2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——星際空間中的電磁輻射分布考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是星際空間電磁輻射的主要來源？A.恒星光致電離B.星際氣體和塵埃的熱輻射C.宇宙微波背景輻射D.脈沖星活動(dòng)2.在星際介質(zhì)中，對于可見光波段的輻射，哪種過程主要是散射作用導(dǎo)致的？A.HII區(qū)的發(fā)射線形成B.反射星云呈現(xiàn)藍(lán)色C.暗星云的遮蔽效應(yīng)D.同步輻射的產(chǎn)生3.根據(jù)黑體輻射定律，一個(gè)物體的溫度升高，其輻射峰值波長將如何變化？A.變長B.變短C.保持不變D.先變長后變短4.下列哪種電磁輻射類型主要與高速電子在磁場中運(yùn)動(dòng)有關(guān)？A.熱輻射B.完全吸收后的再發(fā)射C.散射輻射D.同步輻射5.射電波段用于研究星際空間是因?yàn)樾请H介質(zhì)對哪個(gè)波段的輻射吸收和散射最??？A.X射線B.紫外線C.可見光D.射電波6.反射星云呈現(xiàn)顏色主要是由于：A.星云自身熱輻射B.恒星光被星云塵埃選擇性散射C.星云內(nèi)部氣體發(fā)射D.恒星光譜線的吸收7.下列哪類天體通常表現(xiàn)為暗星云，因?yàn)樗鼈冎饕胀ㄟ^其所在區(qū)域的可見光？A.HII區(qū)B.Bok球C.超新星遺跡D.脈沖星8.色溫通常用來描述：A.天體的化學(xué)成分B.天體的表面密度C.天體的表面溫度或等效溫度D.天體內(nèi)部的壓力9.當(dāng)星際塵埃吸收了可見光后，其重新輻射的能量主要落在哪個(gè)波段？A.X射線B.紫外線C.紅外線D.射電波10.研究星際空間磁場分布，除了射電波中的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)外，還可以利用：A.恒星光譜線的引力紅移B.星際塵埃的溫度分布C.不同頻率射電波的脈沖到達(dá)時(shí)間差D.星云的自轉(zhuǎn)速度二、填空題（每空2分，共20分）1.星際空間中的電磁輻射傳輸過程會(huì)受到星際介質(zhì)中______、______和______的影響。2.由星際氣體發(fā)射的、強(qiáng)度隨波長增加而指數(shù)衰減的電磁輻射稱為______輻射。3.能夠吸收特定波長電磁輻射，并在不同溫度下重新發(fā)射出具有不同譜形的物質(zhì)稱為______。4.熱輻射的強(qiáng)度與溫度的四次方成正比，這一規(guī)律由______定律描述。5.在同步輻射譜中，當(dāng)頻率高于截止頻率時(shí)，輻射譜隨頻率的______冪次方增加。6.紅外天文臺的建立對于研究星際空間中的______和______至關(guān)重要。7.星際空間中主要的電離物質(zhì)是______，其電離主要是由______提供的能量實(shí)現(xiàn)的。8.射電干涉測量技術(shù)通過利用______效應(yīng)，可以將多個(gè)天線組合成一個(gè)虛擬的、口徑更大的天線，從而提高觀測分辨率。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述熱輻射和同步輻射的主要區(qū)別。2.解釋為什么暗星云在可見光波段看起來是黑暗的，但在紅外波段可能變得可見。3.簡要說明星際介質(zhì)如何影響恒星光譜到達(dá)地球的觀測。4.列舉三種不同的星際空間電磁輻射源，并簡述其主要的輻射特征。四、計(jì)算題（共20分）1.（10分）一個(gè)溫度為8000K的恒星位于星際空間中，其輻射峰值波長落在可見光波段。如果一顆位于該恒星前方、距離地球10光年的暗星云，其塵埃溫度為20K，且對所有入射可見光的吸收率為90%。假設(shè)星云對峰值波長為可見光中心的輻射幾乎沒有散射，求到達(dá)地球的該恒星輻射在可見光波段的透過率（即未被星云吸收或散射的部分占總?cè)肷漭椛涞谋壤?.（10分）觀測到一個(gè)來自星際空間的同步輻射源，其輻射峰值頻率為10GHz。假設(shè)產(chǎn)生該輻射的電子能量分布符合普朗克分布，磁場強(qiáng)度為1gauss。請計(jì)算：(1)該輻射的截止頻率；(2)產(chǎn)生該輻射的電子的等效溫度（將電子能量與磁場能量等效）。五、論述題（10分）結(jié)合電磁輻射的傳輸理論和不同波段的觀測特點(diǎn)，論述如何利用多波段觀測數(shù)據(jù)來推斷星際空間介質(zhì)的物理性質(zhì)（如密度、溫度、磁場、化學(xué)成分等）。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.D5.D6.B7.B8.C9.C10.C二、填空題1.吸收，散射，發(fā)射2.線性3.汞（或灰體）4.