2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——星際塵埃在行星形成中的作用考試時(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)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.以下哪種過程不是星際塵埃的主要來源？(A)恒星風(fēng)物質(zhì)捕獲(B)超新星爆發(fā)噴射物質(zhì)(C)行星形成盤中殘留氣體凝結(jié)(D)恒星內(nèi)部核合成產(chǎn)物直接拋灑2.在星際云中，哪種成分在低溫區(qū)域（如冷暗云）更容易形成星際塵埃的核心？(A)硅酸鹽(B)金屬氧化物(C)碳?xì)浠衔?D)冰（水冰、氨冰、甲烷冰等）3.導(dǎo)致星際塵埃顆粒在行星盤中向內(nèi)遷移的主要力是？(A)恒星引力(B)輻射壓(C)星盤磁場力(D)范德華力4.當(dāng)星際塵埃顆粒大小達(dá)到微米級(jí)后，其在行星盤中增長的主要機(jī)制是？(A)通過引力直接捕獲氣體(B)通過與其他顆粒的范德華力碰撞吸積(C)通過輻射壓克服引力逃逸(D)主要通過湍流輸運(yùn)向內(nèi)遷移5.“雪線”現(xiàn)象在行星形成過程中意味著什么？(A)塵埃顆粒開始快速碰撞增長(B)水冰可以穩(wěn)定存在于星際云中(C)塵埃顆粒因冰揮發(fā)而損失質(zhì)量(D)行星開始形成自己的磁場6.從微米級(jí)塵埃顆粒到公里級(jí)星子，哪種增長階段被認(rèn)為發(fā)生了“爆發(fā)性”增長？(A)碰撞聚集階段(B)吸積階段(C)Runawaygrowth階段(D)Oligarchicgrowth階段7.與地球相比，火星表面缺乏類似維蘇威火山噴發(fā)的玄武巖成分，這可能與火星早期形成的哪種過程有關(guān)？(A)僅受到彗星撞擊帶來的物質(zhì)補(bǔ)充(B)星子階段以快速吸積為主，缺乏后期分異(C)行星形成盤內(nèi)缺乏足夠的有機(jī)物質(zhì)(D)火星早期引力較弱，未能捕獲足夠物質(zhì)8.在行星形成過程中，被天文學(xué)家稱為“種子”的物質(zhì)通常指？(A)形成中的行星(B)最終形成小行星的母體(C)微米到毫米級(jí)的塵埃顆粒(D)來自其他恒星的星際塵埃9.以下哪種類型的隕石被認(rèn)為是太陽系早期星子碰撞碎裂后的直接產(chǎn)物？(A)硅酸鹽隕石（普通球粒隕石）(B)碳質(zhì)球粒隕石(C)恒星塵埃顆粒（C型隕石）(D)鐵隕石10.研究星際塵埃的成分和年齡，對(duì)于理解行星系統(tǒng)形成歷史的重要性在于？(A)僅能確定行星誕生的精確時(shí)間(B)可以推斷早期行星盤中物質(zhì)分布和環(huán)境條件(C)只能幫助識(shí)別可能存在生命的區(qū)域(D)主要用于預(yù)測未來行星的軌道變化二、填空題（每空1分，共10分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上。）1.星際塵埃顆粒表面吸附的冰mantle在其向內(nèi)遷移和增長過程中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗梢燥@著改變塵埃顆粒的________和________。2.星際塵埃的________和________是其物理性質(zhì)中非常重要的兩個(gè)參數(shù)，影響其在行星盤中的運(yùn)動(dòng)和與其他顆粒的相互作用。3.當(dāng)塵埃顆粒大小達(dá)到厘米級(jí)后，除了碰撞增長外，________效應(yīng)開始變得重要，使得引力能夠主導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)行為。