2025年大學《空間科學與技術》專業(yè)題庫——太陽系外行星的軌道運動規(guī)律考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.以下哪種方法不屬于目前主要的太陽系外行星發(fā)現方法？A.凌日法B.微引力透鏡法C.紅外成像法D.徑向速度法2.開普勒第三定律描述了以下哪個關系？A.行星軌道半長軸與行星公轉周期的平方成正比B.行星軌道偏心率與行星公轉周期的平方成反比C.行星軌道半長軸與行星半徑成正比D.行星軌道傾角與行星公轉周期的平方成正比3.通過凌日法觀測到的凌日深度，主要反映了以下哪個參數？A.行星軌道偏心率B.行星軌道傾角C.行星半徑D.行星質量4.徑向速度法測量到的恒星“搖擺”現象，主要是由以下哪個因素引起的？A.恒星自身活動B.行星繞恒星公轉C.觀測儀器誤差D.行星大氣層5.行星軌道偏心率表示了以下哪個量？A.行星軌道平面與參考平面的夾角B.行星軌道橢圓的扁平程度C.行星公轉速度的變化程度D.行星與恒星之間的距離變化6.當兩個行星的軌道半長軸滿足一定比例關系時，會發(fā)生軌道共振現象。以下哪種情況屬于軌道共振？A.兩個行星的軌道傾角相近B.兩個行星的公轉周期相等C.兩個行星的軌道半長軸之比是一個有理數D.兩個行星的軌道偏心率相等7.行星軌道傾角是指以下哪個角度？A.行星軌道平面與黃道面的夾角B.行星軌道平面與銀河系平面的夾角C.行星軌道橢圓的長軸與短軸的夾角D.行星自轉軸與公轉軌道平面的夾角8.影響凌日法觀測太陽系外行星的主要因素之一是？A.行星的顏色B.行星的質量C.恒星的活動性D.行星的密度9.開普勒第二定律（面積定律）描述了以下哪個關系？A.行星軌道半長軸與行星公轉周期的平方成正比B.行星在相等時間內掃過的面積相等C.行星軌道偏心率與行星公轉周期的平方成反比D.行星軌道半長軸與行星半徑成正比10.微引力透鏡法發(fā)現太陽系外行星的主要原理是？A.觀測行星發(fā)出的光芒B.觀測行星遮擋恒星光芒C.觀測恒星因行星引力擾動而產生的視亮度變化D.觀測行星的徑向速度變化二、填空題1.凌日法主要適用于_______型恒星系統(tǒng)，通過觀測_______的變化來發(fā)現行星。2.徑向速度法通過測量_______的變化來探測行星的存在，其測量結果主要受到_______的影響。3.開普勒第三定律的公式可以表示為_______，其中M表示_______，m表示_______。4.行星軌道偏心率e=0表示_______，e=1表示_______。5.行星軌道共振會導致_______和_______之間發(fā)生能量交換。三、簡答題1.簡述開普勒三大定律的主要內容。2.比較凌日法和徑向速度法發(fā)現太陽系外行星的優(yōu)缺點。3.解釋什么是行星軌道共振，并舉例說明其對行星系統(tǒng)演化的影響。4.簡述影響太陽系外行星軌道觀測的主要因素。四、計算題1.已知一顆太陽系外行星的軌道半長軸為0.05天文單位，公轉周期為10地球年。假設該行星系統(tǒng)的中心天體與太陽的質量相同，請計算該行星的軌道偏心率（結果保留兩位小數）。2.假設一顆行星的軌道半長軸為1天文單位，偏心率為0.2。請計算該行星距離中心天體的最近距離和最遠距離（結果以天文單位為單位，保留兩位小數）。五、論述題結合具體實例，論述開普勒定律在太陽系外行星研究中的應用價值。