2025年大學《空間科學與技術》專業(yè)題庫——太陽系外行星探測與研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.首次通過凌日法確認存在的系外行星是圍繞恒星Gliese581運行的____行星，其發(fā)現(xiàn)證實了地球之外存在生命可能性的____。2.徑向速度法通過探測恒星光譜的____現(xiàn)象來間接尋找系外行星，其探測到的行星質(zhì)量下限約為____倍地球質(zhì)量。3.直接成像法旨在捕捉行星本身發(fā)出的或反射的____，主要挑戰(zhàn)在于____與恒星的亮度對比極其懸殊。4.開普勒太空望遠鏡的主要任務是利用____法搜尋位于太陽系附近星系的系外行星，其最重要的發(fā)現(xiàn)之一是大量____。5.詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在系外行星探測方面的主要優(yōu)勢在于其強大的____能力和更高的____分辨率，使其能夠分析系外行星的____成分。6.行星宜居帶是指恒星周圍理論上允許____穩(wěn)定存在的區(qū)域，其范圍主要取決于恒星的____和行星的____。7.通過分析凌日行星引起的光變曲線形態(tài)，可以推斷行星的____、____和____等參數(shù)。8.微引力透鏡效應是指一個____經(jīng)過一個前景恒星和背景恒星之間時，會暫時放大背景恒星的光芒，從而可能發(fā)現(xiàn)圍繞前景恒星運行的____。9.目前已發(fā)現(xiàn)的系外行星中，質(zhì)量最大的類型被稱為____，它們通常位于靠近其恒星的____區(qū)域。10.判斷一個行星是否具有潛在宜居性，除了需要位于宜居帶內(nèi)，通常還考慮其是否具有____、合適的____和穩(wěn)定的____等因素。二、選擇題（每題3分，共30分）1.下列哪種方法不屬于目前主流的系外行星探測方法？()A.凌日法B.徑向速度法C.脈沖星法D.微引力透鏡法2.恒星視向速度發(fā)生周期性變化，其主要是由什么引起？()A.恒星自身脈動B.行星圍繞恒星公轉(zhuǎn)C.太陽系繞銀河系中心運動D.儀器測量誤差3.開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的大量系外行星中，以哪種類型最為常見？()A.類地行星B.熱木星C.超級地球D.冰巨星4.以下哪種技術是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在系外行星大氣研究方面的核心優(yōu)勢？()A.高分辨率成像B.高靈敏度光譜觀測C.大視場巡天D.直接測量行星質(zhì)量5.“擺動恒星”現(xiàn)象是指？()A.恒星在天空中的位置隨時間緩慢移動B.恒星在可見光波段出現(xiàn)周期性亮度變化C.恒星光譜線出現(xiàn)周期性紅藍移D.恒星表面出現(xiàn)劇烈的黑洞活動痕跡6.行星半徑是通過什么方法主要確定的？()A.分析行星的自轉(zhuǎn)周期B.測量行星的表面溫度C.觀測行星凌日時恒星的亮度下降幅度D.探測行星的磁場強度7.“宇宙十萬個為什么”中提到的“系外行星搜尋計劃”主要利用的是哪種方法？()A.直接成像B.凌日法C.徑向速度法D.微引力透鏡法8.以下哪個概念與系外行星宜居性直接相關？()A.恒星的金屬豐度B.行星的公轉(zhuǎn)軌道傾角C.行星的表面重力加速度D.行星的云層厚度9.檢測到系外行星大氣中存在水蒸氣，這通常意味著什么？()A.該行星一定是巖石行星B.該行星表面溫度可能適宜液態(tài)水存在C.該行星一定擁有濃厚的大氣層D.該行星距離其恒星一定很近10.目前探測到的系外行星中，其公轉(zhuǎn)周期最短的可能是什么類型？()A.類日行星B.矮行星C.熱木星D.冰巨星三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述凌日法探測系外行星的基本原理及其主要優(yōu)點。2.簡述徑向速度法探測系外行星的基本原理，并說明其面臨的主要挑戰(zhàn)。3.簡述什么是系外行星的“宜居帶”？為什么并非所有位于宜居帶的行星都具有宜居潛力？4.簡述直接成像法探測系外行星的主要技術難點。四、論述題（每題10分，共20分）1.