2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星系統(tǒng)形成的多樣性研究考試時間：______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)的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列哪一項(xiàng)不是目前主流的行星系統(tǒng)形成理論的核心組成部分？A.星云假說B.核心吸積模型C.星子碰撞與并合D.恒星快速旋轉(zhuǎn)捕獲行星2.導(dǎo)致太陽系內(nèi)行星軌道相對圓滑且大致共面，而許多系外行星系統(tǒng)存在高度傾斜和eccentric（偏心率）大的軌道的主要原因是？A.行星形成初期星際介質(zhì)的不均勻性B.恒星形成過程中快速的自轉(zhuǎn)C.行星之間頻繁的近距離引力相互作用D.不同類型行星（類地與氣態(tài)巨行星）形成時間的顯著差異3.“同源演化”理論主要解釋以下哪種現(xiàn)象？A.氣態(tài)巨行星和冰巨行星的明顯區(qū)分B.類地行星與月球的形成來源相似性C.系外行星系統(tǒng)與太陽系在整體結(jié)構(gòu)上的相似性D.行星軌道偏心率隨距離恒星的遠(yuǎn)近而變化4.以下哪種觀測方法主要適用于探測距離我們較近、位于宜居帶內(nèi)的類地系外行星？A.微引力透鏡法B.直接成像法C.凌日法D.視向速度法5.“磁盤不穩(wěn)定性”模型主要預(yù)言了哪種類型的行星系統(tǒng)？A.包含多個緊密排列的類地行星的系統(tǒng)B.包含一個巨大中央恒星和眾多遙遠(yuǎn)行星的系統(tǒng)C.由快速自轉(zhuǎn)恒星拋射物質(zhì)形成的雙星系統(tǒng)D.軌道傾角和偏心率高度混亂的行星系統(tǒng)6.與太陽系相比，許多系外行星系統(tǒng)中的氣態(tài)巨行星（如類木行星）常常具有更短周期的軌道，這最有力地支持了哪種形成機(jī)制的修正或補(bǔ)充？A.更高的星際介質(zhì)金屬豐度B.行星形成過程中的“遷移”過程C.更高的恒星初始自轉(zhuǎn)速度D.更早的行星形成時間7.根據(jù)當(dāng)前主流模型，太陽系中類地行星（如地球、火星）主要由什么物質(zhì)構(gòu)成？A.氫和氦B.金屬和硅酸鹽巖石C.冰、巖石和金屬混合物D.主要為分子氣體和塵埃8.以下哪個發(fā)現(xiàn)對挑戰(zhàn)早期“類太陽星”普遍形成巖石巨行星的理論具有重要意義？A.在原行星盤中發(fā)現(xiàn)了大量的冰粒B.發(fā)現(xiàn)了大量具有長周期和高度傾斜軌道的系外行星C.證實(shí)了系外行星系統(tǒng)普遍比太陽系更密集D.測量到年輕恒星周圍存在密集的塵埃盤9.系外行星的“視向速度法”主要探測什么物理量？A.行星反射的光譜特征B.行星遮擋其宿主星產(chǎn)生的光變幅度C.恒星因行星引力擾動而產(chǎn)生的周期性徑向速度變化D.行星自身的絕對亮度10.行星系統(tǒng)形成過程中的“清空通道”現(xiàn)象通常與哪種天體活動有關(guān)？A.原行星盤的內(nèi)流B.恒星耀斑爆發(fā)C.行星形成過程中的大質(zhì)量天體遷移D.星際風(fēng)的作用二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.行星系統(tǒng)形成的星云假說最初由德國天文學(xué)家______提出，其核心思想是恒星起源于______的收縮。2.在行星形成過程中，固體顆粒通過相互碰撞、吸積逐漸增長形成______，它們是構(gòu)成行星的基礎(chǔ)。3.根據(jù)質(zhì)量大小，太陽系中的行星可分為______巨行星和冰巨行星兩大類。4.探測系外行星的凌日法依賴于觀測到______的周期性減弱現(xiàn)象。5.視向速度法探測到的恒星周期性徑向速度變化，反映了行星對其宿主星的______效應(yīng)。6.行星系統(tǒng)形成理論中，______模型認(rèn)為，在特定條件下，原行星盤中的物質(zhì)可以直接不通過星子階段形成行星。7.形成不同類型行星系統(tǒng)（如太陽系型、緊湊型）的關(guān)鍵因素可能包括恒星的______、初始質(zhì)量以及行星形成時的______條件。8.伽利略首次觀測到了木星的四顆大型伽利略衛(wèi)星，這一發(fā)現(xiàn)是天文學(xué)史上首次明確的______證據(jù)。9.“宜居帶”是指恒星周圍一個理論上允許______存在的區(qū)域。10.