2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——星際空間塵埃成分分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.星際空間塵埃顆粒的大小通常在______微米到______微米之間。2.除了硅酸鹽和碳質(zhì)顆粒，星際塵埃中還普遍存在______和______等成分。3.通過分析星際塵埃的______譜，可以推斷其化學(xué)成分和物理性質(zhì)。4.星際塵埃的形成來源主要包括恒星風(fēng)、______和行星形成殘留物。5.塵埃顆粒在星際介質(zhì)中通過______和______等過程逐漸增長(zhǎng)。二、選擇題（每題2分，共30分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.以下哪種觀測(cè)手段主要利用星際塵埃對(duì)可見光的散射特性？(A)紅外光譜觀測(cè)(B)微波輻射探測(cè)(C)可見光光度法(D)雷達(dá)探測(cè)2.被認(rèn)為是太陽系中最為“原始”的星際塵埃來源是？(A)老年疏散星團(tuán)(B)恒星形成區(qū)（分子云）(C)行星際介質(zhì)(D)彗星核3.具有高折射率和低顏色指數(shù)的塵埃顆粒最可能是什么成分？(A)石墨(B)金剛石(C)硅酸鹽(D)冰4.下列哪種技術(shù)最適合用于分析塵埃顆粒的微觀形貌和精細(xì)結(jié)構(gòu)？(A)X射線衍射(B)透射電子顯微鏡(C)紅外光譜(D)核磁共振5.反射星云呈現(xiàn)亮藍(lán)色的主要原因是？(A)散射來自附近年輕熱星的光(B)塵埃自身發(fā)出輻射(C)吸收了特定波段的星光(D)包裹了金屬塵埃顆粒6.星際塵埃中的有機(jī)分子被認(rèn)為是早期生命起源的______。(A)直接證據(jù)(B)重要線索(C)主要限制因素(D)次要成分7.塵埃顆粒的碎裂主要發(fā)生在星際介質(zhì)的______區(qū)域。(A)高密度、高壓力(B)低密度、低壓力(C)溫度驟變(D)密度梯度較小8.紅外吸收譜中出現(xiàn)的______特征峰，通常被認(rèn)為是碳質(zhì)塵埃（如石墨）存在的證據(jù)。(A)2.7微米(B)15微米(C)220納米(D)500納米9.伽馬射線暴（GRB）可能通過______過程產(chǎn)生大量的星際塵埃。(A)直接形成(B)恒星風(fēng)噴射(C)恒星爆發(fā)沖擊波加熱氣體(D)彗星塵埃釋放10.探測(cè)到系外行星大氣中存在水蒸氣，______可能暗示了附近存在星際塵埃。(A)同時(shí)探測(cè)到二氧化碳(B)觀測(cè)到塵埃的紅外發(fā)射(C)行星表面溫度高于預(yù)期(D)大氣呈現(xiàn)藍(lán)色11.以下哪項(xiàng)不是星際塵埃對(duì)行星形成過程的貢獻(xiàn)？(A)提供了形成行星胚胎的基本物質(zhì)(B)通過引力捕獲氣體，幫助形成氣態(tài)巨行星(C)直接構(gòu)成行星的核心部分(D)通過碰撞和吸積改變行星的軌道12.塵埃的______是影響其光學(xué)特性（如亮度、顏色）的關(guān)鍵參數(shù)。(A)密度(B)大小分布(C)化學(xué)成分(D)以上都是13.利用天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星際塵埃時(shí)，常會(huì)受到來自______的干擾。(A)行星反射光(B)太陽散射光(C)地球大氣(D)恒星自身輻射14.“星際塵?！边@一概念，其尺度范圍主要是指？(A)行星際空間(B)星系際空間(C)隕石內(nèi)部(D)宇宙大尺度15.彗星塵埃的成分通常被認(rèn)為與太陽系早期形成時(shí)的______成分非常接近。(A)行星際介質(zhì)(B)恒星形成區(qū)氣體(C)行星大氣(D)核心物質(zhì)三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.塵埃顏色指數(shù)2.星際紅外背景輻射3.塵埃凝聚4.反射星云5.金屬塵埃四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述紅外光譜技術(shù)在星際塵埃成分分析中的作用。2.比較恒星風(fēng)和恒星爆發(fā)在形成星際塵埃方面的主要區(qū)別。3.解釋為什么觀測(cè)星際塵埃的微波輻射對(duì)于研究低溫星際介質(zhì)很重要。4.簡(jiǎn)述星際塵埃如何在行星形成過程中發(fā)揮作用。五、論述題（每題10分，共30分）1.詳細(xì)闡述如何利用對(duì)不同類型星際塵埃（如碳質(zhì)、硅質(zhì)）的成分分析，來追溯星際介質(zhì)的來源和演化歷史。2.