2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——太陽系外行星的軌道特征考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共30分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.在太陽系外行星的軌道參數(shù)中，表示行星軌道半焦距與軌道半長軸之比的量是？A.公轉(zhuǎn)周期B.偏心率C.軌道傾角D.升交點(diǎn)赤經(jīng)2.以下哪種方法是目前發(fā)現(xiàn)太陽系外類地行星數(shù)量最多、且能相對(duì)精確測量其軌道半長軸的主要技術(shù)？A.直接成像法B.微引力透鏡法C.凌日法D.射電望遠(yuǎn)鏡觀測法3.根據(jù)開普勒第三定律，開普勒常數(shù)（k）與中心天體（如恒星）的質(zhì)量有關(guān)。若測得某行星的公轉(zhuǎn)周期（P）和軌道半長軸（a），可以通過公式P2∝a3來估算中心天體的質(zhì)量。這種估算方法主要依賴于？A.行星接收到的恒星光度B.行星自身的發(fā)光強(qiáng)度C.行星與恒星的距離D.開普勒常數(shù)k的精確值4.某太陽系外行星的軌道偏心率e接近于零，這意味著該行星的軌道形狀最接近于？A.橢圓B.拋物線C.雙曲線D.圓形5.當(dāng)一個(gè)行星從其宿主恒星前方經(jīng)過，導(dǎo)致恒星亮度短暫下降的現(xiàn)象稱為？A.徑向速度擾動(dòng)B.微引力透鏡效應(yīng)C.凌日現(xiàn)象D.行星occultation（掩星）6.在描述行星軌道時(shí)，“軌道傾角”指的是？A.行星軌道平面與宿主恒星自轉(zhuǎn)軸的夾角B.行星軌道平面與天球赤道的夾角C.行星軌道橢圓的長軸與短軸的夾角D.行星軌道半長軸與近日點(diǎn)連線之間的夾角7.如果一個(gè)太陽系外行星位于其宿主恒星的“宜居帶”內(nèi)，并且軌道呈圓形，理論上其表面條件最有可能支持液態(tài)水的存在。以下哪個(gè)因素對(duì)宜居帶的位置影響最大？A.行星的半徑B.行星的表面溫度C.宿主恒星的luminosity（光度）D.行星的軌道傾角8.通過分析恒星光譜中周期性出現(xiàn)的吸收線多普勒頻移，可以探測到伴星的存在并測量其軌道參數(shù)。這種方法被稱為？A.凌日法B.直接成像法C.徑向速度法D.微引力透鏡法9.行星軌道的“共面性”通常指一個(gè)行星系統(tǒng)的多數(shù)行星傾向于在同一個(gè)或相近的平面內(nèi)運(yùn)行。這通常被認(rèn)為是行星系統(tǒng)形成過程中的哪種物理機(jī)制的后果？A.行星間的引力共振B.恒星形成時(shí)的原行星盤結(jié)構(gòu)C.行星與星際塵埃的碰撞D.恒星磁場的作用10.某行星的軌道半長軸是地球軌道半長軸的2倍，根據(jù)開普勒第三定律，該行星的公轉(zhuǎn)周期大約是地球公轉(zhuǎn)周期的多少倍？A.√2倍B.2倍C.22=4倍D.1/√2倍11.除了偏心率外，描述行星軌道形狀的另一個(gè)重要參數(shù)是？A.軌道傾角B.升交點(diǎn)赤經(jīng)C.半長軸D.公轉(zhuǎn)周期12.凌日法主要適用于探測哪種類型的行星？A.軌道半長軸非常小的行星B.軌道半長軸與宿主恒星半徑相當(dāng)或稍大的行星C.軌道半長軸非常大的行星D.軌道傾角較大的行星13.在使用徑向速度法探測行星時(shí)，恒星光譜中觀察到的周期性多普勒頻移主要反映了？A.行星自轉(zhuǎn)的速度B.行星大氣層的運(yùn)動(dòng)C.恒星自身的視向運(yùn)動(dòng)D.行星軌道面相對(duì)于視線方向的傾角14.如果一個(gè)行星的軌道偏心率非常大，意味著？A.該行星的軌道非常接近圓形B.該行星的軌道非常接近拋物線C.該行星在其軌道上運(yùn)行的速度變化非常劇烈D.該行星與其宿主恒星之間的平均距離非常小15.