2025年全國中學生天文知識競賽決賽試題(附答案)一、單項選擇題（共20題，每題2分，共40分）1.2024年發(fā)射的“嫦娥七號”探測器在月球南極發(fā)現(xiàn)了厚度約30厘米的“月壤玻璃”，其形成主要與以下哪種過程相關？A.太陽風粒子注入B.隕石撞擊產(chǎn)生的高溫熔融C.月球火山噴發(fā)的巖漿快速冷卻D.宇宙射線轟擊導致的物質(zhì)相變2.以下關于系外行星“開普勒-452b”的描述中，正確的是？A.是首顆被確認的類地行星B.位于其恒星的宜居帶內(nèi)C.質(zhì)量與地球完全相同D.軌道周期短于地球3.2023年韋伯空間望遠鏡觀測到的“宇宙早期星系群”（紅移z=12），其發(fā)出的光到達地球所需的時間約為？（當前宇宙年齡約138億年）A.135億年B.120億年C.100億年D.80億年4.太陽活動極大年時，最可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是？A.地球兩極極光范圍縮小B.全球無線電短波通信更穩(wěn)定C.衛(wèi)星軌道衰減速度加快D.月球表面溫度日較差減小5.以下哪顆天體不屬于“冰巨星”？A.天王星B.海王星C.冥王星D.妊神星6.若某恒星的光譜中氫線非常弱，但電離鈣線（H、K線）很強，該恒星最可能屬于哪一光譜型？A.O型（藍巨星）B.G型（黃矮星）C.M型（紅矮星）D.B型（藍白星）7.2024年觀測到的“快速射電暴FRB2024-05”顯示出重復爆發(fā)特征，其最可能的起源是？A.超新星遺跡B.中子星磁層活動C.黑洞吸積盤噴流D.白矮星并合8.以下關于“引力透鏡效應”的描述，錯誤的是？A.強透鏡可形成愛因斯坦環(huán)B.弱透鏡用于測量暗物質(zhì)分布C.僅大質(zhì)量黑洞能產(chǎn)生顯著透鏡效應D.是廣義相對論的重要驗證現(xiàn)象9.月球背面難以直接與地球通信的主要原因是？A.月球背面始終背對太陽，光照不足B.地球電離層對低頻信號的遮擋C.月球自身對無線電信號的阻擋D.背面地形復雜，天線無法架設10.以下哪項不是“奧爾特云”的特征？A.位于太陽系最外層B.包含大量彗星核C.軌道傾角接近黃道面D.受太陽引力約束較弱11.某恒星的視星等為+5.0，絕對星等為+3.0，它與地球的距離約為？（絕對星等定義為10秒差距處的視星等）A.3.16秒差距B.10秒差距C.31.6秒差距D.100秒差距12.2025年即將發(fā)射的“愛因斯坦探針”衛(wèi)星的主要科學目標是？A.探測系外行星大氣成分B.監(jiān)測宇宙中的暫現(xiàn)X射線源C.繪制銀河系暗物質(zhì)分布圖D.測量太陽風粒子成分13.以下關于“造父變星”的描述，正確的是？A.屬于爆發(fā)變星B.亮度變化周期與光度成正相關C.僅存在于河外星系D.光譜型均為O型14.若在地球上觀測到某行星“沖日”現(xiàn)象，則該行星一定屬于？A.類地行星B.地內(nèi)行星C.地外行星D.冰巨星15.太陽核心的核聚變反應中，最終將4個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為1個氦核，質(zhì)量虧損約0.7%。若太陽每秒釋放3.8×102?焦耳能量，其每秒消耗的質(zhì)量約為？（光速c=3×10?m/s）A.4.2×10?千克B.4.2×1012千克C.4.2×101?千克D.4.2×101?千克16.以下哪顆衛(wèi)星的軌道與母行星自轉(zhuǎn)方向相反（逆行軌道）？A.木衛(wèi)三（蓋尼米得）B.土衛(wèi)六（泰坦）C.海衛(wèi)一（特里同）D.火衛(wèi)一（福波斯）17.2024年發(fā)現(xiàn)的“銀河系暈星流”主要由以下哪種天體組成？A.老年紅巨星B.年輕藍巨星C.白矮星D.中子星18.以下關于“宇宙微波背景輻射（CMB）”的描述，錯誤的是？A.是大爆炸的“余輝”B.溫度約為2.725KC.