2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——宇宙中暗物質(zhì)分布考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪一項不是暗物質(zhì)的主要特征？A.主要通過引力相互作用影響可見物質(zhì)B.不與電磁力相互作用或相互作用極弱C.在星系旋轉(zhuǎn)曲線中提供了額外的質(zhì)量D.可以被普通的望遠(yuǎn)鏡直接觀測到2.哪種宇宙學(xué)觀測證據(jù)被廣泛認(rèn)為是支持暗物質(zhì)存在的關(guān)鍵證據(jù)之一？A.宇宙膨脹加速的證據(jù)B.宇宙微波背景輻射的黑體譜C.星系團(tuán)內(nèi)部星系的高速運(yùn)動D.宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成和演化3.在宇宙學(xué)尺度上，暗物質(zhì)主要集中分布在？A.單個恒星內(nèi)部B.行星系統(tǒng)中C.星系和星系團(tuán)中，形成巨大的暈狀或團(tuán)狀結(jié)構(gòu)D.原始的星際云中4.以下哪種探測方法屬于暗物質(zhì)的直接探測？A.通過觀測星系旋轉(zhuǎn)曲線推斷暗物質(zhì)的存在B.在地下實驗室中使用探測器捕捉暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)相互作用的信號C.觀測由暗物質(zhì)湮滅或衰變產(chǎn)生的伽馬射線光子D.利用引力透鏡效應(yīng)測量暗物質(zhì)分布5.引力透鏡效應(yīng)主要是由于什么現(xiàn)象引起的？A.暗物質(zhì)粒子散發(fā)出強(qiáng)烈的射電信號B.光線在經(jīng)過大質(zhì)量天體（包括暗物質(zhì)）附近時，其路徑發(fā)生彎曲C.可見物質(zhì)與暗物質(zhì)發(fā)生碰撞產(chǎn)生的能量輻射D.暗物質(zhì)內(nèi)部的磁場對光線的影響6.伽馬射線望遠(yuǎn)鏡探測暗物質(zhì)的主要原理是？A.探測暗物質(zhì)粒子碰撞產(chǎn)生的反物質(zhì)湮滅輻射B.直接測量暗物質(zhì)的質(zhì)量和速度分布C.接收暗物質(zhì)發(fā)出的可見光信號D.通過觀測暗物質(zhì)冷卻放出的紅外線7.“宇宙網(wǎng)”結(jié)構(gòu)指的是宇宙中物質(zhì)（包括暗物質(zhì)和普通物質(zhì)）的哪種分布形態(tài)？A.均勻分布的稀薄氣體B.零散分布的星系和星系團(tuán)C.連接星系團(tuán)和星系群的纖維狀、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)D.集中在個別超大質(zhì)量黑洞周圍的物質(zhì)盤8.以下哪項技術(shù)或觀測設(shè)備不屬于空間探測暗物質(zhì)的主要工具？A.專門設(shè)計的空間伽馬射線望遠(yuǎn)鏡B.高精度的空間紅外望遠(yuǎn)鏡C.用于直接探測暗物質(zhì)的空間探測器（如阿爾法磁譜儀）D.覆蓋全球的地面射電望遠(yuǎn)鏡陣列9.暗物質(zhì)暈（DarkMatterHalo）通常指的是圍繞星系分布的暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其主要作用是？A.提供星系形成和演化的初始物質(zhì)B.通過引力束縛星系中的恒星和氣體，維持星系的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)C.作為星系核的中心引擎，驅(qū)動噴流和活動D.吸收星系發(fā)出的大部分電磁輻射10.對暗物質(zhì)分布進(jìn)行建模時，需要考慮的關(guān)鍵因素不包括？A.宇宙的年齡和膨脹歷史B.暗物質(zhì)自身的物理性質(zhì)（如相互作用力）C.可見物質(zhì)的初始分布D.地球大氣層對射電信號的吸收程度二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上）1.暗物質(zhì)的存在主要是由星系______曲線和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的______性推斷出來的。