2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——行星環(huán)境中的大氣污染情況考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.第二類大氣2.光化學煙霧3.行星火山噴發(fā)指數（VEI）4.大氣同位素示蹤5.潛在宜居行星大氣污染評估二、填空題（每題1分，共10分）1.地球大氣最主要的溫室氣體是________和________。2.與地球相比，金星大氣的主要特征是極高的________濃度和強烈的________效應。3.木星大紅斑呈現紅色被認為與________有關。4.評估火星大氣污染狀況時，通常關注________和________等關鍵氣體成分的變化。5.人類探測器在著陸或發(fā)射過程中，可能向目標行星大氣釋放________、________等污染物。6.冰巨行星（如天王星、海王星）大氣中的甲烷含量高，其主要來源被認為是________。7.光化學反應主要發(fā)生在行星大氣的________層。8.利用________和________等同位素可以追蹤大氣污染物的來源和遷移路徑。9.除了溫室效應，大氣污染物還可能通過________途徑影響行星表面溫度。10.目前，對系外行星大氣污染的探測主要依賴于________和________技術。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述火山噴發(fā)對地球大氣成分和氣候的潛在影響。2.比較火星和金星大氣污染（或異常成分）的主要來源和特征。3.闡述大氣中溫室效應的基本原理，并舉例說明不同行星溫室效應的差異。4.簡要說明人類太空探測活動可能對目標行星大氣環(huán)境造成的潛在污染風險。四、論述題（每題10分，共30分）1.綜合分析影響類地行星宜居性的大氣質量因素，并重點討論大氣污染在其中扮演的角色。2.探討如何利用現有和未來的空間探測技術（如光譜分析、遙感等）來識別和評估地外行星（特別是類地行星和冰巨行星）大氣中的污染跡象。3.從行星科學的角度出發(fā)，論述保護地球大氣環(huán)境免受人類活動過度污染的意義，并思考其對我們理解地外行星環(huán)境問題的啟示。試卷答案一、名詞解釋1.第二類大氣：指那些主要由火山活動或類似過程釋放的氣體（如水蒸氣、二氧化碳、氮氣等）構成的原始或早期大氣，通常缺乏臭氧層，對地表紫外線輻射防護能力差。*解析思路：考查對行星大氣起源和早期演化基本概念的理解。強調其與地球早期大氣或現代大氣的區(qū)別，關鍵在于來源（火山活動等）和成分（缺乏氧氣和臭氧）。2.光化學煙霧：指行星大氣中某些揮發(fā)性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOx）在陽光（特別是紫外線）照射下發(fā)生光化學反應，產生刺激性的二次污染物（如臭氧、過氧乙酰硝酸酯PANs等），并伴隨能見度下降的現象。*解析思路：考查對光化學反應在大氣污染中作用的理解。關鍵在于反應物（VOCs,NOx）、條件（陽光）、產物（臭氧等二次污染物）和現象（煙霧、能見度下降）。3.行星火山噴發(fā)指數（VEI）：一種用于量化火山噴發(fā)強度和規(guī)模的標準指數，根據噴發(fā)的火山灰散逸量、氣體釋放量、火山碎屑云高度和持續(xù)時間等參數進行分級（0-8級），可用于評估火山噴發(fā)對大氣成分和氣候的潛在影響。*解析思路：考查對火山活動量化評估工具的理解。強調VEI是一個綜合指標，其數值越高代表噴發(fā)越強烈，對大氣的影響可能越大。4.