2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星大氣透射效應(yīng)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.當(dāng)一束連續(xù)光譜的光通過(guò)行星大氣層后，光譜中出現(xiàn)的暗線稱為？A.反射譜線B.散射特征C.吸收譜線D.發(fā)射譜線2.下列哪種大氣成分主要導(dǎo)致可見(jiàn)光部分的瑞利散射？A.氧氣(O?)B.氮?dú)?N?)C.水汽(H?O)D.微小塵埃顆粒3.根據(jù)Beer-Lambert定律，當(dāng)光通過(guò)大氣層時(shí)，透射率與下列哪個(gè)量成指數(shù)關(guān)系？A.大氣密度B.光波長(zhǎng)C.光程長(zhǎng)度D.以上都是4.所謂的“大氣窗口”指的是？A.大氣對(duì)可見(jiàn)光吸收最強(qiáng)的區(qū)域B.大氣對(duì)紅外光吸收最強(qiáng)的區(qū)域C.大氣允許部分波段光線穿透通過(guò)的區(qū)域D.大氣反射率最高的區(qū)域5.利用透射光譜探測(cè)系外行星大氣成分的主要原理是？A.測(cè)量行星的徑向速度B.觀測(cè)行星的相位變化C.分析穿過(guò)行星大氣光線光譜的特定吸收特征D.測(cè)量行星的表面溫度6.瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系是？A.與波長(zhǎng)成正比B.與波長(zhǎng)的平方成正比C.與波長(zhǎng)的平方成反比D.與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)7.米氏散射主要是由哪種粒子引起的？A.分子B.遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的粒子C.與波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)牧Ｗ覦.遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的粒子8.行星大氣的成分信息主要通過(guò)哪種天文觀測(cè)手段獲??？A.光譜反射法B.射電干涉測(cè)量C.透射光譜法D.脈沖星計(jì)時(shí)9.在紅外波段進(jìn)行行星透射光譜觀測(cè)的主要優(yōu)勢(shì)是？A.可以直接觀測(cè)行星表面細(xì)節(jié)B.可以有效避免可見(jiàn)光散射干擾C.只能探測(cè)到溫度較高的氣體成分D.對(duì)望遠(yuǎn)鏡的遮光性能要求較低10.透射光譜可以用來(lái)估算行星大氣的主要成分及其豐度，其依據(jù)是？A.不同氣體分子的光譜是獨(dú)一無(wú)二的B.大氣溫度決定了吸收線的強(qiáng)度C.光程長(zhǎng)度與行星半徑成正比D.行星的自轉(zhuǎn)速度會(huì)影響光譜特征二、填空題（每空2分，共20分）1.光線穿過(guò)大氣層時(shí)，由于大氣成分與光子相互作用而損失能量，這種現(xiàn)象主要表現(xiàn)為__________和__________。2.能量較大的紫外線可以分解大氣中的__________分子，為行星表面提供化學(xué)演化所需的能量。3.透射率是指穿過(guò)大氣層后__________與入射光的強(qiáng)度之比。4.在行星大氣中，水汽、二氧化碳等分子通常會(huì)在__________波段產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收譜線。5.除了吸收，大氣還能對(duì)光線產(chǎn)生__________，使得從空間觀測(cè)行星時(shí)，其亮度會(huì)高于按朗伯定律計(jì)算的理論值。6.系外行星透射光譜法尋找生命跡象的主要目標(biāo)氣體是__________和__________。7.Beer-Lambert定律描述了吸光度與氣體__________、__________和光程長(zhǎng)度的關(guān)系。8.理解行星大氣透射光譜對(duì)于研究行星的__________、__________和大氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程至關(guān)重要。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述瑞利散射和米氏散射的主要區(qū)別。2.解釋為什么大氣存在“大氣窗口”？這些窗口對(duì)行星觀測(cè)有何意義？3.為什么說(shuō)透射光譜是研究系外行星大氣的有力工具？4.簡(jiǎn)述利用透射光譜反演行星大氣成分的基本思路。