所謂的“行星系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)”研究通常關(guān)注？A.單個(gè)行星的物理和化學(xué)性質(zhì)B.行星軌道參數(shù)隨時(shí)間的演化C.行星形成初期的物質(zhì)分布D.行星與衛(wèi)星之間的引力相互作用二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.描述行星圍繞宿主恒星運(yùn)行一周所需要的時(shí)間稱為________。2.開普勒第三定律表明，行星的公轉(zhuǎn)周期平方與其軌道________的立方成正比。3.行星軌道的________是指行星軌道橢圓的短軸長度與長軸長度的比值。4.利用恒星亮度隨時(shí)間變化的周期性下降來探測行星的方法稱為________。5.在太陽系外行星的探測方法中，微引力透鏡法主要適用于探測________。6.行星軌道平面與包含中心天體的天球坐標(biāo)系的赤道面之間的夾角稱為________。7.表示行星軌道平面與包含中心天體的天球坐標(biāo)系的黃道面之間的夾角稱為________。8.當(dāng)行星位于其軌道的________點(diǎn)時(shí)，其與中心天體的距離最遠(yuǎn)。9.當(dāng)行星位于其軌道的________點(diǎn)時(shí)，其與中心天體的距離最近。10.除了開普勒三大定律，行星軌道的________也是描述其空間幾何位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)。11.行星系統(tǒng)的________通常指系統(tǒng)內(nèi)多數(shù)行星的軌道平面傾向于接近同一個(gè)方向。12.行星軌道的________越大，意味著行星在其軌道上的運(yùn)動(dòng)速度變化越顯著。13.根據(jù)開普勒第三定律，若測得行星公轉(zhuǎn)周期和軌道半長軸，可以反推________的質(zhì)量。14.“宜居帶”是指行星系統(tǒng)能夠維持________存在的軌道區(qū)域范圍。15.行星軌道的________是指行星繞中心天體旋轉(zhuǎn)的軸線與行星軌道平面的夾角。三、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡要回答下列問題）1.簡述凌日法探測太陽系外行星的基本原理及其主要可獲取的軌道參數(shù)。2.簡述徑向速度法探測太陽系外行星的基本原理及其主要可獲取的軌道參數(shù)。3.簡述開普勒第三定律在天文學(xué)研究中的主要應(yīng)用。4.簡述行星軌道偏心率對(duì)行星接受恒星的平均能量有何影響。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟）1.假設(shè)地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半長軸a?約為1天文單位（AU），公轉(zhuǎn)周期P?約為1年。一顆太陽系外行星繞其類似太陽的恒星公轉(zhuǎn)，測得其軌道半長軸a?約為0.1AU。請(qǐng)根據(jù)開普勒第三定律估算該行星的公轉(zhuǎn)周期P?（用年為單位）。2.某行星繞其宿主恒星做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，軌道半長軸a=0.5AU，偏心率e=0.6。請(qǐng)計(jì)算該行星在其近日點(diǎn)時(shí)與宿主恒星之間的距離，并與軌道半長軸進(jìn)行比較。五、論述題（10分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入闡述一個(gè)問題）探討太陽系外行星軌道特征（如偏心率、半長軸、軌道傾角等）對(duì)于理解行星系統(tǒng)的形成和演化過程有何重要意義。