2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——木星衛(wèi)星海洋和地下水資源考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪顆木星衛(wèi)星擁有目前太陽(yáng)系內(nèi)最確鑿的、位于冰殼下的液態(tài)水海洋證據(jù)？A.木衛(wèi)一伊奧B.木衛(wèi)二恩克拉多斯C.木衛(wèi)三伽利略D.木衛(wèi)四卡利斯托2.木衛(wèi)二表面覆蓋的羽流（watervaporgeysers）主要被認(rèn)為源于其冰殼下的哪個(gè)過程？A.熔融地幔的直接噴發(fā)B.冰殼與地幔的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體C.表面冰升華受太陽(yáng)加熱D.潛在海洋水汽通過冰殼裂縫升華3.導(dǎo)致木星衛(wèi)星（尤其是伽利略衛(wèi)星）內(nèi)部產(chǎn)生潮汐加熱的主要因素是？A.衛(wèi)星自身放射性元素的衰變B.木星引力的周期性變化C.木星磁場(chǎng)的直接作用D.與木星大氣層摩擦4.伽利略號(hào)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)三擁有強(qiáng)磁場(chǎng)，其最合理的解釋是？A.木衛(wèi)三表面存在液態(tài)鐵核心B.木衛(wèi)三內(nèi)部存在液態(tài)硅酸鹽地幔C.木衛(wèi)三被木星的磁場(chǎng)捕獲并放大D.木衛(wèi)三的冰殼具有鐵磁性5.探測(cè)木星衛(wèi)星地下海洋鹽度的主要挑戰(zhàn)在于？A.海洋深度太大，無(wú)法直接測(cè)量B.電磁波在厚冰殼中的衰減非常嚴(yán)重C.衛(wèi)星表面的火山活動(dòng)干擾了測(cè)量D.衛(wèi)星缺乏足夠的日照進(jìn)行光譜分析6.木衛(wèi)一表面活躍的火山活動(dòng)主要來(lái)源于其內(nèi)部？A.冰殼下穩(wěn)定存在的巨大液態(tài)海洋B.高溫熔融的地幔物質(zhì)上涌C.木星潮汐力持續(xù)加熱地幔D.太陽(yáng)風(fēng)粒子轟擊表面冰層產(chǎn)生熱量7.歐洲空間局（ESA）的JUICE任務(wù)重點(diǎn)關(guān)注木星衛(wèi)星，其主要科學(xué)目標(biāo)之一是？A.首次確認(rèn)木衛(wèi)三地下海洋的存在B.對(duì)木衛(wèi)一進(jìn)行高精度火山活動(dòng)測(cè)繪C.探索木衛(wèi)二冰殼下海洋的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和成分D.研究木星大氣層對(duì)衛(wèi)星表面環(huán)境的影響8.關(guān)于木星衛(wèi)星的地下水資源，以下哪種資源類型被認(rèn)為具有最高的潛在開采價(jià)值，尤其是在考慮未來(lái)人類深空探測(cè)基地時(shí)？A.冰殼中的固態(tài)水B.海洋中的溶解鹽分C.海洋底部可能存在的甲烷水合物D.海洋內(nèi)部由放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能9.木衛(wèi)四卡利斯托表面布滿了古老的撞擊坑，這表明其？A.地質(zhì)活動(dòng)非?；钴S，不斷重塑表面B.在木星系統(tǒng)形成早期就進(jìn)入了捕獲軌道C.在過去數(shù)十億年內(nèi)地質(zhì)活動(dòng)極為緩慢甚至停滯D.擁有比其他伽利略衛(wèi)星更強(qiáng)大的內(nèi)部放射性加熱10.利用空間探測(cè)器的磁力計(jì)測(cè)量衛(wèi)星的磁異常，其主要目的是為了？A.精確測(cè)量衛(wèi)星到木星的距離B.推測(cè)衛(wèi)星表面的巖石類型和分布C.探測(cè)衛(wèi)星冰殼下方是否存在液態(tài)導(dǎo)體（如海洋）D.