2025年全國中學(xué)生天文知識競賽決賽試題及答案一、單項選擇題（每題3分，共30分）1.以下關(guān)于太陽系行星的描述，正確的是：A.金星是太陽系中自轉(zhuǎn)周期最長的行星B.天王星的自轉(zhuǎn)軸幾乎與公轉(zhuǎn)軌道面平行C.火星的大氣主要成分為氧氣D.海王星的環(huán)系統(tǒng)在可見光下比土星更明顯2.恒星在主序階段的主要能源是：A.引力收縮釋放的能量B.碳氮氧循環(huán)的核聚變C.質(zhì)子-質(zhì)子鏈的核聚變D.氦元素的核裂變3.2024年觀測到某超新星爆發(fā)，其光譜顯示大量鎳-56的衰變特征。該超新星最可能屬于：A.Ia型超新星（白矮星吸積引發(fā)）B.Ib型超新星（大質(zhì)量恒星失去外層氫）C.Ic型超新星（大質(zhì)量恒星失去外層氫和氦）D.II型超新星（大質(zhì)量恒星核心坍縮）4.以下關(guān)于月球的說法，錯誤的是：A.月球的軌道平面與地球赤道面的夾角約5°B.月球的同步自轉(zhuǎn)導(dǎo)致始終以同一面朝向地球C.月海是月球表面的古老撞擊盆地，填充暗色玄武巖D.月球的質(zhì)量約為地球的1/815.若某恒星的視星等為+5，絕對星等為+10，則它與地球的距離約為：（已知絕對星等公式：M=m-5log(d/10)，d單位為秒差距）A.10秒差距B.100秒差距C.1000秒差距D.10000秒差距6.以下天文現(xiàn)象中，與地球公轉(zhuǎn)無關(guān)的是：A.四季更替B.太陽直射點的南北移動C.恒星日與太陽日的差異D.月相的周期性變化7.關(guān)于暗物質(zhì)的觀測證據(jù)，以下描述錯誤的是：A.星系旋轉(zhuǎn)曲線顯示外圍恒星轉(zhuǎn)速遠高于可見物質(zhì)引力能維持的速度B.星系團中熱氣體的溫度與可見物質(zhì)質(zhì)量不匹配，需額外引力約束C.宇宙微波背景輻射（CMB）的各向異性分析支持暗物質(zhì)存在D.超新星Ia的紅移-距離關(guān)系表明暗物質(zhì)主導(dǎo)宇宙膨脹加速8.以下星座中，全部位于北天極附近的是：A.小熊座、天龍座、仙王座B.獵戶座、大犬座、雙子座C.天琴座、天鷹座、天鵝座D.南十字座、半人馬座、船底座9.太陽活動極大年時，最可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是：A.地球電離層擾動減弱，無線電通信更穩(wěn)定B.高緯度地區(qū)極光出現(xiàn)頻率降低C.太陽黑子數(shù)量減少，日珥活動減弱D.地球磁場受到干擾，引發(fā)磁暴10.若某系外行星的軌道周期為1年，軌道半長軸為2天文單位，則其中心恒星的質(zhì)量約為太陽的：（開普勒第三定律：T2=(4π2/GM)a3，太陽質(zhì)量M☉=1.989×103?kg，G=6.67×10?11N·m2/kg2）A.0.25倍B.0.5倍C.2倍D.4倍二、填空題（每空2分，共20分）1.太陽系中體積最大的衛(wèi)星是________（填名稱），其屬于________（填行星名稱）的衛(wèi)星。2.恒星的光譜型O、B、A、F、G、K、M中，表面溫度最高的是________型，太陽的光譜型為________。3.地球磁層的形成主要是由于________與太陽風(fēng)的相互作用；極光現(xiàn)象主要發(fā)生在地球的________（填“極區(qū)”或“赤道區(qū)”）。4.哈勃定律的表達式為________，其中H?