）6.中子星7.質(zhì)量，光度（或溫度）8.產(chǎn)能過程（或r過程）9.加熱10.密不可分（或循環(huán)）三、簡答題1.答：分子云在引力作用下開始坍縮，形成密度不斷增高的核心區(qū)域。當(dāng)核心區(qū)域足夠致密時，氣體變得不透明，阻止了內(nèi)部輻射的逃逸，導(dǎo)致核心溫度和壓力急劇升高。最終，核心溫度達(dá)到足以點(diǎn)燃?xì)浜司圩兊臈l件，原恒星階段開始。同時，部分物質(zhì)被向外拋射，形成星周盤和星周流。2.答：恒星風(fēng)是一種持續(xù)從恒星大氣層流出的高速等離子體流。恒星風(fēng)攜帶能量和動量向外傳播，當(dāng)其沖擊周圍的星際介質(zhì)時，會將能量傳遞給ISM，使其溫度升高。同時，風(fēng)中的高能粒子可以電離和加熱周圍的氣體，壓縮氣體密度，改變星際云塊的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。3.答：超新星爆發(fā)的主要能量輸出形式包括：沖擊波能量、輻射能（主要是伽馬射線和X射線）、物質(zhì)運(yùn)動動能（拋射出的恒星envelope）。這些能量對星際介質(zhì)的具體影響是：沖擊波可以壓縮、加熱和混合ISM，將重元素向外輸運(yùn)；爆發(fā)的輻射可以電離和加熱周圍的氣體；被拋射的物質(zhì)增加了ISM的金屬豐度，并形成了復(fù)雜的超新星遺跡。4.答：初始質(zhì)量函數(shù)（IMF）描述了星團(tuán)中形成的恒星按照質(zhì)量分布的函數(shù)。IMF決定了星團(tuán)中不同質(zhì)量恒星的相對數(shù)量，進(jìn)而影響星團(tuán)整體的光度、顏色、壽命以及化學(xué)演化。例如，高質(zhì)子星比例意味著星團(tuán)早期將有更多超新星爆發(fā)，從而更快地enrich星際介質(zhì)并改變其化學(xué)成分。四、計(jì)算題解：1.計(jì)算原恒星表面積A：A=4πR2=4π(1AU)2=4π(1.5×1011m)2=9π×1022m22.計(jì)算總輻射功率L：L=σT?A=(5.67×10??Wm?2K??)×(3000K)?×(9π×1022m2)L≈5.67×10??×8.1×1011×9π×1022WL≈4.6×102?W3.計(jì)算每年因輻射損失的質(zhì)量Δm：利用E=mc2，能量損失率dE/dt=Δm/dt×c2Δm/dt=dE/dt/c2=L/c2Δm=(L/c2)×Δt=(4.6×102?W)/(3×10?m/s)2×(1year/(365.25days/year)/(24hours/day)/(3600s/hour))Δm≈(4.6×102?)/(9×101?)×(1/3.155×10?)kgΔm≈5.1×1012/3.155×10?kg/yearΔm≈1.6×10?kg/year五、論述題答：恒星形成與恒星反饋之間的動態(tài)循環(huán)是宇宙演化核心機(jī)制之一。星際介質(zhì)（ISM），特別是分子云，是恒星形成的原材料。分子云的物理?xiàng)l件（如密度、溫度、金屬豐度）決定了恒星形成的效率和恒星的初始質(zhì)量分布（IMF）。當(dāng)分子云滿足引力不穩(wěn)定條件時，會開始坍縮，形成原恒星。原恒星通過吸積周圍的星際物質(zhì)和內(nèi)部引力收縮來增長，并開始發(fā)出輻射。年輕恒星（特別是B型星和O型星）發(fā)出的強(qiáng)烈紫外輻射和高速恒星風(fēng)是主要的正反饋機(jī)制。輻射可以電離和加熱周圍的氣體，形成HII區(qū)，并驅(qū)散星周盤。恒星風(fēng)則持續(xù)向外拋射物質(zhì)，攜帶能量和動量，進(jìn)一步加熱和壓縮周圍的ISM，改變其密度和溫度分布。這些過程可以阻止原恒星進(jìn)一步吸積物質(zhì)，并可能影響鄰近的云塊。對于更高質(zhì)量的主序星，其強(qiáng)大的恒星風(fēng)和最終發(fā)生的超新星爆發(fā)構(gòu)成了更劇烈的負(fù)反饋。超新星爆發(fā)釋放巨大能量（沖擊波、輻射）和大量物質(zhì)（包括比鐵更重的元素），將能量和重元素輸送到廣闊的空間，顯著改變ISM的化學(xué)成分和物理狀態(tài)。超新星的沖擊波可以壓縮周圍的氣體，形成超星團(tuán)或星云，并可能觸發(fā)新的恒星形成活動，即所謂的“星