2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——星際星塊形成與宇宙時(shí)空串聯(lián)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種星際氣體區(qū)域主要由電離氫（HII）和高溫電子構(gòu)成？A.分子云B.HI區(qū)C.超新星遺跡D.恒星風(fēng)區(qū)2.在恒星形成過程中，原恒星逐漸變得致密和高溫，其主要能量來源轉(zhuǎn)變?yōu)?？A.磁場收縮B.核聚變反應(yīng)C.引力勢能釋放D.塵埃加熱3.分子云中的星云核心（Core）通常需要滿足什么關(guān)鍵條件才可能開始引力坍縮？A.具有足夠的初始角動(dòng)量B.密度和溫度遠(yuǎn)低于周圍介質(zhì)C.主要由重元素構(gòu)成D.受到鄰近超新星爆發(fā)的沖擊波激發(fā)4.恒星形成過程中，原恒星周圍吸積盤的主要作用是？A.提供引力坍縮所需的初始擾動(dòng)B.儲(chǔ)存物質(zhì)并調(diào)節(jié)恒星質(zhì)量C.直接觸發(fā)核心的核聚變D.護(hù)衛(wèi)原恒星免受磁場影響5.引力透鏡現(xiàn)象發(fā)生的基本前提是？A.觀測者、光源和透鏡體位于完全共線的直線上B.透鏡體必須是一個(gè)質(zhì)量極高的致密天體C.光源必須是遙遠(yuǎn)的類星體D.觀測必須在紫外波段進(jìn)行6.強(qiáng)引力透鏡現(xiàn)象通常會(huì)產(chǎn)生什么顯著的天文現(xiàn)象？A.一個(gè)放大的、扭曲的、甚至多個(gè)并行的像B.光源的亮度顯著減弱C.產(chǎn)生射電脈沖星D.光譜紅移量發(fā)生明顯變化7.根據(jù)廣義相對論，大質(zhì)量天體如何影響其周圍的空間？A.產(chǎn)生電磁輻射B.產(chǎn)生引力波C.使周圍的空間發(fā)生彎曲D.形成吸積盤8.宇宙微波背景輻射（CMB）的主要起源被認(rèn)為是？A.現(xiàn)代超新星爆發(fā)B.大爆炸的“余暉”C.星際氣體碰撞D.恒星形成過程中的發(fā)光9.恒星初始質(zhì)量函數(shù)（IMF）描述的是什么？A.不同質(zhì)量恒星的壽命分布B.不同金屬豐度星系的恒星形成速率C.星際介質(zhì)中不同成分的豐度D.星團(tuán)中恒星形成時(shí)初始質(zhì)量的大小分布10.“時(shí)空串聯(lián)”概念在天文學(xué)研究中可能意味著？A.對同一天體進(jìn)行不同波段的光譜觀測B.研究從局部星系結(jié)構(gòu)到宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的演化關(guān)聯(lián)C.將地面觀測數(shù)據(jù)與空間觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對D.對同一現(xiàn)象進(jìn)行長時(shí)間序列的連續(xù)觀測二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.星際介質(zhì)主要由______和______組成。2.分子云中的氣體主要以______狀態(tài)存在，其主要成分是______。3.恒星形成的主要階段按順序包括：______、______和主序星階段。4.引力透鏡效應(yīng)根據(jù)透鏡和光源的相對位置關(guān)系可分為______透鏡、______透鏡和______透鏡。5.廣義相對論預(yù)言，大質(zhì)量物體運(yùn)動(dòng)會(huì)伴隨產(chǎn)生______。6.通過觀測遙遠(yuǎn)星系的光譜紅移和亮度變化，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙______的證據(jù)。7.在恒星形成過程中，______和______是主要的反饋機(jī)制，它們可以抑制或促進(jìn)后續(xù)的恒星形成。8.宇宙的膨脹使得來自遙遠(yuǎn)天體的光發(fā)生______效應(yīng)。9.分子云中的磁場在抑制引力坍縮和驅(qū)動(dòng)氣體運(yùn)動(dòng)中起著重要作用，其效應(yīng)常通過______理論來解釋。10.理解“時(shí)空串聯(lián)”，需要研究不同______和______尺度上的天文結(jié)構(gòu)和現(xiàn)象之間的聯(lián)系。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述恒星形成過程中的“反饋?zhàn)饔谩奔捌鋵π请H介質(zhì)的影響。2.解釋什么是引力透鏡，并簡述其在現(xiàn)代天文學(xué)研究中的至少兩個(gè)主要應(yīng)用。3.簡述廣義相對論中關(guān)于時(shí)空彎曲的基本思想，并舉例說明其預(yù)言的觀測效應(yīng)之一。4.結(jié)合宇宙學(xué)觀測，簡述“時(shí)空串聯(lián)”概念所蘊(yùn)含的宇宙結(jié)構(gòu)演化觀點(diǎn)。四、論述題（10分。請就以下問題展開論述。）結(jié)合星際星塊形成和宇宙時(shí)空結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，論述觀測宇宙學(xué)（如通過CMB、星系團(tuán)等）如何幫助我們理解恒星形成在大尺度宇宙結(jié)構(gòu)演化中所扮演的角色，并說明其中涉及的關(guān)鍵物理過程和理論聯(lián)系。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.B5.A6.A7.C8.B9.D10.B二、填空題1.氣體，塵埃2.分子，氫氣和氦氣3.