2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——火星表面水資源含量研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題（每題10分，共50分）1.簡述火星表面水的存在形式及其分布特征。2.比較火星與地球在水資源方面的主要差異。3.簡述火星全球勘測軌道飛行器（MRO）在探測火星水資源方面的重要發(fā)現(xiàn)。4.解釋什么是“季節(jié)性斜坡紋線”（RecurringSlopeLineae,RSL），并探討其與液態(tài)水存在的可能聯(lián)系。5.簡述火星地下水的可能分布及其探測方法。二、論述題（每題15分，共45分）1.論述火星過去存在液態(tài)水的證據(jù)及其對生命演化的意義。2.分析當前火星表面水資源的儲量和分布情況，并評估其對未來人類火星探測任務的潛在影響。3.探討火星水資源開發(fā)利用的可能途徑和技術挑戰(zhàn)，并分析其在未來火星基地建設中的重要性。三、計算題（每題20分，共40分）1.假設某火星探測器的雷達探測數(shù)據(jù)顯示，在深度5公里處發(fā)現(xiàn)了含水層，含水層的體積分數(shù)為5%。如果該含水層的橫截面積為100平方公里，請計算該含水層的總水量（以立方米為單位），并說明這一水量對火星基地供水可能意味著什么。2.已知火星大氣壓強為600帕，溫度為-20攝氏度，水蒸氣濃度為0.01毫巴。請計算火星大氣中水蒸氣的絕對濕度，并解釋這一濕度水平對火星表面水循環(huán)過程的影響。試卷答案一、簡答題1.答案：火星表面水的存在形式主要包括固態(tài)水（如冰川、凍土中的水冰）、液態(tài)水（如極地暗區(qū)季節(jié)性液態(tài)鹽水、間歇性噴泉）和氣態(tài)水（如水蒸氣）。分布特征上，水冰主要存在于極地冰蓋和永久凍土中，液態(tài)水可能存在于某些暗區(qū)或地下，水蒸氣則主要存在于大氣平流層中，且含量極低。解析思路：考察對火星表面水存在形式和分布的基本認知。需要知道火星表面水主要以冰的形式存在，液態(tài)水存在條件苛刻，大氣水汽含量極低。2.答案：主要差異在于：地球擁有豐富的液態(tài)海洋、湖泊和河流，水循環(huán)活躍；而火星表面幾乎沒有穩(wěn)定的液態(tài)水，水主要以冰的形式存在，大氣干燥，水循環(huán)極其微弱。此外，地球表面溫度普遍高于火星，有利于液態(tài)水的穩(wěn)定存在。解析思路：考察對比分析能力。需要掌握地球和火星的氣候、水循環(huán)、表面溫度等關鍵差異，并指出這些差異對水資源存在形式的影響。3.答案：MRO的CRISM光譜儀發(fā)現(xiàn)了大量含水礦物（如羥基鹽和磷酸鹽）的證據(jù)，表明過去火星表面曾有水活動。其HiRISE相機拍攝到了疑似液態(tài)鹽水流動的RSL特征，提供了液態(tài)水可能存在的間接證據(jù)。此外，MRO還探測到了極地冰蓋的細節(jié)和大氣中的水汽分布。解析思路：考察對具體火星探測任務的了解程度。需要知道MRO的主要科學目標及其關鍵儀器（CRISM,HiRISE）的功能和主要發(fā)現(xiàn)，特別是與水資源相關的成果。4.答案：RSL是沿火星斜坡延伸的線狀特征，通常在鹽堿地出現(xiàn)。其形成機制尚存爭議，但其中一種觀點認為，地下深處液態(tài)鹽水在溫度和壓力作用下向上滲出，蒸發(fā)后留下鹽分，形成這些紋線。這種過程需要相對較高的水活性，因此被一些人認為是過去或現(xiàn)在地下存在液態(tài)水或液態(tài)鹽水的重要線索。解析思路：考察對火星表面特殊地貌及其科學意義的理解。需要知道RSL的形態(tài)特征、分布位置，并理解其可能的形成機制及其與水存在的聯(lián)系。5.