2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星生命存在可能性的探討考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)通常被認(rèn)為是生命存在所必需的化學(xué)元素，盡管其具體形式可能多樣？A.氮?dú)?N?)B.碳C.氦氣(He)D.氫氣(H?)2.行星圍繞恒星運(yùn)行所處于的“宜居帶”主要取決于什么因素？A.行星的質(zhì)量B.行星的衛(wèi)星數(shù)量C.恒星的luminosity（光度）D.行星的大氣密度3.“凌日法”探測(cè)系外行星的主要原理是什么？A.測(cè)量恒星光譜的多普勒頻移B.直接拍攝到行星反射的星光C.觀察到恒星亮度周期性減弱D.利用引力透鏡效應(yīng)4.在討論系外行星大氣成分時(shí)，甲烷（CH?）和氧氣（O?）同時(shí)被探測(cè)到，通常被認(rèn)為比單獨(dú)探測(cè)其中一種更有可能指示存在生物活動(dòng)，因?yàn)樗鼈冎g可能存在什么化學(xué)耦合？A.光合作用B.化學(xué)燃燒C.放射性衰變D.大氣環(huán)流5.地球上的嗜熱菌能在極高溫度下生存，這一現(xiàn)象對(duì)探索地外生命有什么重要意義？A.證明了生命不需要液態(tài)水B.表明高溫是所有生命起源的必要條件C.提示生命可能適應(yīng)比預(yù)期更極端的環(huán)境，擴(kuò)展了潛在的宜居范圍D.說(shuō)明生命起源于火山噴口6.木衛(wèi)二（歐羅巴）表面覆蓋的冰層下被認(rèn)為可能存在液態(tài)水海洋，其主要能量來(lái)源可能是？A.接受太陽(yáng)的直接輻射B.木星引力的潮汐加熱C.木衛(wèi)二內(nèi)部放射性元素的衰變D.木星磁場(chǎng)捕獲的太陽(yáng)風(fēng)能量7.人類目前主要通過(guò)分析什么來(lái)尋找地外生命的“生物標(biāo)志物”？A.行星的表面顏色B.行星的地形地貌C.行星大氣的化學(xué)成分D.行星的磁場(chǎng)強(qiáng)度8.以下哪個(gè)選項(xiàng)是關(guān)于火星生命探索的一個(gè)主要挑戰(zhàn)？A.火星大氣非常濃厚，便于探測(cè)B.火星表面存在大量液態(tài)水，生命易于存活C.火星距離地球遙遠(yuǎn)，探測(cè)器信號(hào)延遲大，采樣和分析難度高D.火星擁有強(qiáng)磁場(chǎng)，能有效屏蔽宇宙射線9.“泛種論”（Panspermia）假說(shuō)認(rèn)為生命或其前體可以在宇宙中傳播，其主要途徑可能涉及？A.行星間的碰撞噴射物B.宇宙飛船的有意或無(wú)意釋放C.星際塵埃云的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)D.恒星風(fēng)將微生物吹向宇宙10.設(shè)計(jì)用于登陸和探測(cè)火星表面的探測(cè)器（如火星車(chē)），在選擇著陸點(diǎn)時(shí)，通常會(huì)優(yōu)先考慮哪些區(qū)域？A.光照最充足的山頂B.大氣密度最大的平原C.可能存在或曾經(jīng)存在液態(tài)水痕跡的區(qū)域D.離木星最近的位置二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線處）11.行星是否能維持穩(wěn)定的表面溫度，使其液態(tài)水能夠長(zhǎng)期存在，通常與其是否位于恒星的______有關(guān)。12.除了液態(tài)水，能量、必需的化學(xué)元素和相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境等也被認(rèn)為是生命存在的重要______。13.通過(guò)分析系外行星大氣中______、甲烷和水的組合，科學(xué)家嘗試尋找可能由生物活動(dòng)產(chǎn)生的生物標(biāo)志物。14.地球上的極端微生物研究表明，生命適應(yīng)能力可能遠(yuǎn)超預(yù)期，拓展了我們尋找地外生命的______。