2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——星際空間中的星際塵埃和星際氣體考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪種元素是星際氣體中最主要的成分？A.氧B.氮C.氫D.鐵氫2.下列哪種分子在星際云中最為常見？A.水分子B.氨分子C.一氧化碳分子D.氮氣分子3.星際氣體的溫度通常在多少開爾文左右？A.100B.1000C.10000D.1000004.下列哪種現(xiàn)象是星際塵埃對星光的主要作用？A.反射B.散射C.吸收D.輪廓增強5.星際塵埃的主要成分通常不包括：A.硅酸鹽B.碳C.金屬D.氫分子6.下列哪種波段的光線主要被星際塵埃吸收？A.射電波B.紅外線C.可見光D.紫外線7.分子云的主要形成機制是：A.恒星風B.超新星爆發(fā)C.星際氣體碰撞D.宇宙大爆炸8.行星狀星云中通?？梢杂^測到：A.星際塵埃B.星際氣體C.恒星形成D.A和B9.射電天文觀測主要用于探測星際空間的：A.分子線B.恒星發(fā)射C.星際塵埃D.A和B10.紅外天文觀測主要用于探測星際空間的：A.分子線B.恒星發(fā)射C.星際塵埃D.A和B二、填空題（每空1分，共20分）1.星際氣體主要由______和______組成。2.星際塵埃對射電波的吸收能力很弱，這是因為射電波的波長______。3.星際氣體的密度通常用______來表示。4.分子云的溫度通常在______開爾文左右。5.星際塵埃的溫度通常在______開爾文左右。6.星際氣體中的分子通常在______條件下形成。7.星際塵埃的尺度通常在______米到______米之間。8.星際氣體中的分子線可以提供關(guān)于______和______的信息。9.星際塵埃的發(fā)射光譜主要出現(xiàn)在______波段。10.星際介質(zhì)是宇宙中除了恒星和行星之外的主要組成部分。三、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述星際氣體的診斷方法。2.簡述星際塵埃的性質(zhì)。3.簡述星際塵埃和氣體的相互作用。4.簡述分子云的形成過程。5.簡述超新星爆發(fā)對星際介質(zhì)的影響。6.簡述射電天文觀測在研究星際塵埃中的作用。四、計算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一個星際云的半徑為10光年，密度為100厘米^-3，計算該云的質(zhì)量（假設(shè)氣體主要由氫組成，氫的原子量為1）。2.假設(shè)一個星際塵埃顆粒的半徑為0.1微米，溫度為100開爾文，計算其在紅外波段的輻射功率（假設(shè)其發(fā)射光譜可以用黑體輻射來描述）。五、論述題（15分）論述星際塵埃和星際氣體在恒星形成過程中的作用。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.B5.D6.D7.C8.D9.D10.C二、填空題1.氫，氦2.很長3.密度4.10-505.10-406.密度足夠高，溫度足夠低7.0.1，1008.氣體的化學組成，氣體的物理狀態(tài)9.紅外10.星際介質(zhì)三、簡答題1.星際氣體的診斷方法：*通過觀測氣體吸收光譜中的發(fā)射線來確定氣體的化學組成和物理狀態(tài)。*通過觀測氣體發(fā)射光譜中的發(fā)射線來確定氣體的化學組成和物理狀態(tài)。*通過觀測星際云的射電連續(xù)發(fā)射來確定氣體的密度和溫度。*通過觀測星際云的紅外發(fā)射來確定塵埃的存在和分布。2.星際塵埃的性質(zhì)：*主要成分：硅酸鹽、碳、石墨、金屬等。*尺度：從微米級到厘米級不等。*溫度：通常在10-40開爾文左右。*輻射特性：吸收可見光和紫外光，散射藍光，發(fā)射紅外輻射。*密度：通常比氣體稀疏得多。3.星際塵埃和氣體的相互作用：*塵埃對氣體的影響：散射和吸收光，影響氣體密度和溫度，提供表面促進分子形成。*氣體對塵埃的影響：氣體流動帶動塵埃運動，氣體碰撞改變塵埃形狀和大小。4.分子云的形成過程：*星際氣體在自身引力作用下開始坍縮。*坍縮過程中，氣體密度和溫度逐漸升高。*當氣體密度和溫度足夠高時，分子開始形成。*分子云繼續(xù)坍縮，形成原恒星。5.超新星爆發(fā)對星際介質(zhì)的影響：*超新星爆發(fā)產(chǎn)生強大的沖擊波，將星際氣體和塵埃向外拋射。*超新星爆發(fā)產(chǎn)生的高能粒子可以激發(fā)星際氣體發(fā)出輻射。*超新星爆發(fā)可以合成新的元素，豐富星際介質(zhì)。6.射電天文觀測在研究星際塵埃中的作用：*射電波可以穿透星際塵埃，因此可以用來觀測被塵埃遮擋的遠距離天體。*射電波可以用來探測星際塵埃的微波輻射，從而確定塵埃的溫度和分布。*射電波可以用來探測星際云的射電連續(xù)發(fā)射，從而確定氣體的密度和溫度。四、計算題1.計算過程：*云的體積V=(4/3)πR^3=(4/3)π(10光年)^3*1光年=9.461×10^17米*V=(4/3)π(9.461×10^17米)^3*氣體質(zhì)量M=ρV=100厘米^-3×(4/3)π(9.461×10^17米)^3*1厘米=10^-2米*M=100×10^-6米^-3×(4/3)π(9.461×10^17米)^3*M≈3.98×10^41千克2.計算過程：*輻射功率P=(2πkT^4)A/σ*A=4πr^2=4π(0.1微米)^2=4π(10^-10米)^2*σ=斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)≈5.67×10^-8瓦特/米^2·開爾文^4*k=玻爾茲曼常數(shù)≈1.38×10^-23焦耳/開爾文*P=(2π(1.38×10^-23焦耳/開爾文)(100開爾文)^4)*(4π(10^-10米)^2)/(5.67×10^-8瓦特/米^2·開爾文^4)*P≈1.84×10^-16瓦特五、論述題論述星際塵埃和星際氣體在恒星形成過程中的作用：星際塵埃和星際氣體是恒星形成的原材料。在星際介質(zhì)中，塵埃顆粒起著至關(guān)重要的作用。*塵埃作為催化劑：星際塵埃表面可以吸附星際氣體分子，提供形成較大分子的場所。例如，星際塵埃表面可以促進氨分子、水分子等分子的形成，而這些分子是形成更復(fù)雜分子（如有機分子）的基礎(chǔ)。*塵埃影響氣體動力學：塵埃顆粒的存在會影響星際氣體的運動。塵埃顆粒可以與氣體分子發(fā)生碰撞，從而改變氣體的速度和方向。這種塵埃與氣體的相互作用可以影響星際云的坍縮過程，甚至可以阻