2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——太陽系外行星的探測技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種探測太陽系外行星的方法主要依賴于觀測行星遮擋其宿主恒星所產(chǎn)生的光變現(xiàn)象？A.視向速度法B.微引力透鏡法C.凌日法D.直接成像法2.導致恒星光譜線發(fā)生周期性紅移和藍移的主要原因是？A.恒星自身的脈動B.恒星圍繞銀河系中心的運動C.系外行星圍繞其宿主恒星的公轉(zhuǎn)D.觀測者與恒星相對地球的視向運動3.下列哪項技術(shù)是當前發(fā)現(xiàn)大量系外行星（尤其是氣態(tài)巨行星）的最主要方法？A.直接成像B.凌日法C.微引力透鏡D.視向速度法4.“系外行星X的半徑是其宿主恒星半徑的1/4，質(zhì)量是其1/10。根據(jù)開普勒第三定律的推論，與地球相比，該行星繞其恒星運行的平均距離和公轉(zhuǎn)周期將如何變化？”（假設(shè)軌道接近正圓）A.平均距離更近，公轉(zhuǎn)周期更短B.平均距離更近，公轉(zhuǎn)周期更長C.平均距離更遠，公轉(zhuǎn)周期更短D.平均距離更遠，公轉(zhuǎn)周期更長5.微引力透鏡法探測系外行星的主要優(yōu)勢在于？A.能夠直接測量行星的大小和質(zhì)量B.可以探測到位于其宿主恒星周圍的“自由漂浮”行星C.對行星的公轉(zhuǎn)周期有明確的限制D.免費且觀測效率高6.導致直接成像法難以探測到類地行星（巖石行星）的主要原因是什么？A.類地行星缺乏大氣層反照率B.類地行星體積太小，發(fā)出的光太弱C.類地行星與宿主恒星距離太近，亮度對比度太大D.類地行星公轉(zhuǎn)速度太快7.TESS（TransitingExoplanetSurveySatellite）任務(wù)主要采用哪種方法探測系外行星？A.視向速度法B.微引力透鏡法C.凌日法D.直接成像法8.在分析視向速度數(shù)據(jù)時，天文學家通過測量恒星光譜線的周期性移動來推斷什么？A.行星的自轉(zhuǎn)速度B.行星的大氣成分C.行星的質(zhì)量D.行星的表面溫度9.為了克服直接成像法中宿主恒星亮度過高的困難，需要使用的關(guān)鍵技術(shù)是？A.高倍率望遠鏡B.專用濾光片C.波前校正器或遮光器（coronagraph）D.光譜分析法10.以下哪項不屬于當前系外行星探測技術(shù)面臨的普遍挑戰(zhàn)？A.行星信號極其微弱，容易被噪聲淹沒B.大多數(shù)探測方法只能測量行星質(zhì)量，難以直接測定半徑C.行星的軌道傾角未知，導致測得的行星質(zhì)量可能是真實質(zhì)量的橢圓投影D.缺乏足夠數(shù)量的系外行星樣本供研究二、填空題（每空1分，共15分）1.通過觀測行星在其宿主恒星軌道上引起的__________變化來探測系外行星的凌日法。2.利用高分辨率光譜儀測量恒星__________的周期性變化來探測系外行星的視向速度法。3.當一個恒星系統(tǒng)經(jīng)過另一個遙遠恒星前方時，其引力場會彎曲后方恒星的光線，這種現(xiàn)象稱為__________，可用于探測系外行星。4.由于類地行星與宿主恒星距離很近，兩者發(fā)出的光芒在望遠鏡中幾乎__________，使得直接觀測極其困難。5.探測到系外行星后，通過分析其__________可以推斷行星的大氣成分。6.目前已發(fā)現(xiàn)的系外行星中，大部分是由__________法發(fā)現(xiàn)的，且多為氣態(tài)巨行星。7.下一代空間望遠鏡如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）在系外行星探測方面的重要優(yōu)勢在于其強大的__________能力，特別適合研究系外行星的大氣。8.視向速度法測得的行星質(zhì)量是行星真實質(zhì)量的__________投影。9.由于系外行星探測是一個相對較新的領(lǐng)域，我們對其中的__________行星（例如位于宜居帶內(nèi)的類地行星）的認識仍然有限。10.除了上述主要方法，利用__________脈沖星的精確計時數(shù)據(jù)也可以探測到伴星的存在。