2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星科學(xué)專業(yè)校園展覽活動考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.簡述行星科學(xué)作為一門交叉學(xué)科的主要研究領(lǐng)域及其重要意義。2.比較行星內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)的主要特征，并說明這些結(jié)構(gòu)是如何形成的。3.闡述大尺度行星運(yùn)動的基本規(guī)律（如開普勒定律），并簡述其在行星科學(xué)研究中的應(yīng)用。二、4.行星科學(xué)中的“撞擊坑”現(xiàn)象提供了哪些關(guān)于行星早期歷史和表面演化的信息？5.描述行星大氣的組成、結(jié)構(gòu)和主要物理過程，并說明這些因素如何影響行星表面的環(huán)境。6.簡述行星地質(zhì)填圖的基本原理、方法和其在行星科學(xué)研究中的作用。三、7.比較類地行星（如地球、火星）與氣態(tài)巨行星（如木星、土星）在成因、組成和結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別。8.闡述太陽系形成的主要理論（如星云假說），并簡述支持該理論的關(guān)鍵證據(jù)。9.分析“系外行星”探測的主要方法及其各自的優(yōu)勢和局限性。四、10.假設(shè)你團(tuán)隊負(fù)責(zé)策劃一個以“探索火星生命可能性”為主題的校園行星科學(xué)展覽活動。請確定該展覽的核心目標(biāo)受眾，并提出至少三個具體的展覽內(nèi)容板塊或展品設(shè)計的初步構(gòu)想，說明每個構(gòu)想如何吸引受眾并傳遞科學(xué)信息。11.描述人類對月球進(jìn)行探測的主要方式（如軌道飛行、著陸探測、采樣返回）及其取得的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。若要進(jìn)一步深化對月球的科學(xué)研究，你認(rèn)為未來探測任務(wù)應(yīng)重點關(guān)注哪些方面？12.選擇一個你感興趣的太陽系內(nèi)天體（如彗星、小行星、某顆具體衛(wèi)星），結(jié)合其獨特的科學(xué)價值，論述對其進(jìn)行深入探測（如發(fā)射探測器）的科學(xué)意義和潛在的技術(shù)挑戰(zhàn)。試卷答案一、1.答案：行星科學(xué)是一門研究行星（包括太陽系內(nèi)的行星、衛(wèi)星、小行星、彗星等）及其形成、演化、結(jié)構(gòu)、組成、物理性質(zhì)、化學(xué)成分、地質(zhì)活動、大氣圈、磁場以及行星系統(tǒng)相互作用的交叉學(xué)科。其重要意義在于：有助于我們理解太陽系的起源和演化歷史；為尋找地外生命提供基礎(chǔ)；推動空間探測技術(shù)和深空探測的發(fā)展；加深對地球系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識；具有重要的科學(xué)價值和應(yīng)用前景。解析思路：第一問要求概述研究內(nèi)容和重要性。研究內(nèi)容需涵蓋行星科學(xué)的研究對象（多種天體）和核心研究方面（形成、演化、結(jié)構(gòu)、組成等）。重要性可從科學(xué)認(rèn)知（理解太陽系、尋找地外生命）、技術(shù)推動（空間探測）和學(xué)科交叉（地球科學(xué)）等角度闡述。2.答案：行星內(nèi)部通常分為地核、地幔和地殼三個圈層。地核主要由鐵鎳組成，分為液態(tài)的外核和固態(tài)的內(nèi)核，產(chǎn)生行星的磁場。地幔是厚厚的硅酸鹽巖石圈層，其主要成分是鎂鐵硅酸鹽，通過板塊構(gòu)造和對流運(yùn)動進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞。地殼是行星表面最外層的薄層，相對較輕，主要成分是硅鋁酸鹽，是大陸和海洋所在的地方。這些結(jié)構(gòu)主要是在行星形成初期通過物質(zhì)分異（重元素下沉形成核心，輕元素上浮形成殼幔）以及后續(xù)的放射性元素衰變加熱、撞擊加熱和潮汐加熱等多種熱過程形成的。解析思路：第二問要求比較內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及形成原因。需準(zhǔn)確列出圈層名稱及其主要成分和物理狀態(tài)。結(jié)構(gòu)特征要描述清楚，如內(nèi)核固態(tài)、外核液態(tài)、地幔對流等。