2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星生物多樣性的研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的首字母填在題干后的括號內(nèi)。）1.下列哪一項(xiàng)不屬于行星生物多樣性研究的核心環(huán)境因子？A.水的存在與否B.大氣成分與壓力C.化學(xué)元素的豐度與可利用性D.星球的自轉(zhuǎn)速度2.在行星生物多樣性研究中，"宜居帶"通常指的是？A.行星表面溫度適宜生命存在的區(qū)域B.行星擁有大氣的區(qū)域C.行星與其母星之間適合生命起源和演化的距離范圍D.行星內(nèi)部存在液態(tài)水的區(qū)域3.以下哪種技術(shù)主要利用物質(zhì)發(fā)射或吸收的特征光譜來探測行星表面的有機(jī)分子或生物特征？A.核磁共振成像B.拉曼光譜分析C.鉆探取樣D.氣相色譜法4.木衛(wèi)二（歐羅巴）被認(rèn)為具有較高生物多樣性潛力的主要依據(jù)是？A.表面擁有豐富的液態(tài)水海洋B.擁有多條顯著的裂縫和火山活動(dòng)C.具有濃密的大氣層和適宜的溫度D.已經(jīng)探測到明確的生物信號5.地球上的極端環(huán)境（如熱泉噴口）研究對于理解其他行星生命的重要性在于？A.直接證明極端環(huán)境不可能存在生命B.提供了生命在惡劣環(huán)境下生存和演化的模式與機(jī)制，為外星生命搜尋提供線索C.表明地球生命起源于極端環(huán)境D.證明所有生命都需要液態(tài)水6.下列哪項(xiàng)是區(qū)分生物成因和非生物成因有機(jī)分子或礦物的一種潛在方法？A.測定其絕對年齡B.分析其復(fù)雜的同位素組成C.僅憑其在沉積巖中的存在D.觀察其顏色和形態(tài)7.好奇號火星車攜帶的ChemCam儀器主要使用什么技術(shù)來分析火星巖石和土壤的化學(xué)成分？A.激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）B.X射線熒光光譜（XRF）C.掃描電子顯微鏡（SEM）D.氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）8.在行星生物多樣性研究中，數(shù)值模擬的主要作用是？A.直接獲取行星表面的生物樣本B.預(yù)測不同環(huán)境條件下生命存在的可能性或生物量極限C.替代實(shí)地探測任務(wù)D.測定行星的大氣成分9.“生物標(biāo)志物”（Biosignature）在行星科學(xué)中通常指？A.行星上存在的任何生命形式B.由生命活動(dòng)直接或間接產(chǎn)生的、可被儀器探測到的、并能與其他非生物過程區(qū)分開的特征信號C.行星表面的植被覆蓋D.行星上的微生物群落10.對土衛(wèi)六（泰坦）濃厚大氣和液態(tài)甲烷湖泊進(jìn)行生命探測時(shí)，面臨的主要挑戰(zhàn)是？A.缺乏足夠的探測儀器B.甲烷環(huán)境是否適合已知生命形式，以及如何區(qū)分生物和非生物甲烷來源C.泰坦表面溫度過低D.泰坦距離地球太遠(yuǎn)二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.行星生物多樣性研究通常關(guān)注行星的______、______、______和______等關(guān)鍵宜居條件。2.通過分析火星土壤中的有機(jī)分子，科學(xué)家嘗試尋找______的證據(jù)，盡管其存在與否仍存在爭議。3.研究木衛(wèi)二冰下海洋生物多樣性時(shí)，______和______是兩種關(guān)鍵的遠(yuǎn)程探測手段。4.地球上的______和______等極端環(huán)境，為研究生命在行星表面不同環(huán)境壓力下的適應(yīng)能力提供了天然實(shí)驗(yàn)室。5.在設(shè)計(jì)系外行星生命探測任務(wù)時(shí)，需要考慮目標(biāo)行星的______、______以及生命可能存在的______。6.原始生命起源研究推測，早期地球的______和______環(huán)境可能為生命化學(xué)演化提供了舞臺。7.識別和驗(yàn)證外星生命存在的證據(jù)，面臨著巨大的挑戰(zhàn)，包括區(qū)分______和______信號，以及理解生命形式的多樣性。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述“宜居性”與“生物多樣性潛力”之間的區(qū)別與聯(lián)系。2.簡要說明現(xiàn)場探測（In-situ）分析技術(shù)在行星生物多樣性研究中的優(yōu)勢。3.解釋什么是“地球類比”研究，并列舉一兩個(gè)該研究方法在行星科學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例。