2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——行星表面水資源的探測(cè)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.在探測(cè)火星次表層冰時(shí)，以下哪種遙感或探測(cè)技術(shù)最為有效？A.可見(jiàn)光高分辨率相機(jī)B.地球同步軌道微波輻射計(jì)C.探測(cè)器搭載的淺層地下雷達(dá)（SAR）D.空間環(huán)境紅外光譜儀2.伽利略號(hào)探測(cè)器在木衛(wèi)二（歐羅巴）探測(cè)到的“伽利略線”，其主要證據(jù)指向了哪種現(xiàn)象？A.表面間歇性噴流活動(dòng)B.大規(guī)模板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)C.表面高反射率物質(zhì)覆蓋D.深層存在大量固態(tài)甲烷3.評(píng)估一個(gè)行星表面水體是否具有當(dāng)前宜居潛力，以下哪個(gè)物理參數(shù)是首要考慮因素？A.水體的顏色B.水體的鹽度C.水體上方的大氣壓強(qiáng)D.水體的面積大小4.紅外光譜技術(shù)在行星水探測(cè)中主要用于什么？A.精確測(cè)量行星距離B.探測(cè)大氣中的水蒸氣含量C.判斷地表巖石的礦物組成D.測(cè)量行星表面的溫度分布5.與雷達(dá)高度計(jì)相比，雷達(dá)穿透雷達(dá)（RadarPenetratingRadar,RPR）的主要優(yōu)勢(shì)在于什么？A.能探測(cè)更遠(yuǎn)的距離B.能穿透地表冰層或干燥土壤進(jìn)行探測(cè)C.能提供更高分辨率的表面形貌圖D.能同時(shí)探測(cè)多個(gè)光譜波段6.好奇號(hào)火星車(chē)上的“化學(xué)與礦物學(xué)分析儀”（CheMin）主要利用什么原理來(lái)識(shí)別巖石和土壤的礦物組成，間接推斷水的參與歷史？A.紅外光譜吸收B.X射線熒光光譜C.核磁共振成像D.激光誘導(dǎo)擊穿光譜7.在設(shè)計(jì)探測(cè)土衛(wèi)二（恩克拉多斯）地下液態(tài)水海洋的任務(wù)時(shí)，科學(xué)家們特別關(guān)注其南極的“虎紋狀地形”，其主要地質(zhì)意義是什么？A.表面冰殼的褶皺變形B.水下熱液活動(dòng)的結(jié)果C.大規(guī)模撞擊坑的邊緣特征D.冰火山活動(dòng)的噴發(fā)口8.以下哪種類(lèi)型的行星地表特征最直接地表明其過(guò)去或現(xiàn)在存在液態(tài)水？A.平坦的熔巖平原B.網(wǎng)絡(luò)狀的干涸河床C.垂直的懸崖峭壁D.均勻的沙漠沙丘9.利用地球上的冰川、凍土和湖泊研究外星行星的潛在水環(huán)境，這種方法通常被稱(chēng)為？A.空間探測(cè)模擬B.地球類(lèi)比法C.光譜比對(duì)分析D.模型數(shù)值模擬10.現(xiàn)代行星探測(cè)器上搭載的成像光譜儀，相比普通相機(jī)，其主要優(yōu)勢(shì)是什么？A.能獲取更高的空間分辨率B.能同時(shí)獲取目標(biāo)的形狀和多種波長(zhǎng)的光譜信息C.能探測(cè)更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)D.對(duì)光照條件要求更低二、名詞解釋?zhuān)ㄕ?qǐng)給出下列名詞的簡(jiǎn)要定義。每小題3分，共15分）1.次表層水（SubsurfaceWater）2.光譜特征（SpectralSignature）3.水的宜居帶（HabitableZone）4.雷達(dá)高度計(jì)（RadarAltimeter）5.水手谷（VallesMarineris）三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)述下列問(wèn)題。