2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——行星大氣對生命的適居性研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.在行星大氣的垂直結(jié)構(gòu)中，平流層通常因存在臭氧層而表現(xiàn)出溫度隨高度增加的特征，其主要原因是：A.氮氣和氧氣的吸收B.水蒸氣的吸收C.臭氧吸收太陽紫外輻射D.二氧化碳的溫室效應(yīng)2.與地球相比，金星表面高溫高壓的主要原因是：A.金星距離太陽更近，接收更多輻射B.金星大氣層極其濃厚，且以二氧化碳為主，強烈的溫室效應(yīng)C.金星擁有更強的全球性超級風暴系統(tǒng)D.金星地殼活動頻繁，釋放大量溫室氣體3.評估一個行星是否具有“宜居帶”的潛在條件，最關(guān)鍵的因素之一是：A.行星的自轉(zhuǎn)速度B.行星大氣的總質(zhì)量C.行星能否接收到足夠且穩(wěn)定的恒星輻射以維持表面液態(tài)水D.行星核心的溫度4.以下哪種觀測技術(shù)是目前探測系外行星大氣成分最有效的方法之一？A.直接成像B.視覺連續(xù)性測量C.光譜法（通過分析恒星光譜中的吸收線）D.閃爍測量5.火星大氣稀薄且對地表水的保護能力弱，主要原因被認為是：A.火星自轉(zhuǎn)速度慢，導致大氣逃逸加劇B.火星缺乏全球性磁場，無法有效阻擋太陽風粒子對大氣層的剝離C.火星大氣主要由氫氣組成，易于逃逸D.火星板塊構(gòu)造活躍，不斷釋放大氣但缺乏匯聚和保存機制6.“好奇號”火星車在蓋爾撞擊坑發(fā)現(xiàn)有機分子，這一發(fā)現(xiàn)的意義在于：A.直接證實火星上存在現(xiàn)代生命B.證明了火星過去可能存在形成復雜生命的化學前提C.表明火星大氣中甲烷濃度異常高D.證實了火星地殼富含放射性元素7.木星的大氣主要由氫和氦組成，其大氣層頂部的溫度相對較高，這主要是由于：A.木星核心產(chǎn)生的熱量傳導至大氣B.木星強大的引力壓縮了外部大氣C.木星接收到的恒星輻射較多D.木星大氣中存在大量的溫室氣體8.地球大氣中的臭氧層主要吸收哪種波段的紫外線，從而對地表生命起到保護作用？A.X射線B.可見光C.紅外線D.紫外線（UV-B）9.如果一個系外行星被發(fā)現(xiàn)位于其恒星的“宜居帶”內(nèi)，且大氣成分分析顯示含有氧氣和水蒸氣，以下哪項推斷最為謹慎？A.該行星表面必定存在液態(tài)水B.該行星表面很可能適合復雜生命生存C.需要進一步分析大氣成分的穩(wěn)定性和行星的地質(zhì)活動D.可以確認該行星已經(jīng)形成了地外生命10.行星大氣的溫室效應(yīng)是必要的，因為它：A.使行星表面溫度始終維持在極高水平B.阻擋了所有有害的太陽輻射C.調(diào)節(jié)行星表面的溫度，使其不至于過低，有利于液態(tài)水的存在D.導致行星大氣層密度急劇增加二、簡答題（每小題5分，共25分）11.簡述行星大氣垂直分層的主要依據(jù)及其大致特征。12.簡述“失控溫室效應(yīng)”的概念，并以金星或火星為例說明其可能的發(fā)生機制。13.簡述利用光譜分析法探測系外行星大氣成分的基本原理。14.為什么液態(tài)水的存在被認為是評估行星潛在適居性的一個關(guān)鍵指標？15.簡述影響行星大氣演化的主要因素有哪些？三、論述題（每小題10分，共30分）16.結(jié)合具體行星的實例，論述大氣環(huán)流對行星表面氣候和環(huán)境的影響。17.針對一個假設(shè)的、位于宜居帶的系外巖石行星，你認為哪些大氣探測參數(shù)或特征是評估其潛在生命支持能力的最重要的？