2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——太陽系邊緣天體的特征研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.位于太陽系最外圍，通常被認(rèn)為是太陽系形成遺留物的區(qū)域是________。2.絕大多數(shù)短周期彗星來源于________帶內(nèi)側(cè)。3.奧爾特云是一個巨大、球狀的天體系統(tǒng)，其物質(zhì)可能源于太陽星云的________部分。4.目前已知最大的柯伊伯帶天體之一________，其表面可能存在一層甲烷冰殼。5.通過分析星際行星飛離其母星的________偏移，可以探測到它們的存在。6.探測太陽系邊緣天體最直接的方法之一是利用空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行________。7.解釋太陽系存在一個巨大致密盤面以及外行星軌道傾角較小的________理論，認(rèn)為是邊緣天體被拋射出去的結(jié)果。8.________是第一個被確認(rèn)位于太陽系外的系外行星，但其軌道位于類似柯伊伯帶的區(qū)域。9.________探測器是首個成功飛掠冥王星的探測器。10.對比研究不同類型邊緣天體的組成，有助于我們理解太陽系________的過程。二、名詞解釋（每題4分，共20分）1.柯伊伯帶2.星際行星3.彗星活動區(qū)4.系外行星5.太陽風(fēng)三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述冥王星被歸類為矮行星的主要依據(jù)。2.與主帶小行星相比，柯伊伯帶天體有哪些主要的物理化學(xué)特征？3.簡述奧爾特云的形成假說。4.列舉三種探測和研究太陽系邊緣天體的方法，并簡述其原理。5.為什么說研究太陽系邊緣天體對于理解太陽系起源具有重要意義？四、論述題（每題15分，共30分）1.詳細(xì)闡述新視野號探測器飛掠冥王星的主要科學(xué)目標(biāo)及其取得的重大發(fā)現(xiàn)。2.結(jié)合當(dāng)前觀測技術(shù)和理論模型，論述尋找和研究星際行星面臨的主要挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向。---試卷答案一、填空題1.奧爾特云2.海王星軌道以內(nèi)3.外圍4.鬩神星5.徑向6.直接成像7.大沖擊8.比鄰星b9.新視野號10.形成與演化二、名詞解釋1.柯伊伯帶：位于海王星軌道之外，太陽系平面附近的一個環(huán)狀區(qū)域，主要由冰凍物質(zhì)（水冰、甲烷冰、氮冰等）構(gòu)成的小天體組成，被認(rèn)為是太陽系形成的重要遺跡。2.星際行星：指的是圍繞其他恒星運行的行星，但并非太陽系的行星。它們通常位于其母星的宜居帶之外，通過徑向速度法或直接成像等方式被探測到。3.彗星活動區(qū)：指彗星靠近其近日點，受到太陽輻射加熱，冰物質(zhì)升華、塵埃噴射，形成彗發(fā)和彗尾的區(qū)域。對于來自柯伊伯帶或奧爾特云的彗星，其活動區(qū)位于太陽系內(nèi)部。4.系外行星：指圍繞太陽以外恒星運行的行星。系外行星的研究極大地擴展了我們對行星系統(tǒng)的認(rèn)識，包括其種類、分布、形成和演化等。5.太陽風(fēng)：指從太陽日冕持續(xù)向外高速流出的等離子體流。太陽風(fēng)可以到達(dá)太陽系的最外圍，與奧爾特云的物質(zhì)相互作用，影響彗星的活動和軌跡，并塑造了日球的邊界（日球?qū)禹敚?。三、簡答題1.簡述冥王星被歸類為矮行星的主要依據(jù)。*解析思路：回答需要緊扣矮行星的定義。冥王星的主要依據(jù)包括：未能使其所在區(qū)域（即海王星軌道之外的天區(qū)）清除干凈；質(zhì)量遠(yuǎn)小于太陽系八大行星；呈近似球形。*答案要點：冥王星質(zhì)量不足以克服引力達(dá)到流體靜力平衡（呈近似球形）；其軌道沒有被清除干凈，位于海王星軌道附近；體積和質(zhì)量都小于所有其他圍繞太陽運轉(zhuǎn)的行星。2.與主帶小行星相比，柯伊伯帶天體有哪些主要的物理化學(xué)特征？