2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——明星之座探險(xiǎn)宇宙空間考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.定義天球赤道和天球子午圈，并說明它們在天球坐標(biāo)系中的作用。2.解釋什么是時(shí)角，并說明如何根據(jù)地方時(shí)和格林尼治平時(shí)計(jì)算某天某一恒星的格林尼治時(shí)角。3.列出至少四種不同的星座劃分方法，并簡述黃道星座與天赤道星座的區(qū)別。二、4.簡述視星等和絕對星等的定義及其物理意義。如果某顆星的視星等為+5.0，距離地球?yàn)?0光年，計(jì)算其絕對星等（提示：使用星等與距離的關(guān)系式）。5.描述恒星光譜分類的依據(jù)，并簡述主序星在赫羅圖上的位置及其代表的物理狀態(tài)。6.比較并說明使用造父變星和超新星作為標(biāo)準(zhǔn)燭光測量宇宙距離各自的優(yōu)缺點(diǎn)。三、7.簡述地面天文觀測面臨的主要挑戰(zhàn)（至少列舉三項(xiàng)），并說明克服這些挑戰(zhàn)的一些常用技術(shù)手段。8.指出哈勃空間望遠(yuǎn)鏡與典型的地面大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相比，在觀測方面的主要優(yōu)勢是什么？并簡述其至少一個(gè)重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。9.解釋“宇宙膨脹”的主要證據(jù)是什么？并簡述哈勃定律的內(nèi)容及其意義。四、10.描述從地球觀測到的恒星視運(yùn)動(dòng)（包括日運(yùn)動(dòng)、年運(yùn)動(dòng)和歲差）的主要成因。11.簡述大爆炸宇宙模型的基本假設(shè)，并列舉至少兩種支持該模型的主要觀測證據(jù)。12.解釋什么是暗物質(zhì)和暗能量，并簡述它們在當(dāng)前宇宙模型中分別扮演的角色及其存在的依據(jù)。13.概述一顆類似太陽的恒星從形成到演化為白矮星的主要演化階段及其關(guān)鍵特征。試卷答案一、1.天球赤道是垂直于地球自轉(zhuǎn)軸并穿過地球中心的一個(gè)巨大圓圈，是天球上南北天極的對稱軸。天球子午圈是通過天體和天球南北天極的半個(gè)大圓。天球坐標(biāo)系中，赤經(jīng)用于量度天體在天球赤道上的方位，赤緯用于量度天體與天球赤道的距離。2.時(shí)角是連接某天體和天球兩極的子午圈與觀測者所在子午圈之間的角距離。格林尼治時(shí)角（GHA）是某天體的格林尼治子午圈與格林尼治天球子午圈之間的角距離。計(jì)算方法：GHA=(當(dāng)?shù)睾阈菚r(shí)-赤經(jīng))+360°(如果結(jié)果為負(fù)數(shù)，則加360°)。當(dāng)?shù)睾阈菚r(shí)可以通過(格林尼治平時(shí)+地方時(shí)差)*4分鐘/度得到。3.星座劃分方法有：以星座邊界劃分（劃分固定區(qū)域）、以最亮星連接劃分、以黃道帶/天赤道帶劃分等。黃道星座位于天球黃道帶內(nèi)（約8度寬），是太陽在一年中穿行的路徑所經(jīng)過的星座；天赤道星座則位于天球赤道兩側(cè)，大致分布在赤緯±約23.5度范圍內(nèi)，其赤緯接近0度。二、4.視星等是天體從地球上看到的亮度。絕對星等是天體在距離地球10秒差距處應(yīng)有的亮度，代表天體本身的發(fā)光能力。計(jì)算：m-M=5*log10(d/10)，其中m為視星等，M為絕對星等，d為距離（以秒差距為單位）。代入數(shù)據(jù)：+5.0-M=5*log10(50/10)=5*log10(5)≈16.08。所以，M=+5.0-16.08=-11.08。絕對星等通常表示為-11.08等。5.恒星光譜分類依據(jù)是恒星表面溫度（由光譜線形態(tài)決定），通常按O、B、A、F、G、K、M七個(gè)順序遞減的序列排列（O型最熱）。赫羅圖（H-R圖）是顯示恒星亮度（或光度）與其光譜類型（或表面溫度）關(guān)系的圖表。主序星是恒星演化中最穩(wěn)定、持續(xù)時(shí)間最長的階段，位于赫羅圖左上到右下的傾斜帶狀區(qū)域，其光度與表面溫度呈正相關(guān)關(guān)系。主序星代表了在其核心進(jìn)行氫核聚變（主要是質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)或碳氮氧循環(huán)）的恒星。三、6.造父變星是具有穩(wěn)定周光關(guān)系（周期與絕對星等有明確對應(yīng)關(guān)系）的脈動(dòng)變星，適用于測量幾百光年到幾千光年范圍內(nèi)的距離。優(yōu)點(diǎn)是周期穩(wěn)定且關(guān)系明確，有較多已知周期和視星等的變星。缺點(diǎn)是距離有限，且并非所有星系都富含造父變星。超新星是某些恒星演化末期的劇烈爆炸，爆發(fā)時(shí)達(dá)到極大亮度，可以探測到非常遙遠(yuǎn)的星系。