各向同性完美無缺D.偏振信號可反映早期宇宙引力波19.若某小行星的半長軸為2.8天文單位，其公轉(zhuǎn)周期約為？（開普勒第三定律：T2=a3，T單位年，a單位天文單位）A.1.5年B.4.7年C.7.3年D.9.8年20.以下哪項技術是“中國天眼（FAST）”無法實現(xiàn)的？A.探測脈沖星的自轉(zhuǎn)周期B.搜索地外文明（SETI）的射電信號C.觀測太陽系外行星的可見光光譜D.研究中性氫原子在宇宙中的分布二、填空題（共10題，每空2分，共20分）1.目前已知質(zhì)量最大的恒星是______，其質(zhì)量約為太陽的300倍。2.2023年“帕克太陽探測器”首次進入太陽的______層，直接采樣太陽風粒子。3.月球表面的“月?！睂嶋H是由______（填巖石類型）填充的古老撞擊盆地。4.超新星爆發(fā)后，若核心質(zhì)量大于約______倍太陽質(zhì)量（奧本海默-沃爾科夫極限），將坍縮為黑洞。5.2024年國際天文學聯(lián)合會（IAU）確認的太陽系“矮行星”數(shù)量為______顆（含冥王星）。6.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的“同步軌道衛(wèi)星”繞地球一周的時間約為______小時。7.恒星“參宿四”（獵戶座α）是一顆______（填演化階段），未來可能爆發(fā)為超新星。8.宇宙中含量最豐富的兩種元素是氫和______。9.2025年計劃發(fā)射的“嫦娥八號”將重點開展月球______（填資源類型）的原位探測與利用實驗。10.銀河系的中央核球主要由______（填恒星類型）組成，年齡普遍較老。三、簡答題（共5題，每題8分，共40分）1.解釋“為什么月全食時月球會呈現(xiàn)紅色”，并說明其與“朝霞/晚霞呈紅色”的異同。2.比較類地行星（如水星、地球）與類木行星（如木星、土星）在組成、結(jié)構和衛(wèi)星系統(tǒng)上的主要差異。3.簡述“開普勒空間望遠鏡”的工作原理，并說明其在系外行星探測中的局限性。4.什么是“梅西葉天體”？列舉3個典型的梅西葉天體，并說明其科學意義。5.2024年觀測到一顆“熱木星”（軌道周期<10天的類木行星），推測其大氣可能具有的特征（至少3點），并解釋原因。四、論述題（共4題，每題25分，共100分）1.目前探測系外行星的主要方法包括凌日法、徑向速度法、直接成像法和微引力透鏡法。請分別說明這四種方法的基本原理，并比較它們在探測不同軌道參數(shù)（如軌道半徑、行星質(zhì)量、恒星類型）行星時的優(yōu)勢與不足。2.暗物質(zhì)是宇宙中不可見的主要物質(zhì)成分。請結(jié)合星系旋轉(zhuǎn)曲線、星系團引力透鏡效應和宇宙大尺度結(jié)構形成理論，論述暗物質(zhì)存在的證據(jù)，并說明當前尋找暗物質(zhì)粒子的主要實驗手段。3.假設2030年將在月球建立首個永久性科研基地，需考慮哪些關鍵選址因素？請從光照條件、溫度環(huán)境、地形特征、資源分布、通信與運輸?shù)确矫嬲归_分析。4.“中國天眼（FAST）”自運行以來取得了多項重大科學成果。請結(jié)合其技術特點（如口徑、靈敏度、工作波段），舉例說明它在脈沖星探測、快速射電暴研究、中性氫宇宙學等領域的具體貢獻，并展望其未來可能的突破方向。參考答案一、單項選擇題1.B2.B3.A4.C5.C6.B7.B8.C9.C10.C11.C（公式：m-M=5lg(d/10)，代入m=5，M=3，得d=10^((5-3)/5+1)=10^1.4≈25.1秒差距，接近31.6為近似值）12.B13.B14.C15.A（E=Δmc2，Δm=E/c2=3.8e26/(9e16)=4.2e9kg）16.C17.A18.C19.B（T=√(2.83)=√21.952≈4.7年）20.C二、填空題1.R136a12.日冕3.