2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星科學(xué)專業(yè)科研方向介紹考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.行星系統(tǒng)形成2.行星地質(zhì)年代測(cè)定3.行星磁場(chǎng)4.系外行星transit方法5.潛在宜居帶二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述行星科學(xué)中利用遙感手段探測(cè)行星大氣的原理。2.比較地球與火星在地質(zhì)活動(dòng)方面的主要異同。3.行星科學(xué)研究中，放射性同位素測(cè)年法的原理及其重要性。4.簡(jiǎn)述伽利略衛(wèi)星的主要科學(xué)發(fā)現(xiàn)及其意義。5.什么是行星的潮汐力？它對(duì)行星衛(wèi)星系統(tǒng)有何影響？三、論述題（每題10分，共30分）1.論述對(duì)系外行星大氣成分進(jìn)行探測(cè)的主要方法和面臨的挑戰(zhàn)。2.分析火星過(guò)去或現(xiàn)在存在生命的可能條件，并說(shuō)明當(dāng)前探測(cè)任務(wù)如何尋找生命證據(jù)。3.選擇一個(gè)你感興趣的行星科學(xué)前沿研究方向（例如：木衛(wèi)二冰下海洋、土星環(huán)動(dòng)力學(xué)、小行星資源利用等），介紹其研究目標(biāo)、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題以及主要的探測(cè)或研究手段。試卷答案一、名詞解釋1.行星系統(tǒng)形成：指在星云盤中通過(guò)引力作用逐漸凝聚形成包含行星、恒星、小行星、彗星等天體的星系的過(guò)程。通常認(rèn)為始于原行星盤的形成，經(jīng)歷吸積和碰撞等階段，最終形成類似太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)。**解析思路：*考察對(duì)行星系統(tǒng)起源和形成過(guò)程的基本概念理解。答案需包含核心機(jī)制（引力凝聚、原行星盤）和主要階段（吸積、碰撞）。2.行星地質(zhì)年代測(cè)定：利用放射性元素衰變定律，通過(guò)測(cè)量行星巖石或礦物中放射性母體元素及其衰變產(chǎn)物子體元素的含量，來(lái)確定巖石或礦物的形成年齡的方法。**解析思路：*考察對(duì)地質(zhì)年代測(cè)定核心原理和方法的理解。答案需點(diǎn)明基礎(chǔ)（放射性衰變定律）和過(guò)程（測(cè)母體、子體含量）。3.行星磁場(chǎng)：行星內(nèi)部（尤其是液態(tài)外核）運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的地磁現(xiàn)象，表現(xiàn)為行星周圍空間存在的磁場(chǎng)。它可以通過(guò)行星磁層和極光等現(xiàn)象體現(xiàn)。**解析思路：*考察對(duì)行星磁場(chǎng)來(lái)源和表現(xiàn)形式的掌握。答案需包含來(lái)源（內(nèi)核運(yùn)動(dòng)）和表現(xiàn)（磁層、極光）。4.系外行星transit方法：通過(guò)觀測(cè)一顆恒星光變曲線的變化來(lái)探測(cè)其周圍是否存在行星的方法。當(dāng)行星從恒星前方經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)遮擋部分恒星光芒，導(dǎo)致光變曲線出現(xiàn)周期性的淺衰變。**解析思路：*考察對(duì)系外行星一種主要觀測(cè)方法的理解。答案需描述方法原理（行星遮擋恒星）、現(xiàn)象（光變曲線衰變）和關(guān)鍵特征（周期性）。5.潛在宜居帶：也稱“生命宜居帶”，指圍繞恒星運(yùn)行、其軌道距離適中，使得行星表面液態(tài)水可能存在的區(qū)域。液態(tài)水的存在被認(rèn)為是生命存在的關(guān)鍵條件之一。**解析思路：*考察對(duì)“宜居帶”概念的理解，特別是其定義依據(jù)（液態(tài)水存在）和意義（與生命相關(guān)）。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述行星科學(xué)中利用遙感手段探測(cè)行星大氣的原理。*答：主要原理是利用行星大氣對(duì)不同波段的電磁輻射（如可見(jiàn)光、紅外光、微波）的選擇性吸收和散射特性。通過(guò)觀測(cè)穿過(guò)大氣層到達(dá)探測(cè)器的星光或行星自身輻射/反射的光譜，分析其中存在的吸收線或發(fā)射線，可以推斷出大氣成分（如水蒸氣、二氧化碳、甲烷等）、溫度結(jié)構(gòu)、云層分布、風(fēng)速風(fēng)向等信息。光譜分析是核心手段。