2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——地球大氣與行星大氣對(duì)比研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是構(gòu)成類地行星（如地球、火星）大氣的主要因素？A.行星質(zhì)量B.行星半徑C.表面溫度D.星際介質(zhì)成分2.與地球大氣相比，火星大氣最顯著的特征是：A.氮?dú)夂孔罡連.氧氣含量最高C.壓力低，成分以二氧化碳為主D.擁有濃厚的水蒸氣層3.導(dǎo)致地球大氣出現(xiàn)顯著分層的主要能量來源是：A.地核放射性加熱B.太陽輻射C.大氣環(huán)流D.生命活動(dòng)4.木星大紅斑的主要成分推測(cè)為：A.水蒸氣云B.氨冰云C.甲烷云D.氫氣和氦氣5.“大氧化事件”主要指的是地球大氣中：A.氮?dú)夂考眲≡黾覤.氧氣含量顯著上升C.二氧化碳含量突然下降D.水蒸氣含量達(dá)到峰值6.以下哪種方法不適合用于探測(cè)系外行星的組成大氣？A.凌日法光譜分析B.直接成像C.熱星塵觀測(cè)D.空間望遠(yuǎn)鏡高分辨率成像7.地球平流層中臭氧層的主要作用是：A.反射太陽可見光B.吸收大部分太陽紫外線C.散射太陽紅外線D.維持大氣穩(wěn)定8.決定一個(gè)行星能否維持厚大均質(zhì)大氣的關(guān)鍵因素之一是：A.大氣成分B.行星自轉(zhuǎn)速度C.行星逃逸速度D.星球大小9.火星全球性沙塵暴的主要驅(qū)動(dòng)因素是：A.臺(tái)風(fēng)B.海陸熱力差異C.強(qiáng)烈太陽風(fēng)加熱D.大氣環(huán)流和溫度梯度10.天王星和海王星大氣的顏色差異主要源于：A.大氣主要成分不同B.表面溫度差異C.對(duì)太陽輻射的吸收光譜不同（如甲烷）D.行星磁場(chǎng)方向不同二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述地球大氣垂直分層的主要依據(jù)及其各層的主要特征（至少列舉三層）。2.比較地球和火星大氣在組成、壓力和溫度方面的主要差異，并簡(jiǎn)要分析造成這些差異的主要原因。3.解釋什么是溫室效應(yīng)，并說明其對(duì)地球和金星大氣環(huán)境產(chǎn)生的不同影響。4.簡(jiǎn)述“凌日法”探測(cè)系外行星大氣的原理及其主要優(yōu)勢(shì)和局限性。5.描述木星大氣的兩個(gè)主要特征（例如成分、結(jié)構(gòu)或現(xiàn)象），并簡(jiǎn)述其形成原因或與木星行星參數(shù)的關(guān)系。三、論述題（每題15分，共30分）1.深入比較地球與木星大氣的動(dòng)力學(xué)過程（如環(huán)流模式、風(fēng)暴系統(tǒng)等），分析兩者在驅(qū)動(dòng)機(jī)制、尺度、形態(tài)和能量轉(zhuǎn)換方面的主要異同，并探討這些差異與行星自身物理參數(shù)（質(zhì)量、半徑、自轉(zhuǎn)速度、磁場(chǎng)等）的關(guān)系。2.論述行星質(zhì)量、半徑和與中心恒星距離如何共同影響行星大氣演化的可能性。以地球和火星為例，說明這些因素如何導(dǎo)致了它們當(dāng)前大氣的巨大差異，并探討如果火星質(zhì)量更大或更靠近太陽，其大氣演化的可能情景。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.B6.B7.B8.C9.D10.C二、簡(jiǎn)答題1.依據(jù)：大氣垂直分層的主要依據(jù)是大氣溫度隨高度的分布變化。不同層次溫度變化規(guī)律不同，形成不同的溫度層。主要特征（示例）：*對(duì)流層：溫度隨高度升高而降低，大氣以對(duì)流運(yùn)動(dòng)為主，天氣現(xiàn)象發(fā)生在此層，高度約0-12km（地球）。