4.為什么說金星雖然符合某些宜居條件（如液態(tài)水歷史），但目前被認(rèn)為是研究行星生命演化不佳的候選目標(biāo)？四、論述題（每題10分，共30分。請圍繞下列主題展開論述。）1.詳細(xì)論述利用光譜技術(shù)（如紅外光譜、拉曼光譜）探測行星生物標(biāo)志物的原理、方法和面臨的挑戰(zhàn)。2.以木衛(wèi)二或土衛(wèi)六為例，分析其表面或潛在液態(tài)層中可能存在的生命形式類型，并說明當(dāng)前科學(xué)界是如何評估其生物多樣性潛力的。3.探討行星生物多樣性研究對人類理解生命本質(zhì)、尋找地外生命以及未來太空探索活動(dòng)（如樣本返回）的意義和啟示。---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.A5.B6.B7.A8.B9.B10.B二、填空題1.溫度，壓力，液態(tài)水，化學(xué)能源2.生物成因3.紅外光譜，雷達(dá)探測4.熱泉噴口，深海熱液噴口5.光照條件，行星類型，生命可能存在的形式或區(qū)域6.火山噴發(fā)，原始海洋7.生物成因，非生物成因三、簡答題1.答案：宜居性是指行星環(huán)境在宏觀尺度上適合生命（特別是復(fù)雜生命）存在和演化的條件，如合適的溫度、液態(tài)水、能源等。而生物多樣性潛力則是在宜居性基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討該行星可能支持的生命形式的種類和復(fù)雜程度。宜居性是生物多樣性存在的必要非充分條件，高生物多樣性潛力通常意味著除了滿足基本生存條件外，還可能存在更穩(wěn)定、更復(fù)雜的能量來源和環(huán)境。兩者緊密相關(guān)，但概念側(cè)重不同。解析思路：首先要區(qū)分兩個(gè)核心概念“宜居性”（Habitability）和“生物多樣性潛力”（BiodiversityPotential）。宜居性是更宏觀的環(huán)境條件判斷，是生命存在的“基礎(chǔ)”。生物多樣性潛力則是在這個(gè)“基礎(chǔ)”之上，討論生命“豐富程度”的可能性?；卮饡r(shí)需明確指出兩者的聯(lián)系（后者通常基于前者）和區(qū)別（側(cè)重點(diǎn)不同，潛力更高意味著條件可能更優(yōu)越）。2.答案：現(xiàn)場探測（In-situ）分析技術(shù)的優(yōu)勢在于能夠直接在目標(biāo)行星表面或近地表進(jìn)行原位測量和分析，避免了樣本從行星返回地球過程中可能發(fā)生的降解、污染或信息損失。它可以提供更真實(shí)、更詳細(xì)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并結(jié)合多種儀器進(jìn)行綜合分析，從而提高對行星物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)乃至生命跡象識別的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，現(xiàn)場探測可以實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，縮短科學(xué)回報(bào)周期。解析思路：分析優(yōu)勢需從“現(xiàn)場”二字入手，強(qiáng)調(diào)其“直接性”、“原位性”。對比“樣本返回”的缺點(diǎn)（降解、污染、信息損失），突出其“真實(shí)”、“詳細(xì)”、“準(zhǔn)確”、“實(shí)時(shí)”等核心優(yōu)勢。可以結(jié)合具體技術(shù)（如現(xiàn)場光譜、顯微鏡）來佐證其分析能力。3.答案：地球類比研究是指通過研究地球上的極端環(huán)境（如高溫?zé)崛?、高鹽湖泊、深海熱液口、極地冰蓋等）中的生物群落及其適應(yīng)機(jī)制，來推斷其他行星上可能存在的生命形式類型、生存策略以及環(huán)境因素對生命演化的影響。這種方法利用了地球生命適應(yīng)能力的廣泛性和多樣性，為設(shè)計(jì)外星生命探測任務(wù)、解釋探測結(jié)果提供了重要參考。例如，研究熱泉噴口微生物可以幫助理解在高溫、高壓、強(qiáng)化學(xué)梯度環(huán)境下生命的起源和演化。解析思路：首先定義什么是地球類比研究（研究地球極端環(huán)境以推斷外星生命）。然后說明其核心原理（利用地球生命的適應(yīng)性推斷外星生命可能性和機(jī)制）。最后必須舉例說明，選擇一個(gè)具體的地球極端環(huán)境及其研究內(nèi)容，闡明其對行星科學(xué)的啟示作用。4.答案：盡管金星早期可能擁有液態(tài)水并符合某些宜居條件，但如今其地表環(huán)境極其惡劣，使其成為研究行星生命演化不佳的候選目標(biāo)。