每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述利用紅外光譜技術(shù)探測(cè)行星表面水的主要原理。2.簡(jiǎn)述雷達(dá)（特別是SAR）在探測(cè)行星冰蓋厚度和結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)。3.簡(jiǎn)述評(píng)估一個(gè)行星表面水體宜居性的主要物理和化學(xué)參數(shù)有哪些。4.簡(jiǎn)述“好奇號(hào)”火星車(chē)在探測(cè)火星過(guò)去宜居性方面所使用的幾種關(guān)鍵儀器及其探測(cè)目標(biāo)。四、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和闡述下列問(wèn)題。每小題10分，共30分）1.論述不同類(lèi)型的行星表面水（如液態(tài)水、冰、水蒸氣、吸附水）對(duì)探測(cè)手段的選擇有何不同？以火星為例，說(shuō)明如何綜合運(yùn)用多種探測(cè)手段來(lái)尋找過(guò)去或現(xiàn)在的液態(tài)水證據(jù)。2.以木衛(wèi)二或土衛(wèi)二為例，論述科學(xué)家們是如何利用現(xiàn)有探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)推斷其地下存在液態(tài)水海洋的？這些證據(jù)分別有哪些？3.闡述地球類(lèi)比法在行星表面水資源探測(cè)研究中的應(yīng)用價(jià)值，并舉例說(shuō)明在利用地球類(lèi)比法研究火星水時(shí)，需要注意哪些關(guān)鍵的區(qū)別和相似性。五、綜合應(yīng)用題（請(qǐng)結(jié)合具體探測(cè)任務(wù)或案例，進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。共15分）假設(shè)未來(lái)任務(wù)計(jì)劃對(duì)金星地表進(jìn)行水資源的探測(cè)，考慮到金星惡劣的大氣環(huán)境（高溫、高壓、硫酸云），請(qǐng)分析在這種環(huán)境下，哪些探測(cè)手段可能仍然有效？并針對(duì)其中一種或幾種手段，簡(jiǎn)述其在金星環(huán)境下進(jìn)行水資源探測(cè)時(shí)面臨的具體挑戰(zhàn)以及可能的解決方案或技術(shù)改進(jìn)方向。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.B5.B6.A7.B8.B9.B10.B二、名詞解釋1.次表層水：指存在于行星（如行星、衛(wèi)星）地表以下層位的液態(tài)、固態(tài)（冰）或氣態(tài)（水蒸氣）水。2.光譜特征：指物質(zhì)（如水）在不同波長(zhǎng)電磁輻射作用下吸收或反射能量的獨(dú)特模式，可用于識(shí)別物質(zhì)成分。3.水的宜居帶：指行星圍繞其恒星運(yùn)行時(shí)，地表可能存在穩(wěn)定液態(tài)水的溫度范圍區(qū)域，但并非唯一決定因素。4.雷達(dá)高度計(jì)：一種通過(guò)發(fā)射雷達(dá)波并測(cè)量其返回時(shí)間來(lái)精確測(cè)定探測(cè)器到目標(biāo)表面距離的儀器。5.水手谷：火星上巨大的峽谷系統(tǒng)，是火星表面最顯著的地貌特征之一，其形成機(jī)制與水活動(dòng)的關(guān)系是研究熱點(diǎn)。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述利用紅外光譜技術(shù)探測(cè)行星表面水的主要原理。