2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——木星磁場(chǎng)環(huán)流和電離層特征考試時(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)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.與地球主要源于地核外核對(duì)流不同，木星強(qiáng)大磁場(chǎng)的最主要來(lái)源被認(rèn)為是：A.內(nèi)部固態(tài)核心B.快速自轉(zhuǎn)的液態(tài)金屬外核C.范艾倫帶中的高能粒子D.木星濃厚的大氣層2.木星磁力線在哪個(gè)區(qū)域最為密集，并顯著向內(nèi)彎曲指向木星內(nèi)部？A.磁層頂B.赤道平面附近C.極區(qū)（木星極光區(qū)域）D.磁尾中心3.下列哪一項(xiàng)不是木星極光系統(tǒng)區(qū)別于地球極光的關(guān)鍵特征？A.極光區(qū)域更廣闊，主要集中在磁緯度約75°的緯圈上B.極光色彩通常更豐富，強(qiáng)度變化更劇烈C.極光活動(dòng)與木星自身的磁場(chǎng)波動(dòng)（如ULF波）有更緊密的聯(lián)系D.極光主要由太陽(yáng)風(fēng)粒子注入驅(qū)動(dòng)，與木星自身大氣成分關(guān)系不大4.在木星磁層中，連接木星與太陽(yáng)風(fēng)之間的邊界結(jié)構(gòu)，通常被稱為：A.范艾倫帶B.磁層頂C.舒爾茨電流環(huán)D.等離子體層5.木星電離層的主要離子成分是：A.氧離子（O?）和氮離子（N?）B.氫離子（H?）和氧離子（O?）C.氫離子（H?）和氦離子（He?）D.二氧化碳離子（CO??）和水冰離子（H?O?）6.導(dǎo)致木星電離層主要由氫離子構(gòu)成的主要原因是：A.木星大氣富含氫氣，電離后形成B.木星質(zhì)量巨大，引力捕獲了大量氫離子C.木星內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的氫離子向外擴(kuò)散D.木星大氣頂部的紫外輻射主要電離氫原子，形成氫離子7.伽利略號(hào)探測(cè)器在木星軌道運(yùn)行期間，最直接、最關(guān)鍵的證據(jù)來(lái)自于：A.對(duì)木星大紅斑的詳細(xì)成像B.對(duì)木星大氣成分的光譜分析C.在木星磁層內(nèi)部和極區(qū)進(jìn)行的磁場(chǎng)、粒子探測(cè)D.對(duì)木星衛(wèi)星系統(tǒng)的全面巡天觀測(cè)8.朱諾號(hào)探測(cè)器的主要科學(xué)目標(biāo)之一是：A.對(duì)木星衛(wèi)星進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)測(cè)繪B.直接進(jìn)入木星大氣層進(jìn)行采樣分析C.通過(guò)近心軌道飛行，精確測(cè)量木星內(nèi)部的磁場(chǎng)分布和結(jié)構(gòu)D.長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)木星與太陽(yáng)風(fēng)的相互作用過(guò)程9.當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)高速?zèng)_擊木星磁層時(shí)，可能導(dǎo)致木星磁尾發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象，其中與地球亞暴過(guò)程有類似機(jī)制，并表現(xiàn)為極區(qū)出現(xiàn)大規(guī)模極光活動(dòng)的一對(duì)現(xiàn)象被稱為：A.磁層頂重聯(lián)B.共軛成對(duì)現(xiàn)象C.舒爾茨電流閉合D.極區(qū)粒子注入10.下列哪個(gè)探測(cè)任務(wù)主要對(duì)理解木星電離層的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)做出了開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)？A.旅行者號(hào)B.伽利略號(hào)C.卡西尼號(hào)D.朱諾號(hào)二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.木星的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為地球磁場(chǎng)的______倍。