并闡述理由。18.探討當前人類探測和研究行星大氣面臨的主要挑戰(zhàn)，以及未來可能的技術(shù)發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.C5.B6.B7.B8.D9.B10.C二、簡答題11.答案：行星大氣垂直分層的主要依據(jù)是大氣溫度隨高度的變化規(guī)律。大致特征包括：對流層（溫度隨高度降低，天氣現(xiàn)象發(fā)生層）；平流層（溫度隨高度升高，臭氧層吸收紫外輻射）；中間層（溫度隨高度降低）；熱層（溫度隨高度急劇升高，大氣分子被電離）；散逸層（大氣高度極高，分子稀薄，逐漸逃逸到太空）。解析思路：考察對大氣分層標準和各層基本特征的掌握。關(guān)鍵在于理解溫度遞變規(guī)律是分層的核心依據(jù)，并能準確描述各層的主要特點。12.答案：失控溫室效應(yīng)是指行星大氣對入射恒星能量的吸收和再輻射過程失去平衡，導致地表溫度異常升高的現(xiàn)象。例如，金星大氣極其濃厚，主要由二氧化碳組成，強烈的溫室效應(yīng)使得地表溫度高達約460攝氏度。其發(fā)生機制可能包括：強烈的溫室氣體反饋（如水蒸氣自身也是強效溫室氣體，溫度升高導致更多水蒸氣蒸發(fā)，進一步加劇溫室效應(yīng)）、缺乏有效的熱量散失機制（如缺乏全球性磁場保護大氣層，或缺乏板塊構(gòu)造等大規(guī)模地質(zhì)過程調(diào)節(jié)大氣成分）。解析思路：要求理解“失控”的核心是能量平衡破壞導致溫度急劇升高，并能結(jié)合具體案例（金星）解釋其原因和機制。需要提及溫室氣體反饋和熱量散失機制等關(guān)鍵因素。13.答案：利用光譜分析法探測系外行星大氣成分的基本原理是：當系外行星穿過其母恒星盤面發(fā)生凌日現(xiàn)象時，行星大氣會部分遮擋恒星光球?qū)拥墓庾V。大氣中的不同化學成分會吸收特定波長的光線，形成一系列特征吸收線。通過精確測量這些吸收線的波長和強度，科學家可以識別出大氣中存在的特定氣體分子及其相對豐度。這需要高分辨率的光譜儀和精確的天文觀測。解析思路：考察對凌日光譜法基本原理的掌握。關(guān)鍵在于理解光是“探針”，大氣成分通過“吸收”特征譜線來“簽名”，以及如何通過測量譜線來反推大氣成分。14.答案：液態(tài)水的存在被認為是評估行星潛在適居性的關(guān)鍵指標，因為：1）水是已知生命（特別是碳基生命）最基本、最重要的化學物質(zhì)，是生命化學反應(yīng)的介質(zhì)；2）液態(tài)水存在于特定的溫度和壓力范圍，其存在與否直接影響行星表面的物理化學環(huán)境；3）地表液態(tài)水的存在是當前所有生命觀測證據(jù)的基礎(chǔ)。因此，尋找液態(tài)水是判斷一個行星是否可能支持生命的重要前提。解析思路：要求闡述為何水是生命基礎(chǔ)，以及液態(tài)水存在的條件與生命環(huán)境的關(guān)系。需要從水在生命化學中的作用、物理狀態(tài)要求以及與已知生命的聯(lián)系等方面進行論述。15.答案：影響行星大氣演化的主要因素包括：行星的初始組成和質(zhì)量（決定了大氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和初始規(guī)模）；恒星的類型和演化階段（提供能量輸入，影響大氣逃逸和成分變化）；行星的軌道和自轉(zhuǎn)（影響能量分布和大氣環(huán)流）；行星的磁場（可保護大氣免受恒星風剝離）；行星的地質(zhì)和火山活動（影響大氣成分的長期變化，如釋放氣體）；行星與其它天體的碰撞歷史；生物活動（在地球等行星上，可能顯著改變大氣成分）。