15.探測(cè)木衛(wèi)二等冰封衛(wèi)星的地下海洋，主要面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)在于如何穿透厚重的冰層進(jìn)行______和取樣。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)潔明了地回答下列問(wèn)題）16.簡(jiǎn)述“宜居帶”的定義及其對(duì)行星生命存在可能性的影響。17.列舉并簡(jiǎn)要說(shuō)明至少三種探測(cè)系外行星大氣成分的方法及其原理。18.為什么說(shuō)火星的極地冰蓋或地下可能存在生命棲息地是科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)？請(qǐng)說(shuō)明理由。19.解釋什么是“生物標(biāo)志物”？在尋找地外生命時(shí)，探測(cè)生物標(biāo)志物可能面臨哪些主要的混淆因素（Falsifiers）？四、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，圍繞下列主題進(jìn)行深入探討）20.以木衛(wèi)二（歐羅巴）或土衛(wèi)二（恩克拉多斯）為例，詳細(xì)分析其表面環(huán)境特征、推測(cè)的地下海洋條件以及存在生命可能性的依據(jù)，并討論目前人類探測(cè)這些潛在生命棲息地所面臨的主要科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.A5.C6.B7.C8.C9.A10.C二、填空題11.宜居帶(或HabitableZone)12.條件(或Requirements)13.氧氣(或O?)14.范圍(或Possibilities/SearchSpace)15.探測(cè)(或Observation/Exploration)三、簡(jiǎn)答題16.簡(jiǎn)述“宜居帶”的定義及其對(duì)行星生命存在可能性的影響。答案：宜居帶（HabitableZone，簡(jiǎn)稱HZ）是指圍繞恒星運(yùn)行，理論上允許行星表面存在穩(wěn)定液態(tài)水的區(qū)域。其范圍主要取決于恒星的luminosity（光度）和行星與恒星之間的距離。液態(tài)水被認(rèn)為是生命（至少是類地生命）存在的重要條件之一。因此，宜居帶的存在為行星可能孕育生命提供了基本的前提，是搜尋地外生命的重要參考區(qū)域。然而，僅僅位于宜居帶并不意味著行星一定有生命，還需要滿足其他條件，如適宜的大氣、磁場(chǎng)保護(hù)、化學(xué)成分等。解析思路：首先要定義宜居帶是什么，明確其核心概念是“液態(tài)水存在區(qū)域”。然后說(shuō)明其決定因素（恒星亮度、距離）。最后闡述其對(duì)生命存在可能性的意義（提供基本條件、作為搜尋重點(diǎn)），并強(qiáng)調(diào)其并非充分條件。17.列舉并簡(jiǎn)要說(shuō)明至少三種探測(cè)系外行星大氣成分的方法及其原理。答案：探測(cè)系外行星大氣成分的主要方法包括：*凌日法光譜學(xué)（TransitSpectroscopy）：當(dāng)行星從恒星前方經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)短暫遮擋恒星光線，導(dǎo)致行星大氣吸收部分特定波長(zhǎng)的光。通過(guò)分析透過(guò)的星光光譜中出現(xiàn)的吸收線，可以識(shí)別大氣中存在的化學(xué)元素和分子。*徑向速度法高分辨率光譜（RadialVelocityHigh-ResolutionSpectroscopy）：通過(guò)測(cè)量恒星因行星引力擾動(dòng)而產(chǎn)生的周期性徑向速度變化，使用高分辨率光譜儀可以探測(cè)到與行星大氣相關(guān)的微弱吸收信號(hào)。*直接成像法（DirectImaging）：對(duì)于距離地球較近或質(zhì)量較大的系外行星，可以直接拍攝其反射光或自身發(fā)出的光。