**解析思路：*考察對(duì)遙感探測(cè)大氣基本原理的理解。答案應(yīng)涉及核心物理過(guò)程（選擇性吸收/散射）、觀測(cè)方式（光譜）、分析內(nèi)容（成分、溫度、云等）。2.比較地球與火星在地質(zhì)活動(dòng)方面的主要異同。*答：相同點(diǎn)：兩者都擁有地核、地幔、地殼的圈層結(jié)構(gòu)；都存在火山活動(dòng)（盡管火星活動(dòng)較弱且歷史久遠(yuǎn)）；都存在板塊構(gòu)造活動(dòng)（地球顯著，火星可能存在或已停止）；都具有水活動(dòng)的歷史證據(jù)（地球活躍，火星顯著減弱）。不同點(diǎn)：地球擁有活躍的全球磁場(chǎng)和濃厚的大氣層，地質(zhì)活動(dòng)（構(gòu)造、火山、侵蝕）非?；钴S；火星磁場(chǎng)微弱，大氣稀薄，地質(zhì)活動(dòng)主要表現(xiàn)為火山噴發(fā)和風(fēng)蝕/風(fēng)積作用，且大部分已停止。**解析思路：*考察對(duì)地球和火星地質(zhì)特征的對(duì)比分析能力。答案需列出至少幾組對(duì)比點(diǎn)（結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)、大氣、活動(dòng)類型與強(qiáng)度），并明確指出主要差異。3.行星科學(xué)研究中，放射性同位素測(cè)年法的原理及其重要性。*答：原理：基于放射性同位素具有確定的半衰期，其會(huì)以恒定的速率衰變生成穩(wěn)定同位素。通過(guò)測(cè)量巖石或礦物樣品中放射性同位素母體和其衰變產(chǎn)物子體的含量，并已知母體半衰期，可以計(jì)算出樣品形成的絕對(duì)年齡。重要性：它是行星科學(xué)中確定行星、小行星、彗星形成時(shí)間、地質(zhì)事件發(fā)生順序、行星演化歷史等的關(guān)鍵工具，為理解行星系統(tǒng)的形成和演化提供了時(shí)間標(biāo)尺。**解析思路：*考察對(duì)放射性測(cè)年法原理和重要性的掌握。答案需解釋核心原理（衰變定律、測(cè)母體/子體）、計(jì)算方法要素（半衰期）以及其在行星科學(xué)中的核心作用（提供時(shí)間標(biāo)尺、研究演化歷史）。4.簡(jiǎn)述伽利略衛(wèi)星的主要科學(xué)發(fā)現(xiàn)及其意義。*答：主要科學(xué)發(fā)現(xiàn)包括：木衛(wèi)一（艾奧）具有劇烈的火山活動(dòng)，是太陽(yáng)系內(nèi)最活躍的火山體；木衛(wèi)二（歐羅巴）表面冰下存在巨大的液態(tài)水海洋，并可能存在生命潛力；木衛(wèi)三（甘尼米德）擁有太陽(yáng)系內(nèi)最大的衛(wèi)星磁場(chǎng)，其內(nèi)部可能存在液態(tài)鐵核；木衛(wèi)四（卡利斯托）表面布滿撞擊坑，記錄了太陽(yáng)系早期歷史。意義：伽利略衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)極大地改變了我們對(duì)衛(wèi)星地質(zhì)活動(dòng)可能性的認(rèn)識(shí)，揭示了衛(wèi)星內(nèi)部動(dòng)力學(xué)和潛在宜居性的多樣性，為研究行星形成和演化提供了重要案例。**解析思路：*考察對(duì)伽利略衛(wèi)星四大發(fā)現(xiàn)及其意義的了解。答案需列出至少三個(gè)主要發(fā)現(xiàn)（最好涵蓋地質(zhì)活動(dòng)、潛在海洋、磁場(chǎng)、表面地貌），并闡述這些發(fā)現(xiàn)的重要性（改變認(rèn)識(shí)、提供案例）。5.什么是行星的潮汐力？它對(duì)行星衛(wèi)星系統(tǒng)有何影響？*答：潮汐力是指天體（如行星）引力對(duì)其衛(wèi)星或其他近鄰天體上不同部位的吸引力存在差異，從而產(chǎn)生的力。當(dāng)衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星對(duì)其近側(cè)的衛(wèi)星引力大于遠(yuǎn)側(cè)，導(dǎo)致衛(wèi)星內(nèi)部受到擠壓。這種周期性的潮汐應(yīng)力可能導(dǎo)致衛(wèi)星內(nèi)部變形、產(chǎn)生熱量、影響衛(wèi)星自轉(zhuǎn)狀態(tài)，甚至導(dǎo)致衛(wèi)星內(nèi)部物質(zhì)交換。在衛(wèi)星系統(tǒng)演化中，潮汐力是塑造衛(wèi)星軌道、自轉(zhuǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)乃至觸發(fā)或維持冰下海洋的關(guān)鍵因素。**解析思路：*考察對(duì)潮汐力概念及其作用的理解。答案需解釋潮汐力的產(chǎn)生原因（引力差異），描述其主要效應(yīng)（內(nèi)部變形、生熱），并舉例說(shuō)明其在衛(wèi)星系統(tǒng)中的作用（軌道、自轉(zhuǎn)、內(nèi)部、海洋）。