2025年考研天體物理學(xué)重點(diǎn)突破試卷（含答案）考試時(shí)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)前的字母填在答題紙上。）1.恒星的主序階段是指其核心主要進(jìn)行哪種核聚變反應(yīng)？A.氦核聚變B.碳核聚變C.氫核聚變D.鈾核裂變2.在天體力學(xué)中，開普勒第三定律（T2/a3）中的半長軸a通常指的是什么？A.行星軌道的最高點(diǎn)B.行星軌道的最低點(diǎn)C.橢圓軌道的長半軸D.橢圓軌道的短半軸3.以下哪個(gè)物理量表示一個(gè)天體在單位時(shí)間內(nèi)向單位立體角發(fā)射或接收的能量？A.光度B.亮度C.發(fā)射率D.吸收率4.恒星的光譜型主要由其表面溫度決定，請按表面溫度從高到低排列以下光譜型：A.O,B,A,F,G,K,MB.M,K,G,F,A,B,OC.B,A,F,G,K,M,OD.O,B,A,F,G,M,K5.赫羅圖（H-RDiagram）橫軸通常表示什么？縱軸通常表示什么？A.橫軸為亮度，縱軸為溫度B.橫軸為溫度，縱軸為光度C.橫軸為光譜型，縱軸為星等D.橫軸為距離，縱軸為視星等6.宇宙膨脹的證據(jù)之一是觀察到大多數(shù)遙遠(yuǎn)星系的光譜存在紅移，這主要說明什么？A.這些星系正在向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動(dòng)B.這些星系正在向靠近我們的方向運(yùn)動(dòng)C.我們自己的銀河系在向這些星系運(yùn)動(dòng)D.光在傳播過程中發(fā)生了色散7.比較兩個(gè)天體L?和L?的絕對星等m?和m?（假設(shè)m?<m?），下列哪個(gè)結(jié)論是正確的？A.L?比L?更亮B.L?比L?更暗C.L?比L?距離地球更近D.L?比L?距離地球更遠(yuǎn)8.白矮星主要由什么物質(zhì)構(gòu)成？A.氫和氦B.重元素C.中子D.電子簡并態(tài)的碳氧核心9.活動(dòng)星系核（AGN）與類星體（Quasar）的主要區(qū)別是什么？A.類星體的紅移通常比AGN小B.AGN的視星等通常比類星體暗C.AGN的中心是恒星，類星體中心是黑洞D.類星體的光度通常比AGN強(qiáng)得多10.暗物質(zhì)的主要證據(jù)來源于對以下哪個(gè)現(xiàn)象的觀測？A.恒星在星系盤中的運(yùn)動(dòng)B.宇宙微波背景輻射的溫度起伏C.星系團(tuán)的X射線發(fā)射D.宇宙的膨脹速率二、填空題（每小題3分，共30分。請將答案填在答題紙上。）1.一個(gè)天體的視星等m與絕對星等M之間的關(guān)系由公式________表示，該公式也稱為距離modulus公式。2.根據(jù)斯涅爾定律，光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角________入射角（填“大于”、“小于”或“等于”）。3.恒星內(nèi)部產(chǎn)生能量的主要機(jī)制是________，而在大質(zhì)量恒星晚期，核心可能形成________，其內(nèi)部壓力主要由中子簡并壓力支撐。4.哈勃定律H=v/d描述了宇宙膨脹，其中v表示星系的紅移速度，d表示星系的________。5.天文觀測中常用的光測系統(tǒng)有UBV系統(tǒng)、________和WFC系統(tǒng)。6.X射線望遠(yuǎn)鏡必須放置在地球大氣層之外才能觀測，因?yàn)榈厍虼髿鈱訉射線幾乎是________的。7.脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星，其發(fā)出的射電信號像________一樣周期性地到達(dá)地球。8.宇宙大爆炸理論的強(qiáng)有力證據(jù)之一是________。9.光度L與亮度B之間的關(guān)系為B=L/(4πd2)，其中d是距離，該公式說明亮度與距離的________成反比。10.恒星光譜中，吸收線（暗線）的出現(xiàn)表明該恒星大氣中存在特定的________元素。三、計(jì)算題（每小題10分，共40分。請寫出必要的公式、推導(dǎo)過程和數(shù)值結(jié)果。）1.已知地球到太陽的平均距離約為1.496×1011米，太陽的光度約為3.846×102?瓦特。請計(jì)算太陽在地球處的視亮度（單位立體角內(nèi)的功率）。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）2.設(shè)有兩個(gè)星系A(chǔ)和B，星系A(chǔ)的絕對星等為+15.0等，在地球上觀測到的視星等為+23.5等。