引力坍縮，原恒星形成4.強(qiáng)，弱，微5.引力波6.膨脹7.星風(fēng)，紫外輻射8.多普勒9.磁流體10.時(shí)空，物理三、簡答題1.恒星形成過程中的反饋?zhàn)饔弥改贻p恒星通過其能量輸出（如星風(fēng)、紫外輻射）和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)（如超新星爆發(fā)）影響其周圍的星際介質(zhì)。這種影響可以加熱、驅(qū)散周圍的氣體和塵埃，從而阻止或減緩新的恒星形成（抑制作用）；反之，在某些情況下也可能壓縮周圍的氣體，觸發(fā)新的恒星形成（促進(jìn)作用）。反饋?zhàn)饔谜{(diào)節(jié)了局部區(qū)域的恒星形成速率和星團(tuán)/星系的規(guī)模。2.引力透鏡是廣義相對論預(yù)言的現(xiàn)象，即大質(zhì)量物體（透鏡體）的引力場使其后方光源發(fā)出的光線發(fā)生彎曲，導(dǎo)致觀測者看到光源的位置偏移、放大或產(chǎn)生多個(gè)像。其主要應(yīng)用包括：①精確測量宇宙距離，通過觀測由星系團(tuán)引力透鏡放大的遙遠(yuǎn)類星體或星系團(tuán)成員星的視亮度變化，利用引力透鏡放大效應(yīng)的幾何關(guān)系反推哈勃常數(shù)或測量暗能量；②探測暗物質(zhì)，星系或星系團(tuán)的質(zhì)量分布往往超出可見物質(zhì)的范圍，引力透鏡效應(yīng)（特別是弱透鏡）能揭示暗物質(zhì)的分布；③研究早期宇宙，宇宙微波背景輻射（CMB）在傳播過程中受到大型結(jié)構(gòu)引力透鏡的作用，分析其畸變模式可以提供關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)和演化的信息。3.廣義相對論認(rèn)為，質(zhì)量（能量）的存在會(huì)使它周圍的空間和時(shí)間發(fā)生彎曲，形成“時(shí)空曲率”。物體和光線在這種彎曲的時(shí)空中會(huì)沿著測地線（最短或最直的路徑）運(yùn)動(dòng)。例如，光線經(jīng)過大質(zhì)量天體（如太陽）附近時(shí)會(huì)沿著彎曲的時(shí)空路徑傳播，導(dǎo)致我們觀測到的天體位置相對于其真實(shí)位置發(fā)生偏移，這就是廣義相對論的引力透鏡效應(yīng)。另一個(gè)例子是水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，其額外的進(jìn)動(dòng)量可以用廣義相對論對太陽引力場導(dǎo)致時(shí)空彎曲的預(yù)言精確解釋。4.觀測宇宙學(xué)通過分析宇宙微波背景輻射（CMB）的各向異性、大尺度結(jié)構(gòu)的形成和演化（如星系團(tuán)、超星系團(tuán)）、以及遙遠(yuǎn)天體的紅移-星等關(guān)系（標(biāo)準(zhǔn)燭光）等，構(gòu)建了宇宙從大爆炸開始至今的演化圖景。在這個(gè)圖景中，恒星和星系的形成是宇宙演化的重要環(huán)節(jié)。恒星是構(gòu)成星系的基本單元，其形成和演化歷史直接影響星系的質(zhì)量、化學(xué)成分和形態(tài)。恒星形成的過程（如分子云的集結(jié)、原恒星盤的演化）及其反饋?zhàn)饔茫ㄈ绯滦潜l(fā)和星風(fēng)）會(huì)改變周圍的星際介質(zhì)，進(jìn)而影響更大尺度結(jié)構(gòu)的形成和演化速率。例如，宇宙早期物質(zhì)密度起伏在引力作用下逐漸形成結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在引力作用下不斷合并，最終形成星系團(tuán)等大型天體。研究遙遠(yuǎn)星系或星團(tuán)中的恒星類型和年齡，可以反推不同時(shí)期恒星形成的速率和效率，從而將恒星形成的物理過程與宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的演化歷史聯(lián)系起來，體現(xiàn)了從局部（星塊形成）到整體（時(shí)空結(jié)構(gòu)）的“時(shí)空串聯(lián)”。具體物理過程包括引力坍縮、核聚變、反饋?zhàn)饔靡约斑@些過程如何受到宇宙膨脹和時(shí)空幾何的影響。四、論述題（此題答案具有開放性，以下提供一個(gè)符合要求的論述框架和要點(diǎn)）宇宙學(xué)觀測為我們理解恒星形成在大尺度宇宙結(jié)構(gòu)演化中的角色提供了關(guān)鍵線索。通過觀測宇宙微波背景輻射（CMB），我們獲得了宇宙早期密度擾動(dòng)場的直接信息。這些微小的初始擾動(dòng)在引力作用下逐漸增長，形成了我們今天觀測到的大尺度結(jié)構(gòu)，如星系、星系團(tuán)和超星系團(tuán)。恒星的形成正是發(fā)生在這些引力坍縮形成的結(jié)構(gòu)中，特別是密度較高的暗物質(zhì)暈核心區(qū)域。因此，CMB的初始擾動(dòng)模式不僅預(yù)言了結(jié)構(gòu)形成的可能性，也間接規(guī)定了恒星形成發(fā)生的場所和時(shí)間。大尺度結(jié)構(gòu)的觀測，如星系團(tuán)的紅移-星等關(guān)系（標(biāo)準(zhǔn)燭光），可以用來測量宇宙的膨脹歷史和幾何。通過分析不同紅移（即不同宇宙時(shí)期）星系團(tuán)的形成和演化，我們可以研究恒星形成活動(dòng)隨宇宙時(shí)間的變化。早期宇宙（z>1）的觀測表明，那時(shí)的星系往往更小、更藍(lán)、恒星形成率更高。這表明宇宙早期恒星形成更為活躍，可能受到當(dāng)時(shí)不同的物理環(huán)境（如更高的重元素豐度、不同的星際介質(zhì)密度）或宇宙膨脹速率的影響。引力透鏡效應(yīng)作為廣義相