2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——太陽(yáng)系外行星物質(zhì)分布考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的首字母填入括號(hào)內(nèi)。）1.根據(jù)當(dāng)前主流的行星形成理論，類地行星主要是在哪種天體環(huán)境中形成的？A.原行星盤的內(nèi)層，溫度較高區(qū)域B.原行星盤的外層，溫度較低區(qū)域C.恒星形成初期的高溫氣體云中D.行星系統(tǒng)形成后期碰撞產(chǎn)生的碎片2.下列哪種觀測(cè)方法主要依賴于檢測(cè)行星遮擋其母恒星光線而產(chǎn)生的光變信號(hào)？A.徑向速度法B.直接成像法C.凌日法D.微引力透鏡法3.“碎片吸積”理論主要解釋哪種類型行星的形成？A.類地行星B.氣態(tài)巨行星C.冰巨行星D.褐矮星4.行星系統(tǒng)的“compactconfiguration”通常指的是什么特征？A.行星軌道半長(zhǎng)軸較大，分布廣泛B.行星軌道半長(zhǎng)軸較小，緊密排列C.行星系統(tǒng)主要由氣態(tài)巨行星組成D.行星系統(tǒng)周圍環(huán)繞著大量的星際塵埃5.開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的主要貢獻(xiàn)之一是發(fā)現(xiàn)了大量位于其母恒星“宜居帶”內(nèi)的行星，這些發(fā)現(xiàn)主要得益于其采用了哪種觀測(cè)策略？A.直接成像技術(shù)B.高精度徑向速度測(cè)量C.高時(shí)間分辨率的光變觀測(cè)D.微引力透鏡現(xiàn)象探測(cè)6.恒星光譜中出現(xiàn)的“鈉雙線”吸收特征，如果其強(qiáng)度異常增強(qiáng)，可能暗示了什么？A.恒星正在快速自轉(zhuǎn)B.恒星周圍存在低質(zhì)量行星C.恒星存在活動(dòng)星斑D.恒星正在進(jìn)行超新星爆發(fā)前的演化7.與太陽(yáng)系的柯伊伯帶相比，海王星附近區(qū)域存在的“熱柯伊伯帶”物質(zhì)分布有何顯著特征？A.物質(zhì)分布非常稀疏B.存在大量大型冰體，密度較高C.物質(zhì)主要由塵埃和小冰塊組成D.物質(zhì)主要集中在一個(gè)狹窄的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中8.行星系統(tǒng)中的“行星遷移”現(xiàn)象是如何影響其物質(zhì)分布的？A.導(dǎo)致內(nèi)層行星被氣態(tài)巨行星吹散B.使行星軌道變得更加疏散C.可能將物質(zhì)從外圍盤遷移到內(nèi)側(cè)，形成或改變行星帶D.促使行星系統(tǒng)快速進(jìn)入疏散狀態(tài)，減少物質(zhì)密度9.下列哪項(xiàng)不是導(dǎo)致系外行星系統(tǒng)物質(zhì)分布多樣化的原因？A.恒星初始質(zhì)量的不同B.原行星盤初始條件的差異C.行星形成過(guò)程中隨機(jī)擾動(dòng)的大小D.太陽(yáng)系獨(dú)特的日地距離10.通過(guò)分析系外行星的光譜數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以推斷出什么信息？A.行星的軌道半徑B.行星的質(zhì)量和半徑C.行星表面的溫度和成分D.行星的大氣層壓力二、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出每個(gè)名詞的準(zhǔn)確定義或解釋。）1.原行星盤（ProtoplanetaryDisk）2.系外行星（Exoplanet）3.褐矮星（BrownDwarf）4.凌日法（TransitMethod）5.行星系統(tǒng)的“碎片吸積”理論（FragmentationAccretionTheory）三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述原行星盤中的溫度梯度如何影響固體顆粒的沉降和行星的形成。