2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星述職發(fā)展的理論探討考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填涂在答題卡相應(yīng)位置）1.根據(jù)星云假說，太陽系中不同類型行星（如類地行星與氣態(tài)巨行星）成分差異的主要原因是原行星盤中的物質(zhì)分布存在顯著差異，這主要與原行星盤的什么因素有關(guān)？A.中心恒星的溫度B.原行星盤的總體質(zhì)量C.原行星盤中的金屬豐度D.原行星盤內(nèi)的塵埃與氣體密度分布2.行星內(nèi)部發(fā)生分異的主要驅(qū)動力是？A.恒星風(fēng)剝離作用B.來自太陽的輻射壓C.行星形成早期頻繁的巨大撞擊產(chǎn)生的熱量D.放射性元素衰變持續(xù)提供的內(nèi)部熱量3.對于類地行星，其地核的形成主要?dú)w因于？A.表面水的蒸發(fā)和大氣逃逸B.行星內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量C.形成初期的高溫高壓條件下，重元素（如鐵、鎳）在熔融狀態(tài)下下沉聚集D.吸積過程中捕獲的星際氣體凝結(jié)4.木星擁有強(qiáng)大的磁場，其產(chǎn)生的主要機(jī)制被廣泛認(rèn)為是？A.其內(nèi)部富含液態(tài)氫的發(fā)電機(jī)效應(yīng)B.行星快速自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁偶極矩C.恒星風(fēng)與行星磁層之間的相互作用D.行星表面復(fù)雜的多層離子層結(jié)構(gòu)5.地球早期經(jīng)歷了“溫室效應(yīng)”甚至“runawaygreenhouse”階段，導(dǎo)致全球溫度遠(yuǎn)高于現(xiàn)在，其主要驅(qū)動因素最可能是？A.當(dāng)前強(qiáng)烈的太陽輻射B.大量由火山噴發(fā)釋放的二氧化碳C.地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量異常集中D.木星等氣態(tài)巨行星的軌道遷移對地球大氣的影響6.與地球板塊構(gòu)造活動顯著不同，金星表面缺乏活動板塊，呈現(xiàn)整體剛性的特點(diǎn)，這最可能與其什么地質(zhì)過程有關(guān)？A.擁有比地球更稠密、流動性更差的地幔B.早期經(jīng)歷了比地球更強(qiáng)的全球性火山活動后進(jìn)入穩(wěn)定期C.缺乏足夠的水分作為板塊運(yùn)動的潤滑劑D.持續(xù)受到強(qiáng)烈的太陽風(fēng)剝蝕，導(dǎo)致表面物質(zhì)不斷更新7.火星表面廣泛分布的干涸河床、三角洲等地貌證據(jù)，最有力地支持了哪種關(guān)于火星歷史的理論？A.火星上過去曾存在全球性厚冰蓋B.火星早期大氣成分與現(xiàn)在顯著不同C.火星過去擁有比現(xiàn)在豐富得多的液態(tài)水，并形成了地表水系D.火星經(jīng)歷了頻繁的劇烈火山噴發(fā)，覆蓋了大部分地表8.“Nice模型”是解釋太陽系外行星（特別是柯伊伯帶天體）分布的一種重要理論，其核心假設(shè)之一是？A.木星和土星在形成后長期保持在其初始軌道位置B.巨行星形成后經(jīng)歷了顯著的軌道遷移，其位置發(fā)生了大幅改變C.類地行星的形成過程與氣態(tài)巨行星基本無關(guān)D.太陽星云中的冰物質(zhì)主要集中分布在黃道面附近9.地球大氣中的氧氣主要來源于？A.大氣中的放射性氣體衰變B.恒星風(fēng)帶來的星際氣體C.地球內(nèi)部火山活動釋放的氣體D.地球生物（特別是光合作用生物）的長期活動10.如果要判斷一個系外行星是否可能存在液態(tài)水表面，除了考慮其與恒星的距離（即接收到的恒定輻射）外，還需要關(guān)注什么關(guān)鍵因素？A.行星的表面顏色B.行星的質(zhì)量和半徑C.行星的內(nèi)部熱量來源和大氣層的存在及成分D.行星周圍是否有其他行星的引力擾動二、簡答題（每小題5分，共25分。請簡要回答下列問題）11.簡述行星“述職”表現(xiàn)（如內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場、大氣、表面地貌）與其形成理論的內(nèi)在聯(lián)系。舉例說明。12.什么是行星的“后期重轟炸期”？