2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——星系形成與宇宙膨脹速度測量考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項不是星系形成理論中普遍接受的關(guān)鍵要素？A.暗物質(zhì)暈的存在B.氣體冷卻和收縮C.星系合并與相互作用D.核聚變產(chǎn)生的能量直接加熱星系氣體2.哈勃定律描述了星系紅移與什么物理量之間的線性關(guān)系？A.星系年齡B.星系質(zhì)量C.星系距離D.星系表面亮度3.以下哪種天體常被用作測量宇宙距離的“標準燭光”？A.造父變星B.恒星C.行星D.星云4.Ia型超新星被認為是標準燭光的原因是它們的絕對星等？A.變化很大B.幾乎不變化C.逐漸變暗D.逐漸變亮5.視差法測量宇宙距離主要適用于測量距離地球多遠的星系？A.數(shù)百光年以內(nèi)B.數(shù)千光年以內(nèi)C.數(shù)十萬光年以內(nèi)D.數(shù)億光年以內(nèi)6.宇宙膨脹的主要證據(jù)來源于對什么現(xiàn)象的觀測？A.星系自轉(zhuǎn)速度B.宇宙微波背景輻射的溫度起伏C.遠處星系光譜的紅移D.宇宙中重元素的豐度7.導(dǎo)致宇宙膨脹加速的神秘力量被科學(xué)家稱為？A.暗物質(zhì)B.暗能量C.宇宙弦D.大坍縮8.測量哈勃常數(shù)（H?）的主要挑戰(zhàn)之一是？A.哈勃常數(shù)本身的不確定性B.標準燭光和標準尺的校準誤差C.宇宙塵埃的遮擋D.恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜9.下列哪項觀測結(jié)果不支持宇宙膨脹模型？A.觀測到遠處星系的光譜紅移B.宇宙微波背景輻射的各向同性C.觀測到遙遠星系中年輕恒星的存在D.宇宙距離尺的建立10.空間望遠鏡（如哈勃空間望遠鏡）在測量宇宙膨脹速度方面發(fā)揮作用的關(guān)鍵優(yōu)勢是？A.觀測角度更廣B.探測波段更多樣C.能夠避開大氣干擾，觀測更清晰、更遙遠的星系D.數(shù)據(jù)處理能力更強二、填空題1.星系形成的主要原材料是宇宙早期由大爆炸產(chǎn)生的______和后來通過核合成產(chǎn)生的______。2.描述宇宙膨脹速率與距離關(guān)系的定律稱為______定律，其數(shù)學(xué)表達式通常為v=H?d，其中H?是______。3.利用造父變星的______周期與其絕對星等之間關(guān)系來測量距離的方法稱為______法。4.Ia型超新星是在______星系中發(fā)生的，其爆發(fā)亮度非常穩(wěn)定，因此適合作為______。5.宇宙微波背景輻射是宇宙早期______狀態(tài)的“余暉”，它的發(fā)現(xiàn)是支持______理論的重要證據(jù)。三、簡答題1.簡述星系形成過程中，暗物質(zhì)暈在星系形成中所起的作用。2.解釋什么是宇宙紅移，并說明它與宇宙膨脹有何關(guān)系。3.比較標準燭光法和標準尺法在測量宇宙距離時的主要原理和區(qū)別。四、計算題1.假設(shè)觀測到一顆位于距離我們d=1億光年的星系，其光譜中的特定譜線在實驗室中波長為λ?=500納米，而在觀測到的光譜中該譜線波長為λ=505納米。請根據(jù)多普勒效應(yīng)公式（v=c*Δλ/λ?，其中c為光速，v為退行速度）計算該星系的退行速度v。（光速c≈3×10?m/s，注意單位換算）2.已知某Ia型超新星的標準燭光絕對星等m<0xE2><0x82><0x98>=-19.5等。如果在距離我們d=50兆光年(Mpc)的星系中觀測到該超新星，其視星等m=14.0等。請利用距離modulus公式(μ=m-M=5*log??(d/Mpc)+5)計算該星系的距離d(單位為Mpc)。五、論述題簡要論述當前宇宙膨脹速度測量中面臨的主要挑戰(zhàn)，并說明科學(xué)家們正在采取哪些方法來提高測量的精度和可靠性。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.A4.B5.A6.C7.B8.B9.B10.C二、填空題1.宇宙射線；重元素2.哈勃；哈勃常數(shù)3.光度；造父變星4.球狀星團；標準燭光5.氣體；大爆炸三、簡答題1.解析思路：首先說明暗物質(zhì)暈在早期宇宙中分布廣泛。然后解釋引力作用，吸引正常物質(zhì)（氣體和塵埃）向其落入。最后說明這些物質(zhì)在引力作用下聚集、冷卻，最終形成原星系，并逐步演化為今天的星系。強調(diào)暗物質(zhì)暈提供了星系形成所需的引力勢阱。2.解析思路：首先定義紅移：光從光源發(fā)出到觀測者接收時，其波長變長的現(xiàn)象，用λ-λ?/λ?表示。然后解釋宇宙膨脹導(dǎo)致空間膨脹，使得從遙遠星系發(fā)出的光在傳播過程中波長被拉伸，產(chǎn)生紅移。最后說明紅移量與星系距離成正比（哈勃定律），因此紅移是宇宙膨脹的直接證據(jù)。3.解析思路：分別解釋兩種方法。標準燭光法：利用已知絕對星等的對象（如Ia型超新星），通過測量其視星等來確定距離（利用距離模量公式）。標準尺法：利用已知物理尺寸的對象（如造父變星周期-光度關(guān)系或視差法測得的距離），通過測量其視大小或周期來確定距離。最后比較兩者的核心區(qū)別在于測量原理：前者基于“亮度已知”，后者基于“大小或尺寸已知”。四、計算題1.解析思路：直接應(yīng)用多普勒效應(yīng)公式v=c*Δλ/λ?。首先計算波長變化量Δλ=λ-λ?=505nm-500nm=5nm。注意單位換算：1nm=10??m，1光年≈9.46×101?m。將c換算為nm/s或直接使用m/s并換算結(jié)果單位。計算得到v≈1.5×10?m/s。2.解析思路：直接應(yīng)用距離modulus公式μ=m-M=5*log??(d/Mpc)+5。將已知數(shù)值代入：14.0-(-19.5)=5*log??(50)+5。計算對數(shù)部分：log??(50)≈1.699。代入公式：33.5=5*1.699+5。計算等式右邊：8.495+5=13.495。解出對數(shù)部分：log??(50)≈(33.5-5)/5=6.5/5=1.3。反查對數(shù)或計算得到d=101.3=100*10?.3≈50Mpc?；蛘咧苯咏夥匠?3.5=5*log??(d/10)->log??(d/10)=6.7->d/10=10?.?->d≈50Mpc。五、論述題解析思路：1.挑戰(zhàn)方面：主要從兩個方面論述：一是標準燭光和標準尺本身的系統(tǒng)誤差和不確定性。例如，Ia型超新星的物理機制并非完全理解，導(dǎo)致對其絕對星等的測定存在誤差；造父變星的周期-光度關(guān)系在不同星系或不同環(huán)境下的穩(wěn)定性問題。二是觀測系統(tǒng)誤差，如宇宙塵埃和星際介質(zhì)對光線的紅移和藍移效應(yīng)（系統(tǒng)偏差），以及觀測儀器和方