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天文学新概论（一）北京理工大学选修课程天文学概论课程期末考试试卷（A卷）参考答案一、填空题（20分）1.1.天文学的三个主要分支学科是天体测量学、天体力学、天体物理学（3分）2.2.现代天文学观测到的宇宙，从星系开始共分为星系、星系群或星系团、超星系团和总星系。（4分）3.3.三种常用的天球坐标系是地平坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系。（3分）4.4.20世纪60年代天文学的四大发现为脉冲星、类星体、3K微波宇宙背景辐射和星际有机分子，都是以天体的射电观测为先导作出的。（5分）5.不同质量恒星演化的最后结局是白矮星、中子星和黑洞。质量较小的恒星演化结局可能是白矮星，质量较大的恒星演化结局可能是黑洞。（5分）二、何谓天体、宇宙？简述天文学的研究对象、研究方法和特点。（20分）答：天体即大气层以外的物体，包括日月星辰和人造天体在内。宇宙是全部时间、空间和所有天体的总称。天文学是研究天体和宇宙的科学，它研究天体的位置、分布、运动结构、物理状态、化学组成、相互关系、及演化规律。天文学是观测科学，同时也是综合科学，特点是研究对象都在遥不可及的宇宙空间，既不可能取样分析化验，也不可能亲临实地勘察研究。所以，研究的主要手段是观测——用各种仪器观察和测量从天体辐射来的电磁波或少量的高能微观粒子，现代天文学最重要的观测仪器是各种类型的天文望远镜，现代物理学理论也是最活跃的天体物理学研究中必不可少的重要理论和方法。（天体中有物质密集的形态，如恒星、行星，有物质松散的形态，如星云、星际物质，也有广延的连续形态，如辐射带、磁层、引力场等。往往具备有地面实验室难以达到的条件：极端的冷与热，缓变与爆发，稀薄与密集，极高能量，极强磁场，极大引力和极长时标的演化，提供了人类发现与验证自然法则的无法模拟的场所。现代天文学研究还促进了现代光学、信息科学、计算机科学、精密仪器与新材料、新工艺的发展，许多尖端技术都应天文学的需要而产生，又在天文学研究中首先得到应用。）三、赫罗图（H-R）是根据什麽关系绘制出来的？在现代天文学中有什麽重要意义？（20分）答：丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素各自独立地提出了恒星的光谱型与光度之间存在着相关关系，并以图形表示，称为赫罗（H-R）图。（光谱型是温度的标记，也是颜色的标记；光度也可用绝对星等来表示，其单位是太阳的真亮度。）赫罗图以光谱型（或温度）为横坐标，以光度（或绝对星等）为纵坐标，将所有已知光谱型和光度的星点在图上，每个点代表一颗星。在H-R图上，全部星点群都集中在三个不同区域里，占90%以上的绝大多数星都落在从左上角延伸到右下角的带状区域，称为主星序。在这个序列里的星称为主序星。H-R图右上角有一个点群，这些星温度偏低、颜色偏红，但光度很大，称为红巨星或红超巨星。左下角也有一个点群，温度很高，颜色偏白，光度却很小，称为白矮星。H-R图简单明了却有着深刻的含义，因此为许多研究课题所使用，是现代天文学中非常重要的图表。四、在通用的哈勃星系分类中，按星系外形分为哪几类？说明哈勃关系的内容并写出其公式，说明其中各量的含义。哈勃关系在宇宙学研究中有什麽重要意义？（20分）答：1926年哈勃最早对星系分类，形成后来通用的哈勃星系分类：即按星系外形分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系和不规则星系四类。1929年哈勃根椐24个已知距离和谱线红移的星系资料，确定了河外星系视向速度与距离的线性关系，即哈勃关系。以公式表示为：V=HD，其中V表示视向速度。单位为“公里/秒”，也称为退行速度（因绝大多数星系都在退行）；D表示距离，单位是“百万秒差距”；H为常数，即哈勃常数，其数值约在55～95之间，单位是“公里/秒·百万秒差距”。现代大量的星系观测资料表明，哈勃关系在可观测的宇宙范围内是普遍成立的。哈勃关系在宇宙学研究中的重大意义在于，他是宇宙膨胀的观测证据。从逻辑推理的角度能够证明：哈勃关系成立与宇宙在均匀膨胀可互为因果关系，即如果宇宙在均匀膨胀，可以导出哈勃关系；反过来，承认哈勃关系，即能证明宇宙是在均匀膨胀。对哈勃关系更深刻的理解应当是：不是星系在空间做退行...