2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——火星表面水資源探測考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.以下哪一項不是火星表面發(fā)現(xiàn)的水活動地貌證據(jù)？A.三角洲沉積B.網(wǎng)格狀溝壑C.硫酸鹽沉積層D.火星極地冰蓋2.下列哪種光譜技術(shù)主要用于探測火星地表下是否存在水冰？A.熱紅外光譜B.中紅外光譜C.可見光光譜D.伽馬射線能譜3.“鳳凰號”著陸器通過什么現(xiàn)象確認其在火星北極著陸點存在淺層地下冰？A.觀測到液態(tài)水河流B.挖掘時發(fā)現(xiàn)冰塊升華C.光譜分析檢測到大量自由水分子D.雷達探測到深厚的冰層4.火星上的“RecurringSlopeLineae”（RSL，季節(jié)性斜坡紋線）現(xiàn)象，目前最被接受的解釋是什么？A.風蝕作用形成的地貌B.地下水涌出形成的微液態(tài)水痕跡C.硫酸鹽沉積導致的顏色變化D.火山活動產(chǎn)生的熱量導致的巖石變色5.以下哪顆火星軌道飛行器以其高分辨率相機和先進的光譜儀而聞名，對火星水分布研究貢獻巨大？A.神舟號B.好奇號C.馬文號D.海盜號6.好奇號火星車在蓋爾撞擊坑發(fā)現(xiàn)的最有力證據(jù)表明該地區(qū)曾經(jīng)存在長期液態(tài)水的條件，這一證據(jù)主要是？A.發(fā)現(xiàn)大量現(xiàn)代河床沉積物B.分析出巖石中存在復(fù)雜的碳酸鹽礦物C.采集到含有微生物化石的土壤樣本D.探測到地表下存在巨大的液態(tài)水湖泊7.旨在收集并返回火星巖石和土壤樣本，以在地球?qū)嶒炇疫M行深入研究的未來火星探測任務(wù)類型是？A.空間站任務(wù)B.無人軌道器任務(wù)C.著陸巡視器任務(wù)D.樣本返回任務(wù)8.火星水資源的探測和研究對于理解火星氣候演化和評估其潛在宜居性具有什么重要意義？A.僅能證明火星過去存在生命B.僅能幫助規(guī)劃未來火星基地建設(shè)C.可以揭示火星大氣成分的變化歷史D.僅能說明火星表面曾經(jīng)濕潤9.以下哪種探測手段最適合繪制火星全球高精度地形圖，并為尋找潛在的水相關(guān)特征（如下沉區(qū)、谷底）提供基礎(chǔ)？A.中紅外光譜儀B.熱紅外輻射計C.雷達高度計D.化學成分分析儀10.與火星大氣中水蒸氣含量密切相關(guān)，并直接影響地表水循環(huán)和分布的火星因素是？A.火星自轉(zhuǎn)軸傾角B.火星兩極的二氧化碳冰蓋C.火星全球的平均地表溫度D.火星與太陽的距離二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線處）1.火星上的現(xiàn)代水主要以________、________和水蒸氣的形式存在。2.探測火星地表下冰最常用的雷達波段是________頻段。3.火星上的季節(jié)性極地冬季云層被稱為________，其形成與水汽輸送有關(guān)。4.“毅力號”火星車搭載的鉆探工具主要用于采集________以分析其成分和過去環(huán)境。5.識別火星巖石和土壤中含水礦物的關(guān)鍵光譜特征通常出現(xiàn)在________和________光譜區(qū)域。6.伽馬射線能譜儀可以探測到MartianVolatiles,主要用于估算地表________和________的含量。7.好奇號火星車在耶澤羅撞擊坑底部發(fā)現(xiàn)的層狀沉積物被認為是古代________的沉積記錄。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請給出簡潔明了的定義）1.火星水手谷(VallesMarineris)2.硫酸鹽沉積物(SulfateDeposition)3.RSL(RecurringSlopeLineae)4.空間探測中繼站(SpacecraftRelayStation)5.