2025年天文學(xué)天體物理歷年真題試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題3分，共30分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題目要求，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪項(xiàng)不是恒星內(nèi)部能量產(chǎn)生的主要機(jī)制？A.核聚變B.核裂變C.熱核反應(yīng)D.光致電離2.根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，一個(gè)黑體的溫度升高一倍，其總輻射功率將變?yōu)樵瓉淼模篈.2倍B.4倍C.8倍D.16倍3.下列天體中，主要由電子degeneracypressure維持其結(jié)構(gòu)的是：A.行星B.中子星C.白矮星D.恒星主序階段4.關(guān)于奧本海默極限（Oppenheimerlimit），下列說法正確的是：A.它是指中子星的最大質(zhì)量B.它是指黑洞能穩(wěn)定存在的最小質(zhì)量C.它是由恒星內(nèi)部對(duì)流決定的D.它與恒星的化學(xué)成分無關(guān)5.宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成主要是由什么驅(qū)動(dòng)的？A.恒星形成過程B.伽馬射線暴C.暗能量的斥力D.暗物質(zhì)的不均勻性引發(fā)的引力作用6.下列哪種光譜線通常用于估計(jì)一個(gè)天體的紅移？A.Hα線B.CaIIK線C.Lymanα線D.所有上述光譜線均可7.望遠(yuǎn)鏡的分辨率的極限受什么因素主要限制？A.望遠(yuǎn)鏡的直徑B.光的波長C.大氣抖動(dòng)D.上述所有因素8.開普勒第三定律（適用于橢圓軌道）表述為：中心天體質(zhì)量越大，其衛(wèi)星的軌道半長軸：A.越長B.越短C.無關(guān)D.與軌道偏心率有關(guān)9.恒星從主序階段演化為紅巨星的主要原因是：A.核燃料耗盡，核心收縮，外層膨脹B.核反應(yīng)速率突然加快C.星風(fēng)壓力增大D.進(jìn)入軌道共振狀態(tài)10.下列哪種宇宙模型支持宇宙加速膨脹的觀測證據(jù)？A.大爆炸模型B.穩(wěn)態(tài)模型C.暗能量驅(qū)動(dòng)模型D.大坍縮模型二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.光度是天體__________的量度，單位通常為__________。2.恒星的色指數(shù)是測量天體__________的指標(biāo)，通常用兩顆特定濾光片的__________之差表示。3.質(zhì)量大于__________太陽質(zhì)量的恒星最終會(huì)演化成__________。4.宇宙的“暗物質(zhì)”是指不發(fā)光、不吸收光，主要通過__________與普通物質(zhì)相互作用而間接探測到的物質(zhì)。5.根據(jù)廣義相對(duì)論，引力是由于__________時(shí)空造成的。6.光度距離是指光度與__________之比。7.恒星內(nèi)部的熱量主要通過對(duì)流和__________兩種方式向外傳輸。8.估計(jì)一個(gè)天體的距離，如果知道其是標(biāo)準(zhǔn)燭光（如造父變星、Ia型超新星），通常需要測量其__________和__________。9.赫羅圖（Hertzsprung-Russelldiagram）是表示恒星__________與__________之間關(guān)系的圖表。10.天文學(xué)中常用的距離單位“光年”是指__________。三、簡答題（每小題8分，共40分。請(qǐng)簡要回答下列問題。）1.簡述恒星內(nèi)部核聚變的主要過程及其能量來源。2.解釋什么是星際介質(zhì)，并簡述其主要成分及其對(duì)恒星形成的影響。3.描述類星體的主要特征及其可能的天體物理性質(zhì)。4.簡述宇宙膨脹的主要觀測證據(jù)。5.解釋什么是引力透鏡現(xiàn)象及其可能的觀測類型。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分。