2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——火星表面的水跡和生命證據(jù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填涂在答題卡相應(yīng)位置。多選、錯(cuò)選、漏選均不得分。）1.下列哪些地質(zhì)特征是火星表面曾經(jīng)存在廣泛液態(tài)水的重要證據(jù)？A.呈現(xiàn)扇狀分布的沖積扇B.具有層理構(gòu)造的沉積巖C.表面光滑的巖石球（藍(lán)莓）D.河流階地E.現(xiàn)代可見(jiàn)的地表流動(dòng)現(xiàn)象2.火星上過(guò)去可能存在宜居環(huán)境的區(qū)域（即“宜居區(qū)”）通常需要滿(mǎn)足哪些關(guān)鍵條件？A.存在穩(wěn)定液態(tài)水B.擁有豐富的有機(jī)物C.具備適宜的溫度范圍D.氧氣濃度較高E.擁有巖石圈板塊構(gòu)造活動(dòng)3.以下哪些火星探測(cè)器或任務(wù)其主要目標(biāo)之一是探測(cè)火星水或與水相關(guān)的地質(zhì)特征？A.好奇號(hào)（Curiosity）B.毅力號(hào)（Perseverance）C.希望號(hào)（Hope）D.海盜號(hào)（Viking）E.勒達(dá)克利斯（ExoMarsTGO）4.火星光譜學(xué)研究中，通過(guò)分析礦物反射光譜特征，可以識(shí)別出哪些與過(guò)去水活動(dòng)相關(guān)的礦物？A.硅酸鹽礦物（如長(zhǎng)石、輝石）B.硫酸鹽礦物（如黃鉀鐵礬、石膏）C.碳酸鹽礦物（如方解石）D.粘土礦物（如伊毛縞石）E.氧化鐵礦物（如赤鐵礦）5.評(píng)估過(guò)去火星宜居環(huán)境時(shí)，除了考慮溫度、水、有機(jī)物等“必需品”，還需要關(guān)注哪些“限制因素”？A.能量來(lái)源（如陽(yáng)光、地質(zhì)活動(dòng)熱）B.環(huán)境的穩(wěn)定性與持續(xù)時(shí)間C.大氣的成分與壓力D.氧化還原電位（RedoxPotential）E.放射性元素含量二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫(xiě)在答題卡相應(yīng)位置。）6.火星上曾經(jīng)存在的全球性海洋可能主要分布在現(xiàn)在的________和________地區(qū)。7.火星上的“河谷網(wǎng)絡(luò)”通常被認(rèn)為是古代________流動(dòng)的證據(jù)，其形態(tài)往往與地球上的________河流相似。8.永久凍土層（Permafrost）是指溫度長(zhǎng)期低于________的地表以下土層，其中可能包含________或冰。9.火星極地冰蓋的內(nèi)部存在由________構(gòu)成的層理結(jié)構(gòu)，這些冰層記錄了火星古代________的變化信息。10.探測(cè)火星生命證據(jù)時(shí)，尋找“生物標(biāo)志物”（Biosignatures）是關(guān)鍵，其中________和________是兩種潛在的生物標(biāo)志物類(lèi)型。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）11.簡(jiǎn)述利用火星衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)識(shí)別古代三角洲沉積地貌的主要依據(jù)。12.解釋“次生礦物”在火星水活動(dòng)研究中的意義。13.簡(jiǎn)述好奇號(hào)火星車(chē)在“蓋爾撞擊坑”發(fā)現(xiàn)的水活動(dòng)證據(jù)。14.為什么說(shuō)火星表面的液態(tài)水非常稀少且難以穩(wěn)定存在？