2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星系統(tǒng)晚期綜合演化研究考試時間：______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)字母填入括號內(nèi)）1.導(dǎo)致許多內(nèi)行星（如地球、火星）早期大氣層被太陽風(fēng)剝離的主要原因是？A.行星內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的強(qiáng)烈噴發(fā)B.行星與早期小行星或彗星的劇烈碰撞C.行星自身引力不足以束縛輕元素氣體D.巨行星（如木星）的引力擾動2.月球形成最被廣泛接受的理論是？A.同源成巖說B.分裂說C.大碰撞假說D.共同起源說3.行星地幔的對流主要是由什么驅(qū)動的？A.行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力B.核心與地幔之間的密度差異C.放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量D.行星接收到的太陽輻射能4.地球大氣中氧氣含量的顯著增加，主要?dú)w因于？A.巖石風(fēng)化作用B.生物光合作用C.火山噴發(fā)釋放D.小行星撞擊帶來的有機(jī)物5.木星衛(wèi)星伽利略號發(fā)現(xiàn)的氨冰羽流，主要提供了關(guān)于該衛(wèi)星哪方面演化的證據(jù)？A.內(nèi)部仍然存在液態(tài)水B.正在經(jīng)歷快速的冰火山活動C.曾經(jīng)遭受強(qiáng)烈的太陽風(fēng)剝離D.具有活躍的板塊構(gòu)造6.“Nice模型”主要解釋了太陽系外行星中？A.類地行星的形成機(jī)制B.巨行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)演化C.巨行星相對于內(nèi)側(cè)行星的遷移過程D.行星衛(wèi)星系統(tǒng)的形成歷史7.在行星演化的早期階段，放射性元素（如鈾、釷、鉀）的衰變主要對行星的什么過程產(chǎn)生了顯著影響？A.大氣層形成B.內(nèi)部加熱和地質(zhì)活動C.表面溫度分布D.行星軌道穩(wěn)定8.潮汐摩擦力主要是指？A.行星自轉(zhuǎn)與內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動之間的阻力B.行星之間相互的引力作用C.行星公轉(zhuǎn)軌道變化產(chǎn)生的力D.太陽對行星的引力9.火星表面廣泛分布的干河谷和三角洲地貌，最有力地支持了哪種關(guān)于火星氣候演化的觀點(diǎn)？A.火星過去一直擁有溫暖濕潤的大氣層B.火星過去存在大規(guī)模的海洋C.火星過去曾經(jīng)歷過大規(guī)模的洪水泛濫，但已失去液態(tài)水D.火星內(nèi)部地質(zhì)活動極其活躍10.通過分析不同行星或隕石的年齡，科學(xué)家可以推斷？A.行星形成的歷史順序B.行星大氣成分的變化C.行星表面撞擊坑的形成速率D.行星內(nèi)部放射性元素的種類二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線處）1.行星系統(tǒng)晚期的演化過程涉及多種物理和化學(xué)機(jī)制，包括______、______、潮汐作用和大氣逃逸等。2.地球月球形成的大碰撞假說認(rèn)為，月球是由______與一個火星大小的原行星體碰撞后形成的。3.行星內(nèi)部的熱演化是驅(qū)動______和______的主要動力。4.木星強(qiáng)大的引力捕獲了大量的______和小行星，形成了其龐大的衛(wèi)星系統(tǒng)和光環(huán)。5.行星大氣的溫室效應(yīng)是指大氣吸收并重新輻射紅外輻射，從而導(dǎo)致行星______的現(xiàn)象。6.“潮汐鎖定”是指天體由于潮汐力的作用，其自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期達(dá)到同步的狀態(tài)，例如______。7.通過對隕石中的______同位素進(jìn)行測定，可以確定天體的形成年齡。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡潔明了地回答下列問題）1.