形成原因需結(jié)合行星形成（分異作用）和演化（熱過程）的關(guān)鍵機(jī)制來解釋。3.答案：開普勒三大定律描述了行星圍繞太陽運(yùn)動的規(guī)律：第一定律（橢圓軌道定律）指出行星繞太陽運(yùn)動的軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上；第二定律（面積定律）指出行星與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過的面積相等，即行星運(yùn)動速度在近日點快，遠(yuǎn)日點慢；第三定律（周期定律）指出行星公轉(zhuǎn)周期的平方與其軌道半長軸的立方成正比，常表示為T2∝a3。這些規(guī)律不僅精確描述了行星運(yùn)動，也是理解行星軌道動力學(xué)、計算行星位置、研究行星質(zhì)量（通過引力反推）以及探索行星系統(tǒng)形成和演化的基礎(chǔ)。解析思路：第三問要求闡述開普勒定律內(nèi)容并說明應(yīng)用。需準(zhǔn)確復(fù)述三大定律的核心內(nèi)容，特別是第一定律的焦點位置和第二定律的速度變化特征。應(yīng)用方面需說明其在描述運(yùn)動、計算位置、推斷質(zhì)量及更宏觀的系統(tǒng)研究中的基礎(chǔ)性作用。二、4.答案：撞擊坑是天體（包括隕石）高速撞擊行星、衛(wèi)星或其他天體表面形成的凹坑結(jié)構(gòu)。它提供了豐富的地質(zhì)信息：可以揭示撞擊事件發(fā)生的時間（通過伴生撞擊變質(zhì)事件或放射性定年）；記錄撞擊體的成分和大??；反映目標(biāo)天體的性質(zhì)（如巖性、結(jié)構(gòu)）；幫助重建行星表面的早期歷史和演化過程（如通過對比不同年齡、大小、形態(tài)的撞擊坑分布）；研究行星的地質(zhì)年代學(xué)和表面改造速率。解析思路：第四問要求說明撞擊坑提供的信息。需從時間信息（定年）、物質(zhì)信息（撞擊體）、目標(biāo)信息（天體性質(zhì)）和演化信息（表面改造、年代學(xué)）等多個方面進(jìn)行闡述，體現(xiàn)撞擊坑作為寶貴科學(xué)記錄的功能。5.答案：行星大氣由多種氣體組成，主要成分通常是氦（對于氣態(tài)巨行星）或氫、氦、甲烷、氨、二氧化碳等（對于類地行星和冰巨行星），還可能含有水蒸氣、硫化物等。大氣可分為不同的圈層，如平流層、中間層、熱層等，各層溫度、密度和化學(xué)成分隨高度變化。主要物理過程包括大氣分子的熱運(yùn)動、輻射吸收與散射（決定溫度和顏色）、大氣環(huán)流（風(fēng)、氣旋）、云的形成與降水、以及與行星表面的物質(zhì)交換（如火山活動、氣體釋放）。這些因素共同決定了行星的溫度、壓力、氣候、天氣現(xiàn)象以及是否有生命存在的可能性。解析思路：第五問要求描述大氣組成、結(jié)構(gòu)、過程及其影響。組成需提及主要成分的異同。結(jié)構(gòu)可簡化描述主要分層。過程需列舉關(guān)鍵物理化學(xué)過程。影響部分需強(qiáng)調(diào)這些因素如何共同作用，決定行星的整體環(huán)境特征，特別是與生命相關(guān)的條件。6.答案：行星地質(zhì)填圖是在地圖上以標(biāo)準(zhǔn)化符號和顏色表示行星表面的地質(zhì)特征（如巖石類型、構(gòu)造變形、撞擊坑、火山活動、水蝕地貌等）及其空間分布和相互關(guān)系的科學(xué)方法。其基本原理是將通過遙感成像（如相機(jī)、光譜儀）和直接觀測（如著陸器、漫游車）獲取的行星表面數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的規(guī)范和比例尺，繪制成詳細(xì)的地質(zhì)圖。方法包括數(shù)據(jù)獲取、圖像解譯（識別和分類地質(zhì)單元）、地質(zhì)編錄（記錄觀察點信息）、構(gòu)造分析（識別和測量構(gòu)造線）、填圖單元劃分與對比、地圖編制等。其在行星科學(xué)中的作用是：系統(tǒng)化認(rèn)識行星地表地質(zhì)構(gòu)造和演化歷史；發(fā)現(xiàn)重要的科學(xué)目標(biāo)區(qū)域（如水活動區(qū)、火山區(qū)）；為著陸器選址提供關(guān)鍵依據(jù)；揭示行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力學(xué)過程。解析思路：第六問要求闡述地質(zhì)填圖原理、方法和作用。原理部分強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化和空間關(guān)系表示。方法部分需概述從數(shù)據(jù)到地圖的主要步驟。