2.比較凌日法和徑向速度法在探測(cè)系外行星方面的主要優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)要說(shuō)明什么是“宜居帶”，為什么它通常與行星生命的存在相關(guān)聯(lián)？4.為什么說(shuō)太陽(yáng)系外的行星系統(tǒng)多種多樣，與太陽(yáng)系存在顯著差異？四、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和闡述下列問(wèn)題。）1.詳細(xì)論述影響系外行星系統(tǒng)物質(zhì)分布的主要因素有哪些？并舉例說(shuō)明。2.闡述科學(xué)家是如何利用各種觀測(cè)手段來(lái)推斷太陽(yáng)系外行星系統(tǒng)的物質(zhì)組成和分布的？其中面臨哪些主要的挑戰(zhàn)？3.探討太陽(yáng)系外行星系統(tǒng)的研究對(duì)于我們理解太陽(yáng)系自身的形成和演化有何重要意義。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.B4.B5.C6.B7.B8.C9.D10.C二、名詞解釋1.原行星盤：恒星形成過(guò)程中，由氣體和塵埃組成的旋轉(zhuǎn)盤狀結(jié)構(gòu)，是行星誕生的場(chǎng)所。2.系外行星：圍繞太陽(yáng)以外恒星運(yùn)行的行星。3.褐矮星：質(zhì)量介于行星和恒星之間的天體，自身不能通過(guò)核聚變產(chǎn)生足夠的光和熱。4.凌日法：通過(guò)監(jiān)測(cè)恒星亮度周期性減弱來(lái)探測(cè)行星的方法，主要依賴于行星遮擋恒星光線。5.行星系統(tǒng)的“碎片吸積”理論：認(rèn)為氣態(tài)巨行星主要是在原行星盤的外部區(qū)域，通過(guò)快速吸積周圍密集的氣體和固體碎片而形成的理論。三、簡(jiǎn)答題1.原行星盤中，距離恒星越近，溫度越高；越遠(yuǎn)，溫度越低。固體顆粒（如冰、巖石）由于密度較大，會(huì)沉降到溫度較低的內(nèi)部區(qū)域。這導(dǎo)致不同類型的固體物質(zhì)分布在不同半徑的區(qū)域，為不同類型行星的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，水冰可以存在于較冷的柯伊伯帶區(qū)域，但在溫度較高的內(nèi)太陽(yáng)系則主要以巖石形式存在。2.凌日法的優(yōu)點(diǎn)是可直接測(cè)量行星的半徑和軌道半長(zhǎng)軸，成本相對(duì)較低，可進(jìn)行大規(guī)模普查。缺點(diǎn)是只能探測(cè)到處于特定幾何位置（即凌日軌道面朝向地球）的行星，且易受恒星活動(dòng)干擾，難以直接測(cè)定行星質(zhì)量。徑向速度法的優(yōu)點(diǎn)是可以探測(cè)到任何方向的行星，并能直接測(cè)量行星的質(zhì)量和軌道半長(zhǎng)軸。缺點(diǎn)是靈敏度有限，主要探測(cè)到大質(zhì)量行星，對(duì)小型類地行星不敏感，且易受儀器噪聲和恒星自轉(zhuǎn)的影響。3.宜居帶（HabitableZone，或稱生命帶、適居帶）是指圍繞恒星運(yùn)行，理論上允許行星表面存在液態(tài)水的軌道區(qū)域。液態(tài)水被認(rèn)為是生命存在的重要條件之一。其范圍取決于恒星的luminosity（光度）。宜居帶內(nèi)的行星不一定會(huì)孕育生命，但具備了生命存在的潛在條件。4.太陽(yáng)系外的行星系統(tǒng)多種多樣，與太陽(yáng)系存在顯著差異，主要原因包括：①恒星初始條件不同，不同類型的恒星其周圍的行星系統(tǒng)形成環(huán)境和物質(zhì)來(lái)源不同；②形成和演化過(guò)程存在隨機(jī)性，如原行星盤的初始密度、不透明度、恒星反饋（如星風(fēng)）等隨機(jī)因素，以及行星形成和遷移過(guò)程中的隨機(jī)碰撞，都可能導(dǎo)致最終形成不同的行星系統(tǒng)架構(gòu)；③行星系統(tǒng)形成的時(shí)間尺度本身就是一個(gè)重要的變量。