星系B的絕對星等為-20.0等，在地球上觀測到的視星等為+17.0等。請計(jì)算這兩個(gè)星系距離地球的距離之比。（結(jié)果用分?jǐn)?shù)表示）3.一顆恒星的光譜型為B0V，其表面溫度約為25000K。請根據(jù)赫羅圖大致判斷該恒星的光度范圍，并說明理由。（無需計(jì)算具體光度數(shù)值，需說明與主序星或其他區(qū)域的關(guān)系）4.假設(shè)一星系的光譜紅移量z=0.5。根據(jù)哈勃定律，如果哈勃常數(shù)H?取值為67km/s/Mpc，請估算該星系距離地球的大致距離。（結(jié)果用Mpc表示，注意單位換算，1Mpc=3.086×1?1?km）四、簡答題（每小題8分，共32分。請簡明扼要地回答問題。）1.簡述恒星從主序階段演化為紅巨星的主要過程及其原因。2.解釋什么是宇宙微波背景輻射（CMB），并簡述其作為宇宙大爆炸理論證據(jù)的重要性。3.簡述射電天文學(xué)與光學(xué)天文學(xué)在觀測原理和主要觀測對象上有何不同。4.什么是暗物質(zhì)？除了引力效應(yīng)外，天文學(xué)家還提出了哪些可能的探測暗物質(zhì)的方法（請列舉兩種）？五、論述題（共18分。請結(jié)合所學(xué)知識，進(jìn)行較為全面的闡述。）試述恒星的生命周期與其初始質(zhì)量之間的關(guān)系，并分別說明質(zhì)量不同的恒星（如小于1倍太陽質(zhì)量、1-10倍太陽質(zhì)量、大于10倍太陽質(zhì)量）在生命終結(jié)時(shí)可能形成的終產(chǎn)物及其主要特征。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.A5.B6.A7.B8.D9.D10.A二、填空題1.m-M=5log(d/10pc)2.大于3.核聚變；中子星4.距離5.RGB系統(tǒng)6.不透明7.脈沖星8.宇宙微波背景輻射9.二次方10.原子三、計(jì)算題1.解：視亮度B=L/(4πd2)B=3.846×102?W/(4π(1.496×1011m)2)B=3.846×102?/(4π(2.238×1022)m2)B=3.846×102?/(2.812×1023m2)B≈1.369×103W/m2/sr結(jié)果保留兩位有效數(shù)字：B≈1.4×103W/m2/sr2.解：根據(jù)距離modulus公式m-M=5log(d/10pc)對星系A(chǔ)：23.5-15.0=5log(d_A/10pc)8.5=5log(d_A/10pc)log(d_A/10pc)=8.5/5=1.7d_A/10pc=101.?=50d_A=50*10pc=500pc對星系B：17.0-(-20.0)=5log(d_B/10pc)37.0=5log(d_B/10pc)log(d_B/10pc)=37.0/5=7.4d_B/10pc=10?.?=251188.8d_B=251188.8*10pc≈2.51×10?pc距離之比d_A/d_B=500pc/(2.51×10?pc)=500/2511888約簡分?jǐn)?shù)：500/2511888=125/627972≈25/125594.4≈25/126000≈1/5040最終結(jié)果用分?jǐn)?shù)表示：1/50403.解：B0V型恒星位于赫羅圖的左上角區(qū)域，即主序帶的上端。主序星的光度與其質(zhì)量的三次方成正比，與表面溫度的四次方成反比。B0型星溫度高（約25000K），因此其光度遠(yuǎn)大于太陽（約太陽的100-200倍）。所以該恒星的光度范圍大致在太陽光度量級的百倍以上。4.解：根據(jù)哈勃定律v=H?dd=v/H?z=v/c，所以v=czd=cz/H?給定z=0.5，H?=67km/s/Mpc，c=3.0×10?km/sd=(3.0×10?km/s*0.5)/67km/s/Mpcd=1.5×10?km/s/67km/s/Mpcd≈2238.8Mpc結(jié)果用Mpc表示，保留兩位有效數(shù)字：d≈2200Mpc四、簡答題1.答：恒星核心的氫核聚變反應(yīng)（主要是質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)或碳氮氧循環(huán)）產(chǎn)生能量，使核心升溫、膨脹。核心膨脹導(dǎo)致核心內(nèi)部壓力增大，溫度下降，根據(jù)簡并核反應(yīng)條件，反應(yīng)速率減慢。為了維持能量平衡，核心需要收縮并升溫，直到溫度和壓力足夠高，觸發(fā)氫殼層燃燒。同時(shí)，核心外的氫繼續(xù)聚變，產(chǎn)生向外輻射的壓力，使恒星外層急劇膨脹，表面溫度降低，顏色變紅，體積增大，從而進(jìn)入紅巨星階段。2.