2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際物質(zhì)云中氣體分布的空間分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種星際氣體成分主要通過對羥基（OH）射電譜線的觀測來探測？A.氫原子B.氫分子C.一氧化碳D.氮分子2.在星際介質(zhì)中，哪種物理量通常用來描述氣體密度的大小？A.溫度B.壓力C.密度D.速度3.以下哪種觀測技術(shù)最適合用于探測冷、稠密的星際分子云？A.X射線觀測B.紫外線觀測C.射電觀測D.可見光觀測4.哈勃常數(shù)H0的量綱是？A.時間/長度B.長度/時間C.長度/時間2D.質(zhì)量/長度5.以下哪個物理過程被認(rèn)為是恒星形成的主要階段？A.星際云的引力坍縮B.恒星的核聚變C.恒星的行星形成D.恒星的行星演化6.以下哪種方法常用于估計星際云的年齡？A.通過云中恒星的光譜型B.通過云中恒星的距離C.通過云中恒星的亮度D.通過云中恒星的運動速度7.以下哪個概念描述了星際云內(nèi)部密度分布的不均勻性？A.均勻云B.不均勻云C.分子云D.球狀云8.以下哪種物理效應(yīng)導(dǎo)致了星際氣體中的譜線紅移？A.多普勒效應(yīng)B.恒星引力C.星際塵埃D.宇宙膨脹9.以下哪個儀器常用于測量射電望遠(yuǎn)鏡的角分辨率？A.光譜儀B.干涉儀C.校準(zhǔn)源D.計算機處理器10.以下哪種數(shù)據(jù)格式常用于存儲和處理大規(guī)模天文觀測數(shù)據(jù)？A.TXTB.FITSC.PDFD.DOC二、填空題（每空1分，共15分）1.星際介質(zhì)主要由______、______和少量其他元素以及塵埃組成。2.射電波段的主要優(yōu)勢在于可以穿透______，觀測到被遮擋的星際物質(zhì)。3.分子云通常具有很低的溫度，約為______K。4.星際云的引力坍縮是恒星形成的______階段。5.多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致來自運動中的氣體的譜線發(fā)生______或______。6.天文學(xué)上常用的距離單位“秒差距”（pc）定義為：1pc是光源角位移為1角秒時，其真實距離等于1______的距離。7.星際塵埃顆粒的主要成分是______。8.常用的星際氣體密度單位有______和______。9.光度是指天體發(fā)出的總______。10.對星際云進(jìn)行空間分析時，常用的坐標(biāo)系統(tǒng)包括______坐標(biāo)和______坐標(biāo)。三、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述射電望遠(yuǎn)鏡觀測星際介質(zhì)的主要原理和優(yōu)勢。2.簡述星際物質(zhì)云中氣體密度分布的幾種典型模式。3.簡述多普勒頻移對星際氣體譜線觀測的影響。4.簡述哈勃常數(shù)H0的物理意義及其在天文學(xué)研究中的作用。5.簡述星際塵埃對星際氣體光譜觀測的主要影響及其校正方法。四、計算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一顆位于距離地球d=500pc的恒星，其光譜中觀測到一條氫原子巴爾默系α譜線（Hα，波長656.3nm）的波長紅移量Δλ=0.01nm。請計算該恒星相對于地球的運動速度v（以km/s為單位）。提示：使用多普勒效應(yīng)公式v=c*Δλ/λ0，其中c為光速，λ0為譜線在實驗室中的波長。2.假設(shè)一個星際云的直徑為10弧秒，其中氣體平均密度為100cm?3。請估算該云的體積（以立方秒為單位）和包含的氫原子數(shù)量（假設(shè)氫原子數(shù)與氣體密度成正比，并使用標(biāo)準(zhǔn)氫原子質(zhì)量）。提示：體積V=4/3πR3，其中R為半徑；氫原子數(shù)N=ρ*V*NA，其中NA為阿伏伽德羅常數(shù)。五、論述題（15分）論述星際物質(zhì)云中氣體分布的空間異質(zhì)性對其內(nèi)部物理過程（如恒星形成速率、化學(xué)演化等）的影響，并結(jié)合觀測實例說明如何通過空間分析技術(shù)來研究這種異質(zhì)性。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.A6.A7.B8.D9.B10.B二、填空題1.氣體，塵埃2.星際塵埃3.10-204.初期5.藍(lán)移，紅移6.光年7.硅酸鹽8.數(shù)密度，質(zhì)量密度9.能量10.恒星，galactic三、簡答題1.射電望遠(yuǎn)鏡通過接收宇宙源發(fā)出的特定波長射電波來探測星際介質(zhì)。其優(yōu)勢在于對電磁波吸收小，可穿透星際塵埃，且對冷、暗物質(zhì)敏感，能觀測到恒星形成區(qū)等高溫、稠密區(qū)域。2.典型模式包括：均勻云（密度分布均勻）、不均勻云（密度分布不均，存在密度波、空洞等）、環(huán)狀云、柱狀云等。3.多普勒頻移是指波源與觀察者相對運動時，觀察者接收到的波頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。對于運動中的星際氣體，其發(fā)出的譜線頻率會相對于靜止時的頻率發(fā)生紅移（遠(yuǎn)離觀察者）或藍(lán)移（靠近觀察者），反映了氣體的空間運動狀態(tài)。4.哈勃常數(shù)H0描述了宇宙膨脹的速度，即星系退行速度與其距離之間的比例關(guān)系。它在測定宇宙年齡、宇宙物質(zhì)密度等方面具有重要作用。5.星際塵埃會吸收和散射可見光和部分紫外光，導(dǎo)致觀測到的星光偏紅（紅化），并可能遮擋來自塵埃后方的光源。通過觀測特定波長的譜線（如紅外線、射電波）或使用星際消光公式進(jìn)行校正。四、計算題1.v=c*Δλ/λ0=(3.0*10?m/s)*(0.01nm/656.3nm)*(10?nm/m)≈45.8km/s解析思路：應(yīng)用多普勒效應(yīng)公式，將光速c、波長紅移量Δλ和譜線原始波長λ0代入計算即可得到恒星相對于地球的運動速度。2.R=10arcsec/2π*(180°/π)*(3600arcsec/1°)≈2.91*10?au≈4.37*1011mV=4/3*π*(4.37*1011m)3≈2.64*1021m3N=ρ*V*NA=(100cm?3*10??m3/cm3)*2.64*1021m3*(6.02*1023mol?1)≈1.59*102?個解析思路：先根據(jù)云的直徑和角大小計算其半徑（注意單位換算），然后利用體積公式計算體積。假設(shè)氫原子數(shù)與密度成正比，將密度、體積和阿伏伽德羅常數(shù)代入公式計算氫原子總數(shù)。五、論述題星際物質(zhì)云中氣體分布的空間異質(zhì)性，即密度、溫度、化學(xué)成分在空間上的不均勻性，對其內(nèi)部物理過程有顯著影響。高密度區(qū)域容易達(dá)到引力不穩(wěn)定，發(fā)生坍縮形成原恒星；密度梯度可能導(dǎo)致密度波的形成和傳播，影響氣體流動和能量傳輸；不同的化學(xué)環(huán)境則決定了恒星和行星形成的初始物質(zhì)