2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——太陽系外行星系統(tǒng)的光度監(jiān)測(cè)分析考試時(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)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在凌日法探測(cè)太陽系外行星時(shí)，測(cè)得的凌日深度主要取決于以下哪個(gè)因素？A.行星的質(zhì)量B.行星的半徑C.行星的公轉(zhuǎn)周期D.恒星的半徑2.下列哪種光度監(jiān)測(cè)方法主要依賴于觀測(cè)雙星系統(tǒng)中較亮子星被較暗子星經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的光變？A.凌日法B.相變法（反沖法）C.微引力透鏡法D.恒星閃爍法3.TESS任務(wù)在太陽系外行星搜尋方面的主要優(yōu)勢(shì)在于？A.能夠探測(cè)到靠近恒星的行星系統(tǒng)B.能夠精確測(cè)量行星的質(zhì)量C.具有極高的光度測(cè)量精度D.能夠同時(shí)觀測(cè)大量不同視場(chǎng)的恒星4.光變曲線的周期性波動(dòng)若被確認(rèn)為是由行星凌日引起，則可以推斷該波動(dòng)？A.恒星存在活動(dòng)星斑B.恒星存在自轉(zhuǎn)C.恒星與行星存在共同的運(yùn)動(dòng)周期D.行星存在大氣層5.在分析凌日法光變曲線時(shí)，需要剔除“偽信號(hào)”（falsepositives），以下哪項(xiàng)不是常見的偽信號(hào)來源？A.靠近目標(biāo)恒星的背景星B.目標(biāo)恒星自身的不規(guī)則活動(dòng)（如星震）C.觀測(cè)儀器的不穩(wěn)定D.行星軌道具有高度偏心率6.相變法（或稱反沖法）探測(cè)行星的基本原理是？A.觀測(cè)行星遮擋母恒星的光芒B.觀測(cè)行星自身發(fā)出的光芒C.觀測(cè)行星引起母恒星視位置的微小周期性偏移D.觀測(cè)行星反射的星光7.微引力透鏡法探測(cè)太陽系外行星的主要優(yōu)勢(shì)在于？A.對(duì)所有類型的行星都敏感B.可以直接測(cè)量行星的質(zhì)量和軌道參數(shù)C.不受恒星活動(dòng)的影響D.成本低廉，易于實(shí)施8.光度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，"星等變化幅度"（或光變幅度）通常用什么單位表示？A.攝氏度（°C）B.焦耳（J）C.倍數(shù)D.光譜單位（nm）9.假設(shè)我們觀測(cè)到一顆恒星的光變曲線顯示周期為P，凌日深度為Δm，恒星半徑為R*，則估算得到的行星半徑Rp與R*的關(guān)系大致是？A.Rp≈R*B.Rp≈Δm*R*C.Rp≈(Δm/R*)^(1/2)*R*D.Rp≈(Δm*R*)/P10.對(duì)于通過凌日法發(fā)現(xiàn)的系外行星，我們很難直接確定其質(zhì)量，主要原因是？A.行星與恒星的距離太遠(yuǎn)B.行星自轉(zhuǎn)會(huì)干擾觀測(cè)C.光度法主要測(cè)量的是行星的半徑，而非質(zhì)量D.恒星的視運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)光變曲線造成干擾二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填入橫線處）1.光度監(jiān)測(cè)是探測(cè)太陽系外行星的______種主要方法，其基本原理是______。2.凌日法主要適用于尋找______（填恒星類型）的行星系統(tǒng)，通過測(cè)量______的變化來探測(cè)行星的存在。3.TESS任務(wù)采用______（填觀測(cè)模式）對(duì)全天大部分區(qū)域進(jìn)行巡天觀測(cè)，大大提高了發(fā)現(xiàn)______（填行星類型）行星的效率。4.光變曲線的周期P與行星的______成反比關(guān)系，即Pshorteralonger。5.凌日深度Δm與行星半徑Rp、恒星半徑R*以及行星軌道傾角i之間存在近似關(guān)系：Δm≈(Rp/R*)^2*sin(i)。6.相變法（反沖法）探測(cè)的信號(hào)非常微弱，主要受______和______的限制。7.微引力透鏡效應(yīng)是由______引起的，當(dāng)它被一顆行星增強(qiáng)時(shí)，可以探測(cè)到______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述凌日法探測(cè)太陽系外行星的基本原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。2.簡(jiǎn)要說明在利用凌日法數(shù)據(jù)估算行星半徑時(shí)，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？為什么精確測(cè)量軌道傾角i很重要？3.對(duì)比相變法（反沖法）和微引力透鏡法在探測(cè)太陽系外行星方面的主要區(qū)別。