2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星大氣環(huán)境監(jiān)測與分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號內(nèi)。）1.在類地行星中，大氣層最稀薄且以二氧化碳為主的是？A)地球B)火星C)金星D)水星2.導(dǎo)致金星極端溫室效應(yīng)的主要原因是？A)大氣密度極高B)水汽含量巨大C)強(qiáng)烈的太陽輻射D)臭氧層吸收了大部分紅外線3.以下哪種光譜技術(shù)主要依據(jù)氣體對特定波長輻射的選擇性吸收來探測大氣成分？A)多普勒雷達(dá)B)熱紅外成像C)中紅外光譜干涉測量D)激光雷達(dá)高度測量4.行星大氣的尺度高度（ScaleHeight）主要取決于？A)大氣總質(zhì)量B)平均分子量C)表面溫度D)行星半徑5.“生物標(biāo)記物”（Biosignature）在行星大氣研究中通常指？A)大氣中的甲烷B)大氣中的氧氣C)由生命活動產(chǎn)生的、具有獨(dú)特化學(xué)指紋的氣體或分子D)大氣中的水蒸氣6.伽利略號探測器揭示木星大氣的主要成分是？A)氮?dú)夂脱鯕釨)氫氣和氦氣C)氮?dú)夂蜌鍤釪)二氧化碳和甲烷7.行星大氣的平流層之所以溫度隨高度升高，主要是因?yàn)?？A)對流運(yùn)動活躍B)陽光直接加熱C)臭氧吸收了大部分紫外線并轉(zhuǎn)化為熱能D)大氣輻射冷卻效應(yīng)8.與地球大氣不同，金星大氣缺乏明顯的水循環(huán)，主要原因在于？A)金星沒有液態(tài)水B)金星表面溫度過高，水無法穩(wěn)定存在C)金星缺乏全球性大氣環(huán)流D)金星大氣成分單一9.以下哪項(xiàng)技術(shù)最適合用于測量行星大氣中的風(fēng)速？A)光譜輻射計B)激光多普勒測風(fēng)C)中分辨率成像光譜儀D)熱紅外輻射計10.行星大氣模型中的“輻射參數(shù)化方案”主要用來描述？A)大氣動力學(xué)過程B)云層對輻射的影響C)大氣化學(xué)反應(yīng)速率D)大氣垂直混合過程二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.行星大氣的垂直分層主要是根據(jù)______和______隨高度變化的特征來劃分的。2.火星大氣的主要成分是______，其密度僅為地球大氣密度的約1%。3.利用望遠(yuǎn)鏡的光譜儀進(jìn)行行星大氣觀測時，常通過分析大氣吸收光譜中的______來推斷大氣成分。4.“全球變暖”現(xiàn)象主要?dú)w因于大氣中______等溫室氣體的濃度增加，導(dǎo)致地球向外太空的輻射減少。5.探測器直接進(jìn)入行星大氣層進(jìn)行采樣分析，可以獲得______的大氣數(shù)據(jù)，但覆蓋范圍有限。6.行星大氣的“日地距離效應(yīng)”指隨著行星繞日公轉(zhuǎn)，其接收的太陽輻射總量會發(fā)生周期性變化，這會影響大氣的______和______。7.氣態(tài)巨行星（如木星、土星）的大氣主要由______和______組成，并含有復(fù)雜的化合物。8.大氣環(huán)流模式，如行星風(fēng)帶和急流，是驅(qū)動大氣______和______的主要動力。三、簡答題（每題5分，共20分。）1.簡述溫室效應(yīng)的基本原理及其對地球氣候的重要性。2.比較遙感技術(shù)和直接探測技術(shù)在獲取行星大氣信息方面的主要異同。3.簡要說明大氣光譜分析中，“吸收線”的形成機(jī)制及其信息價值。4.描述影響行星大氣演化的重要因素有哪些？四、計算題（共10分。）假設(shè)某行星大氣在海拔10公里處的溫度為200K，溫度隨高度的垂直遞減率為0.01K/m。請計算該處大氣的尺度高度。已知空氣的平均摩爾質(zhì)量約為29g/mol，普適氣體常數(shù)R=8.314J/(mol·K)，標(biāo)準(zhǔn)重力加速度g≈9.8m/s2。五、論述題（共25分。）結(jié)合具體的行星案例（如地球、火星、金星或木星），論述人類如何利用不同的監(jiān)測技術(shù)（遙感或直接探測）來分析其大氣環(huán)境特征（如成分、結(jié)構(gòu)、動態(tài)過程），并探討這些觀測結(jié)果對于理解行星氣候、宜居性以及大氣演化歷史有何重要意義。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.B5.C6.B7.C8.B9.B10.B二、填空題1.溫度，壓力2.氮?dú)?，二氧化?.特征吸收線（或吸收特征）4.二氧化碳，甲烷5.高分辨率（或原位）6.溫度，成分（或結(jié)構(gòu)）7.氫氣，氦氣8.混合，輸運(yùn)三、簡答題1.簡述溫室效應(yīng)的基本原理及其對地球氣候的重要性。解析思路：溫室效應(yīng)原理是大氣中的某些氣體（溫室氣體）吸收了地球表面發(fā)出的紅外輻射（長波輻射），并向各個方向再輻射，部分輻射返回地表，從而提高地球表面的溫度。重要性在于這種效應(yīng)是維持地球宜居溫度的關(guān)鍵因素，沒有溫室效應(yīng)，地球表面平均溫度將遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)，不適合生命生存。