2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——小行星碰撞與行星演化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的首字母填在括號內(nèi)。）1.下列哪種類型的近地小行星成分最可能直接代表太陽星云的原始組成？A.S型B.C型C.M型D.E型2.導(dǎo)致地球和月球形成的主要大碰撞假說中，撞擊體被推測為：A.一個與火星大小相當(dāng)?shù)奶祗wB.一個與木星大小相當(dāng)?shù)奶祗wC.一個主要由冰水組成的大型天體D.地球自身的不穩(wěn)定部分3.復(fù)合型撞擊坑與簡單型撞擊坑最本質(zhì)的區(qū)別在于：A.形成撞擊體的速度不同B.撞擊地點的原始地形不同C.坑底是否存在中央峰或環(huán)狀山D.坑壁的坡度大小不同4.行星內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量，對早期行星演化的主要貢獻是：A.直接驅(qū)動板塊構(gòu)造運動B.導(dǎo)致行星快速失重C.提供行星內(nèi)部加熱和分化所需能量D.促進行星大氣層的快速形成5.與地球相比，火星大氣層顯著變薄且以二氧化碳為主的原因最可能是：A.火星質(zhì)量小于地球B.火星缺乏全球性磁場保護C.火星表面溫度遠(yuǎn)低于地球D.火星沒有板塊構(gòu)造活動6.“星子吸積”階段在行星形成過程中主要發(fā)生在：A.太陽星云最內(nèi)層B.巨行星核心形成之后C.行星胚胎已經(jīng)形成但尚未達到gigantean碰撞階段D.奧爾特云和柯伊伯帶形成時期7.某撞擊事件形成了具有清晰射紋系統(tǒng)的撞擊坑，這通常表明：A.撞擊體是單個大型天體B.撞擊發(fā)生在古老且已分化的地殼上C.撞擊能量非常高，產(chǎn)生了全球性噴發(fā)D.撞擊坑形成于水冰豐富的區(qū)域8.關(guān)于小行星帶的形成，目前被廣泛接受的理論是：A.由離散盤內(nèi)的物質(zhì)直接聚集而成B.由內(nèi)太陽系早期碎屑通過多次碰撞聚合而成C.是木星引力捕獲了大量星際物質(zhì)形成的D.是由于柯伊伯帶物質(zhì)向內(nèi)遷移被清除后留下的殘余9.地球撞擊記錄主要通過以下哪種方式得以保存？A.完整保存的深海沉積巖層B.廣泛分布的、未受風(fēng)化的隕石坑C.隕石本身及其在地球地殼中的分布D.地質(zhì)年代測定中的放射性同位素異常10.行星系統(tǒng)形成過程中的“同源演化”和“異源演化”概念主要區(qū)分：A.行星形成時間的先后B.行星形成過程中物質(zhì)來源的不同C.行星最終大小和質(zhì)量的差異D.行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分的復(fù)雜程度二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.小行星根據(jù)其光譜特征和成分，主要可分為S型、C型和________型三大類。2.月球撞擊坑普遍缺乏中央峰，這支持了月球形成于一次________的巨撞擊事件的觀點。3.撞擊坑的尺度與撞擊能量大致遵循________關(guān)系，即能量越大，可能形成的撞擊坑越大。4.行星內(nèi)部的放射性元素（如鈾、釷、鉀）通過其衰變釋放的________是早期行星加熱的重要能源。5.行星大氣的演化通常經(jīng)歷形成、發(fā)展和________三個主要階段。6.火星早期曾經(jīng)存在廣泛液態(tài)水證據(jù)的線索包括________和季節(jié)性極冠變化。7.行星形成過程中的________階段是指微米到厘米大小的星子通過碰撞和吸積增長為米級到公里級的天體。8.近地小行星（NEO）是可能對地球構(gòu)成________威脅的小行星。9.地質(zhì)學(xué)研究表明，地球在其早期歷史中經(jīng)歷了劇烈的________事件，導(dǎo)致大量物質(zhì)被拋入太空。10.行星系統(tǒng)的形成通常與中心恒星的________有關(guān)，其物質(zhì)主要來源于圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的________。