作用部分需說明其在認(rèn)識地質(zhì)、選址、揭示內(nèi)部等方面的重要價值。三、7.答案：類地行星（如地球、金星、火星、水星）通常位于太陽系內(nèi)側(cè)，主要由巖石和金屬組成，密度較大，體積較小，核心顯著，擁有地幔和地殼，多數(shù)擁有固態(tài)表面和圍繞自身旋轉(zhuǎn)的磁場。它們主要形成于太陽系早期相對寒冷的內(nèi)部區(qū)域，核心主要由鐵鎳構(gòu)成，地幔為硅酸鹽巖石。氣態(tài)巨行星（如木星、土星）和冰巨行星（如天王星、海王星）位于太陽系外側(cè)，體積巨大，密度較低，主要由氫、氦以及豐度較高的“冰”（水、氨、甲烷等揮發(fā)性物質(zhì)）組成，核心可能存在，但周圍是厚厚的金屬氫層或冰水混合物層，通常沒有固態(tài)表面，擁有強(qiáng)大的磁場和復(fù)雜的環(huán)系。它們的形成需要更高的初始密度和更大的引力束縛，可能形成于太陽系外圍的冷云中。主要區(qū)別在于組成（巖石金屬vs氫氦冰）、大小、密度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形成位置和過程。解析思路：第七問要求比較兩類行星的異同。需先分別清晰描述類地行星和氣態(tài)/冰巨行星的主要特征（組成、結(jié)構(gòu)、大小、密度、磁場、形成位置等）。然后，圍繞這些特征進(jìn)行對比，突出核心差異，特別是物質(zhì)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的根本區(qū)別。8.答案：太陽系形成的主要理論是星云假說（NebularHypothesis），認(rèn)為太陽系起源于一個巨大的、旋轉(zhuǎn)的分子云（原始太陽星云）。該星云在自身引力作用下開始收縮，旋轉(zhuǎn)速度加快（角動量守恒），中心部分逐漸形成太陽，周圍物質(zhì)則形成旋轉(zhuǎn)的盤狀結(jié)構(gòu)（原行星盤）。在原行星盤中，通過碰撞、吸積等過程，微小的塵埃和冰塊逐漸結(jié)合成更大的塊體（星子），最終形成了行星、衛(wèi)星、小行星和彗星等天體。支持該理論的關(guān)鍵證據(jù)包括：行星系統(tǒng)（特別是類地行星）普遍具有共面性和同向性；行星軌道偏心率和傾角相對較?。淮嬖陧樞泻湍嫘行⌒行?；年輕恒星周圍常觀測到原行星盤；太陽和行星的化學(xué)組成具有相似性（如氧同位素比率）；行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和熱演化特征等。解析思路：第八問要求闡述主要理論和關(guān)鍵證據(jù)。理論部分需說明起始物質(zhì)（分子云）、主要過程（收縮、旋轉(zhuǎn)、盤形成、碰撞吸積）。證據(jù)部分需列舉支持該理論的多方面觀測事實，涵蓋軌道特征、成分相似性、以及與其他天體（如小行星、原行星盤）的關(guān)聯(lián)。9.答案：探測系外行星的主要方法包括：凌日法（TransitMethod）：觀測行星從其宿主恒星前方經(jīng)過時引起的短暫亮度下降。此方法可測量行星半徑和公轉(zhuǎn)周期，若存在行星凌日現(xiàn)象，說明該恒星擁有行星。徑向速度法（RadialVelocityMethod，又稱“視向速度法”）：通過探測恒星光譜的多普勒頻移，測量恒星圍繞系統(tǒng)質(zhì)心的“晃動”，從而推斷出存在行星并估算其質(zhì)量和軌道半長軸。天體測量法（AstrometryMethod）：極其精確地測量恒星在天空中的位置變化，以探測由行星引起的微小擾動。直接成像法（DirectImaging）：在極遠(yuǎn)的距離上直接拍攝行星反射或自身發(fā)出的光線。微引力透鏡法（MicrolensingMethod）：利用遙遠(yuǎn)恒星及其背后更遙遠(yuǎn)恒星之間發(fā)生的引力透鏡效應(yīng)，觀測到被放大了的背景恒星光線，其中可能包含行星產(chǎn)生的微弱信號。這些方法的優(yōu)勢在于原理相對直接（凌日、徑向速度）；能夠提供行星的質(zhì)量和軌道信息（徑向速度）。局限性在于：凌日法主要適用于近圓形軌道的行星，且只對面向地球的恒星有效，難以直接測量質(zhì)量；徑向速度法對大質(zhì)量行星敏感，對小型類地行星不敏感，且易受恒星活動干擾；直接成像法要求行星離宿主恒星非常遠(yuǎn)，且需要極高分辨率技術(shù)，目前主要探測到氣態(tài)巨行星；天體測量法精度要求極高，技術(shù)難度大；微引力透鏡法事件短暫且隨機(jī)，觀測和關(guān)聯(lián)分析復(fù)雜。解析思路：第九問要求列舉主要方法并分析優(yōu)缺點。需準(zhǔn)確列出各種方法的名稱和基本原理。