通過(guò)分析這些光的光譜，可以了解行星大氣的成分。這種方法通常需要先進(jìn)的coronagraph（遮掩器）技術(shù)來(lái)抑制恒星的強(qiáng)光。解析思路：需要列舉三種不同原理的方法。凌日法要說(shuō)明“遮擋-吸收光譜”的原理。徑向速度法要說(shuō)明“引力擾動(dòng)-測(cè)速度-吸收光譜”的原理。直接成像法要說(shuō)明“直接拍攝-分析光譜”的原理，并提及對(duì)技術(shù)的要求。18.為什么說(shuō)火星的極地冰蓋或地下可能存在生命棲息地是科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)？請(qǐng)說(shuō)明理由。答案：科學(xué)家關(guān)注火星極地冰蓋或地下潛在生命棲息地，主要基于以下幾點(diǎn)理由：*水的存在：火星兩極的冰蓋含有大量的水冰，表明火星歷史上或現(xiàn)在仍存在液態(tài)水或水冰。液態(tài)水是已知生命存在的關(guān)鍵條件。*潛在的環(huán)境穩(wěn)定性：地下環(huán)境或冰蓋深處可能受到地表劇烈氣候變化（如極端溫度、沙塵暴）的屏蔽，提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、受保護(hù)的棲息地，可能允許生命在看似不適宜的地表環(huán)境下生存。*有機(jī)物的存在證據(jù)：火星巖石和土壤中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)分子等證據(jù)，表明生命所需的化學(xué)成分可能存在。地下或冰下環(huán)境可能更好地保護(hù)這些有機(jī)物。*能源來(lái)源：地下可能存在地?zé)峄顒?dòng)、化學(xué)反應(yīng)（如氧化還原反應(yīng)）或來(lái)自放射性元素的能量，為生命提供能源。*探索難度與潛力：雖然探測(cè)地下環(huán)境技術(shù)難度大，但若存在生命，?aylà潛在的重大發(fā)現(xiàn)，因此是火星探測(cè)的重要科學(xué)目標(biāo)。解析思路：圍繞“水”、“環(huán)境穩(wěn)定性”、“有機(jī)物”、“能源”這幾個(gè)關(guān)鍵要素展開(kāi)。首先指出水的存在，然后說(shuō)明環(huán)境穩(wěn)定性為何重要，接著提及有機(jī)物證據(jù)，再談能源來(lái)源，最后強(qiáng)調(diào)其作為科學(xué)目標(biāo)的價(jià)值。19.解釋什么是“生物標(biāo)志物”？在尋找地外生命時(shí)，探測(cè)生物標(biāo)志物可能面臨哪些主要的混淆因素（Falsifiers）？答案：生物標(biāo)志物（Biosignatures）是指指示行星上存在生命活動(dòng)（特別是生物代謝活動(dòng)）的跡象或信號(hào)，通常表現(xiàn)為該行星大氣、表面或其他可探測(cè)介質(zhì)中具有特定化學(xué)成分、物理特性或模式，這些特征與無(wú)生命的地質(zhì)或化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的差異顯著。例如，地球大氣中的氧氣和甲烷濃度季節(jié)性波動(dòng)。探測(cè)生物標(biāo)志物可能面臨的混淆因素（Falsifiers）主要包括：*純粹地質(zhì)/化學(xué)過(guò)程：行星上的非生物地質(zhì)活動(dòng)或化學(xué)反應(yīng)也可能產(chǎn)生看似生物標(biāo)志物的化學(xué)物質(zhì)組合。例如，甲烷可能由火山或甲烷生成菌（非生命）產(chǎn)生，氧氣可能由巖石與水或空氣反應(yīng)產(chǎn)生。*大氣循環(huán)動(dòng)力學(xué)：大氣的混合、環(huán)流、云層等動(dòng)力學(xué)過(guò)程可能導(dǎo)致生物標(biāo)志物在空間或時(shí)間上分布不均，形成假象。