大氣同位素示蹤：利用不同元素的同位素（如氫的同位素氘、氧的同位素1?O）在物理化學過程中具有不同的分餾特性，通過分析大氣樣品中同位素比率的變化，來追溯污染物的來源、遷移路徑或古代大氣環(huán)境的變化。*解析思路：考查對同位素技術在環(huán)境科學研究（包括行星科學）中應用的理解。關鍵在于利用同位素分餾差異進行溯源和反演。5.潛在宜居行星大氣污染評估：指針對可能存在生命或具備生命條件的系外行星或太陽系內行星（如火星），通過分析其大氣成分、化學過程和潛在污染源，評估其大氣環(huán)境的宜居性是否可能因當前或未來的污染活動而受到威脅或改變的過程。*解析思路：考查對宜居性評估中大氣質量維度具體內容的理解。強調評估的對象是“潛在宜居行星”，評估的內容是“大氣污染”對“宜居性”的影響。二、填空題1.水蒸氣，二氧化碳*解析思路：考查地球大氣中最主要的兩種溫室氣體。水蒸氣是含量最豐富的溫室氣體，但具有強地域性和季節(jié)性變化；二氧化碳是人為活動排放增加最主要的溫室氣體，具有全球性和持久性。2.二氧化碳，溫室*解析思路：考查金星與地球大氣最顯著差異的理解。極高濃度的二氧化碳是其最主要特征，導致極端的溫室效應，使表面溫度遠超地球。3.紅色硫化物或復雜有機化合物*解析思路：考查木星大紅斑的成因解釋。主流觀點認為其顏色與高層大氣中存在并升華的紅色硫化物有關，也可能是其他復雜有機分子。題目允許填入主流或其中一種解釋。4.一氧化碳，甲烷*解析思路：考查火星大氣監(jiān)測中重點關注的關鍵污染物或異常成分。一氧化碳可能指示近期火山活動或生物過程；甲烷的豐度變化與地質活動、生物活動或逃逸過程密切相關。5.氮氧化物（NOx），揮發(fā)性有機物（VOCs）*解析思路：考查人類活動（探測器）可能向行星大氣釋放的污染物類型。發(fā)射和著陸過程涉及燃燒，會產生NOx；材料釋放或化學反應可能產生VOCs。6.天文事件（如超新星爆發(fā)）或早期強烈的火山活動*解析思路：考查冰巨行星大氣甲烷高含量的可能來源。其形成過程可能與地球早期不同，需要考慮更極端或不同類型的天文事件或地質活動。7.平流層*解析思路：考查光化學反應發(fā)生的典型大氣層。平流層擁有充足的臭氧層可吸收大部分有害紫外線，是許多光化學反應發(fā)生的主要場所。8.氘（D），1?O*解析思路：考查常用的大氣同位素示蹤元素。氘是氫的同位素，1?O是氧的同位素，它們在自然界的豐度較低，但在水循環(huán)和大氣化學反應中具有獨特的分餾行為。9.直接吸收太陽輻射*解析思路：考查大氣污染物影響表面溫度的途徑。除了通過改變溫室效應（吸收紅外輻射），某些污染物（如黑碳、塵埃）也能直接吸收太陽短波輻射，導致地表升溫。10.光譜分析，遙感*解析思路：考查探測系外行星大氣（包括成分和污染）的主要技術手段。光譜分析可以通過分析透過或反射星光的光譜特征來推斷大氣成分；遙感是獲取行星表面和大氣信息的主要方式。三、簡答題1.簡述火山噴發(fā)對地球大氣成分和氣候的潛在影響。*解析思路：回答需涵蓋成分和氣候兩個層面。成分上，噴發(fā)會向大氣注入大量水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫、火山灰、氮氧化物、氯化物等，短期內可能增加溫室氣體濃度，長期影響相對較小但重要。氣候上，二氧化硫會轉化為硫酸鹽氣溶膠，在高空形成火山云，反射太陽輻射導致短期降溫（可能持續(xù)數月至數年）；火山灰影響能見度，大規(guī)模噴發(fā)可能引發(fā)全球性氣候異常。2.比較火星和金星大氣污染（或異常成分）的主要來源和特征。*解析思路：比較需突出差異。