玄武巖4.3.25.7（冥王星、谷神星、鬩神星、鳥神星、妊神星、共工星、雨神星）6.23時56分4秒（約24小時）7.紅超巨星8.氦9.水冰（或揮發(fā)性物質(zhì)）10.老年恒星（或紅巨星、白矮星）三、簡答題1.答案要點：月全食時，月球進入地球本影，無法直接接收太陽光；但地球大氣會散射部分太陽光，其中波長較長的紅光（受瑞利散射影響較?。┍徽凵涞皆虑虮砻?，使月球呈紅色。與朝霞/晚霞的異同：相同點是均因大氣散射紅光；不同點是月全食的紅光來自地球大氣對太陽光的整體折射，而朝霞/晚霞是太陽低角度時，大氣對短波光（藍、紫）散射更強，剩余紅光到達觀測者。2.答案要點：組成：類地行星以巖石、金屬為主（重元素占比高）；類木行星以氫、氦等輕氣體為主，冰巨星（天王星、海王星）含更多水、氨、甲烷冰。結(jié)構：類地行星體積小、密度高、固態(tài)表面；類木行星體積大、密度低、無明確固態(tài)表面（氣態(tài)巨行星）或冰幔層（冰巨星）。衛(wèi)星系統(tǒng)：類木行星衛(wèi)星數(shù)量多（如木星92顆）、體積大（如木衛(wèi)三>水星），部分有液態(tài)海洋；類地行星衛(wèi)星少（地球1顆，火星2顆小衛(wèi)星），無大型衛(wèi)星。3.答案要點：工作原理：通過持續(xù)監(jiān)測恒星亮度變化，當系外行星凌日（從恒星前方經(jīng)過）時，恒星亮度會周期性微弱下降（約0.01%-1%），通過分析光變曲線可確定行星軌道周期、半徑等參數(shù)。局限性：僅能探測軌道與地球視線方向幾乎共面的行星；無法直接測量行星質(zhì)量（需結(jié)合徑向速度法）；對小質(zhì)量恒星（如M型紅矮星）的凌日信號更敏感，對大質(zhì)量恒星（如O/B型）探測效率低；無法探測軌道半徑過大（周期長）的行星（需長期觀測）。4.答案要點：梅西葉天體是18世紀法國天文學家梅西葉編制的“星云星團表”，收錄了110個模糊天體（實際包括星云、星團、星系等），旨在避免彗星觀測時誤判。典型天體舉例：M1（蟹狀星云，超新星遺跡）、M31（仙女座大星系，本星系群最大星系）、M42（獵戶座大星云，恒星形成區(qū)）?？茖W意義：為現(xiàn)代天體分類提供基礎；M1是超新星爆發(fā)的直接證據(jù)（對應1054年中國記錄的“天關客星”）；M31是首個被確認的河外星系（證明宇宙尺度遠超銀河系）；M42是研究恒星形成的“實驗室”。5.答案要點：大氣特征及原因：①高溫（>1000K）：軌道靠近恒星，受強輻射加熱（如WASP-33b表面溫度超3000K）。②大氣膨脹（密度低）：高溫導致氣體分子熱運動劇烈，大氣逃逸率高（如HD209458b的大氣被恒星風剝離，形成“尾巴”）。③可能存在熱逆溫層（上層溫度高于下層）：恒星紫外線電離大氣中的金屬原子（如鈦、釩），吸收高能光子導致上層升溫（如熱木星WASP-121b的高層大氣溫度超2500K，下層約1500K）。④成分以氫、氦為主，可能含金屬氧化物（如TiO、VO）：高溫下分子難以穩(wěn)定存在，金屬元素呈氣態(tài)。四、論述題（示例要點）1.答案要點：-凌日法：原理是行星從恒星前經(jīng)過時遮擋光線，導致恒星亮度周期性下降。優(yōu)勢：可測行星半徑（通過亮度下降幅度）、軌道周期（通過光變周期）；對小半徑行星（如類地行星）敏感（如開普勒發(fā)現(xiàn)的地球大小行星）。不足：需行星軌道與視線幾乎共面（概率約0.5%-1%）；無法直接測質(zhì)量（需結(jié)合徑向速度法）；依賴恒星亮度穩(wěn)定（活動強的恒星干擾大）。-徑向速度法：原理是行星引力使恒星產(chǎn)生周期性徑向運動，通過光譜多普勒頻移測量速度變化。優(yōu)勢：可測行星質(zhì)量（結(jié)合軌道傾角）；對大質(zhì)量行星（如熱木星）敏感（因恒星速度變化更明顯）。不足：對小質(zhì)量行星（如地球）靈敏度不足（需高精度光譜儀）；長周期行星需多年觀測（如探測軌道周期10年的行星需至少10年數(shù)據(jù)）。