*干擾源：探測(cè)儀器可能受到來(lái)自太陽(yáng)、恒星或其他天體的輻射，或儀器自身產(chǎn)生的背景信號(hào)干擾。*儀器分辨率限制：當(dāng)前探測(cè)技術(shù)的分辨率可能不足以完全區(qū)分真實(shí)生物信號(hào)和復(fù)雜的非生物背景。解析思路：首先要清晰定義生物標(biāo)志物的概念。然后重點(diǎn)列舉可能導(dǎo)致誤判的混淆因素，從來(lái)源（地質(zhì)化學(xué)）、過(guò)程（大氣動(dòng)力學(xué)）、干擾（外部/內(nèi)部）、技術(shù)（分辨率）等多個(gè)角度進(jìn)行分析。四、論述題20.以木衛(wèi)二（歐羅巴）或土衛(wèi)二（恩克拉多斯）為例，詳細(xì)分析其表面環(huán)境特征、推測(cè)的地下海洋條件以及存在生命可能性的依據(jù)，并討論目前人類探測(cè)這些潛在生命棲息地所面臨的主要科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)。答案：以木衛(wèi)二（歐羅巴）為例：*表面環(huán)境特征：木衛(wèi)二擁有一個(gè)光滑、年輕的冰殼，布滿裂縫和線狀結(jié)構(gòu)，表明其冰殼處于活躍的地質(zhì)狀態(tài)，可能存在冰下液態(tài)水海洋。表面幾乎沒(méi)有可見(jiàn)的撞擊坑，暗示冰殼相對(duì)年輕，可能通過(guò)火山活動(dòng)或板塊構(gòu)造進(jìn)行更新。探測(cè)器（如伽利略號(hào)）曾發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二表面存在可能由水噴泉（cryovolcanism）噴射出的水蒸氣和冰粒，直接證據(jù)表明地表下存在液態(tài)水。*推測(cè)的地下海洋條件：基于木衛(wèi)二強(qiáng)大的木星引力潮汐加熱效應(yīng)，推測(cè)其地殼下方存在一個(gè)廣闊的液態(tài)水海洋，厚度可能達(dá)數(shù)十公里。這個(gè)海洋可能直接接觸含有放射性元素的巖石核，獲得持續(xù)的地質(zhì)熱能。同時(shí)，木衛(wèi)二可能擁有全球性的鹽分循環(huán)，類似于地球的海洋。其內(nèi)部可能存在化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生生命所需的有機(jī)物。*存在生命可能性的依據(jù)：木衛(wèi)二擁有液態(tài)水、持續(xù)的能源（潮汐加熱）、可能存在的化學(xué)成分（通過(guò)火山活動(dòng)或鹽分循環(huán)帶來(lái)），滿足了生命存在的部分關(guān)鍵條件。地球上的極端微生物展示了生命極強(qiáng)的適應(yīng)能力，因此即使木衛(wèi)二的環(huán)境（如高鹽度、壓力、溫度變化）與地球海洋差異巨大，仍不能完全排除生命存在的可能性。*探測(cè)面臨的科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)：*探測(cè)技術(shù)限制：目前無(wú)法直接穿透木衛(wèi)二厚實(shí)的冰殼進(jìn)行采樣。主要依賴遙測(cè)手段，如伽利略號(hào)、卡西尼號(hào)、朱諾號(hào)等飛掠探測(cè)，通過(guò)探測(cè)其磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、表面水活動(dòng)以及大氣成分來(lái)推斷地下海洋的存在和性質(zhì)。這些方法提供的是間接證據(jù)。*直接探測(cè)的困難：設(shè)計(jì)能夠穿透冰殼、進(jìn)入海洋并返回樣本的探測(cè)器技術(shù)難度極大。冰殼的厚度、強(qiáng)度以及可能存在的冰水混合物都是巨大挑戰(zhàn)。*生命形式未知：如果存在生命，其形式可能與地球生命截然不同，我們對(duì)這種未知生命形式的生物學(xué)特性、代謝方式、可探測(cè)信號(hào)幾乎一無(wú)所知，增加了探測(cè)的難度