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義。）1.撞擊坑射紋系統(tǒng)2.行星分異3.奧爾特云4.恒星風(fēng)剝離5.行星系統(tǒng)同源說四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述小行星撞擊對行星表面演化的主要影響。2.比較小行星和行星形成過程中的主要碰撞特征（至少三點）。3.簡述行星內(nèi)部放射性元素加熱的機制及其重要意義。4.解釋為什么說火星大氣比地球大氣稀薄得多。五、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和闡述下列問題。）1.詳細(xì)論述“大碰撞假說”的主要內(nèi)容及其在月球形成研究中的依據(jù)。2.分析小行星撞擊事件如何可能影響行星的軌道演化，并舉例說明。---試卷答案一、選擇題1.B2.A3.C4.C5.B6.C7.B8.B9.C10.B二、填空題1.M2.高速3.尺度-頻率4.熱量5.丟失（或破壞）6.古老地表沉積物中的層紋石/硫酸鹽7.星子8.撞擊9.大型10.誕生；星云三、名詞解釋1.撞擊坑射紋系統(tǒng)：指環(huán)繞撞擊坑邊緣分布的、平行或發(fā)散的線性構(gòu)造（如脊線、溝槽），通常由撞擊產(chǎn)生的高速噴出物沉積形成。2.行星分異：指早期行星在形成過程中，由于內(nèi)部熱量和重力的作用，使得密度不同的物質(zhì)發(fā)生分層，形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如地核、地幔、地殼）的過程。3.奧爾特云：位于太陽系最外層，包圍整個太陽系的巨大、稀疏的冰質(zhì)塵埃云，被認(rèn)為是長周期彗星的起源地。4.恒星風(fēng)剝離：指早期太陽強烈的恒星風(fēng)（高速帶電粒子流）將行星（尤其是較輕的行星如火星）原始大氣層吹散的過程。5.行星系統(tǒng)同源說：認(rèn)為太陽系內(nèi)所有行星都是由同一片原始太陽星云通過類似的過程形成的理論觀點。四、簡答題1.小行星撞擊對行星表面演化的主要影響：*創(chuàng)造地貌：形成各種類型和規(guī)模的撞擊坑，塑造行星表面景觀。*改變成分：將地殼甚至地幔物質(zhì)拋射到空間或形成特殊的撞擊熔巖/玻璃。*埋藏記錄：將地表物質(zhì)向下掩埋，保存了不同時期的地質(zhì)記錄。*短暫加熱/改變環(huán)境：大型撞擊可導(dǎo)致局部甚至全球性的短期溫度升高、大氣成分改變或引發(fā)次生火山噴發(fā)、滑坡等。*終結(jié)生命（可能）：大規(guī)模撞擊可能通過撞擊冬天、有毒物質(zhì)釋放等方式導(dǎo)致行星生命滅絕。2.比較小行星和行星形成過程中的主要碰撞特征：*碰撞規(guī)模：小行星碰撞通常規(guī)模較小，影響范圍有限；行星形成過程中的碰撞規(guī)模巨大，可改變行星軌道甚至命運（如巨撞擊）。*碰撞頻率：小行星碰撞相對頻繁且持續(xù)至今；行星形成初期碰撞極為頻繁，后期頻率顯著降低。*碰撞目的/結(jié)果：小行星碰撞多導(dǎo)致碎裂、能量釋放、坑形成；行星形成碰撞旨在增長天體質(zhì)量，最終形成行星胚胎和行星。*涉及天體類型：小行星碰撞主要是小行星之間或小行星與行星/衛(wèi)星碰撞；行星形成碰撞涉及星子、行星胚胎、巨行星等不同質(zhì)量天體。*對演化的作用：小行星碰撞是行星表面演化和撞擊記錄的主要形成機制；行星形成碰撞是行星內(nèi)部分化、軌道形成和早期歷史的決定性因素。3.行星內(nèi)部放射性元素加熱的機制及其重要意義：*機制：行星內(nèi)部富集的放射性元素（鈾U、釷Th、鉀K）發(fā)生放射性衰變，其阿爾法粒子、貝塔粒子和伽馬射線將能量傳遞給周圍物質(zhì)，導(dǎo)致局部溫度升高，從而產(chǎn)生熱量。*重要意義：在行星形成早期，當(dāng)其他加熱機制（如吸積摩擦、沖擊加熱）逐漸減弱時，放射性元素加熱成為主要的內(nèi)部熱源，足以熔化巖石，驅(qū)動物質(zhì)分異，形成地核、地幔、地殼結(jié)構(gòu)；它也維持了部分行星內(nèi)部的熱狀態(tài)，使其具有地質(zhì)活動（如板塊運動、火山活動），并影響了行星的冷卻歷史。4.