2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星大氣與天體物理考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.下列哪種氣體在地球大氣中含量最高？(A)氧氣(B)氮氣(C)氫氣(D)二氧化碳2.行星大氣平流層的溫度隨高度增加而升高的主要原因是：(A)大氣密度迅速減小(B)陽光直接加熱(C)臭氧吸收紫外線并輻射熱量(D)大氣分子碰撞加劇3.與地球相比，火星大氣主要缺乏哪種成分？(A)氮氣(B)氧氣(C)氬氣(D)二氧化碳4.開普勒第三定律描述了以下哪個關(guān)系？(A)行星軌道形狀與偏心率的關(guān)系(B)行星公轉(zhuǎn)周期與其軌道半長軸的關(guān)系(C)行星自轉(zhuǎn)速度與其半徑的關(guān)系(D)行星表面重力與其質(zhì)量的關(guān)系5.恒星光譜分類的主要依據(jù)是：(A)恒星的顏色(B)恒星的大小(C)恒星的光度(D)恒星表面溫度和光譜線的特征6.反照率是指：(A)天體表面反射太陽輻射的能力(B)天體自身發(fā)光的強度(C)天體吸收太陽輻射的能力(D)天體表面溫度7.導(dǎo)致地球出現(xiàn)溫室效應(yīng)的主要氣體是：(A)氮氣、氧氣(B)氬氣、氖氣(C)水蒸氣、二氧化碳、甲烷(D)氦氣、氖氣8.行星大氣的日循環(huán)和季節(jié)變化主要受以下哪個因素驅(qū)動？(A)行星內(nèi)部熱源(B)行星與恒星的距離(C)行星自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)(D)行星大氣的成分9.光譜線紅移通常意味著：(A)源天體正在遠離觀察者(B)源天體正在靠近觀察者(C)光譜線本身發(fā)生了變化(D)觀察者使用的儀器發(fā)生了變化10.探測系外行星時，常用的“凌日法”主要依賴于觀測到：(A)行星自身發(fā)出的光變(B)恒星光度的周期性下降(C)行星表面的光譜特征(D)行星與恒星的視位置角變化二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線處）1.行星大氣的垂直結(jié)構(gòu)通常根據(jù)溫度隨高度的變化分為對流層、______和高層大氣。2.地球大氣的總質(zhì)量約為5.1×10^18千克，其表面平均壓強約為______帕斯卡。3.根據(jù)斯皮策定律，一個黑體輻射的總功率與其絕對溫度的四次方成正比，其數(shù)學(xué)表達式為P=σT^______，其中σ是斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)。4.行星表面的重力加速度（g）與其質(zhì)量（M）和半徑（R）的關(guān)系式為g=______。5.赫羅圖是表示恒星______與______之間關(guān)系的圖表，是研究恒星物理性質(zhì)的重要工具。6.大氣中的臭氧層主要吸收太陽光譜中的______輻射，保護地球生命免受其危害。7.木星大氣的最主要成分是______，其大氣層呈現(xiàn)出復(fù)雜的云帶結(jié)構(gòu)。8.天文單位（AU）是測量天體間距離的常用單位，它定義為地球繞太陽公轉(zhuǎn)的______半徑的平均值，約等于1.496×10^8千米。9.光的波長λ、頻率ν和光速c之間的關(guān)系式為______。10.行星大氣的次級電離過程是指宇宙射線或太陽風(fēng)粒子轟擊大氣中性粒子，使其失去電子變成______的過程。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述行星大氣形成的主要理論及其關(guān)鍵假設(shè)。2.比較地球和火星大氣的相似之處與主要差異。3.解釋什么是反照率，并說明其對行星能量平衡的影響。4.簡述恒星光譜分類的主要依據(jù)及其意義。四、計算題（每題7分，共14分）1.假設(shè)一顆系外行星的半徑是地球半徑的1.5倍，質(zhì)量是地球質(zhì)量的2倍。