2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星大氣層成分分析與監(jiān)測(cè)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。下列每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種氣體在地球大氣中含量最高？A.氧氣B.氮?dú)釩.二氧化碳D.氬氣2.木星大氣的主要成分是？A.氮?dú)夂脱鯕釨.氫氣和氦氣C.二氧化碳和甲烷D.氬氣和氖氣3.下列哪種光譜分析法主要用于探測(cè)大氣中的痕量氣體？A.紅外光譜法B.可見光光譜法C.拉曼光譜法D.原子吸收光譜法4.激光雷達(dá)技術(shù)在行星大氣研究中的應(yīng)用主要包括？A.探測(cè)大氣溫度和密度B.分析大氣成分C.觀測(cè)大氣邊界層D.以上都是5.下列哪個(gè)探測(cè)器對(duì)火星大氣成分研究做出了重要貢獻(xiàn)？A.哥白尼號(hào)B.海盜號(hào)C.馬里奧號(hào)D.奧德賽號(hào)二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上。）6.行星大氣的成分主要來源于行星的__________和__________。7.光譜分析法中，利用物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的電磁波吸收或發(fā)射來進(jìn)行分析的技術(shù)稱為__________光譜法。8.質(zhì)譜分析法中，根據(jù)離子質(zhì)量與電荷比的不同來分離和檢測(cè)物質(zhì)的技術(shù)稱為__________。9.行星大氣成分監(jiān)測(cè)中，地面觀測(cè)技術(shù)主要包括__________、__________和激光雷達(dá)等。10.數(shù)據(jù)處理中，去除數(shù)據(jù)中的隨機(jī)誤差常用的方法有__________和__________。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。）11.簡(jiǎn)述行星大氣層的主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。12.簡(jiǎn)述吸收光譜法在行星大氣成分分析中的基本原理。13.簡(jiǎn)述空間探測(cè)技術(shù)與地面觀測(cè)技術(shù)在行星大氣成分監(jiān)測(cè)方面的主要區(qū)別。14.簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)處理在行星大氣成分研究中的重要性。15.簡(jiǎn)述行星大氣成分研究與生命科學(xué)研究之間的關(guān)系。四、計(jì)算題（10分。請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算。）16.假設(shè)某行星大氣在溫度為200K、壓力為1atm時(shí)，測(cè)得某種tracegas的吸收光譜特征峰強(qiáng)度為I0，在距離光源1AU處，該特征峰強(qiáng)度為I。已知該tracegas的消光系數(shù)為0.1cm-1atm-1，請(qǐng)計(jì)算該行星大氣中該tracegas的混合比（ppb，即十億分率）。五、論述題（30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，回答下列問題。）17.設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)土星大氣成分監(jiān)測(cè)的研究方案，包括研究目標(biāo)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法和預(yù)期成果等。試卷答案1.B解析：地球大氣中氮?dú)夂考s占78%，是含量最高的氣體。2.B解析：木星是氣態(tài)巨行星，其大氣主要由氫氣和氦氣組成。3.C解析：拉曼光譜法對(duì)分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)敏感，適用于探測(cè)大氣中的痕量氣體。4.D解析：激光雷達(dá)技術(shù)可以探測(cè)大氣溫度、密度、成分等多種參數(shù)，以及觀測(cè)大氣邊界層。5.D解析：奧德賽號(hào)探測(cè)器對(duì)火星大氣中的水冰、二氧化碳等成分進(jìn)行了詳細(xì)探測(cè)。6.吸積；火山活動(dòng)解析：行星大氣成分主要來源于形成過程中吸積的氣體和火山活動(dòng)釋放的氣體。7.吸收解析：吸收光譜法通過測(cè)量物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)電磁波的吸收來進(jìn)行分析。8.質(zhì)譜解析：質(zhì)譜分析法根據(jù)離子質(zhì)量與電荷比的不同進(jìn)行分離和檢測(cè)。9.地面望遠(yuǎn)鏡；雷達(dá)解析：地面觀測(cè)技術(shù)包括利用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行光學(xué)觀測(cè)，以及利用雷達(dá)探測(cè)大氣參數(shù)。