解析思路：要求列舉并簡要說明影響大氣演化的主要驅(qū)動因素。需要覆蓋從行星自身特性到外部環(huán)境以及生命作用的多個層面。三、論述題16.答案：大氣環(huán)流是行星大氣的宏觀運動，對行星表面氣候和環(huán)境產(chǎn)生深遠影響。它通過大規(guī)模的動量、能量和水汽輸運，決定了行星表面的溫度分布、降水模式、風系等氣候特征。例如，地球的季風環(huán)流影響著亞洲等地區(qū)的降水季節(jié)變化；信風帶則塑造了熱帶地區(qū)的氣候格局。大氣環(huán)流還能影響地表化學成分的分布，如輸送污染物或生物標記物。此外，強烈的對流活動（如雷暴）是大氣能量釋放的重要方式。大氣環(huán)流模式的變化也可能預(yù)示著氣候系統(tǒng)的劇烈變動。因此，理解大氣環(huán)流是認識行星氣候系統(tǒng)和環(huán)境演變的關(guān)鍵。解析思路：要求論述大氣環(huán)流的功能和影響。應(yīng)從能量和物質(zhì)的輸運角度出發(fā)，結(jié)合具體實例說明其對溫度、降水、風、化學成分及氣候系統(tǒng)整體的影響。17.答案：評估一個假設(shè)的宜居帶系外巖石行星的潛在生命支持能力，最重要的探測參數(shù)和特征應(yīng)包括：1）大氣成分及其穩(wěn)定性：是否存在液態(tài)水所需的溫室氣體（如二氧化碳、甲烷、氨）？大氣成分是否長期穩(wěn)定？是否存在可能指示生命活動的氣體（如氧氣，需謹慎分析其來源和化學平衡）？2）大氣透明度與表面溫度：大氣是否允許足夠的恒星輻射到達表面以維持液態(tài)水？表面溫度是否處于適宜生命存在的范圍？3）大氣壓力：表面大氣壓是否足以維持液態(tài)水？4）大氣垂直結(jié)構(gòu)：大氣是否存在分層結(jié)構(gòu)，如溫室層？5）水存在的證據(jù)：是否存在地表液態(tài)水（通過觀測或探測器確認）或水冰？是否有地質(zhì)活動暗示水的循環(huán)？解析思路：要求在眾多可能參數(shù)中，篩選出最關(guān)鍵的生命支持相關(guān)特征，并闡述其重要性。需側(cè)重于與水、溫度、大氣化學及地質(zhì)活動相關(guān)的參數(shù)，體現(xiàn)評估適居性的核心要素。18.答案：當前人類探測和研究行星大氣面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1）觀測距離遙遠與分辨率限制：對于絕大多數(shù)系外行星，觀測距離極其遙遠，導致從地面或空間望遠鏡獲取的大氣細節(jié)信息有限，光譜分辨率受限于儀器性能和大氣擾動。2）信號微弱與噪聲干擾：行星大氣信號（如吸收線）通常遠弱于背景恒星光，易被儀器噪聲和數(shù)據(jù)處理中的系統(tǒng)誤差淹沒，需要極高精度的測量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法。3）“相似星球問題”：許多系外行星物理特性相似，難以區(qū)分大氣差異，需要更有效的識別目標和特征的方法。4）缺乏對生命化學過程的認知：我們對地外生命可能存在的形式和化學過程知之甚少，導致難以確定哪些大氣特征真正指示生命。未來可能的技術(shù)發(fā)展方向包括：1）開發(fā)更強大的空間觀測設(shè)備：如更大口徑、更高分辨率、更高光譜分辨率的空間望遠鏡（如未來可能的戴森球探測器或更先進的望遠鏡）。2）利用先進的光譜分析技術(shù)：發(fā)展更精密的儀器和算法，以