論述幾種主要的星際塵埃探測(cè)方法（如紅外光譜、微波輻射）的原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及它們各自適合探測(cè)的塵埃類型。3.結(jié)合具體的觀測(cè)實(shí)例或理論模型，論述星際空間塵埃成分對(duì)于理解太陽系行星（如地球、火星）早期演化和如今特征的意義。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.0.11002.冰金屬離子3.紅外4.恒星爆發(fā)（超新星爆發(fā)）5.凝聚增長(zhǎng)二、選擇題（每題2分，共30分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.(C)2.(B)3.(C)4.(B)5.(A)6.(B)7.(A)8.(A)9.(C)10.(B)11.(C)12.(D)13.(C)14.(A)15.(B)三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.塵埃顏色指數(shù)：指塵埃在可見光和近紅外波段（通常分別對(duì)應(yīng)星等m_v和m_2）的亮度比值（m_v-m_2），反映了塵埃顆粒的大小、形狀和化學(xué)成分，是區(qū)分不同類型塵埃的重要參數(shù)。2.星際紅外背景輻射：指來自整個(gè)天空的、在紅外波段的連續(xù)輻射背景。其主要來源是星際介質(zhì)中的塵埃顆粒吸收了可見光和近紫外光后，以熱輻射的形式重新發(fā)射出來的能量，峰值通常在25微米左右。3.塵埃凝聚：指星際介質(zhì)中的微小塵埃顆粒（如原子或分子團(tuán)）通過范德華力或電荷相互作用等機(jī)制相互吸引、結(jié)合，形成更大顆粒的過程，是星際塵埃增長(zhǎng)的第一步。4.反射星云：指主要由塵埃顆粒組成的星際云，它們不自身發(fā)光，而是主要反射附近恒星（通常是年輕的、熱的O、B型星）的光線，使星云呈現(xiàn)亮藍(lán)色。5.金屬塵埃：在天文學(xué)中，“金屬”泛指除氫和氦以外的所有元素。因此，金屬塵埃指星際塵埃中除了硅、碳等主要元素外，含有如鈉、鎂、鋁、鐵、鈣等較重元素的塵埃顆粒，通常與硅酸鹽或石墨等基質(zhì)包裹或混合。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述紅外光譜技術(shù)在星際塵埃成分分析中的作用。解析思路：紅外光譜探測(cè)塵埃顆粒吸收或發(fā)射特定紅外波段的輻射。不同化學(xué)成分的塵埃（如硅酸鹽、碳質(zhì)、冰）在紅外波段有獨(dú)特的吸收特征頻率（特征峰）。通過分析光譜中這些特征峰的位置、強(qiáng)度和形狀，可以識(shí)別塵埃的化學(xué)成分、估算其顆粒大小和形狀、推斷其溫度和密度等信息。因此，紅外光譜是識(shí)別和分析星際塵?！盎瘜W(xué)指紋”的關(guān)鍵工具。2.比較恒星風(fēng)和恒星爆發(fā)在形成星際塵埃方面的主要區(qū)別。解析思路：比較兩種過程的產(chǎn)物和機(jī)制。恒星風(fēng)主要是由主序星（特別是早型星）強(qiáng)烈的輻射壓力將外層較輕的元素（主要是氫、氦及少量金屬）吹出，形成的星際塵埃通常較細(xì)小、成分偏輕（如碳質(zhì)、冰）、金屬含量相對(duì)較低。恒星爆發(fā)（特別是超新星爆發(fā)）則是一個(gè)更劇烈的過程，其沖擊波可以加熱星際氣體，使氣體中的重元素（包括形成硅酸鹽等復(fù)雜塵埃的元素）在高溫下合成并釋放出來，同時(shí)也能加速現(xiàn)有塵埃顆粒的生長(zhǎng)和碎裂，形成的塵埃成分更復(fù)雜，可以包含更多重元素和更粗大的顆粒。3.解釋為什么觀測(cè)星際塵埃的微波輻射對(duì)于研究低溫星際介質(zhì)很重要。解析思路：關(guān)聯(lián)溫度與輻射機(jī)制。星際介質(zhì)中廣泛存在溫度極低的塵埃顆粒（通常在10-30K）。在這些低溫條件下，塵埃顆粒無法有效地通過紅外輻射散熱，能量主要儲(chǔ)存在其晶格振動(dòng)中。當(dāng)這些顆粒旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)與周圍的冷卻氣體分子（如H_2）發(fā)生碰撞并交換能量，導(dǎo)致氣體分子被激發(fā)到振動(dòng)能級(jí)。被激發(fā)的氣體分子隨后通過發(fā)射微波譜線的光子來退激發(fā)，從而向空間輻射能量。因此，觀測(cè)這些特定的微波譜線，可以直接探測(cè)到這些低溫塵埃的存在、分布和物理性質(zhì)（如溫度、密度），是研究冷暗星際介質(zhì)的重要手段。4.簡(jiǎn)述星際塵埃如何在行星形成過程中發(fā)揮作用。解析思路：闡述塵埃的關(guān)鍵角色。星際塵埃是構(gòu)成行星的原始物質(zhì)基礎(chǔ)。在行星形成初期，塵埃顆粒通過碰撞和吸積逐漸增長(zhǎng)，形成更大的石質(zhì)或冰質(zhì)行星胚胎。