答案：火星地下水資源可能以水冰的形式儲存在地表以下一定深度，尤其是在中緯度地區(qū)的永久凍土（permafrost）中或由含水礦物組成。探測方法包括：利用雷達探測地下結構（如MRO的SHARAD雷達），通過探測地表礦物光譜特征（如OH/水）間接推斷地下水存在，以及未來的鉆探采樣直接獲取地下物質(zhì)。解析思路：考察對火星地下水資源分布和探測技術的了解。需要知道地下水的可能賦存狀態(tài)和空間分布，并熟悉幾種主要的探測手段及其原理。二、論述題1.答案：火星過去存在液態(tài)水的證據(jù)包括：遍布全球的古代河床、三角洲、湖泊沉積物，高聳的火山和峽谷系統(tǒng)（可能由水流侵蝕形成），以及富含水合物的礦物（如黏土礦物、硫酸鹽）。這些證據(jù)表明，早期火星氣候可能更溫暖濕潤，存在廣泛的水體。這些古代水環(huán)境為火星生命演化的可能性提供了基礎條件，盡管目前火星表面環(huán)境惡劣，但地下可能仍存在生命或曾經(jīng)存在過生命。解析思路：考察綜合分析和論證能力。需要系統(tǒng)梳理火星上與過去水活動相關的多種地質(zhì)證據(jù)，并闡述這些證據(jù)如何支持火星曾經(jīng)擁有液態(tài)水的結論，以及其對生命演化的意義。2.答案：當前火星表面水資源以水冰形式主要儲存在極地冰蓋和地下。極地冰蓋儲量巨大，但難以直接利用。地下水冰分布不均，儲量估算存在很大不確定性。潛在的分布區(qū)域包括中緯度地區(qū)的斜坡、凹陷和火山附近。這些地下水資源是未來人類火星探測任務的重要資源，可用于生產(chǎn)飲用水、呼吸用氧氣、農(nóng)業(yè)灌溉和火箭燃料。水資源的可用性和可獲取性直接影響火星基地的可持續(xù)性和成本效益。解析思路：考察對火星當前水資源狀況、分布及其應用前景的分析能力。需要了解火星水資源的類型、大致分布區(qū)域、儲量估計情況，并分析其對未來人類火星活動（特別是基地建設）的潛在影響。3.答案：開發(fā)利用火星水資源的可能途徑包括：開采極地或地下的水冰，利用熔巖管等地下結構建立水冰儲藏和加工設施，通過電解水冰制取氫氣和氧氣（作為飲用水和呼吸用氧氣），利用薩巴蒂爾反應（Sabatierreaction）將氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷（作為火箭燃料）。主要技術挑戰(zhàn)包括：水冰開采和運輸效率、地下環(huán)境的勘探和安全性、資源就地利用（ISRU）技術的可靠性和成本、以及長期儲存和分配系統(tǒng)的建立?；鹦撬Y源對于未來火星基地的生存、自給自足和長期駐留至關重要，是降低地緣運輸成本、實現(xiàn)火星可持續(xù)發(fā)展的關鍵。解析思路：考察對火星水資源利用技術和未來挑戰(zhàn)的探討能力。需要了解幾種主要的水資源利用方法（物理開采、化學分解、ISRU），認識到面臨的技術難題，并強調(diào)水資源利用對未來火星基地建設的重要性。三、計算題1.答案：總水量=體積分數(shù)×橫截面積×平均深度=0.05×(100×10^6m2)×(5×103m)=2.5×1011m3。這一水量非常巨大，如果能夠高效開采和利用，理論上可以支持一個規(guī)模相當可觀的火星基地的長期供水需求，顯著降低對地補給的依賴。解析思路：考察基本的體積計算能力和將計算結果與實際應用場景聯(lián)系的能力。需要準確理解題目中各參數(shù)的含義（體積分數(shù)、橫截面積、深度），進行簡單的乘法計算，并將計算出的巨大數(shù)值與火星基地供水聯(lián)系起來。2.答案：絕對濕度=水蒸氣分壓/(R*T)=0.01mbar/(287J/(kg·K)*(-20+273)K)≈3.2×10??kg/m3。這一絕對濕度水平非常低（遠低于地球海平面上的飽和濕度），表明火星大氣極其干燥。低濕度意味著水蒸氣難以凝結或液化，