來源上，火星大氣異常成分（如一氧化碳、甲烷異常豐度）主要歸因于地質活動（如極地干冰升華、可能存在的地下火山/甲烷源）、大氣逃逸和可能的生物活動；金星大氣“污染”特征是極高濃度的二氧化碳（約96.5%）和硫酸云，其來源主要是持續(xù)的強效火山活動。特征上，火星大氣稀薄，成分變化可能更局地化或與特定地質事件相關；金星大氣濃密，成分均勻且極端，溫室效應極強。3.闡述大氣中溫室效應的基本原理，并舉例說明不同行星溫室效應的差異。*解析思路：原理上，需要解釋溫室氣體吸收地球向外輻射的長波輻射（紅外線），并在向太空傳遞過程中部分向下輻射回地表，導致地表能量增加、溫度升高的過程。舉例需說明差異，如地球有水蒸氣、CO?等提供主要溫室效應，同時有臭氧層吸收紫外線；金星主要依靠極高濃度的CO?產生極端溫室效應；火星大氣稀薄，溫室氣體含量低，溫室效應很弱；木星和土星等氣態(tài)巨行星主要依靠甲烷、氨等深部物質上涌形成的厚厚云層及其下方的“內部熱源”產生整體溫室效應，但高層大氣仍有明顯的溫室效應。4.簡要說明人類太空探測活動可能對目標行星大氣環(huán)境造成的潛在污染風險。*解析思路：需列舉主要活動及其潛在影響。主要活動包括：探測器發(fā)射（拋射物、燃燒產物釋放NOx、VOCs）；著陸器/機器人工作（材料釋放、化學反應、燃料泄漏）；核動力裝置（潛在事故或長期放射性影響，雖不直接污染大氣成分，但改變環(huán)境）；未來載人任務或基地建設（生命支持系統排放CO?、H?O、O?，廢物處理不當，能源系統排放等）。潛在影響是增加大氣中特定污染物（如NOx、VOCs、人造氣體）的濃度，改變局部大氣化學成分，對潛在生命構成威脅或干擾，影響后續(xù)探測任務。四、論述題1.綜合分析影響類地行星宜居性的大氣質量因素，并重點討論大氣污染在其中扮演的角色。*解析思路：首先需要全面列出影響類地行星宜居性的關鍵大氣因素，如：具有合適的溫度范圍（溫室效應調節(jié)）、足夠厚度的保護性大氣層（阻擋大部分有害紫外線）、適宜的氣壓（維持液態(tài)水）、成分適宜（如氧氣含量對生命，但需適量）、化學穩(wěn)定性等。然后重點討論“大氣污染”的角色：強調“污染”通常指對上述理想狀態(tài)的破壞。例如，過度的溫室氣體（如CO?或水蒸氣）導致極端溫度（過熱或過冷）；破壞臭氧層導致地表暴露于致命紫外線；引入有毒氣體（如硫化物、鹵化物）可能毒化環(huán)境或參與破壞性化學反應；大氣成分發(fā)生劇烈、不可逆變化可能使行星失去宜居窗口。論述需結合地球自身大氣演變和潛在地外行星的特征進行分析。2.探討如何利用現有和未來的空間探測技術（如光譜分析、遙感等）來識別和評估地外行星大氣中的污染跡象。*解析思路：首先說明探測目標：識別大氣成分異常（與自然背景或理論模型對比）、探測特定污染物分子光譜特征、評估大氣成分時空變化。然后闡述技術原理和應用：光譜分析（高分辨率光譜可探測特定分子吸收線，如NO?、SO?、人造氣體CFCl?等；對比光譜可發(fā)現成分偏離）；遙感（測量大氣溫度、密度廓線、云層特性、反照率等，間接推斷成分和狀態(tài)變化）；大氣垂直探測（如系外行星大氣層探測器PEACE利用X射線激光譜線）；未來技術（更強大的空間望遠鏡、大氣采樣器、直接成像等）。結合實例說明，如如何通過探測到異常的CO?或甲烷豐度及其空間分布來推斷地質活動或生物活動，以及如何識別與人類活動可能相關的獨特化學信號。3.從行星科學的角度出發(fā)，論述保護地球大氣環(huán)境免受人類活動過度污染的意義，并思考其對我們理解地外行星環(huán)境問題的啟示。*解析思路：意義層面：保護地球大氣是維持全球生態(tài)平衡、保障人類生存和發(fā)展、避免氣候變化災難性后果的基礎。從行星科學視角看，地球是其研究“宜居性”的范本，保護地球就是保護我們研究的