*解析思路：對比兩類天體的來源、組成、溫度、大小分布等關(guān)鍵特征?？乱敛畮祗w來自更外圍，形成時溫度更低，保留了更多原始物質(zhì)。*答案要點：(1)來源：柯伊伯帶天體主要位于海王星軌道外，而主帶小行星位于火星與木星之間；(2)組成：柯伊伯帶天體富含水冰、氨冰、甲烷冰等揮發(fā)物，而主帶小行星主要是巖石和硫磺；(3)溫度：柯伊伯帶天體溫度更低，冰更容易穩(wěn)定存在；(4)大小：柯伊伯帶天體普遍比主帶小行星大，存在一些大型矮行星（如鬩神星），主帶小行星則更小且分布更彌散。3.簡述奧爾特云的形成假說。*解析思路：描述奧爾特云的來源。它被認(rèn)為是太陽星云外圍的原始?xì)怏w和塵埃在太陽形成后被拋射到外圍，并逐漸凝聚形成的小天體，在引力作用下被束縛在遠(yuǎn)日點的一個龐大、球狀云。*答案要點：奧爾特云的形成假說認(rèn)為，太陽星云形成太陽系內(nèi)部天體時，仍有部分物質(zhì)（氣體和塵埃）被太陽的引力捕獲，但由于受到木星等巨行星引力的影響而被散射、拋射到太陽系外圍極遠(yuǎn)的地方，最終形成一個包圍整個太陽系的巨大、球狀天體系統(tǒng)。4.列舉三種探測和研究太陽系邊緣天體的方法，并簡述其原理。*解析思路：列舉常用且有效的探測方法，并簡要說明其工作原理。如直接觀測、引力微擾、徑向速度監(jiān)測等。*答案要點：(1)直接成像：利用空間望遠(yuǎn)鏡（如哈勃、韋伯）的高分辨率成像能力，直接拍攝柯伊伯帶天體或奧爾特云內(nèi)的彗星；(2)引力微擾：觀測經(jīng)過巨行星（特別是海王星）附近時，其軌道受到擾動的小天體，通過分析這些擾動可以反推存在暗物質(zhì)分布（如奧爾特云）或發(fā)現(xiàn)新的邊緣天體；(3)徑向速度法：通過監(jiān)測恒星光譜的周期性紅移和藍(lán)移，探測圍繞恒星運行的行星（包括星際行星）對其造成的“晃動”。5.為什么說研究太陽系邊緣天體對于理解太陽系起源具有重要意義？*解析思路：從組成、時間、過程等角度闡述。邊緣天體是原始太陽星云的“遺骸”，記錄了太陽系形成的早期信息。*答案要點：(1)組成信息：邊緣天體（特別是柯伊伯帶天體）保留了太陽系形成初期豐富的揮發(fā)性物質(zhì)（水、氨、甲烷等），有助于重建原始星云的組成；(2)時間信息：它們處于太陽系的最外圍，形成時間可能更接近太陽系形成初期，研究它們有助于了解太陽系演化的時間標(biāo)尺；(3)形成過程：研究邊緣天體的形成機制（如盤面不穩(wěn)定性、原行星散射）可以揭示巨行星如何形成和遷移，以及行星系統(tǒng)如何達(dá)到當(dāng)前的結(jié)構(gòu)；(4)遺留物：它們是太陽系形成和早期演化過程的直接產(chǎn)物或見證者，是研究這些過程不可或缺的樣本。四、論述題1.詳細(xì)闡述新視野號探測器飛掠冥王星的主要科學(xué)目標(biāo)及其取得的重大發(fā)現(xiàn)。*解析思路：首先列出新視野號飛掠冥王星的核心科學(xué)問題（如冥王星的形態(tài)、地質(zhì)、大氣、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成、磁場、周圍環(huán)境等），然后分別闡述針對這些問題的具體目標(biāo)，最后概述在任務(wù)中取得的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，并說明這些發(fā)現(xiàn)如何回應(yīng)了之前的科學(xué)疑問或提出了新的問題。*答案要點：*主要科學(xué)目標(biāo)：(1)獲取冥王星全球高分辨率地形圖和表面化學(xué)成分分布圖；(2)研究冥王星的地質(zhì)構(gòu)造和演化歷史；(3)探測冥王星稀薄的大氣層，測量其密度、壓力和成分；(4)測量冥王星的形狀、大小、質(zhì)量、密度和自轉(zhuǎn)；(5)探測冥王星及其衛(wèi)星（卡戎、尼克斯、海衛(wèi)一）的磁場特性；(6)對冥王星以外更遠(yuǎn)區(qū)域的柯伊伯帶天體進(jìn)行初步探測。