主要原因包括：①極度高溫（表面溫度可達(dá)460℃以上），遠(yuǎn)超生命（包括假設(shè)的生命形式）的生存極限；②厚重且極其致密的二氧化碳大氣層，導(dǎo)致極端的溫室效應(yīng)和強(qiáng)烈的表面酸腐蝕（硫酸霧）；③惡劣的表面輻射環(huán)境。這些因素使得金星表面幾乎不可能存在當(dāng)前形式的復(fù)雜生命，也使得任何過去可能存在生命的痕跡難以保存至今。雖然其高層大氣（金星云層）有研究表明可能存在微生物，但環(huán)境同樣極端且難以深入探測。解析思路：從“雖然...但...”轉(zhuǎn)折入手，指出金星當(dāng)前環(huán)境的極端性。逐一列舉主要問題：高溫、高壓大氣、酸腐蝕、強(qiáng)輻射。強(qiáng)調(diào)這些條件對“當(dāng)前形式復(fù)雜生命”的毀滅性影響，并暗示對“過去生命痕跡”的保存和探測也極為困難?？梢院喴峒案邔哟髿馕⑸锏目赡苄约疤魬?zhàn)。四、論述題1.答案：利用光譜技術(shù)探測行星生物標(biāo)志物的原理是基于不同物質(zhì)對特定波長的電磁輻射具有選擇性吸收或發(fā)射的特性。生物分子（如氨基酸、核酸堿基、脂質(zhì)等）具有獨(dú)特的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級，對應(yīng)特定的紅外或拉曼光譜“指紋”。通過發(fā)射已知波長的激光（如紅外或可見光）照射行星表面或大氣，并探測反射或散射回來的光譜，分析其中特定波長的吸收或散射強(qiáng)度變化，即可識別目標(biāo)物質(zhì)。例如，紅外光譜可探測水、有機(jī)分子等；拉曼光譜可提供分子結(jié)構(gòu)信息，區(qū)分碳酸鹽等。面臨的挑戰(zhàn)包括：①地球大氣和其他星際塵埃的干擾；②光譜信號微弱，易被行星背景輻射淹沒；③需要建立可靠的生物標(biāo)志物光譜庫，并區(qū)分生物與非生物成因的相似信號（如某些非生物有機(jī)物也可能有特征光譜）；④光譜解析復(fù)雜，需要考慮儀器噪聲、大氣散射等多種因素。解析思路：先闡述光譜探測的基本物理原理（選擇性吸收/發(fā)射）。然后具體到紅外和拉曼光譜，說明它們?nèi)绾喂ぷ饕约澳芴綔y什么（生物分子指紋）。接著，分點(diǎn)論述面臨的主要挑戰(zhàn)，涵蓋信號來源（微弱）、信號干擾（地球大氣、星際塵埃）、信號識別（生物vs非生物）、技術(shù)困難（光譜庫、解析復(fù)雜度）等方面。2.答案：以木衛(wèi)二為例，其冰殼下存在巨大的液態(tài)水海洋，環(huán)境被認(rèn)為非常宜居，具有液態(tài)水、可能的化學(xué)能源（來自木星潮汐加熱）、合適的溫度和壓力。其生物多樣性潛力取決于是否有足夠的化學(xué)能量和營養(yǎng)物支持生命?？赡艿纳问娇赡茴愃朴诘厍蛏詈嵋簢娍诨虮潞吹奈⑸铮曰瘜W(xué)合成作用為基礎(chǔ)，形成獨(dú)立于陽光的生態(tài)系統(tǒng)?？茖W(xué)界評估其潛力主要通過：①探測木星磁場異常（指示液態(tài)鹽水的存在）；②雷達(dá)探測顯示其冰殼有活動(dòng)裂縫，可能允許物質(zhì)交換；③紅外光譜探測到水蒸氣釋放；④未來任務(wù)（如歐洲空間局的JUICE）將進(jìn)行更詳細(xì)的地質(zhì)、氣象和潛在生命跡象探測。土衛(wèi)六則擁有濃厚的大氣、液態(tài)甲烷湖泊和可能的乙烷河流，環(huán)境極端但獨(dú)特。其生命形式可能基于甲烷/乙烷而非水，形態(tài)和生化途徑可能與地球生命截然不同。挑戰(zhàn)在于甲烷的穩(wěn)定性、能量來源以及如何區(qū)分生物和非生物的甲烷/碳?xì)浠衔镄盘?。評估其潛力依賴于對大氣成分、表面化學(xué)、地質(zhì)活動(dòng)以及未來探測任務(wù)（如Dragonfly）的結(jié)果。解析思路：選擇一個(gè)案例（木衛(wèi)二），分析其宜居環(huán)境條件（液態(tài)水、能源、溫度壓力）。推測可能的生命形式類型（類比地球極端環(huán)境）。說明科學(xué)界評估潛力的方法（多方面證據(jù)綜合）。再選擇另一個(gè)案例（土衛(wèi)六），描述其獨(dú)特環(huán)境（甲烷世界）。推測可能的不同生命形式。指出評估其潛力面臨的特殊挑戰(zhàn)。最后強(qiáng)調(diào)未來探測的重要性。3.答案：行星生物多樣性研究對人類的意義是多方面的。首先，它極大地拓展了我們對生命可能存在形式的認(rèn)知邊界，挑戰(zhàn)以地球?yàn)橹行牡纳^，幫助我們理解生命的普遍規(guī)律和極端適應(yīng)性。其次，通過尋找地外生命，無論成功與否，都能驗(yàn)證或修正我們對生命起源、演化和滅絕過程的理解，深化對地球自身生命演化的認(rèn)識。再次，這些