行星系統(tǒng)的______多樣性不僅體現(xiàn)在行星數(shù)量和類型上，也體現(xiàn)在軌道參數(shù)（如偏心率、傾角）的巨大差異上。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義。）1.吸積2.同源演化3.凌日法4.行星遷移5.行星系統(tǒng)多樣性四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述核心-吸積模型的基本過程和主要產(chǎn)物。2.簡要說明系外行星比太陽系行星更容易被探測到的原因。3.列舉并簡要說明至少三種不同的系外行星觀測方法及其主要探測到的物理現(xiàn)象。4.為什么說太陽系是一個相對“平靜”和“規(guī)則”的行星系統(tǒng)？請列舉至少兩點(diǎn)依據(jù)。五、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和闡述下列問題。）1.比較并討論“磁盤不穩(wěn)定性”模型與“核心吸積”模型在解釋系外行星系統(tǒng)（特別是緊湊型行星系統(tǒng)）形成方面的異同點(diǎn)，并分析各自面臨的主要挑戰(zhàn)或需要哪些額外的觀測證據(jù)來支持。2.行星的軌道要素（半長軸、偏心率、傾角）包含了行星系統(tǒng)形成和演化的大量信息。請選擇其中兩個（或更多）軌道要素，詳細(xì)闡述它們可能反映了行星系統(tǒng)形成過程中的哪些物理機(jī)制或事件，并說明觀測這些要素對于理解行星系統(tǒng)多樣性有何重要意義。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.C5.A6.B7.B8.B9.C10.C二、填空題1.沃爾夫恒星周圍氣體2.星子3.氣態(tài)4.宿主星5.引力6.磁盤不穩(wěn)定性7.自轉(zhuǎn)速度環(huán)境條件8.行星系統(tǒng)存在9.液態(tài)水10.軌道和結(jié)構(gòu)三、名詞解釋1.吸積：指微小顆粒在引力作用下逐漸聚集，質(zhì)量不斷增大的過程，是行星形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.同源演化：指形成行星系統(tǒng)的原始物質(zhì)云大致相同，但由于引力擾動等因素，最終形成的行星系統(tǒng)在組成和結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出多樣性。3.凌日法：指觀測系外行星經(jīng)過其宿主星前方時，導(dǎo)致宿主星亮度周期性減弱的現(xiàn)象，以此來探測行星的存在。4.行星遷移：指在行星形成和早期演化階段，行星對其周圍的氣體盤產(chǎn)生引力作用，導(dǎo)致自身軌道發(fā)生改變（內(nèi)移或外移）的過程。5.行星系統(tǒng)多樣性：指宇宙中存在的行星系統(tǒng)在行星數(shù)量、大小、類型、軌道參數(shù)（半長軸、偏心率、傾角）以及系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)等方面表現(xiàn)出極大的差異。四、簡答題1.核心吸積模型的基本過程是：在原行星盤中，微米到厘米尺寸的塵埃顆粒通過碰撞和靜電引力聚集形成毫米到米尺度的星子。星子之間繼續(xù)碰撞吸積，最終形成具有足夠質(zhì)量（達(dá)到逃逸速度）的類地行星核心。這些核心隨后通過引力吸積周圍的原行星盤物質(zhì)，增長到行星的最終大小和質(zhì)量。主要產(chǎn)物是類地行星（巖石行星）的核心。2.系外行星比太陽系行星更容易被探測到的主要原因有：首先，系外行星距離我們極其遙遠(yuǎn)，只有通過精確測量恒星亮度的微小變化（如凌日法）或恒星自身運(yùn)動（視向速度法）才能探測到它們的存在，而太陽系內(nèi)行星引起的恒星亮度變化或運(yùn)動對于地面觀測來說通常極其微小。其次，由于恒星本身的光度遠(yuǎn)高于行星，探測系外行星需要極高的觀測精度和靈敏度。最后，一些系外行星恰好處于其宿主星的“凌日區(qū)”或視線方向上，使得它們的信號更容易被探測到。3.系外行星的主要觀測方法及其探測到的物理現(xiàn)象包括：*凌日法：探測到行星遮擋其宿主星時產(chǎn)生的周期性、暫時性的亮度下降?？蓽y量行星半徑、軌道周期和距離。*視向速度法：探測到行星引力擾動導(dǎo)致宿主星產(chǎn)生的周期性、微小的徑向速度變化?？蓽y量行星質(zhì)量、軌道周期和距離。*直接成像法：直接拍攝行星反射或自身發(fā)出的光線。