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.D5.C6.B7.C8.C9.B10.C11.B12.B13.C14.C15.B二、填空題1.公轉(zhuǎn)周期2.半長軸3.偏心率4.凌日法5.遠(yuǎn)距離6.軌道傾角7.軌道傾角8.遠(yuǎn)日點(diǎn)9.近日點(diǎn)10.升交點(diǎn)赤經(jīng)11.共面性12.偏心率13.中心天體14.液態(tài)水15.緯度三、簡答題1.凌日法原理：通過監(jiān)測恒星亮度的周期性下降來探測行星。當(dāng)行星從恒星前方經(jīng)過時(shí)，會(huì)遮擋部分恒星光，導(dǎo)致亮度下降。通過分析亮度下降的深度、持續(xù)時(shí)間和周期，可以推斷行星的大小、軌道半長軸和軌道傾角等信息。主要可獲取參數(shù)：軌道半長軸、軌道傾角（相對(duì)于視線方向）、行星半徑。2.徑向速度法原理：通過測量恒星光譜中周期性的多普勒頻移來探測行星。行星圍繞恒星運(yùn)行時(shí)，會(huì)帶動(dòng)恒星產(chǎn)生微小的視向運(yùn)動(dòng)（沿著視線方向），導(dǎo)致恒星光譜線的周期性藍(lán)移（靠近）和紅移（遠(yuǎn)離）。通過分析多普勒頻移的幅度和周期，可以推斷行星的質(zhì)量（通過視向速度）和軌道半長軸等信息。主要可獲取參數(shù)：行星最小質(zhì)量、軌道半長軸（相對(duì)值）、軌道傾角（相對(duì)于視線方向）。3.開普勒第三定律應(yīng)用：主要用于估算天體（如行星、衛(wèi)星、小行星）或天體系統(tǒng)的質(zhì)量。例如，通過測量行星的公轉(zhuǎn)周期和軌道半長軸，可以反推中心恒星的質(zhì)量；通過測量衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期和軌道半長軸，可以反推中心行星的質(zhì)量；在恒星演化研究中，通過比較不同恒星光譜的徑向速度變化，結(jié)合開普勒第三定律，可以估算雙星系統(tǒng)中伴星的質(zhì)量等。4.軌道偏心率影響：行星軌道的偏心率決定了其與中心恒星的距離在公轉(zhuǎn)過程中的變化程度。偏心率越?。ㄚ吔?），行星與恒星的距離變化越小，接收到的恒星能量越接近平均值。偏心率越大，行星在近日點(diǎn)時(shí)距離恒星越近，接收到的能量越多；在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)距離恒星越遠(yuǎn)，接收到的能量越少。因此，偏心率影響行星表面接收恒星的能量的季節(jié)性變化或周期性變化幅度。四、計(jì)算題1.解：根據(jù)開普勒第三定律P2∝a3，對(duì)于同一中心天體，有P?2/a?3=P?2/a?3。P?2=P?2*(a?/a?)3P?=P?*(a?/a?)^(3/2)P?=1年,a?=1AU,a?=0.1AUP?=1*(0.1/1)^(3/2)=(0.1)^(3/2)=0.1*√0.1=0.1*(√10)/10=√10/100≈0.0316年答：該行星的公轉(zhuǎn)周期P?約為0.0316年。2.解：行星在近日點(diǎn)時(shí)的距離r_p=a(1-e)。a=0.5AU,e=0.6r_p=0.5*(1-0.6)=0.5*0.4=0.2AU軌道半長軸a=0.5AU比較：r_p=0.2AU,a=0.5AU答：該行星在其近日點(diǎn)時(shí)與宿主恒星之間的距離為0.2AU，小于軌道半長軸0.5AU。五、論述題太陽系外行星軌道特征對(duì)于理解行星系統(tǒng)的形成和演化至關(guān)重要。首先，軌道半長軸直接關(guān)系到行星的運(yùn)行速度和接受恒星的能量，進(jìn)而影響行星的表面溫度和宜居性潛力，是判斷行星是否宜居的關(guān)鍵參數(shù)。其次，軌道偏心率反映了行星軌道的形狀，其大小可能與行星形成初期的擾動(dòng)（如與其他行星的引力相互作用、星際碎片的碰撞等）有關(guān)，通過研