請(qǐng)列出必要的公式、步驟和結(jié)果。）1.假設(shè)一個(gè)絕對(duì)星等（MV）為+5.0的天體，距離我們?yōu)?.1光年。請(qǐng)計(jì)算其視星等（mV），并說明該天體比太陽（絕對(duì)星等約為+4.83）亮還是暗。已知距離modulusM-m=5log(d/10pc)，其中d單位為pc（秒差距），1光年約等于0.306601pc。2.一個(gè)位于地球軌道（距離太陽約1天文單位）旁的類星體，其光譜中有一條中性氫原子Lymanα線（波長為121.567nm）的紅移量z=0.5。請(qǐng)計(jì)算：a.該類星體發(fā)出的Lymanα線的波長是多少？b.該類星體與地球的距離大約是多少光年？（提示：哈勃常數(shù)H0≈70km/s/Mpc，1光年約等于0.306601pc）五、論述題（共10分。請(qǐng)就下列問題展開論述。）結(jié)合恒星演化理論，論述恒星質(zhì)量對(duì)其最終命運(yùn)的決定性作用。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.B5.D6.D7.D8.B9.A10.C二、填空題1.光度；瓦特（W）或流明（lm）2.顏色；亮度（或星等）3.8；黑洞4.引力5.曲率6.視星等（或觀測到的亮度）7.輻射8.視星等；距離模數(shù)9.光度；溫度10.光在真空中傳播一年的距離三、簡答題1.解析思路：核聚變是質(zhì)量虧損轉(zhuǎn)化為能量的過程。恒星內(nèi)部核心溫度和壓力極高，使得氫核（質(zhì)子）可以克服庫侖斥力發(fā)生聚變。主要過程包括質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)（低質(zhì)量恒星）和碳氮氧循環(huán)（大質(zhì)量恒星），最終將氫聚變成氦。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，微小的質(zhì)量損失（m）會(huì)釋放巨大的能量（E），這是恒星光和熱的主要來源。2.解析思路：星際介質(zhì)（ISM）是存在于恒星之間、星云之中的稀薄氣體（主要是氫和氦）和塵埃顆粒的混合物。主要成分是約75%的氫原子（H）、約25%的氦原子（He），少量重元素和塵埃。星際介質(zhì)是恒星和行星形成的原材料倉庫，其密度、溫度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化會(huì)影響恒星形成的區(qū)域和效率。3.解析思路：類星體（Quasar）是活動(dòng)星系核（AGN）的一種極端形式，外觀類似恒星，但發(fā)出比整個(gè)銀河系還要亮的光芒。其能量來源于中心超大質(zhì)量黑洞（SMBH）吸積物質(zhì)時(shí)釋放的輻射。主要特征包括極高的光度、寬發(fā)射線（由高速氣體流出）、光譜紅移大（表明距離遙遠(yuǎn)或宇宙膨脹）。它們是研究早期宇宙的重要探針。4.解析思路：宇宙膨脹的觀測證據(jù)主要有：①哈勃定律：測量不同距離的星系，發(fā)現(xiàn)星系的紅移量（速度）與其距離成正比，表明宇宙在膨脹。②宇宙微波背景輻射（CMB）：是大爆炸留下的“余暉”，其黑體譜和各向異性是宇宙早期熾熱狀態(tài)的反映。③星系團(tuán)和大規(guī)模結(jié)構(gòu)的形成：觀測到的巨大結(jié)構(gòu)（如星系團(tuán)、超星系團(tuán)）的形成時(shí)間與宇宙膨脹模型預(yù)測一致。④元素豐度：大爆炸核合成理論預(yù)測的輕元素（如氫、氦、鋰）豐度與觀測值吻合，且與宇宙膨脹速率有關(guān)。5.解析思路：引力透鏡現(xiàn)象是指來自遙遠(yuǎn)光源的光線在經(jīng)過一個(gè)質(zhì)量巨大的天體（如星系、星系團(tuán)）附近時(shí)，由于該天體強(qiáng)大的引力場按照廣義相對(duì)論彎曲了時(shí)空，導(dǎo)致光線傳播路徑發(fā)生偏折，使得觀察者看到多個(gè)、扭曲或放大的像。觀測類型包括：①強(qiáng)透鏡：形成多個(gè)像（A、B、C點(diǎn)源）；②弱透鏡：只引起背景光源亮度的微弱增加和形狀的輕微畸變；③微透鏡：當(dāng)透鏡天體和源天體成協(xié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，源星的亮度會(huì)周期性地、暫時(shí)性地增強(qiáng)。