可獲取行星的圖像、光譜信息，直接測量大小和亮度，但只適用于距離我們極近、軌道距離宿主星很遠(yuǎn)的行星。*微引力透鏡法：利用遙遠(yuǎn)背景恒星被前景中高密度天體（如行星-恒星雙星系統(tǒng)）引力透鏡產(chǎn)生的臨時性光彎曲效應(yīng)來探測。主要用于探測遙遠(yuǎn)、質(zhì)量大的系外行星。4.太陽系相對“平靜”和“規(guī)則”主要體現(xiàn)在：第一，行星軌道大多較為圓滑（偏心率?。臆壍纼A角較小，大致位于同一平面上，這表明行星形成和早期演化過程中可能存在有效的角動量交換機(jī)制（如氣體流或行星間引力相互作用），將系統(tǒng)整理成規(guī)則狀態(tài)。第二，類地行星和氣態(tài)巨行星在類型和空間分布上區(qū)分明顯，類地行星位于內(nèi)側(cè)，氣態(tài)巨行星位于外側(cè)，這種結(jié)構(gòu)可能與行星形成時的物質(zhì)分布和行星遷移過程有關(guān)。第三，相比大量存在的緊湊型系外行星系統(tǒng)，太陽系中行星間距相對較遠(yuǎn)。五、論述題1.“磁盤不穩(wěn)定性”模型認(rèn)為，當(dāng)原行星盤中的氣體密度和粘性超過某個臨界值時，部分區(qū)域會發(fā)生引力不穩(wěn)定性，導(dǎo)致盤內(nèi)物質(zhì)快速塌縮形成一串成行的、質(zhì)量足夠大的天體，即“星子”，這些星子隨后可以快速增長形成行星。而“核心吸積”模型則認(rèn)為行星的形成始于塵埃顆粒的碰撞吸積形成星子，然后核心通過引力吸積周圍的氣體和固體物質(zhì)增長到行星大小。兩者的主要異同點(diǎn)及挑戰(zhàn)/證據(jù)如下：*相同點(diǎn)：都認(rèn)為行星形成于原行星盤中；都涉及星子階段；最終都導(dǎo)向行星的形成。*不同點(diǎn)：“磁盤不穩(wěn)定性”模型強(qiáng)調(diào)快速形成星子串的過程，更自然地解釋了為何一些系外行星系統(tǒng)比太陽系密集和緊湊；“核心吸積”模型則更側(cè)重于星子形成和增長的細(xì)節(jié)，以及類地行星的形成。*挑戰(zhàn)與證據(jù)：“磁盤不穩(wěn)定性”面臨挑戰(zhàn)在于如何解釋形成星子的效率和分布，以及如何從快速形成的星子過渡到具有太陽系那種結(jié)構(gòu)的行星系統(tǒng)（如氣態(tài)巨行星的位置）。它需要原行星盤具有特定的物理?xiàng)l件（如高金屬豐度、高密度）。支持證據(jù)包括：觀測到一些系外行星系統(tǒng)非常緊密，行星間距??；理論上計(jì)算表明在特定條件下磁盤確實(shí)可以不穩(wěn)定；發(fā)現(xiàn)一些年輕恒星周圍存在異常致密的塵埃盤，可能預(yù)示著不穩(wěn)定性。*“核心吸積”模型面臨挑戰(zhàn)在于如何解釋快速形成巨行星的效率，以及系外行星系統(tǒng)普遍存在的長周期和高度傾斜軌道。支持證據(jù)包括：太陽系內(nèi)行星的形成過程符合該模型預(yù)測；計(jì)算機(jī)模擬可以重現(xiàn)行星形成和遷移的過程；觀測到一些系外行星顯示出遷移的跡象（如寬軌道、異常軌道）。2.行星軌道要素是理解行星系統(tǒng)形成和演化的關(guān)鍵。*偏心率（e）：反映了行星軌道的橢圓程度。偏心率接近0表示近似圓形軌道，接近1表示高度橢圓軌道。偏心率的分布可以反映行星形成過程中的引力擾動強(qiáng)度。例如，高偏心率可能暗示了行星軌道受到其他大質(zhì)量行星的引力攝動，或者形成于密度波或磁盤潮汐力的作用下。觀測到大量高偏心率軌道的系外行星，挑戰(zhàn)了簡單的核心吸積和穩(wěn)定磁盤模型，可能需要考慮行星遷移后的軌道重塑或形成時的非圓形流。*傾角（i）：指行星軌道平面與系統(tǒng)參考平面（如恒星自轉(zhuǎn)軸或通過系統(tǒng)質(zhì)心的平面）的夾角。傾角接近0表示軌道幾乎在參考平面上，傾角大則表示軌道傾斜。傾角的分布可以揭示行星系統(tǒng)形成時的角動量分布和是否存在角動量交換過程。例如，太陽系行星的傾角普遍較小，表明早期可能存在一個角動量傳輸機(jī)制（如通過氣體盤或行星間的引力相互作用）將系統(tǒng)整理成共面狀態(tài)。而許多系外行星系統(tǒng)存在大傾角，可能意味著它們形成于角動量分布更混亂的環(huán)境中，或者經(jīng)歷了劇烈的軌道擾動（如與其他恒星遭遇或行星遷移）。*半長軸（a）：反映了行星軌道的大小，通常用來區(qū)分類地行星、氣態(tài)巨行星和冰巨行星。半長軸的分布（如行星間距模式）可以反映原始星云盤的密度結(jié)構(gòu)、行星形