4.通過分析不同類型隕石的________和________，科學(xué)家可以獲得關(guān)于太陽系早期形成環(huán)境的寶貴信息。5.在行星形成的早期階段，除了塵埃顆粒的碰撞聚集外，通過________機(jī)制捕獲星際氣體，是形成更大天體的重要途徑。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)用簡潔的語言解釋下列名詞的含義。）1.星際塵埃（InterstellarDust）2.碰撞聚集（Coagulation）3.吸積（Accretion）4.星子（Planetesimal）5.RunawayGrowth四、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡要回答下列問題。）1.簡述影響星際塵埃顆粒在行星盤中運(yùn)動(dòng)的主要物理力。2.解釋什么是“雪線”，及其對(duì)星際塵埃成分和行星形成的影響。3.簡述從微米級(jí)塵埃顆粒增長到公里級(jí)星子的主要階段和機(jī)制。4.為什么說星際塵埃的研究對(duì)于理解地球和太陽系的起源至關(guān)重要？五、論述題（共25分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，圍繞以下問題展開論述。）論述星際塵埃的化學(xué)演化過程及其在行星形成早期階段的重要性。請(qǐng)包括以下方面：1.描述星際塵埃顆粒表面如何捕獲和富集揮發(fā)物（如水冰、氨冰、甲烷冰）。2.分析這些冰mantle對(duì)塵埃顆粒的光學(xué)性質(zhì)、熱物理性質(zhì)以及與其他顆粒相互作用的影響。3.探討塵埃顆粒的化學(xué)成分（如富碳vs富硅酸鹽）如何影響其在行星形成過程中的行為和最終形成行星的類型。4.結(jié)合具體例子（如不同類型的隕石或觀測到的行星盤特征），說明研究星際塵埃的化學(xué)演化對(duì)于揭示行星形成歷史的意義。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.B5.B6.C7.B8.C9.C10.B二、填空題1.光學(xué)性質(zhì),熱物理性質(zhì)2.大小,形狀3.引力4.同位素組成,微量元素含量5.引力三、名詞解釋1.星際塵埃：指存在于星際空間中的微小固體顆粒，主要由硅酸鹽、碳質(zhì)物質(zhì)和冰等組成。2.碰撞聚集：指星際塵埃顆粒通過相互碰撞并粘結(jié)在一起，從而逐漸增大尺寸的過程，通常發(fā)生在毫米級(jí)顆粒之前。3.吸積：指較大顆粒通過引力捕獲周圍微小的塵埃顆?；驓怏w分子，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量增長的過程。4.星子：指在行星盤中通過吸積和碰撞增長形成的、大小可達(dá)公里級(jí)的固體天體，是行星形成的主要BuildingBlocks。5.RunawayGrowth：指當(dāng)星子達(dá)到一定尺寸后，其引力捕獲效率顯著提高，導(dǎo)致其快速增長的現(xiàn)象，通常發(fā)生在公里級(jí)到幾十公里級(jí)顆粒之間。四、簡答題1.影響星際塵埃顆粒在行星盤中運(yùn)動(dòng)的主要物理力包括：恒星引力（提供向心力和使顆粒圍繞恒星公轉(zhuǎn)）、輻射壓（來自恒星的光子流產(chǎn)生的推力，導(dǎo)致顆粒向外遷移，對(duì)較小顆粒影響更大）、星盤磁場力（磁場與顆粒動(dòng)量交換產(chǎn)生的阻力或驅(qū)動(dòng)力）、塵埃顆粒自身的引力（對(duì)較大顆粒重要）、湍流（隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，影響顆粒分布和遷移）、范德華力（對(duì)微小顆粒的相互吸引力）。