簡要說明其可能的原因以及對行星（特別是類地行星）演化的重要影響。13.簡要解釋“Jeans逃逸”機(jī)制，并說明它對于行星（尤其是氣態(tài)巨行星）大氣保持的重要性。14.簡述影響行星軌道元素（半長軸、偏心率、傾角）演化的主要物理機(jī)制。15.簡要比較類地行星（如地球、火星）和氣態(tài)巨行星（如木星、土星）在形成和早期演化方面的主要理論差異。三、論述題（每小題10分，共30分。請就下列問題進(jìn)行深入分析和論述）16.以木星或土星為例，詳細(xì)論述其大氣的形成、演化和當(dāng)前特征（成分、結(jié)構(gòu)、動力學(xué)）如何體現(xiàn)其形成理論（如星云假說、巨行星形成模型）以及相關(guān)的“述職”表現(xiàn)。17.火星目前是一個寒冷、干燥的星球，但地質(zhì)證據(jù)表明其過去曾擁有溫暖濕潤的環(huán)境。請?zhí)接憣?dǎo)致火星氣候環(huán)境發(fā)生如此劇烈演化的可能理論機(jī)制（至少列舉三種，并簡述其作用），并分析這些機(jī)制之間可能存在的相互作用。18.“觀測證據(jù)是檢驗(yàn)理論正確性的最終標(biāo)準(zhǔn)”。結(jié)合行星科學(xué)中關(guān)于行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)或演化的一個具體理論（如地核形成理論、金星缺乏板塊構(gòu)造理論等），論述支持該理論的主要觀測證據(jù)是什么？這些證據(jù)是否完全令人信服？理論還有哪些待解之謎或面臨的挑戰(zhàn)？試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.A5.B6.C7.C8.B9.D10.C二、簡答題11.行星的“述職”表現(xiàn)（如內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場、大氣、表面地貌）是其形成和演化歷史的外在體現(xiàn)，是檢驗(yàn)和約束行星形成理論的直接證據(jù)。理論則試圖解釋這些“述職”表現(xiàn)的形成機(jī)制。例如，地球內(nèi)部存在地核、地幔、地殼的分層結(jié)構(gòu)，這印證了地球形成后經(jīng)歷高溫熔融和重元素分異的理論；地球強(qiáng)大的磁場則支持了其內(nèi)部存在液態(tài)鐵核的發(fā)電機(jī)理論；火星表面廣泛的水蝕地貌則支持了其過去存在液態(tài)水的理論，并暗示其早期可能與地球環(huán)境相似。12.行星“后期重轟炸期”是指太陽系內(nèi)行星（特別是類地行星）在形成初期（約45億年前）經(jīng)歷的一段短時間內(nèi)，受到大量小型天體（如行星碎片、彗星）劇烈撞擊的時期。可能的原因包括：巨行星（如木星、土星）在太陽系內(nèi)的軌道遷移，擾動了柯伊伯帶或奧爾特云中的天體，使其向內(nèi)落入內(nèi)側(cè)太陽系；太陽系當(dāng)時正處于星團(tuán)中，星團(tuán)內(nèi)其他恒星的引力擾動也加劇了小天體的不穩(wěn)定性。這一時期對行星的早期地質(zhì)演化、大氣演化和衛(wèi)星系統(tǒng)的形成產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，塑造了它們當(dāng)前的基本面貌。13.Jeans逃逸機(jī)制是指當(dāng)行星周圍氣體云或大氣中的某個區(qū)域的密度低于該處氣體的“Jeans密度”時，聲速超過了當(dāng)?shù)貧怏w的逃逸速度，導(dǎo)致氣體分子可以克服引力束縛而自由逃逸到太空中。對于行星，特別是氣態(tài)巨行星，其強(qiáng)大的引力場需要捕獲大量氣體才能維持厚重的大氣。Jeans逃逸機(jī)制解釋了為何行星早期可能丟失了部分原始大氣，以及為何更小、引力更弱的行星（如月球、水星）大氣更容易被太陽風(fēng)等機(jī)制吹散。氣態(tài)巨行星能夠保留住厚重大氣，部分原因在于其質(zhì)量足夠大，產(chǎn)生的引力足以克服Jeans逃逸所需的密度條件。14.影響行星軌道元素演化的主要物理機(jī)制包括：引力相互作用（特別是與其他大質(zhì)量行星之間的三體或多體引力作用）、行星與恒星的潮汐力、行星與其衛(wèi)星系統(tǒng)的引力相互作用、以及（在早期）形成過程中可能存在的星際介質(zhì)殘留引力。