已知地球表面重力加速度g_地球=9.8m/s^2，計算該系外行星表面的重力加速度g_行星。2.地球大氣層頂部的太陽輻射強度（不包括大氣散射）約為1361W/m^2（即太陽常數(shù)）。假設(shè)地球的半徑為6371千米，計算太陽到地球的平均距離（以天文單位AU表示）。提示：球體表面積公式A=4πR^2。五、論述題（10分）結(jié)合行星大氣的組成、結(jié)構(gòu)和能量平衡原理，論述為什么地球被認為是太陽系中目前最適宜生命存在的行星。在論述中，請至少提及大氣層、水圈和磁場三個方面的作用。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.B5.D6.A7.C8.C9.A10.B二、填空題1.平流層2.1013253.二4.GM/R^25.光度；表面溫度6.紫外線7.氫氣8.橢圓9.c=λν10.離子三、簡答題1.答案：主要理論有星云吸積理論和碰撞吸積理論。星云吸積理論認為行星大氣是圍繞原始星云盤吸積形成的；碰撞吸積理論認為大氣是在行星形成早期由碰撞產(chǎn)生的碎片和氣體聚集而成的。關(guān)鍵假設(shè)包括：原始星云成分、氣體粘附效率、碰撞參數(shù)和效率等。解析思路：回答需要包含兩種主要形成理論名稱，并簡述其核心思想。同時要指出每種理論的關(guān)鍵假設(shè)，體現(xiàn)對理論基礎(chǔ)的掌握。2.答案：相似之處：都具有大氣層，主要由氮氣和氧氣組成（盡管比例不同）。主要差異：地球大氣富含氧氣（約21%），二氧化碳含量低；火星大氣以二氧化碳為主（約95%），氮氣含量少，大氣壓低，缺乏全球性磁場保護。解析思路：問題要求比較兩者，需先找出共同點（都有大氣），再重點列出不同點（成分比例、主要成分、大氣密度、磁場保護等）。3.答案：反照率是天體表面反射太陽輻射能力的量度。高反照率意味著更多太陽能量被反射回太空，有助于降低行星表面溫度；低反照率則意味著更多能量被吸收，導(dǎo)致行星表面溫度升高。解析思路：首先要定義反照率。然后解釋其物理意義，即對太陽輻射的吸收和反射比例，并進一步說明這種比例如何影響行星的能量平衡和最終溫度。4.答案：恒星光譜分類的主要依據(jù)是恒星的光譜線特征，特別是吸收線。根據(jù)光譜線的寬度和強度，以及是否存在某些特定元素的特征線，可以將恒星劃分為O、B、A、F、G、K、M七個主要spectralclasses，順序?qū)?yīng)恒星表面溫度從高到低。解析思路：答案應(yīng)明確指出分類依據(jù)是“光譜線特征”（吸收線）。接著要說明依據(jù)的具體內(nèi)容（線寬、線強、特征線），并給出完整的分類序列及其與溫度的關(guān)系。四、計算題1.答案：g_行星=G*(2*M_地球)/(1.5*R_地球)^2=2*(G*M_地球/R_地球^2)*(1/1.5^2)=2*g_地球/2.25=8.89m/s^2解析思路：應(yīng)用重力加速度公式g=GM/R^2。關(guān)鍵在于理解當(dāng)質(zhì)量增加一倍、半徑增加一倍半時，g如何變化。通過代入比例關(guān)系或直接計算得到結(jié)果。2.答案：設(shè)日地距離為d，地球表面積為A_地球=4π(6371×10^3)^2m^2。太陽總輻射功率P=I*A_地球。天文單位AU是使地球獲得太陽常數(shù)時與太陽的距離，即d=1AU=1.496×10^8km。因此，1AU=1.496×10^11m。不需要計算，答案為1。解析思路：理解題意：太陽常數(shù)是地球表面單位面積接收到的太陽輻射功率，該功率來自以日地距離為半徑的球面。因此，日地距離就是1個天文單位。直接給出定義結(jié)果即可。五、論述題答案：地球適宜生命存在的原因在于其擁有一個穩(wěn)定、適度的行星環(huán)境系統(tǒng)。首先，地球大氣層提供了必要的保護。大氣層能有效阻擋大部分有害的太陽紫外線輻射，并通過溫室效應(yīng)維持地表溫度在液態(tài)水存在的范圍內(nèi)。其次，大氣層成分（特別是氧氣）為生命活動提供了必需的氣體。此外，地球擁有液態(tài)水，水是生命存在的基礎(chǔ)。更重要的是，地球存在一個全球性磁場，它能偏轉(zhuǎn)太陽風(fēng)粒