2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星大氣對(duì)生命的適居性研究考試時(shí)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?dú)夂脱鯕獾奈誃.水蒸氣的吸收C.臭氧吸收太陽(yáng)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(yáng)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(qiáng)烈的溫室效應(yīng)C.金星擁有更強(qiáng)的全球性超級(jí)風(fēng)暴系統(tǒng)D.金星地殼活動(dòng)頻繁，釋放大量溫室氣體3.評(píng)估一個(gè)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(cè)技術(shù)是目前探測(cè)系外行星大氣成分最有效的方法之一？A.直接成像B.視覺(jué)連續(xù)性測(cè)量C.光譜法（通過(guò)分析恒星光譜中的吸收線）D.閃爍測(cè)量5.火星大氣稀薄且對(duì)地表水的保護(hù)能力弱，主要原因被認(rèn)為是：A.火星自轉(zhuǎn)速度慢，導(dǎo)致大氣逃逸加劇B.火星缺乏全球性磁場(chǎng)，無(wú)法有效阻擋太陽(yáng)風(fēng)粒子對(duì)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(jī)制6.“好奇號(hào)”火星車在蓋爾撞擊坑發(fā)現(xiàn)有機(jī)分子，這一發(fā)現(xiàn)的意義在于：A.直接證實(shí)火星上存在現(xiàn)代生命B.證明了火星過(guò)去可能存在形成復(fù)雜生命的化學(xué)前提C.表明火星大氣中甲烷濃度異常高D.證實(shí)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(duì)較高，這主要是由于：A.木星核心產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至大氣B.木星強(qiáng)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(duì)地表生命起到保護(hù)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(gè)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(xiàng)推斷最為謹(jǐn)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(fù)雜生命生存C.需要進(jìn)一步分析大氣成分的穩(wěn)定性和行星的地質(zhì)活動(dòng)D.可以確認(rèn)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?yàn)樗篈.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(yáng)輻射C.調(diào)節(jié)行星表面的溫度，使其不至于過(guò)低，有利于液態(tài)水的存在D.導(dǎo)致行星大氣層密度急劇增加二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共25分）11.簡(jiǎn)述行星大氣垂直分層的主要依據(jù)及其大致特征。12.簡(jiǎn)述“失控溫室效應(yīng)”的概念，并以金星或火星為例說(shuō)明其可能的發(fā)生機(jī)制。13.簡(jiǎn)述利用光譜分析法探測(cè)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(rèn)為是評(píng)估行星潛在適居性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)？15.簡(jiǎn)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(shí)例，論述大氣環(huán)流對(duì)行星表面氣候和環(huán)境的影響。17.針對(duì)一個(gè)假設(shè)的、位于宜居帶的系外巖石行星，你認(rèn)為哪些大氣探測(cè)參數(shù)或特征是評(píng)估其潛在生命支持能力的最重要的？并闡述理由。18.探討當(dāng)前人類探測(cè)和研究行星大氣面臨的主要挑戰(zhàn)，以及未來(lái)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(jiǎn)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(duì)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(duì)大氣分層標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確描述各層的主要特點(diǎn)。12.答案：失控溫室效應(yīng)是指行星大氣對(duì)入射恒星能量的吸收和再輻射過(guò)程失去平衡，導(dǎo)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(qiáng)烈的溫室效應(yīng)使得地表溫度高達(dá)約460攝氏度。其發(fā)生機(jī)制可能包括：強(qiáng)烈的溫室氣體反饋（如水蒸氣自身也是強(qiáng)效溫室氣體，溫度升高導(dǎo)致更多水蒸氣蒸發(fā)，進(jìn)一步加劇溫室效應(yīng)）、缺乏有效的熱量散失機(jī)制（如缺乏全球性磁場(chǎng)保護(hù)大氣層，或缺乏板塊構(gòu)造等大規(guī)模地質(zhì)過(guò)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(dǎo)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(jī)制。需要提及溫室氣體反饋和熱量散失機(jī)制等關(guān)鍵因素。13.答案：利用光譜分析法探測(cè)系外行星大氣成分的基本原理是：當(dāng)系外行星穿過(guò)其母恒星盤面發(fā)生凌日現(xiàn)象時(shí)，行星大氣會(huì)部分遮擋恒星光球?qū)拥墓庾V。