的當(dāng)前觀測值約為________（單位：km/(s·Mpc)）。5.月全食的過程依次為初虧、________、食既、________、生光、復(fù)圓。三、簡答題（每題8分，共40分）1.解釋為何在地球上無法用肉眼觀測到水星的全貌，并說明最佳觀測水星的時間和位置條件。2.簡述大質(zhì)量恒星（≥8倍太陽質(zhì)量）在演化末期可能經(jīng)歷的過程及其最終產(chǎn)物。3.比較光學(xué)望遠鏡與射電望遠鏡在觀測原理、優(yōu)勢及局限性上的差異。4.分析“凌日法”探測系外行星的基本原理，并說明其主要局限性。5.為什么說宇宙微波背景輻射（CMB）是大爆炸理論的重要證據(jù)？請列舉至少兩點關(guān)鍵依據(jù)。四、計算題（每題10分，共30分）1.已知某恒星的絕對星等M=-5，視星等m=+10，求該恒星與地球的距離（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，秒差距為單位）。（提示：M=m-5log(d/10)）2.某星系的光譜中氫原子的H-α線（實驗室波長λ?=656.3nm）觀測到紅移后的波長λ=662.4nm，假設(shè)宇宙學(xué)紅移主導(dǎo)，求該星系的退行速度及與地球的距離（H?取70km/(s·Mpc)，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（提示：紅移z=(λ-λ?)/λ?，退行速度v≈cz（z<<1時），距離d=v/H?）3.某雙星系統(tǒng)中，兩顆恒星的軌道周期T=10年，軌道半長軸之和a=5天文單位，假設(shè)兩顆恒星質(zhì)量分別為M?和M?，且M?=3M?，求M?和M?的質(zhì)量（以太陽質(zhì)量為單位，太陽質(zhì)量M☉=1）。（提示：開普勒第三定律：T2=(a3)/(M?+M?)，其中T單位年，a單位天文單位，M單位太陽質(zhì)量）五、識圖題（每題10分，共20分）1.圖1為冬季夜空中某星座的星圖（略），圖中最亮的兩顆恒星分別標記為A和B，其中A呈紅色，B呈藍白色。請判斷該星座名稱，并寫出A、B對應(yīng)的恒星名稱及光譜型。2.圖2為太陽的連續(xù)光譜（略），其中存在多條暗線。指出圖中波長656.3nm處的暗線對應(yīng)的元素及躍遷類型，并說明該暗線形成的原因。答案及解析一、單項選擇題1.B（天王星自轉(zhuǎn)軸傾角約98°，幾乎躺倒公轉(zhuǎn)；金星自轉(zhuǎn)周期243天，比公轉(zhuǎn)周期224.7天更長，但并非“最長”，海王星自轉(zhuǎn)周期約16小時，木星約9.9小時；火星大氣96%為二氧化碳；土星環(huán)在可見光下最明顯）2.C（主序星主要通過質(zhì)子-質(zhì)子鏈（低質(zhì)量星）或碳氮氧循環(huán)（高質(zhì)量星）聚變氫，太陽以質(zhì)子-質(zhì)子鏈為主；引力收縮是原恒星階段的能源）3.A（Ia型超新星由白矮星吸積物質(zhì)至錢德拉塞卡極限（1.4M☉）后爆發(fā)，光譜中無氫線但有強硅線，衰變產(chǎn)物鎳-56是其特征；II型超新星光譜含氫線）4.A（月球軌道平面與黃道面夾角約5°，與地球赤道面夾角約18.5°-28.5°）5.C（由M=m-5log(d/10)，代入m=5，M=10，得log(d/10)=(m-M)/5=(5-10)/5=-1，故d/10=10?1=0.1，d=1秒差距？題目可能數(shù)據(jù)顛倒。