解析思路：紅外光譜技術(shù)依據(jù)不同物質(zhì)分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的能級(jí)躍遷發(fā)生在特定的紅外光波長(zhǎng)區(qū)域。水分子（H?O）具有獨(dú)特的紅外吸收譜線，在近紅外和中紅外波段有多個(gè)強(qiáng)吸收特征峰（如1.9μm,2.0μm,1.4μm,1.55μm附近）。通過(guò)探測(cè)器接收行星表面反射或發(fā)射的紅外輻射，分析其中特定波段的吸收情況，可以判斷是否存在水，并間接獲取水含量、狀態(tài)（液態(tài)、冰、水蒸氣）及化學(xué)結(jié)合形式等信息。2.簡(jiǎn)述雷達(dá)（特別是SAR）在探測(cè)行星冰蓋厚度和結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)。解析思路：合成孔徑雷達(dá)（SAR）是雷達(dá)的一種，它通過(guò)發(fā)射脈沖雷達(dá)波，利用地面反射信號(hào)的相位干涉來(lái)合成高分辨率圖像。其優(yōu)勢(shì)在于：①穿透能力強(qiáng)：SAR的微波（特別是L波段和S波段）可以穿透一定厚度的干燥雪、冰層（如極地冰蓋），實(shí)現(xiàn)對(duì)冰蓋下隱藏地貌或冰層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè)；②高分辨率：SAR能提供米級(jí)甚至亞米級(jí)的空間分辨率，可以清晰成像冰蓋表面特征或內(nèi)部反射界面；③全天候工作：不受光照條件限制，可在黑夜或惡劣天氣下進(jìn)行探測(cè)。這些特點(diǎn)使得SAR成為研究格陵蘭、南極冰蓋厚度、內(nèi)部冰流、冰下湖泊、冰川表面形貌和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。3.簡(jiǎn)述評(píng)估一個(gè)行星表面水體宜居性的主要物理和化學(xué)參數(shù)有哪些。解析思路：評(píng)估行星水體宜居性需綜合考慮多種因素，核心是水體能否支持已知生命（特別是微生物）的生存。主要物理參數(shù)包括：①液態(tài)水的存在（溫度、壓力條件）；②水的化學(xué)純度（如低鹽度）；③水體交換與循環(huán)能力；④輻射屏蔽（如冰蓋或大氣層）；主要化學(xué)參數(shù)包括：①pH值（酸性或堿性）；②氧化還原電位（Eh）；③溶解氧或氧化劑/還原劑濃度；④必需營(yíng)養(yǎng)元素（碳、氮、磷、硫等）的含量。這些參數(shù)共同決定了水體環(huán)境的物理化學(xué)條件是否滿足生命存在的基本要求。4.簡(jiǎn)述“好奇號(hào)”火星車(chē)在探測(cè)火星過(guò)去宜居性方面所使用的幾種關(guān)鍵儀器及其探測(cè)目標(biāo)。解析思路：好奇號(hào)任務(wù)旨在尋找火星過(guò)去可能存在生命的環(huán)境證據(jù)?！盎瘜W(xué)與礦物學(xué)分析儀”（CheMin）利用X射線衍射技術(shù)分析巖石和土壤的礦物組成，以判斷水的參與歷史和化學(xué)環(huán)境；“樣本分析儀”（SAM）包含質(zhì)譜儀、氣體分析儀等，用于分析揮發(fā)性氣體（如甲烷、水蒸氣）和氣體釋放實(shí)驗(yàn)，以尋找有機(jī)物和生命相關(guān)跡象；“化學(xué)與礦物學(xué)掃描儀”（ChemCam）利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)，從遠(yuǎn)處對(duì)目標(biāo)進(jìn)行元素組成和礦物學(xué)分析，無(wú)需接觸樣本；“鉆頭”（Drill）用于從不同深度的巖石和土壤中采集樣本，供其他儀器分析，以研究不同層位的古代環(huán)境記錄。四、論述題1.論述不同類(lèi)型的行星表面水對(duì)探測(cè)手段的選擇有何不同？