簡述行星內(nèi)部放射性元素衰變對行星熱演化的影響。2.解釋什么是行星的“潮汐共振”現(xiàn)象及其可能產(chǎn)生的后果。3.列舉并簡要說明影響行星大氣層演化的主要因素。4.為什么說火星的晚期演化研究對理解地球的演化具有重要意義？四、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面、深入地回答下列問題）1.以太陽系內(nèi)某一行星（可選地球、火星或木星之一）為例，詳細(xì)論述其晚期演化的主要特征、關(guān)鍵過程及其驅(qū)動機(jī)制。2.比較分析地球與火星在晚期演化過程中，大氣層失穩(wěn)的主要差異及其可能的原因。3.討論當(dāng)前行星系統(tǒng)晚期演化研究面臨的主要挑戰(zhàn)，并展望未來可能的研究方向和技術(shù)手段。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.A6.C7.B8.A9.C10.A二、填空題1.吸積，分異2.地球3.地幔對流，板塊構(gòu)造4.木星族小行星5.加熱6.水星7.鈾（或釷、鉀）三、簡答題1.答案：放射性元素（如鈾、釷、鉀）在衰變過程中釋放出α、β、γ射線及衰變產(chǎn)物，這些能量轉(zhuǎn)化為熱能，使得行星內(nèi)部（尤其是核心和地幔）溫度升高。這種內(nèi)部加熱是早期行星和大型天體維持地質(zhì)活動（如熔融、分異、板塊運(yùn)動、火山噴發(fā)）的主要能源，隨著放射性元素含量的減少和衰變熱量的減弱，行星逐漸冷卻，地質(zhì)活動趨于停止。解析思路：問題要求解釋放射性元素衰變對行星熱演化的影響。首先要明確放射性元素衰變的過程及其能量釋放形式（熱能）。其次，要闡述這些熱能的去向和作用（加熱內(nèi)部，維持高溫狀態(tài)）。最后，要說明其對行星地質(zhì)活動（熔融、分異、火山、板塊運(yùn)動）的驅(qū)動作用，并指出這種加熱效應(yīng)是暫時的，最終會導(dǎo)致行星冷卻。2.答案：潮汐共振是指兩個天體（如行星和其衛(wèi)星）在軌道運(yùn)動中，由于潮汐力的作用，導(dǎo)致其軌道周期或自轉(zhuǎn)周期之間存在簡單的整數(shù)比關(guān)系（如1:2，1:3）。這種共振會導(dǎo)致能量在系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移，可能引起衛(wèi)星軌道參數(shù)（如高度、形狀）的長期變化，甚至導(dǎo)致衛(wèi)星被撕裂（如拉格朗日點(diǎn)的不穩(wěn)定性），或者使行星和衛(wèi)星最終達(dá)到自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)同步（潮汐鎖定）。解析思路：問題要求解釋潮汐共振現(xiàn)象及其后果。首先要定義潮汐共振，即軌道周期或自轉(zhuǎn)周期間的簡單整數(shù)比關(guān)系。其次要說明共振產(chǎn)生的原因（潮汐力作用）。最后要闡述共振的后果，可以是衛(wèi)星軌道的變化，極端情況下的衛(wèi)星破壞，或者導(dǎo)致天體達(dá)到潮汐鎖定狀態(tài)。3.答案：影響行星大氣層演化的主要因素包括：①初始大氣來源（如火山噴發(fā)、行星形成時的殘留氣體）；②行星質(zhì)量與引力（決定大氣能否被束縛）；③行星表面溫度（影響氣體分子的運(yùn)動速度和逃逸傾向）；④太陽輻射（尤其是太陽風(fēng)強(qiáng)度，會剝離行星大氣）；⑤行星磁場（可偏轉(zhuǎn)太陽風(fēng)粒子，保護(hù)大氣）；⑥大氣自身化學(xué)演化（如氣體分子間的反應(yīng)、光合作用等）。解析思路：問題要求列舉并說明影響大氣演化的因素?？梢詮拇髿獾男纬?、維持和損失三個角度考慮。形成因素包括初始來源和行星引力。維持因素包括表面溫度、太陽輻射（特別是太陽風(fēng)）、行星磁場。損失因素也包括太陽輻射和磁場，以及大氣自身的化學(xué)特性。需要簡潔地說明每個因素的作用。4.答案：火星和地球同屬太陽系內(nèi)行星，具有相似的早期起源背景，但在晚期演化中表現(xiàn)出顯著差異，特別是大氣和水資源的流失。研究火星的晚期演化（如氣候變冷、大氣丟失、水去除了），有助于我們理解地球大氣和水圈演化的可能路徑和影響因素（如太陽活動變化、行星軌道參數(shù)變化、地質(zhì)活動減弱）。