答：宇宙微波背景輻射（CMB）是宇宙大爆炸留下的“余暉”，是宇宙早期（約38萬年前）溫度極高、密度極大的熾熱等離子體冷卻后，原子化形成的光子，隨宇宙膨脹紅移到今天的微波波段。其重要性在于：①它是宇宙大爆炸理論預(yù)言的必然結(jié)果；②其溫度極低（約2.725K）且在空間上高度均勻，只有微小的起伏（約十萬分之一），這完美地解釋了早期宇宙的不均勻性如何能夠形成后來的大尺度結(jié)構(gòu)（如星系、星系團(tuán)）；③對CMB進(jìn)行精確測量，可以推斷出宇宙的年齡、組成（普通物質(zhì)、暗物質(zhì)、暗能量比例）、幾何形狀等基本宇宙學(xué)參數(shù)。3.答：觀測原理不同：射電天文學(xué)接收天體發(fā)出的射電波（頻率范圍廣，從幾MHz到幾百GHz），利用無線電波可以穿透星際塵埃和氣體，因此觀測范圍更廣，尤其適合研究星云、分子云、黑洞吸積盤、類星體等活動(dòng)中心等。光學(xué)天文學(xué)接收天體發(fā)出的可見光（頻率范圍窄），需要通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡收集光線，因此容易受到星際塵埃遮擋，觀測對象主要是溫度較高的天體（如恒星、行星、星團(tuán)）。主要觀測對象不同：射電天文學(xué)觀測對象包括恒星、星云、行星（如木星極光）、脈沖星、類星體、射電源等。光學(xué)天文學(xué)觀測對象包括恒星、行星、小行星、彗星、星團(tuán)、星系、星云等。4.答：暗物質(zhì)是一種不與電磁力相互作用（或作用極其微弱）的、不發(fā)光或不反射光的物質(zhì)，其存在主要通過引力效應(yīng)被間接探測到。除了引力效應(yīng)外，探測暗物質(zhì)的方法還包括：間接探測：搜索暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變產(chǎn)生的次級粒子，如伽馬射線、正電子、中微子等。例如，在星系中心或矮星系區(qū)域部署伽馬射線望遠(yuǎn)鏡（如費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡）尋找湮滅信號。直接探測：在地下實(shí)驗(yàn)室部署極其靈敏的探測器（如超冷中微子探測器、原子干涉儀等），直接嘗試探測暗物質(zhì)粒子（如弱相互作用大質(zhì)量粒子WIMPs）與普通物質(zhì)發(fā)生的罕見散射或湮滅事件。五、論述題答：恒星的一生及其最終歸宿主要取決于其初始質(zhì)量。初始質(zhì)量是決定恒星核心溫度和壓力的關(guān)鍵因素，進(jìn)而決定了核聚變?nèi)剂系姆N類、反應(yīng)速率和持續(xù)時(shí)間，以及恒星一生的演化路徑和最終產(chǎn)物的性質(zhì)。*低質(zhì)量恒星（小于約0.8倍太陽質(zhì)量）：*演化：核心溫度和壓力始終不足以點(diǎn)燃氦核聚變。在主序階段主要進(jìn)行氫聚變（質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)）。核心氫耗盡后，核心收縮升溫，外層氫殼層持續(xù)燃燒，導(dǎo)致恒星膨脹變成紅巨星。隨后外層物質(zhì)被拋射出去，形成行星狀星云，核心暴露出來成為白矮星。*終產(chǎn)物：白矮星。它是由致密的中子簡并物質(zhì)構(gòu)成（主要成分是碳和氧），沒有能量來源，僅依靠初始的余熱緩慢冷卻。其半徑與行星相當(dāng)，但質(zhì)量與太陽相當(dāng)，因此密度極高。白矮星最終會(huì)冷卻成為黑矮星（理論上的最終狀態(tài)，實(shí)際觀測時(shí)間尺度極長）。*中等質(zhì)量恒星（約0.8-8倍太陽質(zhì)量）：*演化：核心溫度和壓力足以點(diǎn)燃氦核聚變（主要是碳氮氧循環(huán)）。核心會(huì)經(jīng)歷一系列的聚變階段，依次生成碳、氧、氖、鎂等重元素，直到鐵核心形成。鐵聚變不釋放能量反而吸收能量。當(dāng)鐵核心質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限（約1.4倍太陽質(zhì)量）時(shí)，核心失去支撐，在引力作用下發(fā)生災(zāi)難性坍縮。*終產(chǎn)物：中子星。核心坍縮時(shí)，電子和質(zhì)子結(jié)合成中子，釋放出強(qiáng)大的中微子流，將核心壓縮成密度比白矮星高得多的中子星。中子星是由中子簡并物質(zhì)構(gòu)成，具有極高的密度（每立方厘米數(shù)噸），快速自轉(zhuǎn)，并可能發(fā)出脈沖信號。其質(zhì)量上限受托馬森-奧本海默極限（約3倍太陽質(zhì)量）約束，超過此質(zhì)量會(huì)繼續(xù)坍縮。*大質(zhì)量恒星（大于約8-10倍太陽質(zhì)量）：