解釋為什么說火星大氣比地球大氣稀薄得多：*逃逸速度差異：火星質(zhì)量遠(yuǎn)小于地球，其表面重力加速度僅為地球的約38%，這意味著火星的逃逸速度（約5.03km/s）遠(yuǎn)低于地球（約11.2km/s）。*恒星風(fēng)強度：火星缺乏像地球那樣全球性、強大的磁場來偏轉(zhuǎn)太陽風(fēng)粒子。強烈的太陽風(fēng)持續(xù)剝離火星高層大氣，特別是較輕的氣體成分（如氫、氦）。*早期演化不同：地球早期可能通過火山活動釋放了大量氣體形成厚大氣層，并可能被木星引力篩選掉了部分輕氣體。而火星可能由于潮汐加熱效率低、缺乏活躍的板塊構(gòu)造和火山活動，未能持續(xù)補充大氣。*溫度較低：火星平均溫度遠(yuǎn)低于地球，較低的溫度降低了氣體分子的平均動能，使其更難達到逃逸速度。五、論述題1.詳細(xì)論述“大碰撞假說”的主要內(nèi)容及其在月球形成研究中的依據(jù)。大碰撞假說認(rèn)為，約45億年前，一個火星大小的原行星（稱為“忒伊亞”，Theia）與早期地球發(fā)生了一次高速碰撞。其主要內(nèi)容如下：*碰撞事件：一個質(zhì)量約為地球1/10左右的忒伊亞，以極高速度（估計>10km/s）撞擊了幾乎形成了的早期地球。*物質(zhì)混合：碰撞是爆炸性的，而非簡單的吸積。大量物質(zhì)（主要是地球和忒伊亞的巖石和部分金屬）被拋射到太空中，進入地球軌道。*月球形成：這些被拋射的物質(zhì)在引力的作用下，經(jīng)過數(shù)月到數(shù)年的吸積和碰撞，逐漸聚集形成了月球。*證據(jù)依據(jù)：*月球的組成：月球的氧同位素組成與地球地殼高度一致，但與地球的熔融地幔、隕石存在顯著差異，這與忒伊亞和早期地球碰撞后物質(zhì)混合的預(yù)測相符。月球缺乏鐵核心，也與地球-忒伊亞碰撞主要拋射出地幔和地殼物質(zhì)，而非核心物質(zhì)一致。*地月系統(tǒng)的角動量：地球和月球的共同轉(zhuǎn)動角動量矩非常巨大（約2.8x10^40kg·m2/s），其方向與地球的自轉(zhuǎn)方向基本一致。大碰撞模型能很好地解釋這一角動量矩的來源和方向，即碰撞的角動量被有效地傳遞給了整個地月系統(tǒng)。*地球-月球系統(tǒng)的總質(zhì)量：地月系統(tǒng)的總質(zhì)量與太陽系其他行星系統(tǒng)相比不太大，大碰撞模型認(rèn)為這是早期地球可能撞擊掉一部分質(zhì)量的結(jié)果。*撞擊坑模擬：計算機模擬顯示，類似規(guī)模的碰撞確實可以形成具有月球質(zhì)量、組成和角動量矩的地月系統(tǒng)。大碰撞假說目前是解釋月球起源的最主流和最有力的理論。2.分析小行星撞擊如何可能影響行星的軌道演化，并舉例說明。小行星撞擊，特別是大型或高速的撞擊，可以通過多種機制顯著影響行星的軌道參數(shù)（半長軸、偏心率、傾角）：*角動量交換：撞擊是一個瞬時、不守恒的角動量交換過程。撞擊方向和速度的不同會導(dǎo)致行星獲得額外的角動量，改變其軌道的偏心率、傾角或兩者都改變。如果撞擊發(fā)生在行星近日點或遠(yuǎn)日點附近，對偏心率的影響尤為顯著。*質(zhì)量改變：大型撞擊會從行星表面移除一部分質(zhì)量。如果質(zhì)量損失較大，或者撞擊不對稱地移除了質(zhì)量，會改變行星的總質(zhì)量，進而影響其軌道（根據(jù)開普勒第三定律，質(zhì)量減小會導(dǎo)致軌道半徑減小）。不對稱的質(zhì)量損失還會產(chǎn)生非引力效應(yīng)，長期累積可能導(dǎo)致軌道不穩(wěn)定。*非引力相互作用：大型撞擊產(chǎn)生的噴射物云在短時間內(nèi)會圍繞行星運動，與行星產(chǎn)生非引力相互作用，暫時性地改變行星的軌道。*連鎖碰撞：一次大型撞擊可能在行星周圍產(chǎn)生大量的碎屑環(huán)或臨時共振環(huán)。這些碎屑在相互作用中可能引發(fā)一系列次級碰撞，這些次級碰撞的累積效應(yīng)可能導(dǎo)致行星軌道發(fā)生長期、持續(xù)的變化。*舉例說明：*地球軌道的變化：普遍認(rèn)為，早期地球與忒伊亞的巨大碰撞不僅形成了月球，還極大地改變了地球的軌道，使其變得更穩(wěn)定（偏心率降低），并可能將地球置于一個更安全的太陽軌道帶。*火星軌道的變化：有研究提出，火星過去可能經(jīng)歷過多次大型撞擊事件，這些事件可能導(dǎo)致了其軌道偏