優(yōu)勢部分應(yīng)針對每種方法，說明其最突出的優(yōu)點（能探測到什么，能提供哪些參數(shù)）。局限性部分則指出其適用范圍、探測能力上的限制或技術(shù)挑戰(zhàn)。四、10.答案：針對“探索火星生命可能性”主題的展覽，核心目標(biāo)受眾可設(shè)定為對天文學(xué)、行星科學(xué)感興趣的大學(xué)生、高中生，以及對太空探索有好奇心的高年級中學(xué)生和公眾。展覽內(nèi)容板塊/展品設(shè)計構(gòu)想：1)“紅色星球”探秘區(qū)：通過圖文、模型展示火星的地質(zhì)構(gòu)造、大氣環(huán)境、氣候特征，重點介紹NASA等機(jī)構(gòu)火星探測的重要發(fā)現(xiàn)（如好奇號、毅力號漫游車在蓋爾撞擊坑和耶澤羅撞擊坑的發(fā)現(xiàn)，如有機(jī)分子、古代河流湖泊證據(jù)、季節(jié)性甲烷噴發(fā)等），吸引觀眾了解火星基本情況。2)“生命之源”互動區(qū)：設(shè)計模擬火星土壤/巖石樣本分析的互動裝置，讓參觀者嘗試檢測模擬樣本中的有機(jī)物或特定化學(xué)物質(zhì)；或者設(shè)置一個關(guān)于“生命基本條件”的小型問答或選擇游戲，普及生命存在的必要要素（如液態(tài)水、能源、有機(jī)物、適宜環(huán)境等）。3)“未來家園”暢想?yún)^(qū)：展示人類火星探測的最新進(jìn)展（如毅力號、祝融號任務(wù)），介紹火星基地的概念設(shè)計、人類登陸火星的挑戰(zhàn)與設(shè)想，以及火星生命探索的未來方向（如尋找地下生命、部署更先進(jìn)的探測設(shè)備），激發(fā)觀眾的探索熱情和對未來的想象。解析思路：第十問要求結(jié)合主題策劃展覽。需先明確受眾定位。構(gòu)想部分要提出至少三個具體板塊或展品，每個構(gòu)想都要：a)與主題（火星、生命）緊密相關(guān)；b)內(nèi)容具有科學(xué)性（基于現(xiàn)有認(rèn)知）；c)形式具有吸引力（互動性、可視性）；d)能有效傳遞信息，激發(fā)興趣。11.答案：人類對月球的探測方式主要包括：早期美國的軌道探測器（如徘徊者、勘測者）提供了月球整體影像和初步數(shù)據(jù)；阿波羅計劃（1969-1972）實現(xiàn)了載人登月，進(jìn)行了實地采樣、地質(zhì)考察、設(shè)置了科學(xué)實驗站（如月面地震儀、激光反射器），取得了大量寶貴樣本和直接觀測數(shù)據(jù)；后續(xù)的無人軌道器（如月球勘測軌道飛行器LRO）和著陸器（如鳳凰號、月球勘測軌道飛行器上的著陸器、玉兔號）繼續(xù)進(jìn)行更精細(xì)的探測，如高分辨率成像、光譜分析、次表層探測等。重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)包括：月球缺乏全球性磁場；月殼存在大量撞擊坑，記錄了太陽系早期歷史；發(fā)現(xiàn)了水冰存在于月球兩極的永久陰影撞擊坑中；確認(rèn)了月球形成與早期地球-月球系統(tǒng)劇烈碰撞有關(guān)；分析了月巖的成分和同位素組成，揭示了月球的形成和演化過程。若要進(jìn)一步深化對月球的科學(xué)研究，未來探測任務(wù)應(yīng)重點關(guān)注：1)尋找早期月球形成和演化的證據(jù)：對月巖進(jìn)行更深入的同位素和礦物學(xué)研究，或考慮返回更古老的月球高地巖石。2)系統(tǒng)研究月球水資源：大規(guī)模探測水冰的分布、儲量及其形成機(jī)制，為未來載人登月和深空探測提供資源支持。3)探索月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力學(xué)：部署更多地震儀，進(jìn)行重力場和磁異常測量，以更好地了解月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地幔對流狀態(tài)和殘余磁場。4)尋找過去或現(xiàn)在生命的跡象（若有）：在特定區(qū)域（如水冰區(qū)、熔巖管）尋找古代生命遺跡或分析可能支持微生物生存的環(huán)境條件。解析思路：第十一問要求描述探測方式、重大發(fā)現(xiàn)及未來重點。探測方式需按時間順序或類型梳理，提及代表性任務(wù)和儀器。重大發(fā)現(xiàn)需概括幾個核心成果。未來重點部分需基于現(xiàn)有認(rèn)知和科學(xué)前沿，提出具體、有價值的探測方向。12.答案：選擇木星衛(wèi)星Europa（木衛(wèi)二）進(jìn)行深入探測具有重要科學(xué)意義和潛在技術(shù)挑戰(zhàn)?？茖W(xué)意義