比較并論述開普勒太空望遠鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在系外行星探測任務上的主要區(qū)別和各自的優(yōu)勢。2.探討當前系外行星探測研究對于理解太陽系形成與演化以及尋找地外生命的意義。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.二；可能性2.多普勒紅移/藍移；13.光；背景星光4.凌日；超地行星5.紅外；光譜；大氣6.液態(tài)水；luminosity；半徑7.半徑；軌道周期；傾角8.天體；系外行星9.熱木星；內(nèi)層10.大氣層；溫度；自轉(zhuǎn)二、選擇題（每題3分，共30分）1.C2.B3.B4.B5.C6.C7.B8.A9.B10.C三、簡答題（每題5分，共20分）1.原理：當行星從其宿主恒星前方經(jīng)過時，會遮擋住部分恒星的光芒，導致恒星的總亮度出現(xiàn)周期性的微小下降。通過精確測量這種光變曲線的形狀和深度，可以推算出行星的半徑和軌道半長徑。優(yōu)點：直接測量行星的半徑，可以判斷行星的密度，進而推斷其質(zhì)量（若已知行星半徑）和成分。對行星系統(tǒng)的結(jié)構與動力學有較好的約束。2.原理：行星圍繞恒星公轉(zhuǎn)時，會帶動恒星圍繞系統(tǒng)的質(zhì)心運動。這種運動會導致恒星的光譜線由于多普勒效應產(chǎn)生周期性的紅移和藍移。通過高精度光譜儀測量恒星光譜線的這種周期性移動，可以探測到行星的存在，并推算出行星的質(zhì)量和軌道半長徑。挑戰(zhàn)：對于質(zhì)量較小的行星（如類地行星）或軌道半長徑較大的行星，其引起的恒星視向速度變化非常微小，難以探測。易受恒星活動（如spots）的干擾。3.定義：宜居帶是指圍繞一顆恒星運行，其表面溫度適宜液態(tài)水存在的區(qū)域。液態(tài)水的存在被認為是生命存在的關鍵條件之一。原因：行星是否宜居不僅取決于其是否位于宜居帶，還需要考慮其他因素。例如，行星需要擁有足夠厚實且能調(diào)節(jié)溫度的大氣層以維持液態(tài)水；行星需要處于其恒星的穩(wěn)定光照區(qū)內(nèi)，避免極端氣候；行星的地質(zhì)活動需要足夠活躍以調(diào)節(jié)大氣成分和清除有害物質(zhì)；行星的自轉(zhuǎn)需要相對穩(wěn)定以提供合適的晝夜溫差等。僅僅位于宜居帶內(nèi)的行星不一定具備生命存在的所有條件。4.難點：目標行星的亮度遠低于其宿主恒星，兩者在亮度上相差可達10個數(shù)量級以上。需要在非常高的信噪比條件下探測到如此微弱的行星信號。需要克服大氣湍流、散射以及望遠鏡本身的光學像差等對成像質(zhì)量的影響。需要精確校正恒星的光芒以分離出行星的信號。四、論述題（每題10分，共20分）1.區(qū)別與優(yōu)勢：*開普勒太空望遠鏡：*任務與方法：主要任務是通過凌日法進行全天空巡天，大規(guī)模、高精度地探測太陽系附近的系外行星，特別是小型行星（超地行星）。其核心優(yōu)勢在于極高的光變測量精度和巨大的視場。*優(yōu)勢：發(fā)現(xiàn)了大量超地行星，極大地擴展了我們對系外行星系統(tǒng)多樣性的認識，特別是小型行星的豐度。為后續(xù)研究提供了大量目標。*詹姆斯·韋伯太空望遠鏡：*任務與方法：是一款紅外望遠鏡，旨在探測更遙遠、更暗弱的系外行星，并對其大氣成分進行詳細的spectroscopic分析。其優(yōu)勢在于強大的紅外靈敏度和高分辨率光譜能力。*優(yōu)勢：能夠穿透星際塵埃，觀測更年輕的行星系統(tǒng)。其紅外波段的光譜分辨率遠超開普勒，能夠更清晰地分辨行星大氣吸收線，從而更準確地分析行星的大氣成分、溫度結(jié)構、云層等物理特性。能夠觀測到更冷、更小的行星，并研究其宜居潛力。2.意義：*理解太陽系形成與演化：通過研究不同類型行星系統(tǒng)的形成和分布，可以檢驗和發(fā)展行星形成理論，例如星盤吸積模型、行星遷移模型等。了解系外行星系統(tǒng)的多樣性（如行星大小、軌道、多行星系統(tǒng)等），有助于我們更好地理解太陽系自身的起源、演化和獨特性。例如，大量熱木星的存在挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的行星形