2.雪線是指行星盤中溫度下降到足以使水冰穩(wěn)定存在的邊界。在雪線以內(nèi)，星際塵埃顆粒表面會(huì)吸附水冰，形成冰mantle；而在雪線以外，水冰會(huì)迅速揮發(fā)。冰mantle的存在會(huì)顯著改變塵埃顆粒的物理性質(zhì)（如質(zhì)量、半徑、光學(xué)性質(zhì)），并增強(qiáng)其引力，影響其在行星盤中的運(yùn)動(dòng)和碰撞行為。雪線附近是冰質(zhì)星子（如木星、土星）形成的關(guān)鍵區(qū)域。3.從微米級(jí)塵埃顆粒增長到公里級(jí)星子的主要階段和機(jī)制包括：*碰撞聚集（Coagulation）：微米級(jí)顆粒通過范德華力等相互碰撞并粘結(jié)，形成亞毫米級(jí)顆粒。*吸積（Accretion）：毫米級(jí)到厘米級(jí)顆粒主要通過引力捕獲周圍更小的塵埃顆粒和氣體分子，實(shí)現(xiàn)快速增長。*引力捕獲（GravitationalCapture）：當(dāng)顆粒達(dá)到一定尺寸（厘米級(jí)），其引力足以影響周圍微小顆粒的運(yùn)動(dòng)，使其被捕獲并積聚在其周圍，Runawaygrowth階段開始。*碰撞增長（RunawayGrowth&OligarchicGrowth）：在Runaway階段，引力捕獲效率極高，顆粒迅速增長到公里級(jí)。隨后進(jìn)入Oligarchicgrowth階段，顆粒主要通過與同尺寸或稍小顆粒的碰撞并合來增長，形成早期星子。4.星際塵埃是構(gòu)成行星和行星系統(tǒng)的基本物質(zhì)。研究其來源、成分、演化過程和在行星盤中如何增長為星子，可以直接揭示太陽系（或一般行星系統(tǒng)）形成的初始條件和物理過程。通過分析現(xiàn)代星際塵埃、隕石（作為早期星子的碎片）的同位素組成和化學(xué)成分，可以反推太陽系早期行星盤中物質(zhì)的比例、溫度分布、揮發(fā)物含量等環(huán)境信息。這有助于我們理解行星（包括地球）為何具有其特定的組成、大小和軌道特征，以及生命起源所需的宜居環(huán)境是如何形成的。五、論述題（以下為論述要點(diǎn)，非完整答案，需自行擴(kuò)展成完整論述）1.化學(xué)演化與冰mantle：星際塵埃顆粒表面具有吸附能力，在行星盤低溫區(qū)域，水、氨、甲烷等揮發(fā)物會(huì)凝結(jié)并吸附在塵埃顆粒表面，形成冰mantle。這個(gè)過程受顆粒大小、形狀、表面化學(xué)性質(zhì)以及局部環(huán)境溫度和氣體密度的影響。冰mantle的厚度和成分可以顯著變化。2.冰mantle的影響：*光學(xué)性質(zhì)：冰mantle增加了塵埃顆粒的反射率（使其更亮）和紅外發(fā)射率，改變了其與星光的相互作用，影響其在行星盤中的能量平衡和遷移。*熱物理性質(zhì)：冰mantle使顆粒的熱慣性增加，有助于其保持溫度，影響其軌道遷移速度。冰mantle的存在也改變了顆粒的碰撞效率和產(chǎn)物。*相互作用：冰mantle增加了顆粒的粘滯性，有利于碰撞時(shí)的粘結(jié)，促進(jìn)吸積過程。不同成分的冰mantle也會(huì)影響顆粒間的化學(xué)反應(yīng)。3.成分與行星形成：星際塵埃的化學(xué)成分（如富碳vs富硅酸鹽）反映了其形成環(huán)境的差異。富碳?jí)m埃通常形成于較冷、金屬豐度較低的區(qū)域，富含有機(jī)分子和冰；而富硅酸鹽塵埃則形成于較熱、金屬豐度較高的區(qū)域。這些不同的塵埃成分在行星盤中混合并參與行星形成。它們被不同類型的星子捕獲和吸收，最終決定了形成行星（如類地行星vs巨行星）的初始物質(zhì)組成和化學(xué)性質(zhì)。例如，富冰的塵埃是形成氣態(tài)巨行星（如木星、土星）