10.高斯濾波；中值濾波解析：高斯濾波和中值濾波是常用的去除數(shù)據(jù)中隨機(jī)誤差的方法。11.行星大氣層主要分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和外逸層。對(duì)流層溫度隨高度降低，存在天氣現(xiàn)象；平流層臭氧層吸收紫外線；中間層溫度再次升高；熱層溫度很高，分子解離；外逸層大氣分子逐漸逃逸到太空。解析：行星大氣層根據(jù)溫度隨高度的變化可以分為不同的層次，每一層具有不同的特征。12.吸收光譜法基于物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的電磁波吸收原理。當(dāng)電磁波通過行星大氣時(shí)，大氣中的成分會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的電磁波，形成吸收光譜。通過分析吸收光譜的特征峰位置、強(qiáng)度和形狀，可以確定大氣中成分的種類、濃度和狀態(tài)等信息。解析：吸收光譜法的原理是利用物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)電磁波的吸收特性，通過分析吸收光譜來推斷大氣成分。13.空間探測(cè)技術(shù)可以獲取行星大氣的全局信息，不受地球大氣干擾，但成本高、觀測(cè)時(shí)間有限。地面觀測(cè)技術(shù)可以長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)，成本相對(duì)較低，但受地球大氣干擾，觀測(cè)范圍有限。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常結(jié)合使用以獲取更全面的數(shù)據(jù)。解析：空間探測(cè)和地面觀測(cè)技術(shù)在觀測(cè)范圍、受干擾程度、成本和觀測(cè)時(shí)間等方面存在差異，各有適用場(chǎng)景。14.數(shù)據(jù)處理是行星大氣成分研究的重要環(huán)節(jié)。原始觀測(cè)數(shù)據(jù)通常包含噪聲和誤差，需要進(jìn)行預(yù)處理、校正和分析，才能提取有效信息。數(shù)據(jù)處理可以幫助去除噪聲，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，揭示大氣成分的時(shí)空分布特征，為后續(xù)的模型建立和科學(xué)研究提供基礎(chǔ)。解析：數(shù)據(jù)處理是利用科學(xué)方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，以提取有用信息和知識(shí)的步驟，對(duì)于行星大氣成分研究至關(guān)重要。15.行星大氣成分是生命存在的重要條件之一。通過研究行星大氣成分，可以了解行星的宜居性，評(píng)估生命存在的可能性。例如，地球大氣中的氧氣和氮?dú)馐巧粑匦璧?，而火星大氣稀薄且缺乏氧氣，目前被認(rèn)為不適合生命存在。此外，大氣成分的變化也可能與生命活動(dòng)有關(guān)，因此行星大氣成分研究與生命科學(xué)研究密切相關(guān)。解析：行星大氣成分與生命存在密切相關(guān)，是評(píng)估行星宜居性和研究生命起源的重要依據(jù)。16.根據(jù)Beer-Lambert定律，I=I0*exp(-ε*c*L)，其中ε為消光系數(shù)，c為混合比，L為路徑長(zhǎng)度。已知I/I0=exp(-ε*c*L)，L=1AU=1.496*10^8km=1.496*10^11m=1.496*10^14cm，ε=0.1cm^-1atm^-1，c為混合比（ppb），需要將ppb轉(zhuǎn)換為ppm和atm^-1進(jìn)行計(jì)算。1ppb=1*10^-9=1*10^-6%=1*10^-6*10^-3=1*10^-9=1*10^-6atm^-1。因此，c=(ppb)*10^-6atm^-1。將L和ε代入公式，得到ln(I/I0)=-ε*c*L，ln(I/I0)=-0.1*c*1.496*10^14，c=-ln(I/I0)/(0.1*1.496*10^14)。假設(shè)I/I0=0.1，則c=-ln(0.1)/(0.1*1.496*10^14)=-(-2.3026)/(0.1*1.496*10^14)=2.3026/(0.1496*10^14)=15.35/10^12=1.535*10^-11atm^-1=1.535*10^-6ppb。因此，該tracegas的混合比為1.535*10^-6ppb。解析：利用Beer-Lambert定律計(jì)算大氣成分混合比，需要將已知量代入公式并進(jìn)行單位換算，最終得到混合比。17.研究目標(biāo)：探測(cè)土星大氣成分的垂直分布和季節(jié)變化，特別是氨氣、甲烷、水蒸氣等成分的濃度變化。監(jiān)測(cè)指標(biāo)：氨氣、甲烷、水蒸氣、二氧化碳等成分的濃度，大氣溫度、壓力、風(fēng)速等參數(shù)。監(jiān)測(cè)技術(shù)：利用土星探測(cè)器攜帶的infraredspectrometer（紅外光譜儀）、massspectrometer（質(zhì)譜儀）和radar（雷達(dá)）等設(shè)備