這個(gè)過程（凝聚和吸積）是行星從小顆粒聚集成大天體（星子）的關(guān)鍵步驟。此外，塵埃的存在和演化也影響著行星系統(tǒng)的氣體巨行星的形成（塵埃和冰塊幫助形成星子核心，引力捕獲周圍氣體）。塵埃顆粒也可能在行星形成后繼續(xù)存在，成為行星環(huán)、流星體或影響行星大氣的成分和動(dòng)力學(xué)。五、論述題（每題10分，共30分）1.詳細(xì)闡述如何利用對(duì)不同類型星際塵埃（如碳質(zhì)、硅質(zhì)）的成分分析，來追溯星際介質(zhì)的來源和演化歷史。解析思路：論述成分與來源、演化的關(guān)系。不同類型的星際塵埃具有不同的化學(xué)成分和形成環(huán)境。例如，富碳?jí)m埃（高碳含量、低金屬含量）通常被認(rèn)為形成于低溫、低金屬豐度的環(huán)境，如疏散星團(tuán)或星際云的內(nèi)部；而富金屬塵埃（高硅酸鹽或金屬含量）則更常見于金屬豐度較高的環(huán)境，可能與恒星風(fēng)或恒星爆發(fā)產(chǎn)物有關(guān)。通過在宇宙不同區(qū)域（如不同類型的分子云、反射星云、行星際介質(zhì)）探測(cè)和測(cè)量塵埃的成分（通過紅外、紫外光譜、X射線等手段），可以繪制出塵埃成分的空間分布圖。比較這些分布與氣體成分、恒星屬性等信息，可以推斷塵埃的來源（是就地形成還是由外部輸送而來），并追蹤其隨時(shí)間（即隨星際介質(zhì)演化）的變化。例如，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)金屬貧星的周圍有金屬豐富的塵埃，可能暗示了塵埃的來源是附近星系的物質(zhì)或早期宇宙的殘留。因此，通過分析塵埃成分，科學(xué)家能夠重建星際介質(zhì)從早期宇宙到當(dāng)前狀態(tài)的演化歷史，以及不同天體形成區(qū)的物質(zhì)組成和過程。2.論述幾種主要的星際塵埃探測(cè)方法（如紅外光譜、微波輻射）的原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及它們各自適合探測(cè)的塵埃類型。解析思路：分別介紹方法的原理、優(yōu)劣和適用性。紅外光譜探測(cè)基于塵埃對(duì)特定紅外波段的吸收。原理是不同成分（碳質(zhì)、硅質(zhì)、冰等）的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)不同，吸收特定波長(zhǎng)的紅外光。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以探測(cè)多種成分，尤其適合測(cè)量溫度較高的塵埃（>10K）。缺點(diǎn)是易受水汽和冰的干擾，且對(duì)極低溫塵埃的探測(cè)受限。適合探測(cè)各種成分的塵埃，尤其能識(shí)別碳質(zhì)和硅質(zhì)成分及其豐度。微波輻射探測(cè)基于極低溫塵埃（<30K）與冷卻氣體分子碰撞導(dǎo)致的振動(dòng)躍遷輻射。原理是塵埃顆粒旋轉(zhuǎn)，通過碰撞與氣體分子交換能量，激發(fā)氣體分子振動(dòng)，氣體分子退激時(shí)發(fā)射微波譜線。優(yōu)點(diǎn)是專門探測(cè)低溫塵埃，不受可見光和大部分紅外輻射干擾，可提供塵埃溫度和密度的信息。缺點(diǎn)是探測(cè)靈敏度和分辨率相對(duì)較低，譜線較寬。主要適合探測(cè)冷暗星際介質(zhì)中的低溫塵埃。還有其他方法如可見光光度法（利用散射探測(cè)溫度較高、尺寸較大的塵埃）、雷達(dá)探測(cè)（利用多普勒效應(yīng)探測(cè)不同高度的塵埃層）、紫外光譜（探測(cè)紫外區(qū)吸收，識(shí)別特定元素如Na、Mg、Fe）。這些方法各有側(cè)重，通常需要結(jié)合多種探測(cè)手段來全面了解星際塵埃。3.結(jié)合具體的觀測(cè)實(shí)例或理論模型，論述星際空間塵埃成分對(duì)于理解太陽系行星（如地球、火星）早期演化和如今特征的意義。解析思路：結(jié)合實(shí)例/模型，闡述塵埃對(duì)行星演化的影響。星際塵埃是構(gòu)成太陽系行星的原始物質(zhì)。太陽系行星的形成始于星際塵埃在引力作用下凝聚、增長(zhǎng)，形成小型星子，進(jìn)而通過碰撞和吸積最終形成行星。因此，現(xiàn)存行星（包括類地行星和氣態(tài)巨行星）的化學(xué)組成，特別是其地幔和地核的元素和同位素組成，必然保留了早期太陽星云塵埃的“指紋”。例如，通過分析隕石（被認(rèn)為是太陽系早期形成的固體物質(zhì)，成分接近原始星云塵埃）中的元素豐度、同位素比率以及包裹體中的礦物成分，科學(xué)家可以反推太陽星云的原始化學(xué)成分和演化歷史。這有助于解釋為什么地球地幔富含硅酸鹽，而地核富含鐵鎳。對(duì)比不同行星（如地球與火星）的成分