2.木星極區(qū)特有的、類似地球上極光但規(guī)模更大、更復(fù)雜的發(fā)光帶狀結(jié)構(gòu)被稱為_(kāi)_____。3.控制著木星極光位置隨磁緯度變化的磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被稱為_(kāi)_____。4.木星磁層頂與太陽(yáng)風(fēng)之間的過(guò)渡區(qū)域，存在一道明顯的、與磁力線大致平行的電流帶，稱為_(kāi)_____。5.木星電離層中，由于太陽(yáng)紫外輻射和X射線的作用，形成了一個(gè)密度相對(duì)較高的等離子體區(qū)域，稱為_(kāi)_____。6.最早通過(guò)飛越木星，首次提供詳細(xì)木星磁場(chǎng)和等離子體環(huán)境數(shù)據(jù)的天文探測(cè)器是______號(hào)。7.木星極光現(xiàn)象的能量來(lái)源，除了太陽(yáng)風(fēng)粒子能量外，也顯著貢獻(xiàn)于______釋放的能量。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述木星強(qiáng)磁場(chǎng)的主要成因及其與地球磁場(chǎng)的根本區(qū)別。2.解釋木星電離層主要由氫離子構(gòu)成，而地球電離層主要成分是氧離子和氮離子的原因。3.描述木星磁層頂（Magnetopause）的基本特征及其形成原因。4.簡(jiǎn)要說(shuō)明一次典型的木星亞暴（Substorm）過(guò)程的主要階段及其與極區(qū)極光活動(dòng)的關(guān)系。四、論述題（10分）結(jié)合朱諾號(hào)探測(cè)器的主要觀測(cè)結(jié)果，論述其對(duì)理解木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)起源以及磁層動(dòng)力學(xué)過(guò)程的貢獻(xiàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.B5.C6.A7.C8.C9.B10.B二、填空題1.10至202.主極光帶(AuroralBelt)3.舒爾茨電流環(huán)(SoulterCurrent)4.舒爾茨電流環(huán)(SoulterCurrent)5.等離子體層(PlasmaLayer)6.旅行者(Voyager)7.木星自身輻射(Jovianintrinsicradiation)三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述木星強(qiáng)磁場(chǎng)的主要成因及其與地球磁場(chǎng)的根本區(qū)別。解析思路：首先指出木星強(qiáng)磁場(chǎng)源于液態(tài)金屬外核的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。這與地球磁場(chǎng)源于外核中放射性元素衰變加熱的對(duì)流不同。強(qiáng)調(diào)木星磁場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)超地球，是地球的10-20倍。答案要點(diǎn)：木星強(qiáng)磁場(chǎng)主要由液態(tài)金屬外核的對(duì)流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生（發(fā)電機(jī)效應(yīng)）。地球磁場(chǎng)主要源于外核放射性元素衰變加熱的對(duì)流。木星磁場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)超地球。2.解釋木星電離層主要由氫離子構(gòu)成，而地球電離層主要成分是氧離子和氮離子的原因。解析思路：分析木星和地球的大氣成分差異。木星大氣以氫和氦為主，電離后氫離子（H?）自然成為主要成分。地球大氣以氮和氧為主，電離后形成NO?、N??、O??等，但O?和N?相對(duì)更常見(jiàn)。聯(lián)系木星更強(qiáng)的紫外線和X射線輻射。答案要點(diǎn)：木星大氣主要成分是氫和氦，電離后氫離子（H?）是主要離子成分。地球大氣主要成分是氮和氧，電離后主要形成氧離子（O?）和氮離子（N?）。木星接收到的太陽(yáng)紫外輻射和X射線更強(qiáng)，有助于電離大氣中的氫。3.描述木星磁層頂（Magnetopause）的基本特征及其形成原因。解析思路：描述磁層頂是地球磁層與太陽(yáng)風(fēng)之間的邊界。