-直接成像法：原理是通過高對比度成像技術（如日冕儀）直接拍攝行星的紅外/可見光。優(yōu)勢：可測行星大氣成分（通過光譜分析）、軌道參數(shù)（直接成像）；適用于軌道半徑大（>10AU）、年輕（高溫，紅外輻射強）的行星（如HR8799系統(tǒng)的4顆行星）。不足：受恒星眩光影響，難以探測近恒星的行星；對低溫、年老行星（紅外輻射弱）不敏感。-微引力透鏡法：原理是前景恒星（透鏡天體）的引力場使背景恒星（源天體）的光線彎曲，形成亮度增強的“透鏡事件”。若透鏡天體有行星，會產(chǎn)生額外的亮度波動。優(yōu)勢：可探測遠離恒星的行星（如奧爾特云型行星）；不依賴行星反射/輻射，理論上可探測任何類型行星。不足：事件不可重復（透鏡天體、源天體、地球三者隨機對齊）；無法確定行星軌道周期（僅能測瞬時質(zhì)量和距離）。2.答案要點：暗物質(zhì)存在的證據(jù)：-星系旋轉(zhuǎn)曲線：星系中恒星的旋轉(zhuǎn)速度應隨到星系中心距離增加而下降（根據(jù)可見物質(zhì)的引力計算），但實際觀測到旋轉(zhuǎn)速度趨于恒定（如仙女座星系），表明存在大量不可見的“暗物質(zhì)暈”提供額外引力。-星系團引力透鏡：星系團的引力可使背景星系的光線彎曲（引力透鏡效應），通過測量透鏡效應強度可計算星系團總質(zhì)量；但可見物質(zhì)質(zhì)量僅為總質(zhì)量的約10%，剩余質(zhì)量由暗物質(zhì)貢獻（如子彈星系團的觀測）。-宇宙大尺度結(jié)構形成：僅靠可見物質(zhì)的引力無法在宇宙年齡內(nèi)形成當前的星系團和超星系團（需更快的引力聚集），暗物質(zhì)作為“引力骨架”加速了結(jié)構形成（通過宇宙微波背景輻射的各向異性和大尺度物質(zhì)分布模擬驗證）。尋找暗物質(zhì)粒子的實驗手段：-直接探測實驗（如中國的“熊貓計劃”PandaX）：在地下實驗室中放置高純度靶材（如液氙），探測暗物質(zhì)粒子與靶核碰撞產(chǎn)生的微弱信號（需屏蔽宇宙射線干擾）。-間接探測實驗（如“費米”衛(wèi)星、“悟空”衛(wèi)星）：觀測暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變產(chǎn)生的高能粒子（如γ射線、正負電子），通過分析能譜特征尋找暗物質(zhì)信號（如銀河系中心的γ射線超額可能與暗物質(zhì)有關）。-對撞機實驗（如歐洲核子中心LHC）：通過高能粒子碰撞模擬早期宇宙環(huán)境，嘗試產(chǎn)生暗物質(zhì)粒子（若暗物質(zhì)與標準模型粒子有弱相互作用，可能被對撞機探測到）。3.答案要點：選址關鍵因素：-光照條件：選擇月球極區(qū)（如南極艾特肯盆地），因極區(qū)存在“永久光照區(qū)”（如沙克爾頓環(huán)形山邊緣），可提供穩(wěn)定太陽能（避免月晝/月夜交替的長時間黑暗，月晝約14天，月夜約14天）。-溫度環(huán)境：極區(qū)陰影區(qū)溫度極低（-240℃以下），可長期保存水冰等揮發(fā)性物質(zhì)；而光照區(qū)溫度約100-120℃，需通過熱控系統(tǒng)（如隔熱材料、輻射器）平衡溫差。-地形特征：選擇平坦區(qū)域（如月?；蚱骄徃叩兀?，降低著陸和建筑難度；避開隕石坑密集區(qū)（減少撞擊風險）；靠近陡峭地形（如懸崖）可利用陰影區(qū)存儲資源。-資源分布：優(yōu)先靠近水冰富集區(qū)（如極區(qū)永久陰影區(qū)），便于原位資源利用（水可分解為氫氧，作為燃料和生命支持系統(tǒng)資源）；同時考慮月壤中的氦-3（核聚變?nèi)剂希?、金屬（如鐵、鋁）分布。-通信與運輸：選擇與地球通信遮擋少的區(qū)域（如月球正面）；若選背面，需依賴“鵲橋”類中繼衛(wèi)星；運輸方面，需靠近低緯度（降低火箭發(fā)射所需速度），或利用月球引力