水的離子對譜線(WaterIonPairLine)四、簡答題（每題5分，共20分。請簡潔回答下列問題）1.簡述至少三種不同的遙感技術(shù)如何用于探測火星表面的水相關(guān)特征。2.比較火星車“好奇號”和“毅力號”在探測火星表面水資源方面各自的主要任務(wù)目標和發(fā)現(xiàn)。3.解釋為什么探測火星地下冰對于未來的火星基地建設(shè)和資源利用具有重要意義。4.簡述液態(tài)水存在的三個必要條件（相律基本原理），并說明火星表面目前是否滿足這些條件。五、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學知識，深入分析和闡述下列問題）1.詳細討論火星表面水資源的來源、演化過程以及可能的當前分布形式。2.分析當前火星表面探測水資源的主要挑戰(zhàn)，并就未來如何改進探測技術(shù)和策略提出建議。六、計算題（共10分）假設(shè)某火星雷達探測任務(wù)使用頻率為15MHz的雷達信號探測地下冰。已知雷達信號在火星大氣中的傳播速度近似為光速c，地下冰的介電常數(shù)約為3.1，求該雷達信號在地下冰中的傳播速度大約是多少？請說明計算依據(jù)。七、案例分析題（共10分）閱讀以下簡短描述：某火星軌道器發(fā)現(xiàn)一個位于低緯度地區(qū)的古老三角洲沉積物，其沉積層理清晰，且在特定光譜波段（如中紅外）顯示出強烈的含水礦物（如粘土礦物）信號。結(jié)合你對火星水歷史的理解，分析這一發(fā)現(xiàn)可能揭示的關(guān)于該地區(qū)過去古環(huán)境（如水體規(guī)模、存在時間、化學環(huán)境等）的信息。---試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.C6.B7.D8.C9.C10.C二、填空題1.冰蓋,地下冰2.射頻(RF)/介頻(S-band)3.冬季極光(PolarHaze)4.巖芯5.中紅外,熱紅外6.水冰,甲烷7.湖泊三、名詞解釋1.火星上最大的峽谷系統(tǒng)，呈V形或U形，延伸數(shù)千公里，可能涉及水的地質(zhì)作用。2.含水礦物（如硫酸鹽）在水蒸發(fā)后沉積形成的層狀地貌，是過去水活動的證據(jù)。3.沿火星斜坡季節(jié)性出現(xiàn)的線狀暗色條紋，被認為是地下水涌出形成的微液態(tài)水痕跡。4.在深空探測任務(wù)中，用于實現(xiàn)地面與航天器之間數(shù)據(jù)通信的中繼通信系統(tǒng)。5.特指大氣中H?O?和O?構(gòu)成的離子對在特定譜線（如556.7nm）發(fā)射或吸收的信號，是探測大氣水汽的有效手段。四、簡答題1.遙感技術(shù)用于探測火星水資源包括：*光學成像：高分辨率相機（如HiRISE）直接觀測地表水相關(guān)地貌（如河道、三角洲、鹽湖）。*光譜探測：熱紅外光譜儀測量地表溫度差異，中紅外光譜儀識別含水礦物（如硫酸鹽、粘土、碳酸鹽），可見光/紫外光譜分析含水量或水汽分布。*雷達探測：雷達高度計測量地表起伏，繪制地形圖尋找低洼儲水區(qū)；探地雷達穿透地表探測淺層地下冰。*伽馬射線能譜儀：探測水冰和某些含水礦物（如粘土）釋放的伽馬射線。2.好奇號主要任務(wù)目標是調(diào)查蓋爾撞擊坑內(nèi)過去宜居環(huán)境的潛力，發(fā)現(xiàn)并分析可能支持生命存在的化學物質(zhì)和環(huán)境條件，包括檢測水活動證據(jù)（如發(fā)現(xiàn)粘土礦物、硫酸鹽，分析有機物）。毅力號主要任務(wù)目標是尋找古代微生物生命的證據(jù)，特別關(guān)注Jezero隕石坑的古代湖泊環(huán)境，采集巖石和土壤樣本，并研究當前火星環(huán)境對生命宜居性的影響。3.探測火星地下冰重要意義在于：*資源利用：水是未來火星基地生存所需的關(guān)鍵資源，可用于飲用、呼吸、農(nóng)業(yè)、生命支持系統(tǒng)以及火箭燃料（通過電解制氫和氧化劑）的生產(chǎn)。