如果地球未來也經(jīng)歷類似的演化階段，了解火星的歷史可以提供重要的警示和參考，幫助我們評估地球宜居環(huán)境的長期穩(wěn)定性。解析思路：問題要求說明火星晚期演化研究對地球的意義。首先要指出火星和地球的相似性與差異性（晚期演化的對比）。其次要強(qiáng)調(diào)研究火星可以幫助理解地球演化的背景和機(jī)制。最后要拔高到對地球未來宜居性和長期穩(wěn)定性的啟示層面，說明這種研究的實(shí)際價值。四、論述題1.答案：（以木星為例）木星晚期演化的主要特征是其強(qiáng)大的引力場、活躍的內(nèi)部活動（持續(xù)的放射性加熱和潮汐相互作用維持）和復(fù)雜多樣的衛(wèi)星系統(tǒng)。關(guān)鍵過程包括：①持續(xù)的內(nèi)部分異和放射性加熱，使其內(nèi)部仍保持高溫狀態(tài)，驅(qū)動強(qiáng)磁場和大氣動態(tài)；②與木星族小行星等天體的長期引力相互作用，不斷補(bǔ)充物質(zhì)，影響其大氣成分和軌道；③強(qiáng)大的潮汐力不僅鎖定了伽利略衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)，也持續(xù)對木星自身產(chǎn)生摩擦，加劇內(nèi)部加熱；④劇烈的大氣活動，如大紅斑和強(qiáng)烈的噴流帶，反映了其深厚且動態(tài)的大氣層。這些過程共同塑造了木星當(dāng)前的晚期狀態(tài)，使其成為太陽系中最為活躍和具代表性的巨行星之一。解析思路：選擇一個行星（如木星），從整體特征入手，描述其晚期狀態(tài)（如內(nèi)部活動、衛(wèi)星、大氣）。然后列出關(guān)鍵的演化過程（如放射性加熱、潮汐作用、物質(zhì)補(bǔ)充、大氣演化），并解釋每個過程的具體表現(xiàn)和作用機(jī)制。最后總結(jié)這些過程如何共同塑造了該行星的晚期面貌。答案需要有層次，涵蓋多個關(guān)鍵方面。2.答案：地球與火星在大氣層晚期演化上的主要差異在于：地球大氣層得以保留并演化出豐富的氮氧混合氣，而火星大氣層則急劇萎縮，變得稀薄。差異的原因主要有：①引力：地球質(zhì)量遠(yuǎn)大于火星，引力場更強(qiáng)，更能有效束縛大氣分子；②磁場：地球擁有全球性磁層，能偏轉(zhuǎn)太陽風(fēng)的高能粒子，保護(hù)大氣頂層免受剝離。而火星早期可能存在磁場，但已減弱消失，無法提供有效保護(hù)；③溫度：地球表面溫度相對較高且穩(wěn)定，有利于大氣分子的熱運(yùn)動，而火星表面溫度低，且可能存在極端溫度波動，影響大氣逃逸；④缺乏大型衛(wèi)星：木星的引力潮汐作用可能在地球形成后有助于維持或增強(qiáng)其大氣，而火星缺乏類似的大型天體引力擾動。解析思路：比較地球和火星大氣演化的差異（保留vs丟失，厚vs薄）。然后從根本原因入手，分析造成差異的關(guān)鍵因素，主要包括行星自身屬性（質(zhì)量、引力）、行星環(huán)境（磁場、溫度、太陽活動），以及可能的外部因素（大型衛(wèi)星的引力作用）。需要條理清晰地列出差異點(diǎn)，并逐一解釋原因。3.答案：當(dāng)前行星系統(tǒng)晚期演化研究面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①觀測限制：對于太陽系外的行星，我們主要只能觀測到其大氣光譜或亮度變化，難以直接重建其詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化歷史；②時間尺度：行星演化的時間尺度極其漫長（億萬年甚至數(shù)十億年），難以通過直接觀測進(jìn)行追蹤，主要依賴間接證據(jù)和計(jì)算機(jī)模擬；③復(fù)雜耦合：行星的演化涉及內(nèi)部地質(zhì)、外部輻射、軌道動力學(xué)、大氣化學(xué)等多重復(fù)雜因素的相互作用，建立精確的耦合模型非常困難；④數(shù)據(jù)解讀：如何從有限的觀測數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確反演出行星的演化過程和狀態(tài)，存在很大的不確定性。未來可能的研究方向包括：發(fā)展更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡技術(shù)（如空間望遠(yuǎn)鏡、地基自適應(yīng)光學(xué)）和探測手段（如光譜解析、凌日觀測）；利用高性能計(jì)