4.簡(jiǎn)述活動(dòng)星斑對(duì)凌日法光變曲線分析的主要影響，以及如何嘗試減輕這種影響。四、計(jì)算題（共15分）假設(shè)觀測(cè)到一顆太陽類似星（R*=1solarradius,M*=1solarmass）的光變曲線，顯示存在一顆行星進(jìn)行凌日。測(cè)得光變幅度Δm=0.008magnitudes，行星軌道周期P=13.7days。假設(shè)該行星系統(tǒng)的軌道傾角i=90°（理想情況）。請(qǐng)估算該行星的半徑Rp與太陽半徑R*的比值（Rp/R*）。你需要簡(jiǎn)述你使用的假設(shè)或公式。五、論述題（10分）討論光度監(jiān)測(cè)方法（特別是凌日法）在太陽系外行星系統(tǒng)研究中的核心作用，并指出其目前存在的局限性以及未來的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.C5.A6.C7.B8.D9.C10.C二、填空題1.主要，恒星亮度（或光通量）的周期性減弱2.類太陽，恒星亮度（或光通量）3.掃描式，短周期（或小型）4.軌道半長軸5.觀測(cè)儀器精度（或系統(tǒng)噪聲）6.恒星質(zhì)量，觀測(cè)持續(xù)時(shí)間/精度7.雙星系統(tǒng)中的近旁子星發(fā)生連線，被前景子星引力透鏡放大的背景子星三、簡(jiǎn)答題1.原理：當(dāng)行星在其母恒星前方沿視線方向運(yùn)行時(shí)，會(huì)遮擋部分恒星的光芒，導(dǎo)致恒星亮度發(fā)生周期性、短暫的變化。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低、可同時(shí)獲得行星半徑和軌道周期信息。缺點(diǎn)：僅適用于軌道面與視線方向夾角（i）接近90°的行星系統(tǒng)、僅能探測(cè)到靠近母恒星的行星、易受母恒星活動(dòng)（如星斑）干擾、難以直接測(cè)量行星質(zhì)量。2.關(guān)鍵因素：恒星半徑R*、行星半徑Rp、軌道傾角i、行星軌道偏心率e。重要性：行星半徑Rp是通過(Δm/(Rp/R*)^2*sin(i))^0.5估算的，傾角i直接影響sin(i)的值，若i遠(yuǎn)小于90°，sin(i)接近0，導(dǎo)致估算的Rp會(huì)嚴(yán)重偏小甚至無法計(jì)算。因此，精確測(cè)量i對(duì)于獲得可靠的行星半徑至關(guān)重要。3.區(qū)別：相變法利用行星公轉(zhuǎn)時(shí)引起母恒星視向速度的微小周期性反沖運(yùn)動(dòng)，通過測(cè)星光行差變化探測(cè)，對(duì)行星質(zhì)量敏感，理論上可測(cè)任意距離，但信號(hào)微弱。微引力透鏡法利用雙星系統(tǒng)中的引力透鏡效應(yīng)，當(dāng)前景子星經(jīng)過背景子星時(shí)，會(huì)放大背景子星的光，若恰有行星伴隨，其引力會(huì)微調(diào)放大圖像，產(chǎn)生可探測(cè)的額外信號(hào)，主要優(yōu)勢(shì)是可以直接測(cè)量行星質(zhì)量，但對(duì)事件時(shí)機(jī)和系統(tǒng)參數(shù)要求苛刻。4.影響：活動(dòng)星斑（如耀斑、日珥）會(huì)導(dǎo)致恒星亮度出現(xiàn)隨機(jī)、非周期性的變化，可能被誤判為行星凌日信號(hào)或掩蓋真實(shí)的行星信號(hào)，影響周期搜索和參數(shù)提取的準(zhǔn)確性。減輕方法：利用多個(gè)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行多色觀測(cè)（星斑顏色與恒星不同）、長時(shí)間序列觀測(cè)以建立恒星活動(dòng)模型并剔除其影響、利用差分光度法（與附近寧靜星對(duì)比）等。四、計(jì)算題解：根據(jù)凌日深度公式Δm≈(Rp/R*)^2*sin(i)，當(dāng)i=90°時(shí)，sin(i)=1，故Δm≈(Rp/R*)^2。代入數(shù)據(jù)：0.008=(Rp/R*)^2。解得：Rp/R*=sqrt(0.008)≈0.0894。估算該行星半徑約為太陽半徑的0.09倍。五、論述題光度監(jiān)測(cè)，特別是凌日法，是發(fā)現(xiàn)和研究太陽系外行星系統(tǒng)不可或缺的基礎(chǔ)手段。其核心作用體現(xiàn)在：1）發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星，極大地拓展了人類對(duì)行星系統(tǒng)的認(rèn)知；2）主要發(fā)現(xiàn)了大量短周期、靠近母恒星的“熱木星”；3）通過測(cè)量凌日深度，可以估算行星半徑，結(jié)合軌道周期等信息，可推算行星的密度，幫助判斷行星的組成（rocky或gaseous）；4）為后續(xù)使用徑向速度、成像等方法探測(cè)和研究這些行星系統(tǒng)提供了目標(biāo)。然而，光度監(jiān)測(cè)方法存在局限性：主要探測(cè)的是靠近恒星的行星，對(duì)遠(yuǎn)距離行星不敏感；難以直接測(cè)量行星質(zhì)量，導(dǎo)致對(duì)行星性質(zhì)的了解受