2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星科學(xué)中的地磁場(chǎng)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）1.在地磁場(chǎng)的球諧展開中，代表地磁場(chǎng)總強(qiáng)度的參數(shù)是？A.gnmB.hnmC.SnmD.Dnm2.根據(jù)地磁發(fā)電機(jī)理論，行星內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)的關(guān)鍵條件之一是存在？A.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B.導(dǎo)電性物質(zhì)C.高溫高壓環(huán)境D.以上都是3.地球古地磁學(xué)研究中，“極性倒轉(zhuǎn)事件”指的是？A.地磁場(chǎng)強(qiáng)度突然增強(qiáng)B.地磁極在地理上的位置發(fā)生劇烈移動(dòng)C.地球內(nèi)部液態(tài)核停止旋轉(zhuǎn)D.地磁場(chǎng)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，北極變?yōu)槟蠘O，南極變?yōu)楸睒O4.與木星強(qiáng)磁場(chǎng)主要來源于其快速自轉(zhuǎn)和豐富的液態(tài)金屬氫內(nèi)部運(yùn)動(dòng)相比，地球磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)制更側(cè)重于？A.核幔邊界對(duì)流B.磁流體動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性C.穩(wěn)定的液態(tài)外核對(duì)流D.巖石圈板塊運(yùn)動(dòng)5.在行星科學(xué)中，通過分析地磁極移曲線可以推斷？A.行星的自轉(zhuǎn)速率變化B.行星內(nèi)部導(dǎo)電層的大小和深度C.行星表面的古地理分布D.行星的大氣成分二、填空題（每空2分，共20分）6.地磁場(chǎng)的強(qiáng)度通常用__________來衡量，其單位是__________。7.地磁傾角是指地磁場(chǎng)矢量與__________之間的夾角。8.解釋天王星和海王星異常弱磁場(chǎng)的主要假說之一是它們的核心可能已經(jīng)__________。9.地磁場(chǎng)的球諧分析中，參數(shù)Snm主要反映磁場(chǎng)的__________特征，而參數(shù)Dnm主要反映磁場(chǎng)的__________特征。10.古地磁學(xué)研究中，將不同地點(diǎn)記錄的古地磁方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，得到該時(shí)期的地磁極位置，這個(gè)點(diǎn)被稱為__________。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）11.簡(jiǎn)述地磁發(fā)電機(jī)理論的基本思想及其對(duì)行星磁場(chǎng)起源的解釋。12.解釋什么是地磁剩磁，并簡(jiǎn)述熱剩余磁化和化學(xué)剩余磁化的形成條件。13.為什么說木星和土星磁場(chǎng)的強(qiáng)度遠(yuǎn)超地球，這對(duì)它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出了什么要求？四、計(jì)算題（共15分）14.假設(shè)某行星的地磁場(chǎng)可以用球諧級(jí)數(shù)展開的第一項(xiàng)來近似描述，其位階為n=1,m=1，地磁異常強(qiáng)度（相對(duì)于行星中心）為ΔB=5×10^-5T。計(jì)算該行星在赤道和極地附近（距離中心單位距離處）的地磁偏角影響（用弧度表示）。假設(shè)該行星半徑為R=6000km。五、論述題（共30分）15.比較地球和木星地磁場(chǎng)的來源、強(qiáng)度、形態(tài)和演化特征，并分析造成這些差異的主要原因。試卷答案1.C2.D3.D4.C5.B6.磁感應(yīng)強(qiáng)度；特斯拉（T）7.地球自轉(zhuǎn)軸（或徑向）8.固化（凍結(jié)）9.球面；徑向10.赤道平均極11.解析：地磁發(fā)電機(jī)理論認(rèn)為，在具有適當(dāng)溫度、壓力和導(dǎo)電性的流體（如液態(tài)鐵鎳合金）中，如果存在運(yùn)動(dòng)（如對(duì)流和旋轉(zhuǎn)），導(dǎo)電介質(zhì)中的載流子（電子和離子）在洛倫茲力作用下會(huì)發(fā)生漂移，從而產(chǎn)生電流。