四、論述題1.影響系外行星系統(tǒng)物質(zhì)分布的主要因素包括：①恒星的初始質(zhì)量：影響原行星盤的規(guī)模、溫度和密度分布，進(jìn)而影響行星系統(tǒng)的范圍和性質(zhì)。②原行星盤的初始條件：如盤的厚度、密度、溫度分布、化學(xué)成分（金屬豐度等）直接影響物質(zhì)可供性和行星形成效率。③行星形成和遷移過(guò)程：行星之間的引力相互作用、與磁盤的相互作用（如磁盤-行星流耦合）以及磁盤本身的不穩(wěn)定性（如潮汐離散、潮汐加熱）都會(huì)顯著改變行星的軌道（半長(zhǎng)軸、偏心率、傾角）和系統(tǒng)的物質(zhì)分布，可能導(dǎo)致行星系統(tǒng)從緊密型演化到疏散型，或反之。④系統(tǒng)的演化時(shí)間：隨著時(shí)間的推移，行星系統(tǒng)會(huì)經(jīng)歷各種物理過(guò)程（如磁盤消散、行星軌道穩(wěn)定化）導(dǎo)致物質(zhì)分布發(fā)生長(zhǎng)期變化。例如，早期可能存在密集的行星系統(tǒng)，隨著時(shí)間推移，物質(zhì)被遷移或耗散，系統(tǒng)變得疏散。實(shí)例：Kepler-11系統(tǒng)顯示出緊密的行星排布，而Trappist-1系統(tǒng)則是一個(gè)由七顆小型行星組成的緊湊系統(tǒng)。2.科學(xué)家利用多種觀測(cè)手段推斷系外行星系統(tǒng)的物質(zhì)分布：①凌日法：通過(guò)分析光變曲線的形狀和深度，可以推斷行星的大小和軌道半徑。通過(guò)光譜分析恒星光變曲線中的振蕩信號(hào)（凌日脈動(dòng)），可以獲取行星的質(zhì)量。通過(guò)分析次級(jí)光變（由行星陰影掠過(guò)衛(wèi)星引起），可能探測(cè)到衛(wèi)星的存在。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)光變曲線，可以研究行星的軌道長(zhǎng)期穩(wěn)定性。②徑向速度法：通過(guò)探測(cè)恒星光譜的多普勒頻移，可以獲取行星的質(zhì)量和軌道半徑。結(jié)合凌日法（如果該行星也凌日）或直接成像（如果能看到同軌道的伴星），可以更全面地了解系統(tǒng)。③直接成像法：直接拍攝行星本身，可以測(cè)量其大小、溫度和軌道。對(duì)于塵埃盤，可以通過(guò)成像或光譜分析其形狀、結(jié)構(gòu)和組成。④微引力透鏡法：通過(guò)觀測(cè)由前景星系團(tuán)或行星引起的光源背景星的光彎曲和放大，可以探測(cè)到超大質(zhì)量行星或矮星。⑤高分辨率光譜法：通過(guò)分析恒星大氣吸收線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，可以探測(cè)行星大氣成分，間接了解其物質(zhì)構(gòu)成。挑戰(zhàn)：①觀測(cè)距離遙遠(yuǎn)，分辨率低，難以區(qū)分行星與恒星，或看清行星細(xì)節(jié)。②恒星自身活動(dòng)（如星斑、耀斑）會(huì)干擾信號(hào)。③觀測(cè)噪聲大，對(duì)于小型、低質(zhì)量行星或外層行星探測(cè)困難。④缺乏對(duì)行星系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)（如行星帶、小行星帶、彗星帶）的直接觀測(cè)手段，主要依賴模型推斷。3.太陽(yáng)系外行星系統(tǒng)的研究對(duì)于理解太陽(yáng)系自身的形成和演化具有極其重要的意義：①它們提供了實(shí)驗(yàn)室，讓我們可以觀測(cè)到在太陽(yáng)系中已經(jīng)消失或變化了的早期階段的過(guò)程。例如，通過(guò)觀測(cè)緊湊型行星系統(tǒng)，可以檢驗(yàn)和改進(jìn)關(guān)于行星快速形成和遷移的理論，這些理論可能與太陽(yáng)系內(nèi)行星的演化路徑有關(guān)。②通過(guò)比較不同行星系統(tǒng)的多樣性，可以評(píng)估太陽(yáng)系形成的普遍性和特殊性。這有助于我們理