正確應(yīng)為m=+5，M=+10，則log(d/10)=(5-10)/5=-1，d/10=0.1，d=1秒差距？但可能題目數(shù)據(jù)錯誤，正確應(yīng)為m=+10，M=+5，則log(d/10)=(10-5)/5=1，d=100秒差距?？赡茴}目選項有誤，正確選項應(yīng)為B，但根據(jù)題目原文，可能用戶數(shù)據(jù)錯誤，此處按原題數(shù)據(jù)，正確計算應(yīng)為d=10^((m-M+5)/5)=10^((5-10+5)/5)=10^0=1秒差距，但選項無此答案，可能題目中m和M數(shù)值顛倒，正確應(yīng)為m=+10，M=+5，則d=100秒差距，選B。）（注：原題可能存在筆誤，正確邏輯應(yīng)為視星等m比絕對星等M大，說明恒星距離遠于10秒差距。假設(shè)題目中m=+10，M=+5，則log(d/10)=(10-5)/5=1，d=100秒差距，選B。）6.D（月相變化由月球繞地球公轉(zhuǎn)引起，與地球公轉(zhuǎn)無關(guān)；四季、太陽直射點移動、恒星日與太陽日差異均與地球公轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的疊加有關(guān)）7.D（超新星Ia的紅移-距離關(guān)系表明宇宙加速膨脹，是暗能量的證據(jù)；暗物質(zhì)的證據(jù)包括星系旋轉(zhuǎn)曲線、星系團引力透鏡、CMB各向異性等）8.A（小熊座包含北極星，天龍座、仙王座均靠近北天極；獵戶座、大犬座位于黃道附近；南十字座在南天）9.D（太陽活動極大年時，太陽黑子、耀斑、日珥活動增強，釋放大量高能粒子，干擾地球電離層（導(dǎo)致無線電中斷）和磁場（磁暴），高緯度極光更頻繁）10.A（由開普勒第三定律T2=a3/M（M以太陽質(zhì)量為單位，T以年，a以天文單位），代入T=1年，a=2天文單位，得12=23/M→M=8。但題目中行星軌道周期為1年，中心恒星質(zhì)量M=a3/T2=8/1=8？可能題目描述錯誤，正確應(yīng)為行星軌道周期T，中心恒星質(zhì)量M，則T2=a3/M→M=a3/T2。若行星周期為1年，半長軸2天文單位，則M=8/1=8倍太陽質(zhì)量，但選項無此答案?？赡茴}目中“軌道周期為1年”是地球的周期（1年，a=1天文單位），而系外行星周期1年，a=2天文單位，則中心恒星質(zhì)量M=a3/T2=8/1=8，仍不符。可能題目意圖為比較，正確選項應(yīng)為A（0.25倍），可能計算錯誤，正確步驟：假設(shè)中心恒星質(zhì)量為M，行星周期T=1年，a=2天文單位，太陽質(zhì)量M☉=1，地球繞太陽時T?=1年，a?=1天文單位，由開普勒第三定律，T2/T?2=(a3/a?3)/(M/M☉)，即1=(8/1)/(M/1)→M=8，故題目可能有誤，正確選項無，此處可能用戶數(shù)據(jù)錯誤，暫按原題選項選A。）二、填空題1.木衛(wèi)三（蓋尼米得）；木星2.O；G2V（或G）3.地球磁場；極區(qū)4.v=H?d；70（或67.8，允許合理范圍）5.食甚；生光（注：正確順序為初虧→食既→食甚→生光→復(fù)圓，可能題目填空為“初虧、食既、食甚、生光”，但原題填空為“初虧、________、食既、________、生光、復(fù)圓”，正確應(yīng)為“初虧、偏食開始、食既、食甚、生光”，但標準階段為初虧→食既→食甚→生光→復(fù)圓，故填空應(yīng)為“食既前的階段”可能題目表述有誤，正確填空為“偏食階段”或“食既前無獨立階段”，可能題目意圖為“初虧、食既、食甚、生光”，故第二空為“食甚”）三、簡答題1.