以火星為例，說(shuō)明如何綜合運(yùn)用多種探測(cè)手段來(lái)尋找過(guò)去或現(xiàn)在的液態(tài)水證據(jù)。解析思路：不同類(lèi)型的水對(duì)探測(cè)手段的敏感度和響應(yīng)方式不同。液態(tài)水（特別是淺層或近期活動(dòng)的水）容易被光學(xué)相機(jī)、雷達(dá)高度計(jì)、成像光譜儀、熱紅外成像儀等探測(cè)到，并能直接提供水體的形態(tài)、分布、溫度等信息。冰蓋或次表層冰需要利用能夠穿透地表的雷達(dá)（如SAR或探地雷達(dá)）、伽馬能譜儀（探測(cè)高豐度元素如氫的同位素氘或氚）或中子能譜儀（探測(cè)氫含量）來(lái)探測(cè)。水蒸氣主要利用紅外光譜儀（探測(cè)其吸收譜線）或微波輻射計(jì)來(lái)探測(cè)其大氣柱含量。吸附水或水合礦物中的水，則更多依賴(lài)礦物學(xué)分析手段（如X射線衍射、光譜分析）來(lái)判斷。以火星為例，尋找過(guò)去液態(tài)水證據(jù)：利用高分辨率相機(jī)和成像光譜儀識(shí)別古河床、三角洲、湖岸線等地貌特征；利用雷達(dá)高度計(jì)和SAR探測(cè)地下含水層或冰蓋；利用伽馬能譜儀和中子能譜儀探測(cè)地下淺層水的分布；利用紅外光譜儀探測(cè)地表或大氣中的水蒸氣痕跡；綜合這些多圈層、多手段的數(shù)據(jù)，可以重建火星過(guò)去的氣候和環(huán)境條件，評(píng)估其宜居性。2.以木衛(wèi)二或土衛(wèi)二為例，論述科學(xué)家們是如何利用現(xiàn)有探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)推斷其地下存在液態(tài)水海洋的？解析思路：推斷木衛(wèi)二和土衛(wèi)二地下存在液態(tài)水海洋的主要依據(jù)是現(xiàn)有探測(cè)器（主要是伽利略號(hào)、卡西尼號(hào)）獲取的多方面數(shù)據(jù)。①伽利略號(hào)對(duì)木衛(wèi)二：探測(cè)到其南極地區(qū)強(qiáng)烈的雷達(dá)回波（“伽利略線”），被解釋為冰殼下液態(tài)水海洋對(duì)雷達(dá)波的鏡面反射；發(fā)現(xiàn)其地表存在年輕、光滑的冰面，以及可能由水冰噴流形成的羽流（“歐羅巴噴泉”），暗示冰殼薄且存在活動(dòng)；伽馬能譜儀探測(cè)到木衛(wèi)二富含氫，主要分布在南極區(qū)域，來(lái)源被認(rèn)為是冰蓋下海洋；中子能譜儀也確認(rèn)了南極區(qū)域異常高的氫含量。②卡西尼號(hào)對(duì)土衛(wèi)二：探測(cè)到其南極“虎紋狀地形”，被解釋為冰殼受下方海洋潮汐加熱和應(yīng)力作用導(dǎo)致的隆起和開(kāi)裂；發(fā)現(xiàn)其南極地區(qū)存在間歇性羽流活動(dòng)，噴出的物質(zhì)成分分析顯示含水冰是主要成分，并可能含有鹽分；卡西尼雷達(dá)對(duì)土衛(wèi)二地下進(jìn)行了探測(cè)，結(jié)果顯示冰殼厚度變化，進(jìn)一步支持了下方海洋的存在；同樣，伽馬能譜儀和質(zhì)譜儀也探測(cè)到土衛(wèi)二富氫，主要集中在其南極。綜合這些來(lái)自不同探測(cè)器和不同探測(cè)手段的證據(jù)，科學(xué)家們推斷這兩個(gè)冰衛(wèi)星都擁有一個(gè)厚厚的冰殼，下方隱藏著巨大的液態(tài)水海洋。3.闡述地球類(lèi)比法在行星表面水資源探測(cè)研究中的應(yīng)用價(jià)值，并舉例說(shuō)明在利用地球類(lèi)比法研究火星水時(shí)，需要注意哪些關(guān)鍵的區(qū)別和相似性。