2.比較遙感技術(shù)和直接探測技術(shù)在獲取行星大氣信息方面的主要異同。解析思路：相同點(diǎn)：都是獲取行星大氣信息的手段。不同點(diǎn)：遙感（從遠(yuǎn)處觀測，如衛(wèi)星、望遠(yuǎn)鏡）優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣、可重復(fù)觀測、相對安全，缺點(diǎn)是空間分辨率和探測深度受限、易受行星自身光學(xué)/輻射干擾；直接探測（進(jìn)入大氣層采樣或近距離測量，如著陸器、探測器）優(yōu)點(diǎn)是可獲取高分辨率、高信噪比、原位數(shù)據(jù)，可直接分析成分，缺點(diǎn)是樣本范圍小、一次性觀測、危險性高、成本巨大。3.簡要說明大氣光譜分析中，“吸收線”的形成機(jī)制及其信息價值。解析思路：形成機(jī)制：當(dāng)特定波長的輻射穿過含有某種氣體成分的行星大氣時，若該氣體的分子或原子在對應(yīng)波長處存在能量躍遷能級，則輻射會被選擇性吸收，在透過光譜中形成暗線（吸收線）。信息價值：吸收線的波長、強(qiáng)度和形狀與大氣中該成分的濃度、溫度、壓力以及氣體分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此通過分析吸收線可以反演大氣成分、濃度、溫度等物理參數(shù)。4.描述影響行星大氣演化的重要因素有哪些？解析思路：影響因素包括：行星的初始組成和質(zhì)量、軌道參數(shù)（距離太陽遠(yuǎn)近、公轉(zhuǎn)周期）、行星內(nèi)部熱流（如放射性元素衰變、核心分異）、太陽活動（輻射輸出變化）、與其他天體的碰撞作用、大氣與地表/海洋的相互作用（如水循環(huán)、火山活動釋放氣體）、大氣自身的動力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)過程等。四、計算題解：大氣尺度高度H=(RT?/(Mg))^(1/2)*ln(P?/P)≈(RT?/Mg)^(1/2)其中T?是參考溫度（取海拔10公里處的溫度200K），M是平均摩爾質(zhì)量，g是重力加速度，R是氣體常數(shù)。H=sqrt((8.314*200)/(0.029*9.8))≈sqrt((1668/0.2842))≈sqrt(5863.6)≈76.56km（注意：此計算基于理想氣體模型和恒定溫度遞減率的簡化假設(shè)，實(shí)際尺度高度會因溫度遞減率隨高度變化而不同。）五、論述題解析思路：需選擇一個或多個行星案例，結(jié)合具體監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行論述。*案例選擇：如地球（遙感監(jiān)測臭氧層、溫室氣體；直接探測城市空氣污染）、火星（遙感探測甲烷、水冰；探測器直接分析大氣成分和風(fēng)）、金星（遙感探測高溫高壓大氣、云層）、木星（伽利略探測器分析大氣成分和云動力學(xué)；遙感探測帶狀結(jié)構(gòu)和極光）。*監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用：*遙感：利用衛(wèi)星（如GOES,MODIS,ACE,TES）和望遠(yuǎn)鏡（如Hubble,JWST）的光譜學(xué)、成像、雷達(dá)、激光雷達(dá)等技術(shù)，從軌道或遠(yuǎn)處獲取大范圍、多時相的行星大氣數(shù)據(jù)。例如，通過分析地球紅外光譜中的臭氧吸收線監(jiān)測臭氧層變化；通過分析地球或火星光譜中的CO?吸收線監(jiān)測溫室氣體濃度；利用雷達(dá)或激光雷達(dá)探測大氣垂直結(jié)構(gòu)（溫度、水汽）和風(fēng)場；利用木星的成像光譜分析其大氣成分垂直分布和云頂動態(tài)。*直接探測：利用著陸器（如Viking,Pathfinder,Curiosity,Perseverance）和進(jìn)入大氣層探測器（如GalileoProbe,MESSENGER,InSight）搭載的質(zhì)譜儀、氣體分析儀、氣象儀器等，在行星表面或大氣剖面獲取高分辨率、原位數(shù)據(jù)。例如，Viking著陸器首次直接分析火星大氣成分，發(fā)現(xiàn)甲烷并測量大氣壓力和溫度；Curiosity和Perseverance通過其氣象站（RAD,REMS）實(shí)時監(jiān)測火星天氣和大氣參數(shù)；Galileo探測器進(jìn)入木星大氣，直接測量了木星大氣成分、溫度、壓力和風(fēng)，證實(shí)了其以氫氦為主并含有氨等化合物。*分析意義：*理解氣候：觀測大氣成分（CO?,CH?,H?O等）變化有助于理解行星氣候系統(tǒng)的輻射平衡和溫室效應(yīng)機(jī)制，預(yù)測氣候變化趨勢（如地球變暖，火星古氣候研究）。*評估宜居性：分析大氣成分（特別是生命相關(guān)氣體如O?,O?,CH?及其組合）、大氣壓力、溫度、液態(tài)水存在的可能性等，是評估行星宜居性的關(guān)鍵依據(jù)（如火星的甲烷之謎，金星的極端環(huán)境）。