*平流層：溫度隨高度升高而升高，存在臭氧層，能吸收紫外線，大氣以平流運(yùn)動(dòng)為主，較為穩(wěn)定，高度約12km-50km。*中間層：溫度隨高度升高而降低，存在電離層，能反射無線電波，高度約50km-85km。*(注：可根據(jù)教學(xué)要求補(bǔ)充熱層、散逸層特征)*2.主要差異：*組成：地球大氣以氮?dú)猓s78%）和氧氣（約21%）為主；火星大氣以二氧化碳（約95%）為主，氮?dú)夂脱鯕夂繕O少。*壓力：地球表面平均大氣壓約為101kPa；火星表面平均大氣壓約為0.006kPa，不到地球的1%。*溫度：地球表面溫度相對(duì)較高且分層較明顯；火星表面溫度低，平均約為-63°C，晝夜溫差大。主要原因：*逃逸速度：火星質(zhì)量遠(yuǎn)小于地球，引力較弱，逃逸速度（約5km/s）遠(yuǎn)低于地球（約11.2km/s），難以束縛住較重、較易逃逸的氣體分子（如氮、氧），只有輕分子（如CO2）能部分保留。*溫度：火星平均溫度低，不利于大氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，也減少了逃逸概率。*磁場(chǎng)：火星缺乏全球性強(qiáng)磁場(chǎng)，無法有效偏轉(zhuǎn)太陽風(fēng)粒子對(duì)大氣頂?shù)膭兾g作用。3.溫室效應(yīng)：某些大氣成分（溫室氣體，如CO2、H2O、CH4）能吸收地球表面向外輻射的長(zhǎng)波輻射（紅外線），并將其部分向下輻射回地表，從而使地表溫度升高的現(xiàn)象。對(duì)地球的影響：適度的溫室效應(yīng)使地球表面溫度提高約15°C，成為適合生命生存的溫暖環(huán)境。對(duì)金星的影響：金星大氣極其濃厚（CO2含量高達(dá)96%），溫室效應(yīng)極其強(qiáng)烈，導(dǎo)致其表面溫度高達(dá)約460°C，成為太陽系中最熱的行星。4.原理：當(dāng)一個(gè)系外行星從其母恒星前方經(jīng)過（凌日）時(shí)，會(huì)遮擋住部分恒星光芒，導(dǎo)致恒星亮度發(fā)生微小的周期性下降。通過精確測(cè)量這種光變曲線的形狀、深度和周期，可以推斷行星的大小、軌道半徑、公轉(zhuǎn)周期等。進(jìn)一步分析光變曲線的細(xì)微特征（如色散），可以通過恒星發(fā)射光譜的“透鏡效應(yīng)”，探測(cè)和分析行星大氣的成分、溫度結(jié)構(gòu)、云層特性等。主要優(yōu)勢(shì)：是目前唯一能夠直接探測(cè)系外行星大氣成分的有效方法。主要局限性：僅能對(duì)與母恒星成角度且位于宜居帶附近的類地行星進(jìn)行觀測(cè)；對(duì)大氣成分的探測(cè)分辨率有限，主要能探測(cè)到豐度相對(duì)較高的主要成分或云層；易受行星表面反射、母恒星活動(dòng)等干擾。5.特征（示例1）：濃厚且以氫、氦為主。木星質(zhì)量占太陽系行星總質(zhì)量的約80%，其巨大的質(zhì)量產(chǎn)生了強(qiáng)大的引力，能夠束縛住大量的氫氣和氦氣，其大氣成分與太陽相似，主要由氫（約75%）和氦（約24%）組成，此外還含有少量甲烷、氨、水汽、硫化氫等。特征（示例2）：存在大尺度風(fēng)暴系統(tǒng)，如大紅斑。木星大氣動(dòng)力學(xué)活躍，存在強(qiáng)大的對(duì)流和環(huán)流，形成了持續(xù)了數(shù)百年的巨大反氣旋風(fēng)暴——大紅斑，其呈現(xiàn)紅色被認(rèn)為與高層大氣中存在復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)（如復(fù)雜的有機(jī)物或氧化鐵）有關(guān)。形成原因/關(guān)系（示例1）：木星濃厚的氫氦大氣主要源于其形成早期捕獲了大量的原始星云物質(zhì)，其巨大的質(zhì)量（與太陽質(zhì)量比為1/1047）是其能夠束縛住輕質(zhì)氣體成分的根本原因。