解析思路：地球類(lèi)比法是行星科學(xué)中重要的研究策略，其應(yīng)用價(jià)值在于：①提供可觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)室：地球擁有多樣化的水環(huán)境（海洋、湖泊、河流、冰川、地下水、大氣水汽等），可以提供行星水活動(dòng)的直接觀測(cè)證據(jù)和過(guò)程理解；②提供探測(cè)目標(biāo)和方法驗(yàn)證：地球上的極端環(huán)境（如極地冰蓋、深海熱液噴口、干燥沙漠）可以類(lèi)比外星行星的環(huán)境，用于測(cè)試和驗(yàn)證探測(cè)儀器和方法的性能；③提供概念模型和理論框架：地球水循環(huán)、水地質(zhì)作用等形成的概念和理論，可以為解釋外星行星的水相關(guān)現(xiàn)象提供基礎(chǔ)。以火星為例，地球類(lèi)比法幫助我們理解火星上的水蝕地貌（如河床、三角洲）、尋找過(guò)去水存在的線索（如含水的礦物、沉積巖層）、評(píng)估火星氣候歷史等。需要注意的關(guān)鍵區(qū)別：地球擁有濃厚的大氣層和活躍的全球水循環(huán)，火星大氣稀薄且水循環(huán)微弱或已被凍結(jié)；地球生命形式極其廣泛，火星的宜居性評(píng)估需要考慮更苛刻的極端環(huán)境條件（如高能宇宙射線、缺乏全球性磁場(chǎng)保護(hù)）。需要注意的關(guān)鍵相似性：兩者都經(jīng)歷過(guò)氣候變化；都存在水的地質(zhì)封存和釋放過(guò)程；地表水作用的地質(zhì)記錄（如沉積巖、風(fēng)化作用）的識(shí)別標(biāo)志可能具有共性。五、綜合應(yīng)用題假設(shè)未來(lái)任務(wù)計(jì)劃對(duì)金星地表進(jìn)行水資源的探測(cè)，考慮到金星惡劣的大氣環(huán)境（高溫、高壓、硫酸云），請(qǐng)分析在這種環(huán)境下，哪些探測(cè)手段可能仍然有效？并針對(duì)其中一種或幾種手段，簡(jiǎn)述其在金星環(huán)境下進(jìn)行水資源探測(cè)時(shí)面臨的具體挑戰(zhàn)以及可能的解決方案或技術(shù)改進(jìn)方向。解析思路：在金星惡劣的大氣環(huán)境下，直接從軌道或著陸器對(duì)地表進(jìn)行光學(xué)成像和光譜探測(cè)會(huì)受到嚴(yán)重干擾（硫酸云散射、吸收陽(yáng)光），難以獲取清晰地表信息。但一些穿透性或能適應(yīng)極端環(huán)境的探測(cè)手段可能仍然有效?？赡苡行У氖侄伟ǎ孩倮走_(dá)探測(cè)（SAR）：微波可以穿透硫酸云層，探測(cè)地表粗糙度、結(jié)構(gòu)，甚至有一定穿透能力探測(cè)淺層物質(zhì)。挑戰(zhàn)：雷達(dá)信號(hào)在稠密、高溫、高壓大氣中傳播和接收會(huì)衰減嚴(yán)重，分辨率可能下降，強(qiáng)熱輻射會(huì)干擾接收。解決方案/改進(jìn)：需要極高功率的發(fā)射機(jī)、高靈敏度的接收機(jī)、先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)（如多普勒成像、極化分析）來(lái)克服衰減和干擾，設(shè)計(jì)耐高溫、耐高壓的雷達(dá)天線和接收系統(tǒng)。②次聲波探測(cè)：次聲波可以傳播很遠(yuǎn)并穿透大氣層，可用于探測(cè)大型地表結(jié)構(gòu)或潛在地下活動(dòng)（如火山噴發(fā)、大型氣體釋放）間接指示水的存在。挑戰(zhàn)：次聲波頻率低，探測(cè)小型水體或地表水特征能力有限，信號(hào)易受強(qiáng)風(fēng)和雷電干擾。解決方案/改進(jìn)：部署陣列式次聲波探測(cè)器以提高定位精度和信號(hào)質(zhì)量。③地球化學(xué)/礦物學(xué)探測(cè)（原位）：著陸器搭載的耐高溫、耐腐蝕儀器，直接分析采集的土壤或巖石樣本，尋找含水礦物（如硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽）或水分子痕跡。挑戰(zhàn)：金星表面溫度極高（約4