*重大發(fā)現(xiàn)：(1)冥王星表面存在多樣化的地貌，包括冰火山、受撞擊的平原、可能的冰火山活動遺跡（暗斑）、以及可能的風(fēng)蝕特征，表明冥王星具有活躍的地質(zhì)演化歷史；(2)冥王星大氣主要由氮氣組成，含有少量甲烷和一氧化碳，大氣有季節(jié)性變化；(3)冥王星的密度高于預(yù)期，表明其內(nèi)部可能存在一個比之前認(rèn)為的更大的巖石核，核幔邊界可能較淺；(4)冥王星擁有微弱但全球性的磁場，其來源機制仍在研究中；(5)發(fā)現(xiàn)冥王星存在一個氮冰豐度異常高的極地帽；(6)對卡戎進(jìn)行了詳細(xì)測繪，發(fā)現(xiàn)其地質(zhì)構(gòu)造與冥王星有明顯差異；(7)飛掠過程中還觀測到其他柯伊伯帶天體（如KuiperBeltObject2014MU69，編號SS5011）。*意義：這些發(fā)現(xiàn)極大地改變了我們對矮行星的認(rèn)知，證實了矮行星也可以具有活躍的地質(zhì)活動和復(fù)雜的大氣系統(tǒng)，為理解太陽系外圍區(qū)域的演化和巨行星的形成提供了寶貴信息。2.結(jié)合當(dāng)前觀測技術(shù)和理論模型，論述尋找和研究星際行星面臨的主要挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向。*解析思路：首先分析星際行星（相對于太陽系內(nèi)的系外行星）尋找和研究面臨的主要困難，如距離極其遙遠(yuǎn)、信號微弱、背景噪聲干擾大、行星與母星系統(tǒng)相互作用可能更復(fù)雜等。然后結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)手段（如直接成像、凌日法、微引力透鏡、徑向速度法）及其局限性，展望未來的發(fā)展方向，包括更大口徑望遠(yuǎn)鏡、更先進(jìn)的探測器、更精密的校準(zhǔn)技術(shù)、更有效的數(shù)據(jù)分析算法以及多方法聯(lián)合觀測等。*答案要點：*主要挑戰(zhàn)：(1)距離遙遠(yuǎn)：星際行星圍繞其他恒星運行，距離地球極其遙遠(yuǎn)（通常是光年的量級），導(dǎo)致其亮度極其暗弱，觀測難度極大；(2)信號微弱：即使對于相對靠近的恒星，行星信號（如引力擾動、遮擋恒星光產(chǎn)生的凌日信號、行星自身輻射等）通常非常微弱，容易被來自恒星本身的閃爍、活動（如耀斑）或大氣湍流等背景噪聲淹沒；(3)背景干擾：觀測星際行星需要克服來自星際介質(zhì)、其他背景恒星、行星狀星云等的干擾；(4)行星特性：大多數(shù)潛在目標(biāo)行星可能體積小、質(zhì)量低，自轉(zhuǎn)速度可能很快，導(dǎo)致觀測更困難；(5)母星影響：恒星的年齡、活動性、磁場等都會影響行星探測，特別是對于凌日法和直接成像法，需要精確校準(zhǔn)恒星亮度變化或圖像背景。*當(dāng)前技術(shù)與方法及其局限：(1)直接成像：主要用于探測質(zhì)量較大的氣態(tài)巨行星，要求極高分辨率和對比度，目前主要依靠大型空間望遠(yuǎn)鏡（如哈勃、韋伯），但成功率不高，且難以探測到小型行星或巖石行星；(2)凌日法（TransitMethod）：通過監(jiān)測恒星亮度周期性下降來探測行星，主要適用于行星軌道接近正對的系統(tǒng)。對于星際行星，由于距離遙遠(yuǎn)，凌日效應(yīng)極其微弱，且周期可能非常長，探測難度極大；(3)微引力透鏡法（Microlensing）：利用背景恒星被前景星系或恒星引力透鏡放大的機會，探測其背后行星產(chǎn)生的微弱“星光彎曲”信號。對星際行星是有效的，但事件是瞬時的、不可重復(fù)的，且需要精確的天文觀測網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大面積搜索；(4)徑向速度法（RadialVelocityMethod）：通過探測恒星因行星引力擾動而產(chǎn)生的周期性徑向速度變化來尋找行星。對于星際行星，由于距離遙遠(yuǎn)，信號極其微弱，目前難以有效探測。*未來發(fā)展方向：(1)更大口徑和更高效率的望遠(yuǎn)鏡：建造更大口徑的空間或地面望遠(yuǎn)鏡，以及采用更高靈敏度的探測器（如紅外探測器），以增強信號、降低噪