分析衛(wèi)星大氣的成分和密度二、填空題（每空1分，共15分）1.木星強(qiáng)大的引力場(chǎng)和潮汐力對(duì)伽利略衛(wèi)星的______產(chǎn)生了顯著影響，是維持其內(nèi)部活躍狀態(tài)和潛在海洋液態(tài)的主要能量來(lái)源。2.木衛(wèi)二表面被水冰覆蓋，冰殼下方存在的巨大______是其成為生命潛在棲息地的重要條件之一。3.木衛(wèi)三是目前已知太陽(yáng)系中衛(wèi)星體積和質(zhì)量最大的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能包括一個(gè)固態(tài)的硅酸鹽______、一個(gè)液態(tài)的______以及一個(gè)可能存在的液態(tài)水海洋。4.探測(cè)木星衛(wèi)星是否擁有地下海洋的關(guān)鍵證據(jù)之一是______數(shù)據(jù)，特別是衛(wèi)星整體質(zhì)量分布與形狀的偏差。5.木衛(wèi)一的高效能量來(lái)源使其成為太陽(yáng)系內(nèi)地質(zhì)活動(dòng)最活躍的衛(wèi)星之一，其表面遍布______，主要由熔融的硅酸鹽物質(zhì)構(gòu)成。6.木衛(wèi)四雖然地質(zhì)活動(dòng)跡象不明顯，但其表面年輕地形的存在表明其冰殼之下可能仍然存在______或______的過程。7.除了水資源，木星衛(wèi)星的地下______和______也被認(rèn)為是潛在的寶貴資源，特別是對(duì)于未來(lái)的太空探索活動(dòng)。8.為了探測(cè)木衛(wèi)二冰殼下的海洋，科學(xué)家們推測(cè)可能存在一種稱為______的機(jī)制，它允許海洋中的水能夠通過冰殼傳遞電荷，產(chǎn)生可被探測(cè)器識(shí)別的磁信號(hào)。9.歐洲空間局的______任務(wù)將在2024年發(fā)射，其主要目標(biāo)是詳細(xì)調(diào)查木星系統(tǒng)，特別是對(duì)木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四進(jìn)行重點(diǎn)研究，以期揭示更多關(guān)于衛(wèi)星海洋和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的秘密。10.木星衛(wèi)星海洋的潛在生命支持能力取決于其______、______和______等多種環(huán)境因素的組合。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述伽利略號(hào)探測(cè)器為證實(shí)木衛(wèi)二擁有地下海洋提供了哪些關(guān)鍵證據(jù)。2.解釋什么是潮汐加熱，并說明其對(duì)木星衛(wèi)星（如木衛(wèi)二、木衛(wèi)三）內(nèi)部演化和海洋存在的意義。3.比較木衛(wèi)二和木衛(wèi)三在衛(wèi)星特征（大小、與木星距離、地質(zhì)活動(dòng)性、潛在海洋）上的主要異同點(diǎn)。4.簡(jiǎn)要說明為什么木衛(wèi)一被認(rèn)為目前最不可能擁有傳統(tǒng)意義上的穩(wěn)定液態(tài)水海洋，盡管其內(nèi)部活動(dòng)非常活躍。四、論述題（每題10分，共30分）1.綜合討論木星衛(wèi)星（以木衛(wèi)二為例）擁有潛在生命支持能力的必要條件，并分析當(dāng)前探測(cè)任務(wù)在驗(yàn)證這些條件方面取得的進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)。2.闡述利用不同空間探測(cè)技術(shù)（如雷達(dá)、磁力計(jì)、重力計(jì)、光學(xué)相機(jī)等）來(lái)探測(cè)和研究木星衛(wèi)星地下海洋的原理、優(yōu)勢(shì)和局限性。3.