*科h?c研究：地下冰是保存火星氣候和環(huán)境歷史信息的“時間膠囊”，分析其成分有助于理解火星的濕化、干燥和氣候變遷過程。*穩(wěn)定性評估：了解地下冰的分布和儲量有助于評估著陸場和基地建設(shè)的安全性，避免冰層上覆的脆弱土壤或結(jié)構(gòu)。4.液態(tài)水存在的三個必要條件（相律基本原理：F=C-P+2，對于純水體系C=1，F(xiàn)=0時，P=1，即需三個條件）：*合適的溫度：必須高于水的冰點且低于沸點。*壓力：必須大于水的冰點壓力，且小于或等于水的沸點壓力。*物質(zhì)：必須有液態(tài)水本身的存在或能夠形成液態(tài)水的物質(zhì)（如水蒸氣在特定壓強下冷凝）。*火星表面：目前火星表面平均溫度遠低于冰點，大氣壓極低（約地球的1%），無法穩(wěn)定存在大量液態(tài)水，僅在極地或地下特定條件下可能存在。五、論述題1.火星表面水資源來源、演化與分布：*來源：火星水資源主要來源于早期形成時捕獲的原始大氣水汽；后期火山活動釋放的水蒸氣；小行星和彗星撞擊帶來的水。其中，大氣水汽在極低溫和低氣壓下凝結(jié)成冰，儲存在兩極冰蓋中。*演化：火星歷史上的氣候可能比現(xiàn)在濕潤得多，存在過廣闊的海洋甚至全球性液態(tài)水。但隨后氣候急劇變冷變干，地表水大量蒸發(fā)或凍結(jié)。殘留的水主要進入地下深處，或以冰的形式儲存在極地。地表僅剩下季節(jié)性的液態(tài)水現(xiàn)象（如RSL）或短暫的水流痕跡。*當前分布：主要形式為極地冰蓋（水冰）、地下冰（水冰，存在于中緯度至低緯度的巖石裂隙或土壤中）、含水礦物（如硫酸鹽、粘土、碳酸鹽，是過去水活動的記錄）、大氣水汽（含量極少，且主要在低緯度夏季短暫存在）、可能存在的稀薄液態(tài)鹽水（證據(jù)尚不充分）。2.當前火星表面探測水資源的主要挑戰(zhàn)與未來改進建議：*挑戰(zhàn)：*火星表面極其干燥寒冷，直接探測現(xiàn)代液態(tài)水非常困難。*地下冰分布不均，深度未知，精確定位和探測存在技術(shù)難點。*許多含水礦物在光譜信號上與非含水礦物相似或存在干擾，需要高精度光譜儀和多譜段數(shù)據(jù)融合分析。*探測器需要穿越稀薄大氣，能量消耗大，著陸和移動風險高。*火星環(huán)境惡劣（輻射、沙塵），對探測器和儀器的長期穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅。*未來改進建議：*發(fā)展更先進的地下探測技術(shù)：如更高功率、更長距離的探地雷達，利用中微子探測器等間接探測方法。*提升光譜儀性能：開發(fā)更靈敏、更寬帶、更高分辨率的光譜儀，結(jié)合人工智能進行智能識別。*優(yōu)化空間探測任務(wù)設(shè)計：采用更耐輻射、抗沙塵的設(shè)計；利用軌道器進行更精細的地理定位和背景建模；任務(wù)規(guī)劃更注重優(yōu)先選擇高潛力區(qū)域。*發(fā)展小型、低成本、多任務(wù)探測器星座：提高探測頻率和覆蓋范圍，進行多角度、多手段協(xié)同探測。*加強國際合作與樣本返回：返回火星巖石和土壤樣本，在地球?qū)嶒炇疫M行更深入、更全面的分析研究。六、計算題*計算依據(jù)：雷達信號在介質(zhì)中的傳播速度v與其介電常數(shù)εr和相對磁導率μr有關(guān)，v=c/sqrt(εrμr)。對于大多數(shù)非磁性介質(zhì)（如冰、空氣），μr≈1。因此，v≈c/sqrt(εr)。*光速c≈3x10?m/s。*冰的介電常數(shù)εr≈3.1。*計算傳播速度：v=(3x10?m/s)/sqrt(3.1)≈(3x10?m/s)/1.76≈1.70x10?m/s。*答案：該雷達信號在地下冰中的傳播速度大約是1.70x10?米/秒。七、案例分析題*分析：*古老三角洲沉積的存在表明該地區(qū)過去存在一個規(guī)?？捎^的湖泊或水體，經(jīng)歷了長時間（或多次）的沉積過程。*沉積層理清晰是水動力作用平穩(wěn)沉積的標志，反映了相對穩(wěn)定的湖泊環(huán)境。*中紅外光譜檢測到強烈的含水礦物（