2.除了引力透鏡效應(yīng)，______輻射和______輻射也被用作探測暗物質(zhì)分布的間接手段。3.宇宙中，暗物質(zhì)的質(zhì)量占比遠(yuǎn)大于普通物質(zhì)，估計約占______。4.暗物質(zhì)在宇宙早期形成______結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)隨后引力坍縮形成星系和星系團(tuán)。5.直接探測暗物質(zhì)面臨的巨大挑戰(zhàn)之一是，暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)發(fā)生相互作用的截面非常______。三、簡答題（每題5分，共15分。請簡要回答下列問題）1.簡述利用星系旋轉(zhuǎn)曲線作為證據(jù)支持暗物質(zhì)存在的邏輯。2.簡要說明引力透鏡效應(yīng)的基本原理及其在探測暗物質(zhì)方面的應(yīng)用。3.直接探測和間接探測暗物質(zhì)這兩種方法的根本區(qū)別是什么？四、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，詳細(xì)闡述下列問題）1.論述空間觀測技術(shù)（如衛(wèi)星望遠(yuǎn)鏡、空間探測器）在研究宇宙中暗物質(zhì)分布方面所起的作用和面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合宇宙學(xué)模型，論述暗物質(zhì)分布對星系和星系團(tuán)形成與演化的重要影響。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.B5.B6.A7.C8.D9.B10.D二、填空題1.旋轉(zhuǎn)；成團(tuán)2.伽馬；中微子3.85%4.大尺度；引力5.小三、簡答題1.解析思路：觀察星系外圍恒星的旋轉(zhuǎn)速度。如果這些外圍恒星的旋轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)高于僅由可見物質(zhì)提供引力所能維持的速度，則表明存在額外的、看不見的質(zhì)量（暗物質(zhì)）提供必要的引力束縛。2.解析思路：根據(jù)廣義相對論，大質(zhì)量物體會彎曲其周圍時空，導(dǎo)致經(jīng)過該區(qū)域的光線路徑發(fā)生偏折，如同透鏡放大物體一樣。通過觀測由暗物質(zhì)團(tuán)簇等大質(zhì)量天體引起的背景光源圖像扭曲或位移，可以推斷暗物質(zhì)的位置和分布。3.解析思路：直接探測試圖在地面或空間直接檢測到暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)（如原子核、電子）發(fā)生碰撞或散射的信號；間接探測則利用暗物質(zhì)粒子自身湮滅或衰變時產(chǎn)生的次級粒子（如伽馬射線光子、中微子、正負(fù)電子對）進(jìn)行探測，通過分析這些信號的特征來推斷暗物質(zhì)的存在和性質(zhì)。四、論述題1.解析思路：作用：空間平臺可擺脫大氣干擾，提供全天空或大視場觀測能力，搭載高靈敏度探測器，探測各種難以從地面觀測的暗物質(zhì)信號（如高能宇宙線、伽馬射線、引力波等），實現(xiàn)對暗物質(zhì)分布的普查和精細(xì)測量，并支持多波段聯(lián)合觀測。挑戰(zhàn)：探測器指向精度和穩(wěn)定性要求高；宇宙射線等本底干擾強(qiáng)，需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和本底抑制技術(shù)；空間任務(wù)成本高昂；暗物質(zhì)信號微弱且難以區(qū)分，對探測器和數(shù)據(jù)分析能力要求極高。2.解析思路：暗物質(zhì)提供了宇宙中大部分的總質(zhì)量，其引力作用是形成宇宙大尺度結(jié)構(gòu)（如星系、星系團(tuán)、宇宙網(wǎng)）的主要驅(qū)動力。在星系形成早期，暗物質(zhì)暈首先通過引力吸引普通物質(zhì)，形成星系的核心部分。暗物質(zhì)提供的總引力勢阱決定了星系和星系團(tuán)的大小、形狀和運(yùn)動狀態(tài)（如旋轉(zhuǎn)速度）。星系和星系團(tuán)內(nèi)部的暗物