這些電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步影響流體運(yùn)動(dòng)，形成正反饋循環(huán)，最終形成強(qiáng)大的地磁場(chǎng)。該理論解釋了行星（如地球、木星、土星）磁場(chǎng)的來源及其強(qiáng)度與行星內(nèi)部狀態(tài)（如自轉(zhuǎn)速率、核心大小、導(dǎo)電層性質(zhì)）的關(guān)聯(lián)。12.解析：地磁剩磁是指巖石或礦物在形成過程中或之后，因受到地磁場(chǎng)作用而保存下來的磁化強(qiáng)度。熱剩余磁化是指含有鐵磁性礦物的巖石在形成時(shí)，如果冷卻速率足夠快，使其磁性礦物來不及失磁，從而保留下的剩磁?；瘜W(xué)剩余磁化是指巖石在沉積或變質(zhì)過程中，由于化學(xué)作用導(dǎo)致新的鐵磁性礦物形成，并沿當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)方向磁化而保存下來的剩磁。它們都是地磁場(chǎng)作用的“歷史記錄”。13.解析：木星和土星擁有比地球強(qiáng)得多（約分別強(qiáng)25倍和60倍）的地磁場(chǎng)，這表明它們的內(nèi)部（特別是液態(tài)金屬核心）具有極高的導(dǎo)電性和更強(qiáng)的對(duì)流活動(dòng)。根據(jù)地磁發(fā)電機(jī)理論，更強(qiáng)的磁場(chǎng)需要更快的自轉(zhuǎn)、更大/更深的核心、更豐富的導(dǎo)電物質(zhì)或更劇烈的對(duì)流來維持。這要求它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是液態(tài)核心的規(guī)模和狀態(tài)，遠(yuǎn)超地球。14.解析：地磁場(chǎng)的球諧位系數(shù)C?1與地磁偏角B?1有關(guān)，其關(guān)系為：tan(B?1)=C?1/D?1。對(duì)于n=1,m=1項(xiàng)，通常假設(shè)D?1（徑向分量系數(shù)）在赤道和極地附近近似為零或可忽略其變化對(duì)偏角計(jì)算的影響，或者題目意在考察偏角隨緯度的變化趨勢(shì)而非精確值。在赤道（緯度φ=0），tan(B?1)≈C?1/0，偏角理論上趨于π/2（90度）。在極地（緯度φ=π/2），tan(B?1)≈C?1/D?1。但題目要求計(jì)算“影響”，通常是指該項(xiàng)對(duì)總磁場(chǎng)方向的作用。C?1代表沿經(jīng)線方向的分量。ΔB=5×10??T是異常強(qiáng)度。影響的大小與C?1成正比。計(jì)算C?1：B?1=(g?1*R/GM)*(1/r2)≈ΔB。g?1≈ΔB*(GM/R3)。C?1=g?1/sqrt(g?12+h?12)。若忽略h?1，C?1≈g?1。所以C?1≈ΔB*(GM/R3)。代入數(shù)值：C?1≈(5×10??T)*[(6.67430×10?11N·m2/kg2)*(1.898×102?kg)/(6.371×10?m)3]≈1.47×10??T。赤道處該項(xiàng)引起的偏角影響正比于tan?1(C?1)≈C?1弧度，約1.47×10??弧度。極地處該項(xiàng)引起的偏角影響正比于tan?1(C?1/D?1)，若D?1不為零但較小，影響依然存在但小于赤道。15.解析：地球磁場(chǎng)：由液態(tài)外核中的地磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，強(qiáng)度中等（約25μT），形態(tài)接近偶極場(chǎng)，但有明顯的非偶極項(xiàng)和隨時(shí)間變化的部分（如耀斑事件）。磁場(chǎng)演化與地球內(nèi)部對(duì)流、核心演化相關(guān)，古地磁記錄揭示了地球自轉(zhuǎn)軸的漂移和極性倒轉(zhuǎn)。木星磁場(chǎng)：由快速自轉(zhuǎn)（約10小時(shí)）和富含液態(tài)金屬氫的深部核幔邊界處強(qiáng)大的地磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，強(qiáng)度極強(qiáng)（約420μT），形態(tài)為復(fù)雜的偶極場(chǎng)，包含顯著的quadrupole（四極）和octupole（八極）成分，表明其內(nèi)部導(dǎo)電層深度和結(jié)構(gòu)復(fù)雜。磁場(chǎng)演化與自轉(zhuǎn)和內(nèi)部動(dòng)態(tài)密切相關(guān)。土星磁場(chǎng)：類似木星，由快速自轉(zhuǎn)（約10.7小時(shí)）和液態(tài)金屬氫核心產(chǎn)生，強(qiáng)度也很強(qiáng)（約580μT），形態(tài)也呈復(fù)雜的偶極為主的多極場(chǎng)。其磁偶極矩方向與其自轉(zhuǎn)軸有顯著的傾斜（約26度），且存在“極光槽”結(jié)構(gòu)，與木星磁場(chǎng)相比，其非偶極成分比例更高，核心大小可能