探討木星衛(wèi)星（特別是擁有地下海洋的衛(wèi)星）的地下水資源（包括水和潛在的其他資源）對(duì)于未來(lái)人類深空探測(cè)和太空殖民的意義與挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.B4.A5.B6.C7.C8.C9.C10.C二、填空題1.內(nèi)部熱流2.海洋3.核心層；地幔4.重力5.火山6.潛在海洋；冰殼板塊運(yùn)動(dòng)7.能源；生物資源8.電荷轉(zhuǎn)移9.JUICE10.溫度；壓力；化學(xué)成分三、簡(jiǎn)答題1.伽利略號(hào)探測(cè)器通過磁力計(jì)測(cè)量到木衛(wèi)二存在與衛(wèi)星整體質(zhì)量分布不匹配的弱磁異常，這無(wú)法用其地殼和地幔的成分和結(jié)構(gòu)完全解釋，最可能的解釋是冰殼下方存在一個(gè)規(guī)模龐大、導(dǎo)電性良好的液態(tài)水海洋。此外，木衛(wèi)二表面的年輕地質(zhì)構(gòu)造（如羽流、裂縫）也暗示其內(nèi)部存在活躍的流體過程，為海洋的存在提供了地質(zhì)學(xué)證據(jù)。2.潮汐加熱是指天體（如衛(wèi)星）在圍繞一個(gè)更大的天體（如行星）運(yùn)行時(shí)，受到引力場(chǎng)的周期性變化而產(chǎn)生的內(nèi)部摩擦熱。木星衛(wèi)星靠近木星時(shí)受到的引力較大，遠(yuǎn)離時(shí)較小，這種拉扯導(dǎo)致衛(wèi)星內(nèi)部（特別是地幔和冰殼）發(fā)生形變和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生熱量。這種熱量是維持木衛(wèi)二、木衛(wèi)三等衛(wèi)星內(nèi)部活躍狀態(tài)、防止其深層凍結(jié)，并可能維持其地下海洋液態(tài)的關(guān)鍵能量來(lái)源。3.相同點(diǎn)：都屬伽利略衛(wèi)星，體積和質(zhì)量都很大，都顯示出顯著的內(nèi)部活動(dòng)跡象（火山、地質(zhì)構(gòu)造），都位于木星的潮汐影響范圍內(nèi)，都可能擁有地下海洋。不同點(diǎn)：木衛(wèi)二地質(zhì)活動(dòng)最活躍，表面有羽流，最可能擁有液態(tài)水海洋；木衛(wèi)三體積最大，有強(qiáng)磁異常，內(nèi)部可能包含固態(tài)地幔、液態(tài)硅酸鹽核心和液態(tài)水海洋；木衛(wèi)一火山活動(dòng)最劇烈，能量主要來(lái)自地幔，無(wú)穩(wěn)定液態(tài)海洋；木衛(wèi)四地質(zhì)活動(dòng)最不活躍，表面古老，冰殼下可能存在液態(tài)海洋或冰殼活動(dòng)。4.木衛(wèi)一雖然內(nèi)部活動(dòng)極其活躍，火山噴發(fā)頻繁，這主要是由其與木星的強(qiáng)潮汐力相互作用導(dǎo)致的地幔劇烈攪動(dòng)和加熱所致。然而，這種加熱機(jī)制更多地體現(xiàn)在地幔物質(zhì)的對(duì)流和能量傳遞上，而不是形成一個(gè)穩(wěn)定、大規(guī)模的液態(tài)水海洋。木衛(wèi)一的內(nèi)部能量可能更傾向于維持地幔的熔融狀態(tài)和冰殼的動(dòng)態(tài)變形，而非支撐一個(gè)持續(xù)的液態(tài)水層。此外，木衛(wèi)一缺乏明顯的全球性磁異常，也間接表明其下方可能沒有像木衛(wèi)二那樣巨大的導(dǎo)電性液態(tài)水海洋。四、論述題1.木衛(wèi)二擁有潛在生命支持能力的必要條件包括：①存在液態(tài)水海洋，提供生命必需的介質(zhì)；②足夠的能量來(lái)源，如放射性元素衰變提供的熱能、潮汐加熱，以及可能的光照（如果海洋有出露或與外部有交換）；③必要的化學(xué)元素和化合物，如碳、氫、氧、氮、硫、磷等，可通過火山活動(dòng)、太陽(yáng)風(fēng)輸入、彗星撞擊等方式提供；④合適的溫度和壓力范圍，使水保持液態(tài)并允許復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生；⑤可能的保護(hù)層，如較厚的冰殼，可以屏蔽來(lái)自木星輻射和宇宙射線的危害。