這些相互作用會導(dǎo)致行星的軌道半長軸、偏心率、傾角等元素隨時間發(fā)生緩慢的變化，例如產(chǎn)生軌道共振、導(dǎo)致軌道遷移（如Nice模型所描述的巨行星遷移）或軌道穩(wěn)定性的改變。15.類地行星和氣態(tài)巨行星在形成和早期演化上的主要理論差異體現(xiàn)在：形成地點(diǎn)（類地行星形成于靠近太陽的巖石區(qū)域，氣態(tài)巨行星形成于遠(yuǎn)離太陽的冰富區(qū)域）；初始物質(zhì)組成（類地行星主要由巖石和金屬構(gòu)成，氣態(tài)巨行星主要由氫、氦以及冰狀物質(zhì)構(gòu)成）；吸積效率和規(guī)模（氣態(tài)巨行星需要捕獲遠(yuǎn)超類地行星的氣體質(zhì)量）；內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化（類地行星經(jīng)歷顯著分異，形成地核、地幔、地殼，內(nèi)部熱源主要是放射性元素和早期撞擊；氣態(tài)巨行星內(nèi)部主要由液態(tài)氫、氦組成，核心可能較小，內(nèi)部熱源也部分來自引力收縮和放射性元素）；大氣演化（類地行星大氣易丟失或重組成現(xiàn)大氣，氣態(tài)巨行星則捕獲并維持了巨量原始大氣）。三、論述題16.以木星為例，其大氣的形成理論符合星云假說和巨行星形成模型。木星位于太陽系外圍，原行星盤中溫度較低，允許冰、水、氨等揮發(fā)性物質(zhì)凝聚成冰粒和雪片，這些物質(zhì)成為吸積核心，通過引力吸引周圍大量的氫和氦氣體，迅速增長形成氣態(tài)巨行星。其當(dāng)前大氣主要由約80%的氫和20%的氦組成，此外還含有甲烷、氨、水蒸氣、硫化氫等化合物，大氣層深厚，氣壓和溫度隨深度急劇增加。大氣動力學(xué)表現(xiàn)為強(qiáng)大的對流活動，形成了標(biāo)志性的大紅斑（一個持續(xù)了數(shù)百年的巨大反氣旋風(fēng)暴）和復(fù)雜的云帶結(jié)構(gòu)。這些大氣的成分、結(jié)構(gòu)和動力學(xué)特征都體現(xiàn)了其形成于低溫區(qū)、快速吸積了大量氫氦并保留了早期大氣成分的理論。木星強(qiáng)大的引力場使其“述職”表現(xiàn)為擁有巨大的質(zhì)量、強(qiáng)大的磁場和眾多衛(wèi)星，其磁場強(qiáng)度是地球的數(shù)十倍，源于其內(nèi)部液態(tài)金屬氫的對流運(yùn)動，這也是其形成理論的重要支持證據(jù)。17.導(dǎo)致火星氣候環(huán)境發(fā)生劇烈演化的可能理論機(jī)制包括：（1）大氣丟失：火星早期可能擁有較濃厚的大氣，但受到太陽紫外輻射、太陽風(fēng)粒子沖擊以及缺乏全球性磁場（或磁場減弱）的共同作用，大氣逐漸被剝離，導(dǎo)致溫室效應(yīng)減弱，表面溫度下降，液態(tài)水蒸發(fā)并凍結(jié)。（2）巨行星軌道遷移：根據(jù)Nice模型，木星和土星等巨行星在形成后經(jīng)歷了軌道遷移，其引力擾動可能改變了火星軌道，導(dǎo)致其接收到的太陽輻射量發(fā)生顯著變化，誘發(fā)氣候劇變。（3）內(nèi)部熱演化變化：火星內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量隨時間衰減，導(dǎo)致內(nèi)部冷卻，熱驅(qū)動的水火山活動減弱甚至停止，無法維持地表液態(tài)水所需的內(nèi)部熱源和壓力條件。（4）板塊構(gòu)造停止：火星可能早已停止了板塊構(gòu)造活動，無法像地球那樣通過板塊俯沖將大氣成分（如二氧化碳）運(yùn)送到地幔深處并長期封存，導(dǎo)致大氣難以維持穩(wěn)定的溫室效應(yīng)。這些機(jī)制可能相互關(guān)聯(lián)，共同作用，最終將火星推入了寒冷干燥的當(dāng)前狀態(tài)。這些機(jī)制之間的相互作用復(fù)雜，例如巨行星遷移可能同時影響火星軌道和太陽輻射輸入，內(nèi)部冷卻則直接削弱了地表水活動的潛力。18.以地核形成理論為例，其主要觀點(diǎn)是：在行星形成早期的高溫高壓條件下，熔融狀態(tài)的行星物質(zhì)發(fā)生物質(zhì)分異，密度較大的鐵、鎳等重元素在引力作用下向下沉降，逐漸聚集在行星中心，形成地核。支持該理論的主要觀測證據(jù)包括：地球存在明顯的內(nèi)外核分層結(jié)構(gòu)（地震波速測數(shù)據(jù)顯示內(nèi)核固態(tài)、外核液態(tài)），這與鐵鎳密度遠(yuǎn)大于地幔硅酸鹽物質(zhì)有關(guān)；地