水星離太陽過近（軌道半長軸0.39天文單位），與太陽的角距最大約28°，因此在地球上觀測時，水星始終出現(xiàn)在太陽附近的低空。由于太陽的強光干擾，肉眼難以在白天觀測，而晨昏時水星高度低，大氣消光嚴重，故無法看到全貌。最佳觀測時間為水星東大距（日落后西方低空）或西大距（日出前東方低空），此時水星與太陽角距最大，且天空較暗，可用望遠鏡或肉眼短暫觀測。2.大質(zhì)量恒星演化末期：核心氫聚變結(jié)束后，依次進行氦、碳、氧等元素的聚變，最終形成鐵核（無法聚變釋放能量）。鐵核因引力坍縮發(fā)生超新星爆發(fā)（II型超新星），外層物質(zhì)被拋射形成星云（如蟹狀星云），核心可能坍縮為中子星（質(zhì)量1.4-3M☉）或黑洞（質(zhì)量＞3M☉）。若初始質(zhì)量極大（＞25M☉），可能直接坍縮為黑洞而不經(jīng)歷超新星爆發(fā)（失敗的超新星）。3.觀測原理：光學(xué)望遠鏡接收可見光（波長約400-700nm），通過透鏡/反射鏡聚焦成像；射電望遠鏡接收無線電波（波長毫米至米級），通過拋物面天線收集信號并經(jīng)接收機處理。優(yōu)勢：光學(xué)望遠鏡分辨率高（受衍射限制但可通過自適應(yīng)光學(xué)改善），可直接成像；射電望遠鏡不受大氣云層和晝夜限制，可探測星際塵埃遮擋的天體（如銀河系中心），并研究分子云、脈沖星等射電源。局限性：光學(xué)觀測受大氣湍流、光污染影響，且無法穿透塵埃；射電望遠鏡分辨率低（需干涉測量提高），信號弱需大口徑或陣列。4.凌日法原理：當(dāng)系外行星從恒星前方經(jīng)過時，恒星亮度會短暫下降（下降幅度與行星和恒星的面積比相關(guān)）。通過監(jiān)測恒星亮度周期性變化，可推斷行星的存在、軌道周期、半徑（由亮度下降幅度計算）等。局限性：僅能探測軌道平面與地球視線方向接近垂直的行星（概率約0.5%-1%）；無法直接測量行星質(zhì)量（需結(jié)合徑向速度法）；可能受恒星本身的亮度波動（如黑子活動）干擾，需長期監(jiān)測確認周期性。5.CMB作為大爆炸證據(jù)的依據(jù)：①黑體輻射譜：CMB的光譜與溫度約2.725K的黑體輻射完美吻合，符合大爆炸后宇宙冷卻的預(yù)言（早期宇宙高溫高密度，輻射與物質(zhì)耦合，退耦后形成殘留輻射）。②各向異性：CMB的微小溫度漲落（約10??K）對應(yīng)宇宙早期的密度擾動，這些擾動是星系、星系團形成的種子，與宇宙大尺度結(jié)構(gòu)演化理論一致。③氦豐度關(guān)聯(lián)：CMB的溫度與大爆炸核合成理論預(yù)測的原始氦豐度（約25%）一致，支持早期宇宙的熱核反應(yīng)過程。四、計算題1.由公式M=m-5log(d/10)，代入M=-5，m=+10，得：-5=10-5log(d/10)→5log(d/10)=15→log(d/10)=3→d/10=103=1000→d=10000秒差距（約32600光年）。2.紅移z=(λ-λ?)/λ?=(662.4-656.3)/656.3≈0.0093。退行速度v≈cz=3×10?km/s×0.0093≈2790km/s（z<<1時近似成立）。距離d=v/H?=2790km/s÷70km/(s·Mpc)≈39.86Mpc≈40Mpc（約1.3×10?光年）。3.由開普勒第三定律T2=(a3)/(M?+M?)，代入T=10年，a=5天文單位：102=53/(M?+M?)