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.光變曲線2.譜線多普勒位移3.自由漂浮行星4.行星系統(tǒng)宜居帶四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述凌日法探測系外行星的基本原理及其主要優(yōu)缺點。2.視向速度法和凌日法在探測到的系外行星類型（如質(zhì)量、半徑）上通常存在差異，簡述造成這種差異的主要原因。3.微引力透鏡法與其它主要探測方法相比，具有哪些獨特的優(yōu)勢？4.簡述直接成像法面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。五、論述題（10分）論述當前太陽系外行星探測技術(shù)的主要進展及其對未來尋找地外生命可能性的意義。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.A5.B6.C7.C8.C9.C10.D二、填空題1.光變2.視向速度（或徑向速度）3.引力透鏡效應(yīng)4.混淆（或重疊）5.光譜（或光譜特征）6.視向速度（或徑向速度）7.光譜（或光譜分析）8.傾角9.類地（或類地巖石）10.脈沖星三、名詞解釋1.光變曲線：指天體（通常是恒星）亮度隨時間變化的曲線圖，通過觀測這種變化可以研究天體的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及天體周圍環(huán)境（如系外行星）等信息。2.譜線多普勒位移：指光源發(fā)出的光波在觀察者看來，其頻率發(fā)生偏移的現(xiàn)象。對于旋轉(zhuǎn)或移動的物體，其光譜線會發(fā)生向紅端（遠離）或藍端（靠近）的移動，這種移動量與物體的視向速度成正比。3.自由漂浮行星：指那些不圍繞任何恒星運行，在宇宙空間中自由漂浮的行星，可能形成于恒星形成早期被拋射出去，或是在雙星系統(tǒng)中被拋出。4.行星系統(tǒng)宜居帶：指一個恒星系中，行星表面溫度可能允許液態(tài)水存在的區(qū)域（假設(shè)行星具有合適的大氣層）。液態(tài)水的存在被認為是生命存在的關(guān)鍵條件之一。四、簡答題1.原理：當行星從其宿主恒星前方經(jīng)過時，會遮擋住部分恒星光芒，導致恒星整體亮度發(fā)生周期性微小下降，記錄下這種亮度變化曲線即為光變曲線。優(yōu)點：技術(shù)相對簡單、成本較低、可以同時監(jiān)測大量恒星、能夠直接測量行星的半徑和公轉(zhuǎn)周期。缺點：只能探測到與恒星距離較近、軌道傾角較小的行星；信號較弱，易受儀器噪聲和行星系統(tǒng)自身活動（如恒星黑子）干擾；難以直接測量行星質(zhì)量。2.視向速度法主要探測到靠近恒星的氣態(tài)巨行星，因為這類行星對其宿主恒星的引力擾動更大，導致恒星光譜線的多普勒位移更顯著。而凌日法探測到行星的半徑與其亮度變化直接相關(guān)，更傾向于探測到與恒星距離適中、半徑相對較大的行星。此外，視向速度法受軌道傾角影響大，只有當行星軌道大致面向觀測者時才能探測到，而凌日法不直接受傾角影響。3.微引力透鏡法可以探測到其宿主恒星較遠處的行星（甚至自由漂浮行星），不受行星軌道傾角限制，且對行星質(zhì)量不敏感（主要探測致密天體如白矮星、中子星、黑洞的行星）。此外，它可能有助于探測到那些位于宜居帶的類地行星。4.主要挑戰(zhàn)包括：宿主恒星本身極其明亮，其光芒會嚴重淹沒行星微弱的光信號；需要極高的望遠鏡角分辨率來分辨緊鄰恒星的紅外行星；大氣散射和望遠鏡光學系統(tǒng)的像差也會干擾觀測；需要長期、高精度的穩(wěn)定觀測。五、論述題當前太陽系外行星探測技術(shù)取得了顯著進展，主要體現(xiàn)在：探測方法的多樣化，從早期的視向速度法和凌日法，發(fā)展到微引力透鏡法和直接成像法，大大擴展了探測的參數(shù)空間；探測能力的提升，如TESS、PLATO等空間望遠鏡以及大型地面望遠鏡（如VLT、ELT）的應(yīng)用，使得發(fā)現(xiàn)更多、更遠距離、更多類型（包括小型行星）的系外行星成為可能；觀測精度的提高，使得對行星大氣成分、