2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——太陽系外行星形成環(huán)境分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填涂在答題卡相應位置。）1.在太陽系外行星形成的星云盤模型中，以下哪一項通常不被認為是巨行星直接形成的區(qū)域？A.巨行星區(qū)（位于冰線附近）B.內(nèi)行星區(qū)（靠近母恒星）C.原行星盤的外部稠密區(qū)域D.柯伊伯帶類似區(qū)域2.與G2型類日恒星相比，M型紅矮星周圍的行星形成環(huán)境主要區(qū)別在于：A.星盤溫度更高B.恒星壽命更長C.輻射強度更大，導致星盤演化更快D.星盤金屬豐度通常更高3.視向速度法探測系外行星的主要原理是測量到：A.行星凌日時遮擋恒星造成的光度下降B.恒星因行星引力擾動而產(chǎn)生的周期性視向速度變化C.行星自身發(fā)出的輻射信號D.恒星通過背景星的引力透鏡效應4.“巨行星跳躍”假說通常用來解釋：A.類地行星為何主要分布在行星系統(tǒng)內(nèi)側B.巨行星為何具有傾斜的軌道平面C.巨行星在形成后迅速向外遷移的現(xiàn)象D.行星形成過程中物質(zhì)碎片的碰撞吸積5.以下哪種觀測方法最有可能直接探測到類地行星？A.凌日法B.視向速度法C.微引力透鏡法D.直接成像法6.行星形成過程中，冰線（冰水共存線）的位置主要取決于：A.恒星的金屬豐度B.恒星的表面溫度C.恒星的年齡D.星盤中的氣體密度7.金屬豐度（[Fe/H]）對于系外行星形成的重要性體現(xiàn)在：A.金屬豐度越高，星盤越稠密，有利于行星快速形成B.金屬豐度主要影響內(nèi)行星的大小C.金屬豐度與行星的宜居性直接相關D.金屬豐度決定了恒星的光譜類型8.行星系統(tǒng)具有規(guī)則排布（如類木行星在巨行星區(qū)，類地行星在內(nèi)側行星區(qū)）通常被認為是：A.行星形成過程中引力相互作用和盤不穩(wěn)定性共同作用的結果B.由恒星初始動量矩直接決定的C.僅由行星形成后的軌道遷移過程決定的D.與行星的同位素組成無關9.直接成像法探測系外行星面臨的主要挑戰(zhàn)是：A.需要極高分辨率的望遠鏡B.恒星自身發(fā)出的強烈光芒會淹沒行星信號C.需要探測到行星大氣層的特定光譜特征D.難以確定行星的真實質(zhì)量和年齡10.如果在一個新的行星系統(tǒng)中，通過凌日法探測到一顆位于類地行星軌道區(qū)域的行星，但其質(zhì)量估算值遠超類似太陽的母恒星所允許的類地行星理論質(zhì)量上限，這可能暗示：A.凌日法質(zhì)量測量存在系統(tǒng)誤差B.該行星可能經(jīng)歷了后續(xù)的快速增重過程C.恒星本身可能存在未探測到的伴星D.該行星位于恒星系統(tǒng)的引力穩(wěn)定區(qū)域之外二、簡答題（每小題5分，共25分。請將答案寫在答題紙上相應位置。）1.簡述星云盤模型中，從星盤到形成行星的過程大致經(jīng)歷哪些主要階段？2.解釋什么是“冰線”，并簡述其對行星成分和軌道形成的影響。3.簡述恒星光譜類型（以M型和G型為例）如何影響其周圍行星的形成環(huán)境？4.簡要說明凌日法和視向速度法在探測系外行星方面的主要區(qū)別和局限性。5.為什么系外行星形成環(huán)境分析對于理解太陽系自身起源和行星演化具有重要意義？三、論述題（每小題10分，共30分。請將答案寫在答題紙上相應位置，要求條理清晰，論據(jù)充分。）1.試分析恒星金屬豐度對系外行星系統(tǒng)多樣性的可能影響機制。2.結合行星形成理論，論述巨行星（如類木行星）的軌道遷移（如inwardmigration,outwardmigration）對行星系統(tǒng)結構和穩(wěn)定性的可能影響。3.假設我們探測到一個新的行星系統(tǒng)，其中包含一顆位于類地行星軌道帶內(nèi)的行星，以及一顆位于類似海王星軌道帶的外部巨行星。根據(jù)這些信息，你能推斷出該行星系統(tǒng)可能具有哪些不同的形成環(huán)境特征或演化歷史？請詳細闡述你的推理過程。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.D6.B7.A8.A9.B10.B二、簡答題1.答案：星云盤形成后，經(jīng)歷氣體和塵埃的凝聚、顆粒的成核與增長、微米級顆粒的聚合形成厘米級卵石，卵石進一步吸積形成米級石塊，石塊碰撞增長為公里級星子，最終通過引力坍縮和吸積形成行星胚胎，并最終演變?yōu)樾行恰Ｔ诖诉^程中，不同區(qū)域（如冰線內(nèi)外）的物質(zhì)組成和溫度差異顯著影響行星的成分和大小。解析思路：考察對星云盤內(nèi)物質(zhì)由小到大的增長過程的掌握。需要了解從塵埃顆粒到行星的幾個關鍵階段及其形成機制（引力凝聚、碰撞吸積）。2.答案：冰線是指恒星系內(nèi)溫度下降到足夠低（約150K），使得水冰可以穩(wěn)定存在的區(qū)域。