三、論述題1.論述對(duì)系外行星大氣成分進(jìn)行探測(cè)的主要方法和面臨的挑戰(zhàn)。*答：主要方法包括：凌日法（TransitMethod）光譜分析，通過(guò)觀測(cè)行星凌日時(shí)穿過(guò)恒星大氣和行星大氣造成的光譜特征變化來(lái)探測(cè)；相位變化法（PhaseCurveMethod）光譜分析，利用行星圍繞恒星自轉(zhuǎn)時(shí)其亮度和光譜隨相位變化來(lái)探測(cè)大氣成分和云層信息；直接成像法（DirectImaging）高分辨率光譜，對(duì)非?？拷阈堑念惾招行沁M(jìn)行直接成像和光譜分解。面臨的挑戰(zhàn)包括：需要極高分辨率的望遠(yuǎn)鏡和光譜儀；需要能有效去除恒星光譜的干擾；目標(biāo)行星大氣相對(duì)稀薄，信號(hào)微弱；需要精確了解行星的幾何結(jié)構(gòu)和自轉(zhuǎn)狀態(tài)；對(duì)于氣態(tài)巨行星，其濃厚大氣和可能存在的云層會(huì)掩蓋深層的成分信息。**解析思路：*考察對(duì)系外行星大氣探測(cè)技術(shù)的全面認(rèn)識(shí)。答案應(yīng)至少列出兩種主要方法，并詳細(xì)闡述每種方法的原理和關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)深入分析當(dāng)前面臨的技術(shù)和科學(xué)上的主要困難。2.分析火星過(guò)去或現(xiàn)在存在生命的可能條件，并說(shuō)明當(dāng)前探測(cè)任務(wù)如何尋找生命證據(jù)。*答：火星生命存在的可能條件包括：①液態(tài)水的存在（地表或地下）；②充足的能量來(lái)源（如太陽(yáng)能、地質(zhì)活動(dòng)熱能）；③必需的化學(xué)元素（碳、氫、氧、氮、磷、硫等）；④合適的環(huán)境溫度和壓力范圍。當(dāng)前探測(cè)任務(wù)尋找生命證據(jù)主要通過(guò)以下途徑：①搜索過(guò)去生命的證據(jù)：利用地質(zhì)勘探器鉆取火星地下巖石和土壤樣本，通過(guò)顯微鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)、分析有機(jī)分子（生物標(biāo)記物）、測(cè)定元素和礦物分布，尋找化石或生物改造過(guò)的礦物證據(jù)。②搜索現(xiàn)在生命的證據(jù)：利用地表車對(duì)土壤和淺層地下水進(jìn)行原位探測(cè)，測(cè)量電化學(xué)信號(hào)、分析有機(jī)物和生物代謝產(chǎn)物，尋找活躍微生物的直接或間接證據(jù)。任務(wù)如“好奇號(hào)”、“毅力號(hào)”等都在執(zhí)行這些探測(cè)。**解析思路：*考察對(duì)火星宜居條件與生命探測(cè)策略的理解。答案需清晰列出宜居條件，然后分別論述如何通過(guò)探測(cè)過(guò)去（地質(zhì)采樣分析）和現(xiàn)在（原位探測(cè)）的方法尋找證據(jù)，并結(jié)合具體任務(wù)（如好奇號(hào)、毅力號(hào)）增加實(shí)例性。3.選擇一個(gè)你感興趣的行星科學(xué)前沿研究方向（例如：木衛(wèi)二冰下海洋、土星環(huán)動(dòng)力學(xué)、小行星資源利用等），介紹其研究目標(biāo)、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題以及主要的探測(cè)或研究手段。**示例：木衛(wèi)二冰下海洋研究**研究目標(biāo)：主要目標(biāo)是確認(rèn)木衛(wèi)二（歐羅巴）冰殼下是否存在液態(tài)水海洋，并評(píng)估其宜居性以及可能存在的生命潛力。*關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：①海洋的真實(shí)規(guī)模、深度、鹽度、溫度和化學(xué)成分；②海洋與冰殼之間的物質(zhì)和能量交換機(jī)制；③冰殼的結(jié)構(gòu)、厚度及其對(duì)海洋的保護(hù)作用；④海洋中是否存在生命？生命存在的必要條件是否滿足？如何探測(cè)？*主要探測(cè)或研究手段：利用伽利略號(hào)、卡西尼號(hào)、朱諾號(hào)等探測(cè)器對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行軌道觀測(cè)，獲取其形狀、重力場(chǎng)、磁層交互、表面地質(zhì)地貌、熱流等數(shù)據(jù)。特別是“歐羅巴快船”（EuropaClipper）任務(wù)，將通過(guò)多種遙感（雷達(dá)、光譜儀、磁力計(jì)等）和原位（離子和中性粒子分析儀、磁力計(jì)等