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算視星等需要使用距離模數(shù)公式。已知絕對(duì)星等MV和距離d（光年），首先將距離單位從光年轉(zhuǎn)換為秒差距（pc），然后應(yīng)用公式計(jì)算距離模數(shù)，最后根據(jù)距離模數(shù)求出視星等。比較計(jì)算出的視星等與太陽的絕對(duì)星等即可判斷相對(duì)亮度（距離模數(shù)越大，視星等越小，天體越暗）。解題步驟：a.距離d=0.1光年b.1光年≈0.306601pc，所以d≈0.1*0.306601≈0.03066pcc.距離模數(shù)M-m=5*log(d/10pc)d.M-m=5*log(0.03066/10)=5*log(0.003066)e.M-m≈5*(-2.515)≈-12.575f.視星等mV=MV+M-m=5.0+(-12.575)=-7.575g.太陽的絕對(duì)星等MV_sun≈4.83。因?yàn)?7.575<4.83，所以該天體比太陽亮得多。結(jié)果：視星等mV≈-7.58，該天體比太陽亮。2.解析思路：a問利用紅移定義計(jì)算觀測到的波長。b問先根據(jù)紅移和哈勃定律計(jì)算退行速度，再利用速度和距離關(guān)系計(jì)算距離（光年）。注意單位換算。解題步驟：a.紅移z=Δλ/λ?=λ_obs/λ?。已知z=0.5，λ?=121.567nm。b.λ_obs=λ?*(1+z)=121.567nm*(1+0.5)=121.567nm*1.5≈182.35nm。c.退行速度v=H?*d。已知z≈v/c，所以v≈z*c。c≈3×10?m/s。d.v≈0.5*3×10?m/s=1.5×10?m/s。e.哈勃常數(shù)H?≈70km/s/Mpc。1Mpc≈3.086×1022m。f.v=H?*d=>d=v/H?=(1.5×10?m/s)/(70×103m/s/Mpc)≈2.14×10?Mpc。g.將距離單位從Mpc轉(zhuǎn)換為光年：d≈2.14×10?*3.086×1022m≈6.61×102?m。h.1光年≈9.461×101?m。i.d(光年)≈(6.61×102?m)/(9.461×101?m/yr)≈7.0×1012光年。結(jié)果：a.觀測到的Lymanα線波長λ_obs≈182.35nm。b.該類星體與地球的距離d≈7.0×1012光年。五、論述題解析思路：論述題需要結(jié)合恒星演化理論，系統(tǒng)闡述恒星質(zhì)量如何影響其核心溫度、核反應(yīng)過程、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及最終結(jié)局?？梢詮牡唾|(zhì)量恒星（<8M☉）和高質(zhì)量恒星（>8M☉）兩種情況分別論述。強(qiáng)調(diào)質(zhì)量決定了核心壓力和溫度的上限，進(jìn)而決定了能發(fā)生的核反應(yīng)類型和最終殘留核心的質(zhì)量。明確區(qū)分白矮星、中子星和黑洞形成的質(zhì)量閾值。論述內(nèi)容：恒星的質(zhì)量是其演化路徑和最終命運(yùn)的決定性因素。對(duì)于質(zhì)量小于約8倍太陽質(zhì)量（M☉）的恒星，核心溫度和壓力不足以啟動(dòng)碳氮氧循環(huán)，其最終階段的核心會(huì)由電子簡并物質(zhì)支撐。當(dāng)核心氫和氦燃料耗盡后，外層會(huì)膨脹變冷形成紅巨星，核心則收縮，最終外層拋射形成行星狀星云，留下一個(gè)由電子簡并壓力支撐的白矮星作為殘骸，其質(zhì)量上限約為1.4M☉（錢德拉塞卡極限）。對(duì)于質(zhì)量大于8M☉的恒星，核心溫度和壓力可以足夠高以啟動(dòng)碳氮氧循環(huán)，甚至發(fā)生更重元素的合成。當(dāng)核心燃料耗盡后，簡并態(tài)的碳氧核心無法承受自身引力，會(huì)突然崩潰，引發(fā)核心內(nèi)部的劇烈反彈（內(nèi)爆），向外層物質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，將外層猛烈拋射出去，形成超新星爆發(fā)（核心坍縮型超新星）