它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的平面，在日側(cè)較平坦，在夜側(cè)呈錐形（磁層尾）。形成原因是太陽(yáng)風(fēng)動(dòng)壓與地球（木星）磁場(chǎng)洛倫茲力達(dá)到平衡?？梢灶惐攘黧w力學(xué)中的邊界層。答案要點(diǎn)：磁層頂是木星磁層與太陽(yáng)風(fēng)相互作用的邊界界面。它不是一個(gè)平面，日側(cè)較平坦，夜側(cè)呈錐形（磁層尾）。其形成是由于太陽(yáng)風(fēng)的動(dòng)壓與木星磁場(chǎng)的洛倫茲力達(dá)到壓力平衡。在邊界處，磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向發(fā)生劇烈變化。4.簡(jiǎn)要說(shuō)明一次典型的木星亞暴（Substorm）過(guò)程的主要階段及其與極區(qū)極光活動(dòng)的關(guān)系。解析思路：描述亞暴的典型五階段模型：寧?kù)o期、增長(zhǎng)期、膨脹期、恢復(fù)期、極區(qū)增亮期（或稱回填期）。強(qiáng)調(diào)膨脹期和恢復(fù)期（特別是恢復(fù)期的極區(qū)增亮期）與極區(qū)極光活動(dòng)密切相關(guān)，表現(xiàn)為極光卵的急劇擴(kuò)張、變形和增亮。答案要點(diǎn)：典型亞暴過(guò)程通常分為五個(gè)階段：寧?kù)o期、增長(zhǎng)期、膨脹期、恢復(fù)期、極區(qū)增亮期。亞暴的發(fā)生通常伴隨著磁層頂?shù)闹芈?lián)。膨脹期和恢復(fù)期的極區(qū)增亮期，與極區(qū)主極光帶（AuroralBelt）的劇烈活動(dòng)（極光卵擴(kuò)張、增亮）密切相關(guān)。四、論述題結(jié)合朱諾號(hào)探測(cè)器的主要觀測(cè)結(jié)果，論述其對(duì)理解木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)起源以及磁層動(dòng)力學(xué)過(guò)程的貢獻(xiàn)。解析思路：朱諾號(hào)的主要任務(wù)是通過(guò)近心軌道飛行，利用其攜帶的磁強(qiáng)計(jì)、重力儀等儀器進(jìn)行高精度測(cè)量。重點(diǎn)闡述這些測(cè)量結(jié)果如何幫助科學(xué)家推斷木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)（特別是核心大小和質(zhì)量）、驗(yàn)證或修正磁場(chǎng)起源模型（內(nèi)部發(fā)電機(jī)）、以及揭示新的磁層動(dòng)力學(xué)特征（如極區(qū)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、ULF波活動(dòng)等）。需要具體說(shuō)明觀測(cè)發(fā)現(xiàn)與科學(xué)推斷之間的聯(lián)系。答案要點(diǎn)：朱諾號(hào)探測(cè)器通過(guò)近心軌道飛行，對(duì)木星進(jìn)行了前所未有的高精度測(cè)量，極大地推動(dòng)了我們對(duì)木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)起源和磁層動(dòng)力學(xué)的理解。1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)起源：朱諾號(hào)搭載的重力儀精確測(cè)量了木星的引力場(chǎng)，結(jié)合磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)，使得科學(xué)家能夠更準(zhǔn)確地反演木星內(nèi)部的質(zhì)量分布。這些結(jié)果表明木星的核心可能比之前認(rèn)為的小，且質(zhì)量占比不高，這有助于約束內(nèi)部發(fā)電機(jī)模型的參數(shù)，支持液態(tài)金屬外核對(duì)磁場(chǎng)的主要貢獻(xiàn)。高精度的磁場(chǎng)測(cè)量揭示了木星磁場(chǎng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，特別是極區(qū)磁場(chǎng)拓?fù)涞募?xì)節(jié)，為理解磁場(chǎng)生成機(jī)制提供了關(guān)鍵約束。2.磁層動(dòng)力學(xué)：朱諾號(hào)在木星極區(qū)的近距離觀測(cè)，極大