四、計(jì)算題（共15分）假設(shè)一束單色光垂直穿過(guò)某行星大氣層。已知該大氣層對(duì)光的吸收遵循Beer-Lambert定律，吸光系數(shù)（α）為0.1cm?1，光在大氣中的路徑長(zhǎng)度（b）為10km。計(jì)算：1.該光通過(guò)大氣層后的透射率是多少？（結(jié)果用小數(shù)表示）2.如果大氣成分不變，但光程長(zhǎng)度增加一倍，透射率將變?yōu)槎嗌?？五、論述題（共25分）論述行星大氣透射光譜法在探測(cè)系外行星中可能遇到的挑戰(zhàn)，并說(shuō)明科學(xué)家們?nèi)绾闻朔@些挑戰(zhàn)以尋找地外生命存在的證據(jù)。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.D4.C5.C6.C7.C8.C9.B10.A二、填空題1.吸收，散射2.氮?dú)?N?)或氧氣(O?)（或其他答案如臭氧O?也可，取決于具體教學(xué)側(cè)重）3.透射光4.紅外5.散射6.氧氣(O?)，甲烷(CH?)7.濃度，光程長(zhǎng)度8.大氣成分，大氣結(jié)構(gòu)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比瑞利散射和米氏散射的產(chǎn)生粒子、散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系、散射光譜特征（前向散射為主vs各向同性散射）。瑞利散射由遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的分子引起，強(qiáng)度與波長(zhǎng)平方成反比，散射光偏向藍(lán)光，無(wú)選擇性散射。米氏散射由大小與波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)牧Ｗ右?，?qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系復(fù)雜，散射較均勻，對(duì)可見(jiàn)光有選擇性散射。2.解析思路：解釋大氣窗口是大氣吸收較少、允許光線穿透通過(guò)的特殊波段。說(shuō)明這些窗口對(duì)應(yīng)大氣中透明氣體或分子很少的區(qū)間。強(qiáng)調(diào)其對(duì)天文觀測(cè)的重要性，如紅外窗口用于熱探測(cè)，可見(jiàn)光窗口用于成像和直接觀測(cè)，特定紅外窗口用于大氣成分分析。3.解析思路：說(shuō)明系外行星距離遙遠(yuǎn)，直接觀測(cè)大氣極其困難。強(qiáng)調(diào)透射光譜法是唯一能直接獲取其大氣成分信息的方法（通過(guò)分析穿過(guò)大氣到達(dá)地球的光線）。指出不同氣體有獨(dú)特的吸收指紋，如同給大氣做“指紋識(shí)別”，從而可能發(fā)現(xiàn)生命相關(guān)氣體（如O?和CH?的組合）。4.解析思路：闡述核心原理：不同大氣成分在特定波長(zhǎng)處有獨(dú)特的吸收譜線（“指紋”）。通過(guò)分析觀測(cè)到的透射光譜，識(shí)別其中的吸收線。將吸收線的特征（如波長(zhǎng)、強(qiáng)度）與已知?dú)怏w的光譜庫(kù)進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)吸收線的存在與否及其強(qiáng)度，推斷大氣中存在哪些成分以及它們的相對(duì)豐度。四、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用Beer-Lambert定律公式A=αb，其中A是吸光度，α是吸光系數(shù)，b是光程長(zhǎng)度。已知A=αb=0.1cm?1×10,000cm=100。透射率T=10???=10?1??。計(jì)算透射率T=e???≈e?2.302=e?1??≈3.72×10???。注意單位轉(zhuǎn)換：1km=103cm。2.解析思路：應(yīng)用Beer-Lambert定律。新光程b'=2b=20km=20,000cm。新吸光度A'=αb'=0.1cm?1×20,000cm=200。透射率T'=10???=10?2??。計(jì)算透射率T'=e???≈e??.604=e?2??≈1.15×10????；蛘咧苯永肨'=T/2?=T/22=T/4。T'=(3.72×10???)/4=9.3×10???。五、論述題解析思路：首先指出主要挑戰(zhàn)：信號(hào)極其微弱（行星光亮于大氣）、需要高分辨率光譜儀和高信噪比觀測(cè)、地球大氣和儀器自身發(fā)射/散射光污染、大氣成分復(fù)雜且未知、難以區(qū)分大氣信號(hào)與行星表面貢獻(xiàn)、生命標(biāo)記物（如O?-CH?）組合的罕見(jiàn)性