四、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)圍繞下列問(wèn)題展開(kāi)論述。）15.綜合說(shuō)明火星上不同類(lèi)型的次生礦物（如粘土、硫酸鹽）是如何記錄過(guò)去水環(huán)境信息（如水的鹽度、pH值、氧化還原狀態(tài)）的？16.闡述當(dāng)前火星探測(cè)任務(wù)（如毅力號(hào)火星車(chē)）在尋找古代生命證據(jù)方面所采用的主要探測(cè)策略和技術(shù)手段，并分析其面臨的主要挑戰(zhàn)。17.分析當(dāng)前對(duì)火星宜居性評(píng)估的主要觀點(diǎn)和爭(zhēng)議點(diǎn)，并討論未來(lái)火星探測(cè)任務(wù)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注哪些方向以解決這些爭(zhēng)議。---試卷答案一、選擇題1.ABCD2.ABC3.ABCE4.BCD5.ABCDE二、填空題6.海南部；阿拉伯地區(qū)7.河流；辮狀8.0℃；水9.干冰（CO2冰）；氣候10.有機(jī)分子；生物礦化結(jié)構(gòu)三、簡(jiǎn)答題11.解析思路：利用遙感數(shù)據(jù)識(shí)別古代三角洲需關(guān)注其形態(tài)特征，如扇形或朵葉狀分布的沉積體，通常位于古代湖泊、河流或海侵區(qū)域的出口處。同時(shí)，結(jié)合圖像的色彩、紋理特征，以及與周?chē)匦危ㄈ绺叩?、谷底）的相?duì)高程關(guān)系，可以判斷其沉積環(huán)境。高分辨率圖像有助于識(shí)別更精細(xì)的沉積結(jié)構(gòu)，如層理。12.解析思路：次生礦物是指在原始巖石或礦物遭受風(fēng)化、水蝕等改造作用后形成的新的礦物。在火星研究中，這些礦物是過(guò)去水活動(dòng)的重要證據(jù)。例如，粘土礦物通常由硅酸鹽礦物與水發(fā)生水解作用形成，反映了水的長(zhǎng)期存在和特定的化學(xué)環(huán)境；硫酸鹽（如黃鉀鐵礬、石膏）的形成與水的蒸發(fā)、結(jié)晶過(guò)程密切相關(guān)，可以指示古代湖泊或河流的干濕變化及鹽度條件。通過(guò)探測(cè)和分析這些次生礦物的類(lèi)型、分布和形態(tài)，可以推斷過(guò)去水活動(dòng)的性質(zhì)、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。13.解析思路：好奇號(hào)在蓋爾撞擊坑發(fā)現(xiàn)了大量由水沖刷和沉積形成的巖石，如層理分明的沉積巖“黃鉀鐵礬丘”（HematiteConcretions），其內(nèi)部富含鐵和硫酸鹽，是水溶液在巖石孔隙中緩慢沉淀形成的。此外，還發(fā)現(xiàn)了粘土礦物（如伊毛縞石），這是水與巖石長(zhǎng)時(shí)間相互作用的結(jié)果。這些發(fā)現(xiàn)共同證實(shí)了該地區(qū)過(guò)去存在長(zhǎng)期的水流和湖泊環(huán)境。毅力號(hào)在耶澤羅撞擊坑則發(fā)現(xiàn)了河床沉積物和層理巖石，進(jìn)一步證實(shí)了古代河流的存在。14.解析思路：火星表面液態(tài)水難以穩(wěn)定存在的主要原因包括：一是大氣稀薄且壓力低（平均僅地球海平面大氣壓的1%），導(dǎo)致液態(tài)水容易蒸發(fā)或沸騰；二是全球平均溫度遠(yuǎn)低于水的冰點(diǎn)（約-63℃）；三是太陽(yáng)紫外線(xiàn)和宇宙射線(xiàn)強(qiáng)度高，對(duì)液態(tài)水有強(qiáng)烈的分解作用；四是火星缺乏全球性磁場(chǎng)保護(hù)，大氣層被太陽(yáng)風(fēng)持續(xù)剝離，使得水更容易逃逸。