當(dāng)前探測(cè)任務(wù)（如伽利略號(hào)、惠更斯號(hào)、未來(lái)的EuropaClipper）在驗(yàn)證這些條件方面取得了顯著進(jìn)展：證實(shí)了木衛(wèi)二存在海洋、發(fā)現(xiàn)了能量來(lái)源的證據(jù)（潮汐加熱、火山活動(dòng)）、探測(cè)到構(gòu)成生命所需的元素和有機(jī)分子、繪制了冰殼厚度圖并評(píng)估了其結(jié)構(gòu)。面臨的挑戰(zhàn)包括：直接探測(cè)海洋成分和生命跡象極其困難（需穿透厚冰殼）、精確測(cè)量海洋溫度、壓力和化學(xué)環(huán)境的難度大、目前證據(jù)多間接，需要更直接的觀測(cè)來(lái)確認(rèn)生命存在的可能性。2.探測(cè)和研究木星衛(wèi)星地下海洋的技術(shù)原理和優(yōu)劣勢(shì)：①雷達(dá)（特別是合成孔徑雷達(dá)）：原理是發(fā)射電磁波穿透冰殼，根據(jù)回波強(qiáng)度和相位信息成像。優(yōu)勢(shì)：能穿透一定厚度的冰殼，獲取表面和近表面結(jié)構(gòu)信息，對(duì)冰面形貌有高分辨率成像能力。局限性：穿透深度有限（幾公里），受冰殼純度、含水量影響，難以直接探測(cè)深層海洋，圖像解釋可能存在多解性。②磁力計(jì)：原理是測(cè)量衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)磁場(chǎng)的變化。優(yōu)勢(shì)：對(duì)冰殼下大型液態(tài)導(dǎo)體（如海洋）非常敏感，可以推斷海洋的存在、大致范圍和可能的狀態(tài)（如鹽度）。局限性：無(wú)法確定海洋的精確深度和邊界，對(duì)小型或分散的海洋不敏感，結(jié)果依賴于對(duì)衛(wèi)星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和冰殼導(dǎo)電性的良好模型。③重力計(jì)：原理是精確測(cè)量衛(wèi)星引力場(chǎng)的細(xì)微變化。優(yōu)勢(shì)：可以推斷衛(wèi)星內(nèi)部的質(zhì)量分布，識(shí)別出冰殼下方密度較低的區(qū)域（可能為海洋），有助于確定海洋的體積和位置。局限性：對(duì)淺層或小規(guī)模質(zhì)量異常不敏感，結(jié)果也依賴于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模型。④光學(xué)相機(jī)（成像儀）：原理是捕捉衛(wèi)星表面的光學(xué)圖像。優(yōu)勢(shì)：提供高分辨率的表面地形、地質(zhì)構(gòu)造、年輕地貌等信息，可間接推斷內(nèi)部活動(dòng)狀態(tài)。局限性：無(wú)法穿透冰殼探測(cè)海洋，只能提供表面信息。綜合運(yùn)用多種探測(cè)技術(shù)，特別是多任務(wù)、多手段的數(shù)據(jù)融合，可以更全面、深入地揭示木星衛(wèi)星的地下海洋特征。3.木星衛(wèi)星的地下水資源對(duì)于未來(lái)人類深空探測(cè)和太空殖民具有重要意義與挑戰(zhàn)。意義：①水資源是最關(guān)鍵的資源之一，可用于生命維持系統(tǒng)（飲用、衛(wèi)生）、火箭燃料（分解水制氫氧）、農(nóng)業(yè)灌溉（如果技術(shù)允許）、工業(yè)生產(chǎn)（氧氣、氫氣等）。擁有豐富的、易于獲取的地下水資源可以大大降低長(zhǎng)期太空任務(wù)（如火星基地、小行星采礦）的生命支持和燃料補(bǔ)給依賴，提高任務(wù)可行性和經(jīng)濟(jì)性。②潛在的能源資源（如甲烷、氫氣）可用于發(fā)電或作為火箭燃料，進(jìn)一步拓展太空活動(dòng)的能源來(lái)源。③某些衛(wèi)星（如木衛(wèi)二）可能存在的生物圈，既是科學(xué)探索的目標(biāo)，也可能蘊(yùn)