斯特藩-玻爾茲曼5.三6.塵埃，分子7.氫，恒星輻射8.干涉三、簡答題1.解析思路：首先明確熱輻射是物體因自身溫度而發(fā)的電磁輻射，符合黑體輻射規(guī)律，強(qiáng)度與溫度四次方成正比，譜形隨溫度升高向短波移動(dòng)。同步輻射是高速電子在磁場中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輻射，譜形與電子能量、磁場強(qiáng)度和觀察角度有關(guān)，通常在高頻端有陡峭的“截止”，且強(qiáng)度與頻率關(guān)系復(fù)雜（非熱輻射譜）。關(guān)鍵區(qū)別在于產(chǎn)生機(jī)制（熱平衡vs非熱平衡粒子運(yùn)動(dòng)）、譜形特點(diǎn)（黑體譜vs非黑體譜，有截止）和依賴的能量形式（溫度vs電子能量和磁場）。2.解析思路：暗星云主要由冷（~10-30K）、稠密的星際塵埃組成，可見光波長較長，容易被這些塵埃顆粒強(qiáng)烈散射（導(dǎo)致云體本身在可見光下不透明或呈灰色），同時(shí)也會(huì)吸收可見光。但在紅外波段，塵埃的熱輻射非常強(qiáng)（符合斯特藩-玻爾茲曼定律，溫度雖低，但紅外波長長，輻射系數(shù)大），其發(fā)射的紅外輻射可以穿透可見光波段的吸收和散射區(qū)域到達(dá)地球，因此暗星云在紅外圖像上可能表現(xiàn)為亮源。3.解析思路：星際介質(zhì)并非完全透明，它會(huì)對來自恒星的光產(chǎn)生吸收和散射。吸收：星際介質(zhì)中的氣體（主要是氫）會(huì)吸收恒星光譜中特定波長的光，形成吸收線（如帕邢系、巴耳末系等），這些吸收線提供了關(guān)于星際氣體成分、溫度和密度的信息。散射：星際塵埃和氣體顆粒會(huì)散射恒星光，導(dǎo)致星光強(qiáng)度減弱（星際消光），并可能使星光呈現(xiàn)偏向紫色（前向散射更顯著）或偏紅（各向同性散射）的顏色。這種現(xiàn)象稱為星際reddening（reddening效應(yīng)）。4.解析思路：需要列舉三種不同類型的輻射源，并分別說明其特征。例如：(1)恒星：主要發(fā)出熱輻射，譜形接近黑體（取決于其溫度），是星際輻射的重要背景和來源。(2)HII區(qū)：電離氫云，主要發(fā)出強(qiáng)烈的發(fā)射線（如Hα,Hβ），譜線強(qiáng)度與區(qū)域電子密度和溫度相關(guān)。(3)反射星云：主要表現(xiàn)為散射其前方恒星的光，使星光變暗并呈現(xiàn)藍(lán)色，自身也會(huì)發(fā)出微弱的紅外熱輻射。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算透過率需要考慮星云的吸收。首先，計(jì)算入射恒星輻射在可見光波段的強(qiáng)度分布（雖然題目未要求具體分布，但知道它是強(qiáng)的）。然后，計(jì)算星云吸收的分?jǐn)?shù)。吸收率是90%，意味著吸收了90%的可見光能量。因此，透過率T=1-吸收率=1-0.90=0.10，即10%。注意題目簡化了散射，只考慮吸收。2.解析思路：(1)同步輻射譜在高頻端有截止，截止頻率f_c由電子動(dòng)能和磁場參數(shù)決定。對于同步輻射，通常有f_c∝B，其中B是磁場強(qiáng)度（單位需統(tǒng)一為特斯拉，1gauss=10??T）。因此，f_c≈γ*e*B/(2πm_e*c)，其中γ是電子的洛倫茲因子，e是電子電荷，m_e是電子質(zhì)量，c是光速。更簡單地，如果題目給出或暗示f_c∝B，則f_c=f_0*B，其中f_0是B=1gauss時(shí)的截止頻率。答案需要明確指出截止頻率的存在及其與B的依賴關(guān)系。(2)電子等效溫度T_e將電子動(dòng)能與磁場能量等效。電子動(dòng)能E_k=γ*m_e*c2-m_e*c2≈γ*m_e*c2（假設(shè)γ>>1）。磁場能量密度u_B=B2/(2*μ?)，其中μ?是真空磁導(dǎo)率。等效溫度T_e=u_B/(k_B)=B2/(2*μ?*k_B)，其中k_B是玻爾茲曼常數(shù)。因此T_e∝B2。答案需給出T_e的表達(dá)式并說明其與B的平方成正比。五、論述題解析思路：論述題需要結(jié)合多個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行闡述。首先，指出不同波段的電磁輻射（射電、紅外、可見光、紫外、X射線）穿過星際介質(zhì)時(shí)，與介質(zhì)（氣體、塵埃）的相互作用不同（吸收、散射、發(fā)射）。例如，射電波穿透性強(qiáng)，受磁場影響大（法拉第旋轉(zhuǎn)）；紅外輻射主要源于塵埃熱輻射，強(qiáng)度與塵埃密度和溫度相關(guān)；可見光和紫外光主要被氣體吸收形成譜線，譜線形態(tài)和強(qiáng)度提供氣體信息；X射線主要與高溫、高