盡管如此，火星兩極有大量冰蓋，地下也可能存在液態(tài)水或水冰。四、論述題15.解析思路：不同次生礦物形成時(shí)對(duì)水環(huán)境的物理化學(xué)條件（如溫度、pH、鹽度、氧化還原電位Eh）有不同的要求，因此其礦物學(xué)特征可以反映形成時(shí)的環(huán)境信息。例如，粘土礦物的層間電荷和結(jié)構(gòu)通常與水的作用（水解、取代）密切相關(guān)，其類(lèi)型（如高嶺石、伊毛縞石、蒙脫石）可以指示水活動(dòng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。硫酸鹽礦物（如石膏CaSO4·2H2O、黃鉀鐵礬KFe3+(SO4)2(OH)6）的形成與水的蒸發(fā)、結(jié)晶過(guò)程緊密相關(guān)，不同類(lèi)型的硫酸鹽及其結(jié)晶程度可以反映水體鹽度變化和干旱-濕潤(rùn)的循環(huán)歷史。碳酸鹽礦物（如方解石CaCO3）的形成通常需要相對(duì)中性的pH環(huán)境，其存在與否可以限制宜居環(huán)境的pH條件范圍。通過(guò)綜合分析這些次生礦物的種類(lèi)、豐度、空間分布和相互關(guān)系，可以重建過(guò)去火星水環(huán)境的演化歷史。16.解析思路：當(dāng)前火星探測(cè)任務(wù)尋找古代生命證據(jù)主要采用“現(xiàn)場(chǎng)原位探測(cè)”（In-situIn-situMeasurements,ISIM）策略，結(jié)合多種技術(shù)手段。主要包括：①鉆探取樣：使用機(jī)械臂鉆頭采集不同深度的巖石和土壤樣本。②化學(xué)成分分析：利用X射線(xiàn)熒光光譜（XRF）確定元素組成，使用拉曼光譜（Raman）和紅外光譜（IR）識(shí)別礦物和有機(jī)分子，使用質(zhì)譜儀（如IMS）分析同位素比值和揮發(fā)性氣體（如甲烷），尋找生物標(biāo)志物線(xiàn)索。③微觀成像：通過(guò)顯微鏡觀察樣本的微觀結(jié)構(gòu)，尋找可能的生物形態(tài)結(jié)構(gòu)（生物膜、微體等）。挑戰(zhàn)主要包括：①尋找生命證據(jù)本身具有極大不確定性；②火星表面強(qiáng)烈的輻射環(huán)境會(huì)破壞有機(jī)物和生物結(jié)構(gòu)；③樣本在從古代環(huán)境到被探測(cè)到的過(guò)程中可能發(fā)生改變或被污染；④對(duì)探測(cè)到的疑似生物標(biāo)志物需要有可靠的地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)證據(jù)進(jìn)行排除和確認(rèn)，避免誤判。17.解析思路：當(dāng)前對(duì)火星宜居性評(píng)估存在的主要觀點(diǎn)和爭(zhēng)議點(diǎn)包括：①宜居環(huán)境的定義標(biāo)準(zhǔn)：是僅滿(mǎn)足生命存在的物理化學(xué)條件（如存在液態(tài)水、有機(jī)物、能量），還是需要更復(fù)雜的化學(xué)和地質(zhì)環(huán)境（如循環(huán)系統(tǒng)、元素富集區(qū)）？②火星宜居環(huán)境的持續(xù)時(shí)間：過(guò)去是否存在足夠長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)百萬(wàn)年甚至更長(zhǎng)）的穩(wěn)定宜居環(huán)境，以支持生命的起源和演化？③地下環(huán)境的宜居性：與地表相比，火星地下是否存在更穩(wěn)定、液態(tài)水更豐富、有機(jī)物可能被保護(hù)的宜居環(huán)境？④生命存在的可能性：火星生命（如果存在）是類(lèi)似于地球的微生物，還是可能存在更簡(jiǎn)單的非生物化學(xué)過(guò)程（如類(lèi)病毒、朊病毒）？未