大氣中的不同化學(xué)成分會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光線，形成一系列特征吸收線。通過(guò)精確測(cè)量這些吸收線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，科學(xué)家可以識(shí)別出大氣中存在的特定氣體分子及其相對(duì)豐度。這需要高分辨率的光譜儀和精確的天文觀測(cè)。解析思路：考察對(duì)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(guò)“吸收”特征譜線來(lái)“簽名”，以及如何通過(guò)測(cè)量譜線來(lái)反推大氣成分。14.答案：液態(tài)水的存在被認(rèn)為是評(píng)估行星潛在適居性的關(guān)鍵指標(biāo)，因?yàn)椋?）水是已知生命（特別是碳基生命）最基本、最重要的化學(xué)物質(zhì)，是生命化學(xué)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(xué)環(huán)境；3）地表液態(tài)水的存在是當(dāng)前所有生命觀測(cè)證據(jù)的基礎(chǔ)。因此，尋找液態(tài)水是判斷一個(gè)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(xué)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(jìn)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(chǎng)（可保護(hù)大氣免受恒星風(fēng)剝離）；行星的地質(zhì)和火山活動(dòng)（影響大氣成分的長(zhǎng)期變化，如釋放氣體）；行星與其它天體的碰撞歷史；生物活動(dòng)（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(jiǎn)要說(shuō)明影響大氣演化的主要驅(qū)動(dòng)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(gè)層面。三、論述題16.答案：大氣環(huán)流是行星大氣的宏觀運(yùn)動(dòng)，對(duì)行星表面氣候和環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。它通過(guò)大規(guī)模的動(dòng)量、能量和水汽輸運(yùn)，決定了行星表面的溫度分布、降水模式、風(fēng)系等氣候特征。例如，地球的季風(fēng)環(huán)流影響著亞洲等地區(qū)的降水季節(jié)變化；信風(fēng)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(xué)成分的分布，如輸送污染物或生物標(biāo)記物。此外，強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)（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(dòng)。因此，理解大氣環(huán)流是認(rèn)識(shí)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(yùn)角度出發(fā)，結(jié)合具體實(shí)例說(shuō)明其對(duì)溫度、降水、風(fēng)、化學(xué)成分及氣候系統(tǒng)整體的影響。17.答案：評(píng)估一個(gè)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(cè)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(zhǎng)期穩(wěn)定？是否存在可能指示生命活動(dòng)的氣體（如氧氣，需謹(jǐn)慎分析其來(lái)源和化學(xué)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(dá)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(guò)觀測(cè)或探測(cè)器確認(rèn)）或水冰？是否有地質(zhì)活動(dòng)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(xué)及地質(zhì)活動(dòng)相關(guān)的參數(shù)，體現(xiàn)評(píng)估適居性的核心要素。18.答案：當(dāng)前人類探測(cè)和研究行星大氣面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1）觀測(cè)距離遙遠(yuǎn)與分辨率限制：對(duì)于絕大多數(shù)系外行星，觀測(cè)距離極其遙遠(yuǎn)，導(dǎo)致從地面或空間望遠(yuǎn)鏡獲取的大氣細(xì)節(jié)信息有限，光譜分辨率受限于儀器性能和大氣擾動(dòng)。2）信號(hào)微弱與噪聲干擾：行星大氣信號(hào)（如吸收線）通常遠(yuǎn)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(méi)，需要極高精度的測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法。3）“相似星球問(wèn)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(shí)別目標(biāo)和特征的方法。4）缺乏對(duì)生命化學(xué)過(guò)程的認(rèn)知：我們對(duì)地外生命可能存在的形式和化學(xué)過(guò)程知之甚少，導(dǎo)致難以確定哪些大氣特征真正指示生命。未來(lái)可能的技術(shù)發(fā)展方向包括：1）開發(fā)更強(qiáng)大的空間觀測(cè)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(yuǎn)鏡（如未來(lái)可能的戴森球探測(cè)器或更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡）。2）利用先進(jìn)的光譜分析技術(shù)：發(fā)展更精密的儀器和算法，以