其影響在于，冰線內(nèi)側主要形成富含硅酸鹽的石質(zhì)和金屬物質(zhì)，有利于類地行星的形成；而冰線外側，氣體（如H?,He）和易揮發(fā)物質(zhì)（如水冰、氨、甲烷）含量豐富，為巨行星和冰巨行星的形成提供了充足的物質(zhì)來源。解析思路：考察對冰線定義及其在行星成分和類型形成中作用的理解。需要明確冰線的溫度閾值、物質(zhì)組成差異及其對行星形成資源的影響。3.答案：M型紅矮星比G型類日恒星更小、更冷、輻射強度低。較低的能量輸入導致其周圍的星盤更稠密、更持久，溫度也更高。這可能導致巨行星形成更快，但也可能限制類地行星在宜居帶內(nèi)形成所需的水資源。同時，紅矮星強烈的風和恒星活動也會對行星大氣層造成顯著影響。解析思路：考察對不同類型恒星對其行星形成環(huán)境影響差異的理解。需要對比紅矮星和類日恒星在物理參數(shù)（大小、溫度、輻射、風速、活動性）上的區(qū)別，并分析這些參數(shù)如何影響星盤和行星形成。4.答案：凌日法通過測量行星經(jīng)過恒星前方時造成的短暫亮度下降來探測行星，直接測量的是行星的大?。ò霃剑?、軌道傾角和公轉周期，但難以直接測量行星質(zhì)量，且僅適用于行星位于恒星“日面”視角方向上的系統(tǒng)。視向速度法通過測量恒星因行星引力擾動而產(chǎn)生的周期性、微小視向速度變化來探測行星，可以直接測量行星質(zhì)量，適用范圍更廣，不受行星軌道傾角限制，但靈敏度有限，且主要適用于較靠近恒星的行星。解析思路：考察對兩種主要探測方法原理、測量內(nèi)容、優(yōu)缺點和適用性的掌握。需要清晰區(qū)分兩者探測的物理量（亮度變化vs.速度變化）以及由此帶來的不同信息獲取能力和局限性。5.答案：研究系外行星形成環(huán)境有助于我們檢驗和發(fā)展行星形成理論，理解不同物理條件（如恒星類型、金屬豐度、盤參數(shù)）如何影響行星系統(tǒng)的形成和演化。這可以幫助我們更好地理解太陽系自身的起源，例如，太陽系中存在的小行星帶和柯伊伯帶可能與某些外部巨行星的遷移有關。通過對比不同系統(tǒng)，可以揭示行星系統(tǒng)的普遍規(guī)律和多樣性，為尋找潛在宜居行星提供線索。解析思路：考察對系外行星形成環(huán)境分析重要性的認識。需要從理論檢驗、太陽系起源關聯(lián)、系統(tǒng)多樣性與普遍規(guī)律、宜居性探索等多個角度闡述其意義。三、論述題1.答案：恒星金屬豐度影響星云盤中固體顆粒的初始豐度。更高的金屬豐度意味著更多的塵埃和巖石碎屑，導致星盤更稠密。這有利于形成更多的星子，可能加速行星胚胎的形成和增長過程，從而可能形成更多行星，特別是巨行星。此外，金屬豐度也可能影響星盤的冷卻和演化速率，進而影響行星軌道的形成和遷移。一些研究表明，金屬豐度較高的恒星系統(tǒng)傾向于形成更多的長周期或傾斜軌道的行星，表明行星形成和演化過程可能更為復雜。解析思路：考察對金屬豐度在行星形成中多方面影響機制的綜合分析能力。需要從星盤物質(zhì)基礎、行星形成速率、系統(tǒng)密度和演化等多個環(huán)節(jié)展開論述，并可以結合現(xiàn)有研究趨勢（如金屬豐度與行星系統(tǒng)多樣性的關系）。2.答案：巨行星的軌道遷移（無論是向內(nèi)還是向外）對其所在行星系統(tǒng)的結構和穩(wěn)定性有深遠影響。向內(nèi)遷移（如通過型遷移）可能通過引力散射或潮汐相互作用，將內(nèi)側的巖石行星拋出軌道，甚至可能撞擊母恒星；同時，它也可能導致外圍行星軌道發(fā)生變化。向內(nèi)遷移完成后，巨行星可能占據(jù)原本屬于內(nèi)行星的區(qū)域，引發(fā)行星間的引力擾動，可能導致軌道不穩(wěn)定和碰撞，形成類似柯伊伯帶的殘留物。向外遷移（如通過共振捕獲或星盤-行星相互作用）可能將原本位于內(nèi)側行星帶的天體遷移到更遠區(qū)域，改變系統(tǒng)的尺度。無論哪種遷移，都可能導致行星軌道的傾角和偏心率發(fā)生變化，影響整個系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。解析思路：考察對巨行星軌道遷移機制及其后果的理解。需要闡述遷移過程可能引發(fā)的物理效應（引力散射、潮汐力、共振），并分析這些效應對行星軌道分布、系統(tǒng)結構、行星穩(wěn)定性以及殘留物分布（如小行星帶、柯伊伯帶）的影響。3.答案：一個包含內(nèi)側行星和外部巨行星的系統(tǒng)，其形成環(huán)境可能具有以下特征或演化歷史推斷：*形成環(huán)境特征推斷：該系統(tǒng)可能形成于一個相對稠密且持續(xù)較長時間的星云盤中，足以同時支持內(nèi)側類地行星和外側巨行星的形成。較高的金屬豐度可能是必要的條件。冰線位置可能相對較近或較遠，取決于巨行星最終軌道的位置，這會影響內(nèi)外行星的物質(zhì)來源差異。*演化歷史推斷：最可能的演化路徑是巨行星的軌道遷移。該巨行星可能起源于更內(nèi)部的位置（如宜居帶附近），然后通過型遷移或與其他行星的引力相互作用被推向外側。這一遷移過程可能伴隨著對內(nèi)側行星軌道的擾動，甚至可能將一些物質(zhì)散射到更遠區(qū)域，形成當前觀