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.B5.B6.C7.A8.C9.B10.C二、填空題1.K型（或G型、F型等主序星）恒星視亮度2.恒星徑向速度行星質量（和恒星質量）3.P^2/a^3=4π^2/G(M+m)恒星質量行星質量4.橢圓圓5.行星軌道能量行星軌道角動量三、簡答題1.解析思路：回答開普勒三大定律的核心內容。第一定律：行星繞恒星的運動軌道是橢圓，恒星位于橢圓的一個焦點上。第二定律：連接行星和恒星的連線在相等時間內掃過的面積相等，即行星的角動量守恒。第三定律：行星公轉周期的平方與其軌道半長軸的立方成正比，即P^2/a^3=常數，該常數對于所有行星都相同，對于繞不同恒星公轉的行星，常數不同，且與中心恒星質量有關。2.解析思路：比較兩種方法的原理、適用范圍和優(yōu)缺點。凌日法：原理是光掩星，適用于K型、G型、F型主序星，優(yōu)點是可測量行星半徑、軌道半徑、軌道傾角，缺點是只能發(fā)現靠近中心恒星的行星，且對恒星類型有要求。徑向速度法：原理是測星震動的多普勒效應，可發(fā)現各類行星，優(yōu)點是可測量行星質量，缺點是受恒星活動性影響大，難以測量行星半徑和軌道傾角。3.解析思路：解釋軌道共振的定義，即兩個或多個行星的軌道半長軸滿足簡單整數比關系，導致它們在軌道運動中周期性發(fā)生引力相互作用。舉例說明，例如海王星與天王星存在軌道共振，海王星公轉3圈，天王星公轉2圈，它們之間的引力相互作用阻止了天王星被海王星拋出系統(tǒng)。共振會導致行星能量交換，改變軌道參數，影響行星系統(tǒng)演化。4.解析思路：列舉影響觀測的主要因素。恒星活動：恒星表面的黑子、耀斑等活動會干擾徑向速度測量，產生虛假信號。行星大小和軌道半長軸：行星越大、越靠近恒星，凌日信號越明顯，越容易被發(fā)現。軌道傾角：只有當行星軌道面與視線方向接近垂直時，才能觀測到凌日現象。觀測儀器精度：望遠鏡的分辨率、光譜儀的精度等都會影響觀測結果。四、計算題1.解析思路：應用開普勒第三定律P^2/a^3=4π^2/G(M+m)。由于M（恒星質量）遠大于m（行星質量），可近似為P^2/a^3=4π^2/GM。將太陽質量M替換為1個天文單位年^(-2)，代入P=10年，a=0.05天文單位，計算得到e=0.0。（注：此題假設中心天體為太陽，實際計算應考慮行星質量，但通常行星質量遠小于恒星質量，影響較小，且開普勒第三定律通常用于估算軌道參數，偏心率通常由徑向速度法等直接測量或更精確計算獲得，此處簡化處理）更準確的處理應使用開普勒方程求解，但題目未要求，故按近似處理。若嚴格要求，應指出簡化前提。2.解析思路：根據開普勒定律，行星軌道為橢圓，半長軸a=1天文單位，偏心率e=0.2。最近距離（近日點距離）r_p=a(1-e)=1*(1-0.2)=0.8天文單位。最遠距離（遠日點距離）r_a=a(1+e)=1*(1+0.2)=1.2天文單位。五、論述題解析思路：從開普勒三大定律分別闡述其在太陽系外行星研究中的應用。*第一定律應用：說明行星軌道是橢圓，解釋了行星公轉距離是變化的，為理解行星能量守恒、計算軌道參數提供了基礎。通過確定軌道形狀，可以了解行星系統(tǒng)的幾何結構。*第二定律應用：說明行星角動量守恒，解釋了行星在近日點運動速度快，在遠日點運動速度慢的現象?？捎糜诜治鲂行沁\動的速度變化規(guī)律，并進一步推算行星的質量和密度。*第三定律應用：說明P^2/a^3=常數，利用此定律可以根據測得的行星公轉周期和軌道半長軸，估算中心恒星的質量。這是