優(yōu)點(diǎn)是亮度極高，可觀測到極其遙遠(yuǎn)的宇宙。缺點(diǎn)是爆發(fā)機(jī)制復(fù)雜，周期不可預(yù)測，并非每個(gè)星系都有超新星爆發(fā)，且存在“超新星遺骸距離修正”等問題。7.地面觀測挑戰(zhàn)：大氣湍流導(dǎo)致圖像模糊（視寧度效應(yīng)）；大氣吸收和散射會(huì)削弱來自特定波段（如紫外、紅外、射電）的光線；大氣透明度受天氣、水汽、灰塵等影響；大氣折射導(dǎo)致天體視位置偏移和視直徑增大。技術(shù)手段：使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)補(bǔ)償大氣畸變；建造高海拔、干燥地區(qū)天文臺以改善大氣條件；使用大型望遠(yuǎn)鏡陣列增強(qiáng)信噪比；在特定波段使用地基紅外掩星或部署空間望遠(yuǎn)鏡；發(fā)展射電望遠(yuǎn)鏡陣列技術(shù)。8.哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)勢在于其位置在地球大氣層之外，完全避免了大氣湍流、吸收和散射的影響，能夠獲得極高分辨率和信噪比的天文圖像，尤其擅長觀測紫外和近紅外波段。它的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)包括：精確測定了哈勃常數(shù)（宇宙膨脹速率）；發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹在加速（暗示暗能量的存在）；對遙遠(yuǎn)星系和類星體進(jìn)行成像，揭示了早期宇宙的結(jié)構(gòu)和演化；對系外行星系統(tǒng)進(jìn)行觀測等。9.宇宙膨脹的主要證據(jù)：①觀測到遙遠(yuǎn)星系的光譜存在“紅移”現(xiàn)象，即光波長向長波方向偏移，且紅移量與距離成正比；②宇宙微波背景輻射（CMB）的存在，被廣泛認(rèn)為是早期熾熱、致密宇宙的“余暉”。哈勃定律內(nèi)容：通過測量大量星系的紅移量和視星等（或光度），哈勃發(fā)現(xiàn)星系的紅移量（v）與其距離（d）之間存在線性關(guān)系：v=H?d，其中H?是哈勃常數(shù)，代表宇宙膨脹的速率。四、10.恒星視運(yùn)動(dòng)成因：①地球自轉(zhuǎn)：導(dǎo)致天體在天空中的位置每天東升西落（周日視運(yùn)動(dòng)）；②地球公轉(zhuǎn)：導(dǎo)致太陽在黃道十二宮間移動(dòng)，我們視線方向相對于背景恒星的年際變化（年運(yùn)動(dòng)）；③地球繞地軸的進(jìn)動(dòng)：地軸指向在天空中的位置緩慢、周期性地改變（歲差），導(dǎo)致天球赤道、南北天極以及星座位置在長時(shí)間尺度上發(fā)生緩慢移動(dòng)。11.大爆炸宇宙模型基本假設(shè)：宇宙起源于一個(gè)極端致密、高溫的狀態(tài)，之后不斷膨脹和冷卻，形成了我們今天觀測到的宇宙結(jié)構(gòu)。主要觀測證據(jù)：①宇宙微波背景輻射（CMB）：大爆炸的余暉，具有黑體譜并能解釋早期宇宙的平滑性和微小不均勻性；②宇宙元素的豐度：輕元素（氫、氦、鋰等）的豐度與模型預(yù)測高度吻合；③哈勃定律和宇宙膨脹：所有星系都在相互遠(yuǎn)離，表明宇宙在膨脹，且膨脹可以追溯到一個(gè)起點(diǎn)；④宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成：觀測到的星系團(tuán)、超星系團(tuán)等結(jié)構(gòu)，可以通過引力在膨脹的宇宙中逐漸形成。12.暗物質(zhì)是宇宙中一種不發(fā)光、不吸收、不反射電磁輻射，但通過引力作用影響可見物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和宇宙結(jié)構(gòu)的物質(zhì)形態(tài)。暗能量被假定為一種充滿整個(gè)宇宙、具有負(fù)壓強(qiáng)、導(dǎo)致宇宙加速膨脹的神秘能量形式。依據(jù)：暗物質(zhì)依據(jù)是其引力效應(yīng)，例如星系旋轉(zhuǎn)曲線（星系外圍恒星的速率遠(yuǎn)超僅由可見物質(zhì)產(chǎn)生的引力所能維持）、星系團(tuán)中的引力透鏡效應(yīng)、宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成速率等。暗能量依據(jù)是其導(dǎo)致的宇宙加速膨脹（通過測量超新星視向速度、CMB偏振、大尺度結(jié)構(gòu)增長速率等推斷）。13.類似太陽的恒星演化階段：①主序階段：核心進(jìn)行氫核聚變（質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)），產(chǎn)生能量，處于穩(wěn)定狀態(tài)，是恒星生命最長的階段；②紅巨星階段：核心氫耗盡，核心收縮升溫，外層急劇膨脹、冷卻，變成體積巨大、亮度增加、顏色變紅的紅巨星；③氦閃與核心氦聚變：核心溫度達(dá)到足夠高后