形成原因/關(guān)系（示例2）：木星快速的自轉(zhuǎn)周期（約10小時(shí)）產(chǎn)生了強(qiáng)烈的科里奧利力，促進(jìn)了大氣環(huán)流的建立和維持，是驅(qū)動(dòng)大尺度風(fēng)暴系統(tǒng)形成的重要因素。三、論述題1.比較分析：*驅(qū)動(dòng)機(jī)制：地球大氣主要受太陽輻射加熱驅(qū)動(dòng)的熱力差異和行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力共同驅(qū)動(dòng)，形成復(fù)雜的中緯度環(huán)流和經(jīng)向急流。木星則主要受其自身巨大質(zhì)量產(chǎn)生的強(qiáng)重力不穩(wěn)定性驅(qū)動(dòng)，形成超旋轉(zhuǎn)的、以赤道信風(fēng)帶和兩條平行于赤道的急流（東風(fēng)帶和西風(fēng)帶）為特征的大氣環(huán)流。*尺度與形態(tài)：地球大氣環(huán)流系統(tǒng)尺度相對(duì)較小，存在明顯的季節(jié)變化和天氣系統(tǒng)（氣旋、反氣旋）。木星大氣環(huán)流尺度巨大，以穩(wěn)定的、覆蓋全球的寬帶（信風(fēng)帶、東風(fēng)帶、西風(fēng)帶）和巨大的局部風(fēng)暴（如大紅斑）為特征，季節(jié)變化相對(duì)緩慢。*能量轉(zhuǎn)換：地球大氣能量轉(zhuǎn)換復(fù)雜，涉及潛熱釋放、輻射過程、摩擦力等多種機(jī)制。木星大氣能量轉(zhuǎn)換以大規(guī)模的緯向熱量輸送為主，通過強(qiáng)對(duì)流和急流系統(tǒng)將赤道熱量輸送到高緯度。行星參數(shù)關(guān)系：地球與木星大氣動(dòng)力學(xué)差異主要源于兩者在質(zhì)量、半徑、自轉(zhuǎn)速度和磁場(chǎng)上的巨大差異。木星的超質(zhì)量（約300倍地球質(zhì)量）和超快速自轉(zhuǎn)（約2.5倍地球自轉(zhuǎn)速度）是驅(qū)動(dòng)其獨(dú)特大氣環(huán)流（強(qiáng)信風(fēng)、大尺度急流）的主要因素。地球的磁場(chǎng)則顯著影響了其電離層和與太陽風(fēng)的作用，間接影響高層大氣動(dòng)力學(xué)。火星由于質(zhì)量小、自轉(zhuǎn)慢、無強(qiáng)磁場(chǎng)，其大氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)為稀薄、不穩(wěn)定和對(duì)流活動(dòng)相對(duì)較弱。2.影響因素分析：*行星質(zhì)量：決定了行星的引力大?。ㄌ右菟俣龋?。質(zhì)量越大，引力越強(qiáng)，逃逸速度越高，越能束縛住大氣，特別是較重分子。反之，質(zhì)量越小，越容易丟失大氣。*行星半徑：半徑影響單位質(zhì)量下的表面積，與大氣壓力和地表單位面積受到的引力（有效重力）相關(guān)。半徑越大，對(duì)于相同質(zhì)量，可能形成更濃厚的大氣，但地表有效重力可能相對(duì)減小。*與中心恒星距離：決定了行星接收到的恒星輻射能量（宜居帶內(nèi)外）。距離越近，表面溫度越高，有利于大氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，增加逃逸概率，但也可能導(dǎo)致大氣被過度蒸發(fā)或成分改變（如水蒸氣大量存在）。距離越遠(yuǎn)，表面溫度越低，分子運(yùn)動(dòng)速度越慢，越有利于大氣保持。地球與火星對(duì)比：地球位于宜居帶，質(zhì)量、半徑適中，擁有全球性磁場(chǎng)，逃逸速度高，成功捕獲并發(fā)展了豐富多樣的大氣?；鹦琴|(zhì)量、半徑與地球相近，但質(zhì)量小得多，逃逸速度低；且位于宜居帶邊緣，表面溫度低；缺乏全球性磁場(chǎng)，大氣被太陽風(fēng)持續(xù)剝蝕。這些因素共同導(dǎo)致了地球擁有濃厚大氣，而火星大氣極其